Cómo mantener de forma fiable la alimentación de los sistemas de seguridad, protección y comunicaciones

En su nivel básico, los complejos residenciales, comerciales e industriales automatizados deben incorporar una amplia gama de sistemas de seguridad, protección y comunicaciones de emergencia para cumplir los requisitos de los seguros y los códigos de construcción locales, y para recibir un certificado de ocupación. Un factor común a estos sistemas es que todos necesitan una fuente de alimentación de línea de CA para producir energía de funcionamiento de CC de bajo voltaje y todos necesitan un arreglo de batería de respaldo altamente confiable.

Sin embargo, proporcionar sólo la energía básica CA-CC y el respaldo no es suficiente para los edificios y estándares modernos. Un sistema completo y homologado necesita varias indicaciones de alarma inequívocas, proporcionadas a través de cierres de interruptores para señalar condiciones específicas de fallos internos y externos. Además, los sistemas de los edificios inteligentes de hoy en día deben admitir varios modos de conectividad -así como flexibilidad en el montaje físico y los modos de funcionamiento- si quieren satisfacer las necesidades de diversas instalaciones, tipos de baterías y otras variables.

Es posible reunir lo necesario para la alimentación CA-CC o CC-CC, la recarga y gestión de la batería y la supervisión, gestión y control de alarmas del sistema utilizando subsistemas dispares. El resultado puede ser un diseño totalmente optimizado para la aplicación. ¿Pero a qué precio? El proceso de hacerlo es largo, costoso y distrae de la aplicación principal. El diseño también debe ser certificado por las autoridades reguladoras correspondientes, lo que aumenta el costo y el tiempo de diseño.

Una alternativa es utilizar una fuente de alimentación integrada que cumpla con los requisitos básicos de rendimiento y evite los inconvenientes de diseñar desde cero.

En este artículo se analizan las exigencias de los sistemas de alimentación para la automatización de edificios antes de presentar las soluciones de alimentación integradas de MEAN WELL. El artículo analizará las características y la aplicación de estos sofisticados e inteligentes subsistemas de potencia y cómo ofrecen una perfecta integración funcional junto con flexibilidad y programabilidad de parámetros.

Nuevas exigencias a los sistemas de gestión de edificios y de energía de seguridad

El subsistema de energía de una oficina comercial o de un gran edificio residencial debe soportar muchas funciones, algunas necesarias para un funcionamiento eficiente y otras obligatorias para la seguridad. Entre las funciones que requieren soporte de rieles de energía están:

• Alarmas y sistemas de seguridad contra incendios
• Equipos de comunicación de emergencia
• Iluminación de emergencia (debido a un incendio u otro corte de energía)
• Sistemas de control de acceso a edificios
• Sistema central de vigilancia de incendios y seguridad

Dependiendo del tamaño del edificio, el subsistema de energía debe soportar funciones críticas en varios pisos y ser bidireccional, con la línea primaria de CA (o CC) cargando la batería cuando esa opción está disponible, y la batería apoyando las diversas cargas y subsistemas si la línea primaria no está disponible (Figura 1).

Figura 1: En muchas instalaciones, un subsistema de alimentación debe cubrir las necesidades de varias plantas y, al mismo tiempo, gestionar la carga de una batería y su descarga cuando falla la alimentación primaria. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

Una consideración importante es la carga y la gestión de la batería de reserva, que debe ser supervisada adecuadamente para su función crítica como sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). No existe un enfoque único, ya que se utilizan baterías de diferentes capacidades eléctricas y tipos, incluidas las de litio y las de plomo-ácido, cada una con sus propias pautas de carga/descarga.

Además, hay muchas normas y códigos de construcción que deben cumplirse además de los más convencionales para cualquier suministro CA-CC o CC-CC. Debido al aumento de las arquitecturas avanzadas de los edificios, junto con el reconocimiento de lo que la tecnología puede hacer en los edificios inteligentes, los organismos de Europa, EE.UU. y China han promulgado normas de seguridad para los sistemas de seguridad y contra incendios, entre otros:

• Comité Europeo de Normalización (CEN) EN 54-4: Sistemas de detección y alarma de incendios - Parte 4: Equipos de alimentación eléctrica (British Standard. BS EN. 54-4).
• Estados Unidos: UL2524: Norma ANSI/CAN/UL para sistemas de mejora de la comunicación de emergencia bidireccional en edificios.
• Estados Unidos: National Fire Protection Association NFPA 1221: Standard for the Installation, Maintenance, and Use of Emergency Services Communications Systems.
• China: GB 17945-2010: Iluminación de emergencia contra incendios y sistema de indicación de evacuación.

