ספק כוח רב-תכליתי עבור מימוש מהיר של מערכות אבטחה ובטיחות אש חכמות

מתכננים של בניינים מתקדמים, במיוחד מבנים רבי-קומות, חייבים לספק מערכות אמינות של התרעת אש ואבטחה, כיבוי אש, משחזרים (Repeaters‏) לתקשורת עם כוחות הצלה וחילוץ, תאורת חירום ומערכות בקרת גישה. מערכות אלה, שרמות התחכום שלהן עולות בהתמדה, תלויות בהספקת מתח יציבה הנדרשת כדי להמשיך לתפקד ולקיים תקשורת לדיווחי סטטוס גם בעת הפסקת חשמל או פגיעה בביצועי רשת החשמל. הן גם נדרשות להיות כדאיות כלכלית ולאפשר התאמה לצרכים משתנים ולמגוון יישומים כדי לעמוד בדרישות התכנון המשתנות ללא הרף.

כדי לעמוד באתגרים אלה, המתכננים יכולים לכלול ספקי כוח דיגיטליים מותקנים במסילות DIN, כאלה המשלבים ספק כוח AC-DC סטנדרטי, מטען סוללות, התקן אל-פסק לזרם ישר (DC UPS) ותקשורת בפרוטוקול Modbus או CAN bus. אלמנטים אלה פועלים באופן אינטראקטיבי כדי להבטיח פעולה תקינה של המערכת גם כשהיא חשופה להפרעות חמורות. קיימים ספקי כוח לזרם ישר במתחים של 12, 24, 36 או 48 וולט הניתנים להתאמה למערכות אבטחה במגוון רחב של תצורות. סטטוס ספק-הכוח מדווח באופן מקומי באמצעות נוריות LED ובאופן מרוחק באמצעות סגירות של מגעי ממסר.

מאמר זה עוסק באתגרים של הספקת מתח מאובטחת העומדים בפני מתכנני בניינים מודרניים. לאחר מכן נבחן דוגמאות מאלפות של מערכות אבטחה חכמות של MEAN WELL ונראה כיצד ניתן ליישם אותן במספר מערכות גיבוי לשעת חירום.

ספקי כוח למערכות אבטחה

מערכות אבטחה לבניינים כוללות אמצעי הגנה מפני שריפות, בקרת גישה, התקני התרעה, תאורת חירום ותקשורת חירום. מערכות אלה נועדו להבטיח את שלומם של דיירי הבניין ושל כוחות ההצלה והחילוץ במקרה של אירוע אסון. לפי חוקי הבנייה ובטיחות האש, מערכות קריטיות אלה חייבות לכלול שני מקורות הספקת-כוח או יותר, ואחד מהם חייב להיות מבוסס על סוללות נטענות. בנוסף, הספקת-הכוח למערכת האבטחה חייבת להיות בעלת תכונת אל-פסק. לכן, מערכת האבטחה זקוקה לספק-כוח, התקן אל-פסק לזרם ישר (DC UPS‏) ומטען סוללות. אם המערכת פועלת במיקום מרוחק, היא נדרשת גם לשלוח דיווחי סטטוס כדי להתריע בפני המשתמשים על חריגות שונות.

חברת MEAN WELL מציעה פתרון ייחודי לדרישות האלה בצורת מערכת ספק-כוח מאובטחת, חכמה ורב-תכליתית – משפחת DRS-240/480. ספקי-הכוח הנמנים עם משפחה זו, כגון DRS-480-24 (גרסת 24 וולט, 480 ואט), מהווים יחידות רב-תכליתיות הכוללות ספק כוח AC-DC, מטען סוללות והתקן אל-פסק לזרם ישר (DC UPS), והם משולבים במודול יחיד המותקן במסילת DIN, וכך מתקבל פתרון פשוט ונוח לתפעול. שילוב ערכת סוללות הגיבוי ומודול בקרת ההתרעות במערכת יוצר את התשתית עבור מערכת אבטחה בסיסית להתרעת כיבוי אש (איור 1).

