Come gestire in modo affidabile l'alimentazione dei sistemi di sicurezza, protezione e comunicazione

Al livello di base, i complessi di automazione residenziale, commerciale e industriale devono incorporare un'ampia gamma di sistemi di sicurezza, protezione e comunicazione di emergenza per soddisfare i requisiti assicurativi e le norme edilizie locali e per ottenere il certificato di occupazione. Un fattore comune a questi sistemi è che tutti hanno bisogno di un'alimentazione di linea in c.a. per produrre energia operativa in c.c. a bassa tensione e di una batteria ausiliaria estremamente affidabile.

Tuttavia, per gli edifici e gli standard moderni non è sufficiente fornire solo l'alimentazione e la riserva c.a./c.c. di base. Un sistema completo e approvato necessita di varie indicazioni di allarme inequivocabili, fornite tramite la chiusura di un interruttore per segnalare specifiche condizioni di guasto interne ed esterne. Inoltre, i sistemi negli edifici intelligenti di oggi devono supportare diverse modalità di connettività, nonché flessibilità nel montaggio fisico e nelle modalità operative, per soddisfare le esigenze di diverse installazioni, tipi di batterie e altre variabili.

È possibile riunire l'occorrente per l'alimentazione c.a./c.c. o c.c./c.c., la ricarica e la gestione delle batterie e la supervisione, la gestione e il controllo degli allarmi del sistema in sottosistemi diversi. Il risultato può essere un progetto completamente ottimizzato per l'applicazione. Ma a quale costo? Questo processo richiede molto tempo, è costoso e distrae dall'applicazione principale. Il progetto deve inoltre essere certificato dalle autorità di regolamentazione competenti, il che aumenta i costi e i tempi di progettazione.

Un'alternativa è quella di utilizzare un alimentatore integrato universale che soddisfi i requisiti prestazionali fondamentali evitando gli inconvenienti della progettazione da zero.

Questo articolo illustra le esigenze dei sistemi di alimentazione per l'automazione degli edifici prima di introdurre le soluzioni di alimentazione integrate di MEAN WELL. L'articolo illustra le caratteristiche e le applicazioni di questi sofisticati sottosistemi di potenza intelligenti, che offrono una perfetta integrazione funzionale, oltre a flessibilità e programmabilità dei parametri.

Nuovi requisiti per la gestione degli edifici e per i sistemi di alimentazione di sicurezza

Il sottosistema di alimentazione di un ufficio commerciale o di un grande edificio residenziale deve oggi supportare molte funzioni, alcune necessarie per un funzionamento efficiente e altre per la sicurezza. Tra le funzioni che richiedono il supporto del rail di alimentazione si ricordano:

• Allarmi e sistemi di sicurezza antincendio
• Apparecchiature di comunicazione di emergenza
• Illuminazione di emergenza (a causa di un incendio o di un'altra interruzione di energia elettrica)
• Sistemi di controllo degli accessi agli edifici
• Sistema centrale di allarme antincendio e di sorveglianza

A seconda delle dimensioni dell'edificio, il sottosistema di alimentazione deve supportare le funzioni critiche su più piani ed essere bidirezionale, con la linea primaria in c.a. (o c.c.) che carica la batteria quando è disponibile e la batteria che supporta i vari carichi e sottosistemi se la linea primaria non è disponibile (Figura 1).

Figura 1: In molte installazioni, un sottosistema di alimentazione deve supportare le esigenze di più piani, riuscendo al contempo a caricare una batteria e a scaricarla in caso di un'interruzione dell'alimentazione primaria. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Una considerazione importante riguarda la carica e la gestione della batteria ausiliaria, che deve essere adeguatamente supervisionata per il suo ruolo critico come gruppo di continuità. Non esiste l'approccio migliore, poiché sono ampiamente utilizzate batterie con capacità elettriche e tipi diversi, tra cui quelle al litio e al piombo, ciascuna con le proprie linee guida per la carica e la scarica.

Inoltre, per qualsiasi alimentatore c.a./c.c. o c.c./c.c. è necessario soddisfare numerosi standard e norme edilizie, oltre a quelli più convenzionali. A causa dell'aumento delle architetture avanzate degli edifici e della consapevolezza di ciò che la tecnologia può fare negli edifici intelligenti, le agenzie in Europa, Stati Uniti e Cina hanno promulgato norme di sicurezza per i sistemi di sicurezza e antincendio, tra cui:

• Comitato europeo di normalizzazione (CEN) EN 54-4: Sistemi di rivelazione e segnalazione d'incendio Parte 4: Apparecchiature di alimentazione (norma britannica BS EN. 54-4).
• Stati Uniti: UL2524: Standard ANSI/CAN/UL per sistemi di potenziamento delle comunicazioni radio di emergenza a due vie all'interno degli edifici.
• Stati Uniti: National Fire Protection Association NFPA 1221: Standard per l'installazione, la manutenzione e l'uso dei sistemi di comunicazione per i servizi di emergenza.
• Cina: GB 17945-2010: Illuminazione di emergenza antincendio e sistema di segnalazione di evacuazione.