Además, existen los mandatos básicos habituales de seguridad de CA, junto con las normas de emisiones de compatibilidad electromagnética (EMC) (conducidas, radiadas, corriente armónica y parpadeo de tensión) definidas por EN55032 (CISPR32) y N61000-3-2, y de inmunidad EMC (descarga electrostática (ESD), radiada, ráfaga de transitorios eléctricos rápidos (EFT), sobretensión, conducida y campo magnético) según EN61000-4.

Al reunir todos estos requisitos, una fuente de alimentación (PSU) es más que una simple fuente CA-CC o CC-CC. Debe proporcionar, supervisar, gestionar y apoyar múltiples funciones con un alto grado de fiabilidad y rendimiento (Figura 2).

Figura 2: Una fuente de alimentación moderna tiene dos funciones principales: suministrar corriente continua de bajo voltaje a varias cargas y proporcionar una gestión de la batería de alto rendimiento. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

El embalaje y el montaje también son importantes

El tamaño físico, el rango de temperatura de funcionamiento, la refrigeración y las consideraciones de montaje son también factores importantes de la fuente de alimentación. Estas unidades suelen estar ubicadas en un armario de servicios, a menudo con espacio y refrigeración limitados. Además de la fuente de alimentación y la batería, este armario también puede albergar equipos de datos y telecomunicaciones para el edificio, como conmutadores y routers, por lo que el espacio es muy importante, y la comodidad del montaje en rack es una característica atractiva.

Las fuentes de alimentación integradas responden a los requisitos de gestión de la energía del edificio

Para satisfacer las necesidades de rendimiento, factor de forma, montaje y simplificación del diseño de los diseñadores de automatización de edificios, MEAN WELL tiene el DRS-240-12, una unidad de 12 voltios/20 amperios (A), 240 vatios, todo en uno, así como un hermano mayor, el DRS-480-24, una unidad de 24 voltios/20 A, 480 vatios. Otras unidades de la serie DRS-240 ofrecen diferentes combinaciones de tensión/corriente: 24 voltios/10 A, 36 voltios/6,6 A y 48 voltios/5 A; para la serie DRS-480, las combinaciones disponibles son 36 voltios/13,3 A y 48 voltios/10 A.

Con respecto a la cuestión de la colocación y el montaje, las unidades DRS-240 y DRS-480 abordan esta cuestión mediante el montaje directo en los carriles DIN estándar de uso generalizado en la industria, tipo TS-35/7,5 o 15. Esto simplifica el montaje y permite montar fácilmente otros sistemas y sus carcasas al lado. Además, el diseño de carril DIN significa que todas las conexiones, indicadores y lecturas están en la parte delantera, sin necesidad de un panel trasero o incluso de acceso lateral. Esto supone una ventaja en la planificación del cableado, la instalación, la configuración, las pruebas y el recableado si es necesario.

El espacio disponible es escaso en estos armarios, por lo que es importante contar con una fuente de alimentación compacta. Las unidades DRS-240 miden sólo 86 × 125 × 129 milímetros (ancho × alto × profundidad), mientras que las unidades DRS-480 miden 110 × 125 × 151 mm (Figura 3).

Figura 3: Las unidades DRS de 240 vatios (izquierda) y 480 vatios (derecha) tienen un formato compacto y se montan en un carril DIN estándar; la unidad de 480 vatios es ligeramente más grande. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

Las condiciones ambientales de estos armarios y gabinetes también suponen un reto para el rendimiento a corto y largo plazo. Todos los miembros de la familia DRS están preparados para funcionar a una temperatura de -30 a +70 ˚C y a una humedad relativa (HR) del 20 al 90% sin condensación, con refrigeración por convección de aire libre. La fiabilidad se calcula en 564.7K horas (mínimo) según Telcordia SR-332 (Bellcore) y 73.3K horas mínimo según MIL-HDBK-217F (a 25 ˚C) para las unidades DRS-240; las cifras correspondientes a las unidades DRS-480 son ligeramente inferiores.

La entrada de alimentación de línea conduce a la salida de CC y de gestión de la batería

Dadas las variaciones de la red y el deseo de aplicabilidad mundial y facilidad de instalación, el rango de potencia de entrada también es importante. Estas fuentes de alimentación están especificadas para 90 a 305 voltios de CA y 127 a 431 voltios de CC. Muchas de las funciones de estas unidades están dedicadas a la carga, la descarga, la indicación del estado y la gestión general de la batería (Figura 4).

