Maintenir de manière fiable l'alimentation électrique des systèmes de sécurité et de communication

À leur niveau de base, les complexes résidentiels, commerciaux et d'automatisation industrielle doivent intégrer un large éventail de systèmes de sécurité et de communication d'urgence pour satisfaire aux exigences des assurances et des codes de construction locaux, et pour recevoir un certificat d'occupation. Un facteur commun à ces systèmes est qu'ils ont tous besoin d'une alimentation en courant alternatif pour produire une alimentation de fonctionnement en courant continu à plus basse tension, et qu'ils ont tous besoin d'une batterie de secours haute fiabilité.

Cependant, fournir une alimentation CA/CC et un système de secours de base ne suffit pas pour les bâtiments et les normes modernes. Un système complet et conforme aux normes requiert diverses indications d'alarme distinctes, fournies par des fermetures de commutateurs pour signaler des conditions de défaut internes et externes spécifiques. En outre, les systèmes dans les bâtiments intelligents d'aujourd'hui doivent prendre en charge différents modes de connectivité, ainsi qu'une flexibilité de montage physique et de modes de fonctionnement, s'ils veulent répondre aux besoins des diverses installations, types de batteries et autres variables.

Il est possible de rassembler les composants requis pour l'alimentation CA/CC ou CC/CC, la charge et la gestion des batteries, et la supervision, la gestion et le contrôle des alarmes du système en utilisant des sous-systèmes disparates. Le résultat peut être une conception entièrement optimisée pour l'application. Mais à quel prix ? Ce processus prend du temps, est coûteux et détourne de l'application principale. La conception doit également être certifiée par les autorités réglementaires appropriées, ce qui augmente le coût et le temps de conception.

Une alternative consiste à utiliser une alimentation intégrée tout-en-un qui répond aux exigences de performances principales tout en évitant les inconvénients d'une conception à partir de zéro.

Cet article traite des exigences des systèmes d'alimentation pour l'immotique avant de présenter des solutions d'alimentation intégrées de MEAN WELL. L'article examine les caractéristiques et l'application de ces sous-systèmes d'alimentation sophistiqués et intelligents, et montre comment ils offrent une intégration fonctionnelle transparente, ainsi qu'une haute flexibilité et la programmabilité des paramètres.

Nouvelles exigences en matière de systèmes d'alimentation de sécurité et de gestion des bâtiments

Le sous-système d'alimentation d'immeubles de bureaux commerciaux ou de grands immeubles d'habitation doit désormais prendre en charge de nombreuses fonctions, certaines nécessaires pour un fonctionnement efficace et d'autres obligatoires pour la sûreté et la sécurité. Les fonctions exigeant un support de rail d'alimentation incluent :

• Alarmes et systèmes de sécurité incendie
• Équipement de communication d'urgence
• Éclairage de secours (en cas d'incendie ou de panne de courant)
• Systèmes de contrôle d'accès aux bâtiments
• Système central d'alarme incendie et de surveillance de la sécurité

Selon la taille du bâtiment, le sous-système d'alimentation doit prendre en charge les fonctions critiques sur plusieurs étages et être bidirectionnel avec la ligne principale CA (ou CC) chargeant la batterie lorsque cette option est disponible, et la batterie prenant en charge les différents sous-systèmes et charges si la ligne principale n'est pas disponible (Figure 1).

Figure 1 : Dans de nombreuses installations, un sous-système d'alimentation doit répondre aux besoins de plusieurs étages tout en parvenant à charger une batterie et à la décharger en cas de panne de l'alimentation principale. (Source de l'image : MEAN WELL)

Une considération majeure est la charge et la gestion de la batterie de secours, qui doit être correctement supervisée pour son rôle stratégique de système d'alimentation secourue (UPS). Il n'existe pas de meilleure pratique unique dans ce domaine, car des batteries de différents types et capacités électriques sont largement utilisées, y compris les batteries au lithium et au plomb-acide, chacune ayant ses propres règles de charge/décharge.

De plus, de nombreuses normes et réglementations du code de construction doivent être respectées en plus des normes plus conventionnelles pour toute alimentation CA/CC ou CC/CC. En raison de la multiplication des architectures de bâtiments avancées et de la prise de conscience de ce que la technologie peut apporter aux bâtiments intelligents, des agences en Europe, aux États-Unis et en Chine ont promulgué des règles de sécurité pour les systèmes de sécurité et d'incendie, notamment :

• Comité européen de normalisation (CEN) EN 54-4 : Systèmes de détection et d'alarme incendie - Partie 4 : équipement d'alimentation électrique (norme britannique. BS EN. 54-4).
• États-Unis : UL2524 : norme ANSI/CAN/UL relative aux systèmes d'amélioration des communications radio d'urgence bidirectionnelles dans les bâtiments.
• États-Unis : National Fire Protection Association NFPA 1221 : norme relative à l'installation, l'entretien et l'utilisation des systèmes de communication destinés aux services d'urgence.
• Chine : GB 17945-2010 : norme relative au système d'éclairage de secours et d'indication d'évacuation en cas d'incendie.