A ciò si aggiungono i consueti requisiti di sicurezza di base per la corrente alternata, nonché gli standard per le emissioni di compatibilità elettromagnetica (condotte, irradiate, corrente armonica e sfarfallio di tensione) definiti dalle norme EN55032 (CISPR32) e N61000-3-2 e per l'immunità EMC (scariche elettrostatiche - ESD), irradiate, burst, sovratensione, condotte e campo magnetico) secondo la norma EN61000-4.

L'insieme di questi requisiti fa sì che un'unità di alimentazione (PSU) sia più di un semplice alimentatore c.a./c.c. o c.c./c.c. Deve fornire, supervisionare, gestire e supportare molteplici funzioni con un elevato grado di affidabilità e prestazioni (Figura 2).

Figura 2: Un'unità di alimentazione moderna ha due ruoli principali: fornire corrente continua a bassa tensione a vari carichi e gestire la batteria ad alte prestazioni. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Anche il confezionamento e il montaggio sono importanti

In più, le dimensioni fisiche, l'intervallo della temperatura di funzionamento, il raffreddamento e le considerazioni sul montaggio sono altri fattori importanti per le PSU. Queste unità sono tipicamente collocate in un ripostiglio, spesso con spazio e raffreddamento limitati. Oltre all'alimentatore e alla batteria, questo armadio può ospitare anche apparecchiature di dati e telecomunicazioni per l'edificio, come switch e router; lo spazio è quindi prezioso e la comodità del montaggio su rack è una caratteristica interessante.

Gli alimentatori integrati soddisfano i requisiti di gestione dell'alimentazione degli edifici

Per soddisfare le esigenze di prestazioni, fattore di forma, montaggio e semplificazione del design ai progettisti di automazione degli edifici, MEAN WELL propone DRS-240-12, un'unità completa da 12 V/20 A e 240 W, nonché un fratello maggiore, il modello DRS-480-24, un'unità da 24 V/20 A e 480 W. Altre unità della serie DRS-240 offrono diverse combinazioni di tensione/corrente: 24 V/10 A, 36 V/6,6 A e 48 V/5 A; per la serie DRS-480, le combinazioni disponibili sono 36 V/13,3 A e 48 V/10 A.

Per quanto riguarda la questione della collocazione e del montaggio, le unità DRS-240 e DRS-480 risolvono questo problema montandosi direttamente su guide DIN standard ampiamente diffuse nel settore, di tipo TS-35/7.5 o 15. Ciò semplifica il montaggio e consente di affiancare facilmente altri sistemi e i relative involucri. Inoltre, il design su guida DIN fa sì che tutti i collegamenti, gli indicatori e le letture si trovino sulla parte anteriore, senza bisogno di un pannello posteriore o di un accesso laterale. Ciò rappresenta un vantaggio nella pianificazione del cablaggio, nell'installazione, nella configurazione, nel collaudo e nell'eventuale ricablaggio.

In questi armadi lo spazio a disposizione è minimo, quindi è importante che il fattore di forma dell'alimentatore sia compatto. Le unità DRS-240 misurano solo 86 × 125 × 129 mm (larghezza × altezza × profondità), mentre le unità DRS-480 misurano 110 × 125 × 151 mm (Figura 3).

Figura 3: Le unità DRS da 240 W (a sinistra) e 480 W (a destra) hanno un fattore di forma compatto e si montano su una guida DIN standard; l'unità da 480 W è leggermente più grande. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Anche le condizioni ambientali di questi armadi e ripostigli sono una sfida per le prestazioni a breve e lungo termine. Tutti i componenti della famiglia DRS sono classificati per un funzionamento da -30 a +70 °C e dal 20 al 90% di umidità relativa (RH) senza condensa con raffreddamento per convezione in aria libera. L'affidabilità è calcolata a 564.700 ore (minimo) secondo Telcordia SR-332 (Bellcore) e 73.300 ore minimo secondo MIL-HDBK-217F (a 25 °C) per le unità DRS-240; i valori corrispondenti per le unità DRS-480 sono solo leggermente inferiori.

L'ingresso dell'alimentazione di linea porta all'uscita di gestione della corrente continua e della batteria

Considerando le variazioni della rete e il desiderio di applicabilità a livello mondiale e la facilità di installazione, anche l'intervallo di potenza in ingresso è importante. Queste unità di alimentazione sono specificate per valori compresi tra 90 e 305 V c.a. e tra 127 e 431 V c.c. Molte delle funzioni di queste unità sono dedicate alla carica, alla scarica, all'indicazione dello stato e alla gestione complessiva della batteria (Figura 4).