איור 1: מוצגת מערכת אבטחה בסיסית להתרעת כיבוי אש הכוללת ספק כוח DRS-480-24, ערכת סוללות גיבוי ומודול בקרת התרעות. כל רכיבי המערכת מותקנים בתוך ארון הבקרה של מערכת התרעת כיבוי האש. (מקור התמונה: MEAN WELL)

תחום הפעולה של ספק-הכוח DRS-480-24 הוא 90 עד 305 וולט בזרם חילופין או 127 עד 431 וולט בזרם ישר. מידות המודול: רוחב 110 מ"מ (4.3 אינץ') גובה 125.2 מ"מ (4.9 אינץ') ועומק 150.7 מ"מ (5.9 אינץ'). הודות לרמת נצילות של עד 93.5%, הוא יכול לפעול בתחום טמפרטורות סביבה של ‎-30°C עד ‎+70°C בשימוש בקירור קונבקציה באוויר-חופשי. הספק מוגן מפני עומס-יתר, מתח-יתר והיפוך של קוטבי הסוללה. נוסף לאלה, הוא כולל פונקציה המאפשרת ניתוק סוללה חלשה.

משפחת DRS-240/480 מציעה רמות הספק יציאה של 240 או 480 ואט וארבע רמות שונות של מתח יציאה: 12, 24, 36 או 48 וולט. המידות הפיזיות של ספק הכוח משתנות בהתאם לדירוגי ההספק. מידות ה-DRS-240 קטנות במקצת מאלה של ה-DRS-480 שהוזכר לעיל. מידותיו הן: רוחב 85.5 מ"מ (3.4 אינץ'), גובה 125.2 מ"מ (4.9 אינץ') ועומק 129.2 מ"מ (5.1 אינץ').

ניתן להתקין את הספקים על מסילת DIN‏ TS-35/7 או TS-35/15. הרכבה על מסילת DIN מאפשרת להציב כמה מודולים זה לצד זה כדי לחסוך מקום. הודות להרכבה על מסילת DIN, החיווט עבור חיבורים, כגון דיווח סטטוס מבוסס-ממסר ותקשורת טורית באמצעות Modbus או CAN bus, הנו קל ופשוט לגישה כיוון שהכול נעשה מהפאנל הקדמי (איור 2).

איור 2: החיבורים לספק הכוח, כגון אלה עבור דיווח סטטוס מבוסס-ממסר ולתקשורת Modbus או CAN bus, נגישים בקלות באמצעות מגעי החיווט שבפאנל הקדמי. (מקור התמונה: MEAN WELL)

נוסף לחיבורי הספקת-הכוח הנכנסים והיוצאים, ספקי הכוח מצוידים גם במגעי ממסר מסוג Form C – חד-קוטביים, שני-דרכים (SPDT) לחיווי נפילת מתח AC, מתח DC תקין, סוללה חלשה / לא תקינה / מנותקת, או סטטוס תקלה במטען. יציאת התקשורת RJ-45 מספקת ממשק תקשורת נתונים טורית לניטור ובקרה באמצעות Modbus או CAN bus. אפיקי תקשורת אלה משמשים להעברת עדכוני סטטוס עבור מתח היציאה, הזרם או הטמפרטורה, וכן לשליטה ביחידה, כולל הדלקה/כיבוי של המכשיר והגדרת רמות המתח והזרם ביציאה. הם משמשים גם לקביעת מאפייני טעינת הסוללה, כולל זרם קבוע, מתח קבוע, מתח צף, הורדה הדרגתית של הזרם תוך העלאה הדרגתית של המתח (taper current), פיצוי על טמפרטורת הסוללה וזמן הטעינה.

מתגי DIP הממוקמים ברביע השמאלי העליון של פאנל הבקרה גם מאפשרים להגדיר ידנית את מאפייני הטעינה כך שיתאימו למספר סוגים של סוללות ליתיום או מצברי עופרת-חומצה בתהליך טעינה דו-שלבי (זרם קבוע ולאחר מכן מתח קבוע) או תלת-שלבי (זרם קבוע, לאחר מכן מתח קבוע ולאחר מכן מתח צף) (איור 3).