Figura 4: El diagrama de bloques de las fuentes de alimentación DRS muestra su sofisticación interna y la cantidad de circuitos dedicados a la gestión de la batería, carga/descarga, indicadores y protección. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

La curva de carga de dos/tres etapas y el ajuste de la corriente de carga (entre 20%～100%) pueden ajustarse manualmente mediante un interruptor DIP en el panel frontal. La máxima corriente de carga de la batería disponible es una función de la máxima corriente de salida disponible del modelo específico de DRS. El algoritmo de carga de la batería depende de la carga y la flexibilidad de los parámetros de carga permite al DRS-240/480 gestionar de forma óptima una variedad de baterías de plomo y litio.

Debido a la importancia de la función de la batería, el sistema también incluye indicadores de batería baja y protección contra la conexión inversa. Estas y otras características se combinan para ofrecer un subsistema de baterías robusto y fiable que puede cargarse desde la red eléctrica, pero que también puede conmutar y suministrar su potencia nominal en 10 milisegundos cuando la red no está disponible.

Se producirán fallos y problemas

Es inevitable que haya condiciones internas o externas que afecten a la capacidad de una fuente de alimentación para proporcionar todas las funciones especificadas. Por esta razón, las unidades DRS incluyen indicaciones de estado para condiciones como cortocircuitos, sobrecargas, sobretensión y sobretemperatura, además de los indicadores de batería baja y conexión inversa ya citados.

También son importantes los indicadores de estado tangibles de las condiciones operativas clave de fallo de CA, CC OK, batería baja, fallo del cargador y CC OK, que se proporcionan mediante LED y relés de forma C (Figura 5). Los relés de forma C están claramente marcados y proporcionan un cierre de contacto "seco" que se utiliza (y es obligatorio, en algunos casos) por varias razones.

Figura 5: El panel frontal es todo lo que el usuario ve para las conexiones de alimentación, los indicadores y los contactos de relé. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

Estos cierres de contacto son inequívocos y ofrecen varias ventajas. Llevan mucho tiempo utilizándose en la aplicación, por lo que son compatibles y se integran fácilmente tanto con los sistemas y componentes heredados como con los nuevos (incluso con los básicos, como una luz intermitente y un timbre externos); son muy fiables y resistentes; y el cierre de un interruptor es la indicación más definitiva que puede proporcionar un sistema, especialmente si hay problemas de alimentación que puedan afectar al funcionamiento de interfaces que son más "electrónicas", como las salidas de colector abierto o incluso los relés de estado sólido (SSR).

Las comunicaciones también son obligatorias

Una fuente de alimentación moderna también debe ofrecer conectividad de red para la gestión, la configuración y los informes de alto nivel. Las familias de fuentes de alimentación DRS estándar admiten enlaces Modbus, con una opción de bus CAN, que también puede utilizarse con una unidad de programación inteligente disponible. Este programador se utiliza para el ajuste externo de los parámetros asociados a las curvas y modos de carga de la batería, como la corriente constante (CC), la corriente cónica (TC), la tensión constante (CV) y la tensión de flotación (FV), para adaptarse a los numerosos tipos de baterías que se utilizan en la industria (Figura 6).

Figura 6: Utilizando el programador basado en Modbus, el usuario puede ajustar las numerosas especificaciones de carga de la batería para que se adapten de forma óptima al tamaño y tipo de la misma. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

Aunque las familias de fuentes de alimentación DRS ofrecen muchas funciones y características, su conexión real es bastante sencilla. Esta es una ventaja importante y una preferencia en las instalaciones prácticas, especialmente porque estas unidades suelen estar en uso durante muchos años (Figura 7).

Figura 7: La complejidad y sofisticación internas de las familias de fuentes de alimentación DRS son invisibles para el usuario, que sólo debe ocuparse de unas pocas conexiones e indicadores del panel frontal. (Fuente de la imagen: MEAN WELL)

Conclusión:

Las fuentes de alimentación como las de las familias DRS-240 y DRS-480 de MEAN WELL ofrecen algo más que la conversión básica de CA-CC o CC-CC. Son una solución de gestión de la energía aprobada para los sistemas de seguridad contra incendios y de edificios, incluidos los equipos de comunicación de emergencia. Como se ha demostrado, al integrar todas las funciones necesarias en un paquete de carril DIN pequeño, eficiente, fiable, de fácil montaje y conexión, los suministros DRS simplifican la documentación, la instalación y el funcionamiento, a la vez que proporcionan la funcionalidad, las características y el rendimiento necesarios para cumplir una serie de códigos normativos.

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