Il y a également les règles de sécurité CA de base habituelles, ainsi que les normes de compatibilité électromagnétique (CEM) (émissions conduites, rayonnées, courant harmonique et scintillement de tension conformément à EN55032 (CISPR32) et N61000-3-2), et d'immunité CEM (décharge électrostatique (DES), émissions rayonnées, rafales de transitoires électriques rapides (EFT), surtension, émissions conduites et champ magnétique) conformément à EN61000-4.

Toutes ces exigences combinées signifient qu'un bloc d'alimentation (PSU) est bien plus qu'une simple alimentation CA/CC ou CC/CC. Il doit fournir, superviser, gérer et prendre en charge de multiples fonctions avec un haut degré de fiabilité et de performances (Figure 2).

Figure 2 : Un bloc d'alimentation moderne a deux rôles principaux : fournir un courant continu basse tension à diverses charges tout en assurant une gestion performante des batteries. (Source de l'image : MEAN WELL)

Importance du conditionnement et du montage

La taille physique, la plage de températures de fonctionnement, le refroidissement et le montage sont également des facteurs importants pour le bloc d'alimentation. Ces blocs sont généralement situés dans un local de service, souvent avec un espace et un refroidissement limités. Outre le bloc d'alimentation et la batterie, ce local peut également abriter des équipements de données et de télécommunications pour le bâtiment, tels que des commutateurs et des routeurs. L'espace est donc limité et le montage pratique en rack est une caractéristique intéressante.

Les alimentations intégrées répondent aux exigences de gestion de l'alimentation des bâtiments

Pour répondre aux besoins des concepteurs de systèmes d'immotique en matière de performances, de facteur de forme, de montage et de simplification de conception, MEAN WELL propose le DRS-240-12, une unité tout-en-un de 12 volts (V) / 20 ampères (A) et 240 watts (W), ainsi qu'un modèle plus grand, le DRS-480-24, une unité de 24 V/20 A et 480 W. D'autres unités de la série DRS-240 offrent différentes combinaisons tension/courant : 24 V/10 A, 36 V/6,6 A et 48 V/5 A. Pour la série DRS-480, les combinaisons disponibles sont 36 V/13,3 A et 48 V/10 A.

En ce qui concerne la question du placement et du montage, les unités DRS-240 et DRS-480 se montent directement sur des rails DIN standard largement utilisés dans l'industrie, de type TS-35/7.5 ou 15. Cela simplifie l'installation et permet de monter facilement d'autres systèmes et leurs boîtiers à côté. De plus, la conception à rail DIN signifie que toutes les connexions, tous les voyants et tous les affichages sont à l'avant, éliminant l'accès au panneau arrière ou même latéral. C'est un avantage pour la planification du câblage, l'installation, la configuration, les tests et le recâblage si nécessaire.

L'espace disponible étant limité dans ces armoires, il est donc important d'avoir un bloc d'alimentation compact. Les unités DRS-240 ne mesurent que 86 millimètres (mm) × 125 mm × 129 mm (largeur × hauteur × profondeur) tandis que les unités DRS-480 mesurent 110 mm × 125 mm × 151 mm (Figure 3).

Figure 3 : Les unités DRS de 240 W (à gauche) et de 480 W (à droite) ont un facteur de forme compact et se montent sur un rail DIN standard ; l'unité de 480 W est légèrement plus grande. (Source de l'image : MEAN WELL)

Les conditions environnementales dans ces armoires et locaux constituent également un défi en termes de performances à court et à long terme. Tous les membres des gammes DRS sont répertoriés pour un fonctionnement de -30°C à +70°C avec 20 % à 90 % d'humidité relative (HR) sans condensation, avec un refroidissement par convection libre (air). La fiabilité est calculée à 564,7 K heures (minimum) selon Telcordia SR-332 (Bellcore) et 73,3 K heures minimum MIL-HDBK-217F (à 25°C) pour les unités DRS-240 ; les chiffres correspondants pour les unités DRS-480 ne sont que légèrement inférieurs.

L'entrée d'alimentation de ligne conduit à la sortie de gestion des batteries et CC

Compte tenu des variations du réseau et du souhait d'une applicabilité mondiale et d'une installation aisée, la plage de puissance d'entrée est également importante. Ces blocs d'alimentation sont spécifiés de 90 à 305 VCA et 127 à 431 VCC. La plupart des fonctions de ces blocs sont dédiées à la charge, à la décharge, à l'indication d'état et à la gestion globale de la batterie (Figure 4).