איור 3: פרופילי טעינת הסוללה ניתנים לבחירה באמצעות מתגי DIP כדו-שלביים או כתלת-שלביים. (מקור התמונה: MEAN WELL)

ניתן לתכנת את עקומות הטעינה גם באמצעות התקן התכנות החכם האופציונלי SBP-001.

ספק-הכוח משתמש בתכן אופן ממותג קלאסי בשיטת אפנון רוחב פולס (PWM) ובנוסף אלמנטים המיועדים לשלוט בצורה חכמה בתפקודיו הנוספים כמנטר הספק, מטען סוללות והתקן אל-פסק (איור 4). לפני ליבת ספק-הכוח יש תיקון גורם הספק (PFC) וסינון הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI).

איור 4: דיאגרמת הבלוקים מציגה מודול הספקת-כוח רב-תכליתי חכם של משפחת DRS-240/480, כולל פונקציות טעינה ואל-פסק‏, בקר PFC וניטור הספק. (מקור התמונה: MEAN WELL)

בקרת ה-PWM של יחס מחזור פעולת המיתוג מבוססת על משוב מתח וזרם. יש לשים לב להוראות התכנון המתייחסות להגנה ממתח יתר (OVP), זרם בעומס יתר (OVL) והגנה מטמפרטורת יתר (OTP). יחידת המיקרו-בקר (MCU) מספקת בקרה רב-אופנית (multimode control) לצורכי טעינת הסוללה, ניטור הסוללה והתקשורת.

יישומים עבור ספקי כוח חכמים ממשפחת DRS-240/480 למערכות אבטחה

חוקי הבנייה ובטיחות האש מחייבים כי מערכות אש, אבטחה ובטיחות רבות תהיינה מצוידות בספק-כוח גיבוי למקרה של הפסקת חשמל. אחת המערכות האלה היא מגבר דו-כיווני (BDA‏) המספק תמיכה אקטיבית לתקשורת עם כוחות חירום והצלה הפועלים בבניינים שקיים בהם קושי לקיים תקשורת אלחוטית (איור 5). הוא פועל כמשחזר (Repeater‏) לצורך הגברה ושידור מחדש של אותות הרדיו ממכשירי הקשר של כוחות החירום וההצלה.

איור 5: מגברי BDA פועלים כמשחזרים (Repeaters‏) לצורך הגברה ושידור מחדש של אותות רדיו ממכשירי הקשר של כוחות חירום והצלה בתוך בניינים. (מקור התמונה: MEAN WELL)

מגברי BDA ואנטנות נלוות הם שימושיים במיוחד בבניינים רבי קומות גדולים כאשר מפזרים אותם בין קומות רבות. מערכות אלה גם מאפשרות לקשר את מגברי ה-BDA לאותות הרדיו המגיעים מכוחות החירום וההצלה שמחוץ לבניין ולפעול כממסר המעביר אותם לבניין פנימה. מגברי BDA זקוקים גם הם להספקת-כוח בעת תקלה ברשת החשמל הרגילה. ספקי הכוח ממשפחת DRS-240/480, עם הסוללות המשויכות להם, מבטיחים את המשך הספקת הכוח על ידי מעבר למצב DC UPS המגובה בסוללות בעת הפסקת חשמל ברשת. אם מתח הרשת בזרם חילופין יורד מתחת לתחום של 79 עד 89 וולט AC בקו של 120 וולט, או מתחת לתחום של 132 עד 187 וולט AC בקו של 220 וולט, פונקציית ה-DC UPS מופעלת והספקת המתח עוברת לסוללות הגיבוי.

מערכות החירום מספקות גיבוי גם למערכות ההכוונה והסיוע לדיירי הבניין ולכוחות החירום וההצלה בעת פינוי הבניין. מערכות אלה כוללות, לדוגמה, שלטי יציאה מוארים, תאורת רצפה לנתיב הפינוי ותאורת חירום (איור 6).