Figura 4: Il diagramma a blocchi degli alimentatori DRS mostra la loro complessità interna e la quantità di circuiti dedicati alla gestione della batteria, alla carica/scarica, agli indicatori e alla protezione. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

La curva di carica a due/tre stadi e l'impostazione della corrente di carica (tra 20% e 100%) possono essere regolate manualmente tramite un interruttore DIP sul pannello frontale. La corrente di massima carica disponibile per la batteria è una funzione della corrente di uscita massima disponibile per il modello specifico di DRS. L'algoritmo di carica della batteria dipende dal carico e la flessibilità dei parametri di carica consente a DRS-240/480 di gestire in modo ottimale una varietà di batterie al piombo e al litio.

Data l'importanza della funzione della batteria, il sistema include anche indicatori di batteria scarica e protezione contro il collegamento inverso. Queste e altre caratteristiche si combinano per fornire un sottosistema a batteria robusto e affidabile che può essere caricato dalla rete elettrica, ma anche commutare ed erogare la sua potenza nominale entro 10 millisecondi quando la rete elettrica non è disponibile.

Si verificheranno comunque guasti e problemi

È inevitabile che si verifichino condizioni interne o esterne che influiscono sulla capacità di un'unità di alimentazione di fornire tutte le funzioni specificate. Per questo, le unità DRS includono indicazioni di stato per condizioni quali cortocircuiti, sovraccarichi, sovratensioni e sovratemperature, oltre ai già citati indicatori di batteria scarica e di collegamento inverso.

Importanti sono anche gli indicatori di stato delle condizioni operative chiave di guasto c.a., c.c. OK, batteria scarica e caricabatterie guasto, forniti da LED e relè Form C (Figura 5). I relè Form C sono chiaramente contrassegnati e forniscono una chiusura di contatto a secco che viene utilizzata (e richiesta, in alcuni casi) per diversi motivi.

Figura 5: Il pannello frontale è tutto ciò che l'utente vede per i collegamenti di alimentazione, gli indicatori e i contatti dei relè. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Queste chiusure a contatto sono inequivocabili e offrono diversi vantaggi. Sono utilizzate da tempo nell'applicazione e quindi sono compatibili e facilmente integrabili con i sistemi e i componenti tradizionali e nuovi (anche quelli di base, come una luce lampeggiante e un campanello esterni); sono altamente affidabili e robusti; la chiusura di un interruttore è l'indicazione più definitiva che un sistema possa dare, soprattutto in caso di problemi di alimentazione che potrebbero compromettere il funzionamento di interfacce più "elettroniche", come le uscite a collettore aperto o persino i relè a stato solido (SSR).

Comunicazioni anche obbligatorie

Una moderna PSU deve anche offrire una connettività di rete per la gestione, l'impostazione e la reportistica di alto livello. Le famiglie di alimentatori DRS standard supportano collegamenti Modbus, con un'opzione bus CAN, che può essere utilizzata anche con un'unità di programmazione intelligente disponibile. Questo programmatore è utilizzato per l'impostazione esterna dei parametri associati alle curve e alle modalità di carica della batteria, come la corrente costante (CC), la corrente progressivamente ridotta (TC), la tensione costante (CV) e la tensione flottante (FV), per adattarsi ai numerosi tipi di batteria in uso nel settore (Figura 6).

Figura 6: Utilizzando un programmatore basato su Modbus, l'utente può impostare le numerose specifiche di carica della batteria per adattarle in modo ottimale alle dimensioni e al tipo di batteria. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Sebbene le famiglie di alimentatori DRS offrano molte funzioni e caratteristiche, il loro collegamento effettivo è piuttosto semplice. Si tratta di un vantaggio importante e del modo preferito nelle installazioni pratiche, soprattutto perché queste unità sono spesso utilizzate per molti anni (Figura 7).

Figura 7: La complessità e la ricercatezza interna delle famiglie di alimentatori DRS sono invisibili all'utente, che deve occuparsi solamente di pochi collegamenti e indicatori sul pannello frontale. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Conclusione

Alimentatori come quelli delle famiglie DRS-240 e DRS-480 di MEAN WELL offrono molto più della sola conversione c.a./c.c. o c.c./c.c. di base. Sono una soluzione di gestione dell'alimentazione approvata per i sistemi di sicurezza antincendio e di protezione degli edifici, comprese le apparecchiature di comunicazione di emergenza. Come dimostrato, integrando tutte le funzioni necessarie in un contenitore su guida DIN piccolo, efficiente, affidabile, facile da montare e collegare, gli alimentatori DRS semplificano la documentazione, l'installazione e il funzionamento, fornendo al contempo le funzionalità, le caratteristiche e le prestazioni necessarie per soddisfare una serie di codici normativi.

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