Figure 4 : Le schéma fonctionnel des blocs d'alimentation DRS montre leur sophistication interne et la quantité de circuits dédiés à la gestion des batteries, à la charge/décharge, aux indicateurs et à la protection. (Source de l'image : MEAN WELL)

La courbe de charge à deux ou trois niveaux et le réglage du courant de charge (entre 20 %～100 %) peuvent être réglés manuellement à l'aide d'un commutateur DIP situé sur le panneau avant. Le courant de charge batterie disponible maximum est fonction du courant de sortie maximum disponible pour le modèle DRS spécifique. L'algorithme de charge batterie dépend de la charge, et la flexibilité des paramètres de charge permet au DRS-240/480 de gérer de manière optimale une variété de batteries plomb-acide et lithium.

En raison de l'importance de la fonction batterie, le système inclut également des indicateurs de batterie faible et une protection contre les connexions inverses. Ces fonctionnalités et d'autres se combinent pour fournir un sous-système de batterie robuste et fiable qui peut être chargé sur le secteur, mais également basculer et fournir sa puissance nominale en 10 millisecondes lorsque le secteur n'est pas disponible.

Des erreurs et des problèmes surviendront

Il est inévitable que des conditions internes ou externes affectent la capacité d'un bloc d'alimentation à assurer toutes les fonctions spécifiées. Pour cette raison, les blocs DRS incluent des indications d'état pour des conditions telles que les courts-circuits, les surcharges, les surtensions et les surchauffes, en plus des indicateurs de batterie faible et de connexion inverse déjà cités.

Les indicateurs d'état tangibles des principales conditions de fonctionnement — défaillance CA, CC OK, batterie faible et défaillance de chargeur — sont également importants et sont fournis par des LED et des relais forme C (Figure 5). Les relais forme C sont clairement identifiés et fournissent une fermeture de contact sec qui est utilisée (et imposée, dans certains cas) pour plusieurs raisons.

Figure 5 : Le panneau avant est tout ce que l'utilisateur voit pour les connexions d'alimentation, les indicateurs et les contacts de relais. (Source de l'image : MEAN WELL)

Ces fermetures de contact sont claires et offrent plusieurs avantages. Elles sont utilisées depuis longtemps dans les applications et sont donc compatibles et facilement intégrables avec les anciens et les nouveaux systèmes et composants (même les éléments de base tels qu'un voyant clignotant externe et une sonnerie) ; elles sont très fiables et robustes ; et la fermeture d'un commutateur est l'indication la plus définitive qu'un système puisse fournir, surtout en cas de problèmes d'alimentation pouvant affecter le fonctionnement d'interfaces plus « électroniques », telles que les sorties à collecteur ouvert ou même les relais statiques (SSR).

Les communications sont également obligatoires

Un bloc d'alimentation moderne doit également offrir une connectivité réseau pour une gestion, une configuration et un reporting de haut niveau. Les gammes de blocs d'alimentation DRS standard prennent en charge la liaison Modbus, avec une option de bus CAN, qui peut également être utilisée avec une unité de programmation intelligente disponible. Ce programmateur est utilisé pour le réglage externe des paramètres associés aux courbes et aux modes de charge des batteries, tels que le courant constant (CC), le courant de variation (TC), la tension constante (CV) et la tension tampon (FV), afin de s'adapter aux nombreux types de batteries utilisés dans l'industrie (Figure 6).

Figure 6 : À l'aide du programmateur basé sur Modbus, un utilisateur peut régler les nombreuses spécificités de charge batterie pour s'adapter de manière optimale à la taille et au type de batterie. (Source de l'image : MEAN WELL)

Bien que les gammes de blocs d'alimentation DRS offrent de nombreuses fonctions et caractéristiques, leur connexion réelle est assez simple. Il s'agit d'un avantage important et à privilégier dans la pratique, d'autant plus que ces blocs sont souvent utilisés pendant de nombreuses années (Figure 7).

Figure 7 : La complexité interne et la sophistication des gammes de blocs d'alimentation DRS sont invisibles pour l'utilisateur, qui ne doit s'occuper que de quelques connexions et indicateurs sur le panneau avant. (Source de l'image : MEAN WELL)

Conclusion

Les blocs d'alimentation tels que ceux des séries DRS-240 et DRS-480 de MEAN WELL fournissent plus qu'une simple conversion CA/CC ou CC/CC. Ils constituent une solution de gestion de l'alimentation approuvée pour les systèmes de sécurité incendie et de sécurité des bâtiments, y compris les équipements de communication d'urgence. Comme illustré, en intégrant toutes les fonctions nécessaires dans un boîtier à rail DIN compact, efficace, fiable, facile à monter et à connecter, les alimentations DRS simplifient la documentation, l'installation et l'exploitation, tout en offrant les fonctionnalités, les caractéristiques et les performances requises pour répondre à un large éventail de codes réglementaires.

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