איור 6: מערכת בקרת תאורה חכמה המשתמשת בספק כוח DRS-240 כמקור גיבוי המספק מתח לתאורה ושלטי חירום במהלך אירוע חירום. (מקור התמונה: MEAN WELL)

במערכת בקרת תאורה זו, ה-DRS-240-12 מתפקד כמקור הספקת כוח גיבוי להפעלת תאורת החירום ושלטי החירום במקרה של תקלה ברשת החשמל הרגילה. ספק זה מדורג ל-12 וולט / 240 ואט ויכול לספק עד 20 אמפר (A).

יישומים נוספים של ספקי כוח חכמים למערכות אבטחה כוללים מערכות התרעת אש וגילוי אש המסייעות בדיווח ובמעקב אחר שריפות בבניינים. מערכות אלה מספקות מידע קריטי ללוחמי האש באשר למיקום השריפה ולהיקפה.

משפחת ספקי הכוח החכמים סדרת DRS-240/480

סדרת ספקי הכוח DR-240/480 של MEAN WELL זמינה בשבעה דגמים ובהספק מרבי של 240 או 480 ואט. תפוקת ההספק המקסימלית כוללת את הספק היציאה לכל הצרכנים, היציאה הראשית וטעינת הסוללות. חשוב לציין כי זרם הטעינה של הסוללות מותאם אוטומטית לפי זרם היציאה הראשי כדי למנוע עומסי יתר. מוצרי הסדרה מספקים מתחי יציאה של 12, 24, 36 או 48 וולט (טבלה 1).

טבלה 1: המאפיינים של ספקי כוח סדרת MEAN WELL DRS-240/480 למערכות אבטחה. (מקור הטבלה: Art Pini‏)

עקב היכולות המשופרות, ספקי הכוח החכמים האלה דורשים יותר אישורי בטיחות לעומת ספק כוח רגילים. ספקי כוח אלה תואמים לתקנים ולחוקי הבנייה החלים כחובה על מערכות אבטחה ברחבי העולם, כולל:

• ארה"ב: תקן Underwriters Lab UL2524 – Standard for In-building 2-Way Emergency Radio Communication Enhancement Systems 2019 (תקן Underwriters Lab בדבר מערכות שיפור תקשורת רדיו דו-כיוונית בתוך בניינים בשעת חירום 2019)
• ארה"ב: National Fire Protection Association NFPA 1221 – Standard for the Installation, Maintenance, and Use of Emergency Services Communications Systems 2019 (תקן הארגון הלאומי להגנה מפני שריפות בדבר התקנה, תחזוקה ושימוש של מערכות תקשורת לשירותי חירום)
• אירופה: Committee for Standardization (CEN) EN 54-4: Fire Detection and Fire Alarm Systems Part 4: Power Supply Equipment 1997 (תקן הוועדה האירופית לתקינה בדבר מערכות גילוי אש והתרעת אש פרק 4: ציוד הספקת-כוח)
• בריטניה: BS EN. 54-4 Fire Detection and Fire Alarm Systems Power Supply Equipment 1998 (תקן UK‏ BS EN בדבר מערכות גילוי אש והתרעת אש – ציוד הספקת כוח)
• סין: GB 17945-2010 – Fire Emergency Lighting and Evacuate Indicating System 2009 (תקן GB‏ בדבר מערכת חיווי תאורה ופינוי לשעת חירום במקרי שריפה)

סיכום

ספקי הכוח DRS-240/480 הרב-תכליתיים של MEAN WELL כוללים ספק כוח, התקן אל-פסק לזרם ישר (DC UPS) ומטען סוללות במודול קומפקטי אחד להרכבה על מסילת DIN. הם מוגנים לחלוטין מפני עומסי-יתר של מתח, זרם וטמפרטורה, כוללים פונקציית דיווח סטטוס, וניתן לשלב אותם במהירות ליצירת תשתית הספקת-כוח עבור מגוון רחב של מערכות אבטחה וכיבוי חכמות בבניינים חכמים.