Особенности расчета времени резервирования технических средств СОУЭ

Основные требования
Нормативные требования
Особенности использования АКБ в качестве средства резервирования СОУЭ
Организация технических средств СОУЭ, обеспечивающая длительное резервирование
Расчет времени резервирования технических средств СОУЭ при работе с АКБ
Расчет мощности, потребляемой техническими средствами СОУЭ
Питание системы оповещения от источника бесперебойного питания

Приложение 1 - Схема подключения блока сообщений VF-8160 к комбинированной системе RA-8236, обеспечивающая оптимальный режим работы в дежурном режиме
Приложение 2 - Схема включения блоков системы аварийного оповещения и музыкальной трансляции ITC-ESCORT, обеспечивающая длительное время резервирования

1. Основные требования

Система оповещения и управления эвакуацией СОУЭ является наиважнейшей составляющей системы безопасности людей находящихся внутри здания. К техническим средствам СОУЭ предъявляются высокие требования:

по надежности;
по помехо-, вибро-, электромагнитной устойчивости;
по обеспечению аппаратного контроля;
по обеспечению контроля целостности линий оповещателей, управляющих, контролирующих и питающих устройств;
к соединительным кабелям и проводам;
к бесперебойному питанию.

Основные требования к бесперебойному питанию сводятся к следующему:

СОУЭ должны функционировать в течение времени, необходимого для завершения эвакуации людей из здания, сооружения, строения.

При пропадании питания СОУЭ должна функционировать в течение 24 часов в дежурном режиме плюс один час в режиме тревоги. Если в части проекта осуществляется расчет времени эвакуации, то в этом случае время резервирования в тревожном режиме должно составлять 1,3 времени эвакуации.

Электропитание СОУЭ необходимо осуществлять совместно с резервным источником таким образом, чтобы система оставалась полностью работоспособной без выдачи ложных срабатываний в течение времени, необходимого для полной эвакуации людей в безопасное место.

По степени надежности электропитания СОУЭ относится к потребителям первой категории, снабженным устройством автоматического ввода резерва (АВР), обеспечивается электроэнергией от двух независимых источников по двум линиям, проложенным по разным трассам. Независимо от наличия АВР СОУЭ нуждается в дополнительном резервировании на время ввода второго источника (срабатывания и переключения АВР).

2. Нормативные требования

Резервное электропитание технических средств оповещения должно осуществляться:
- от второго независимого ввода сети переменного тока;
- от источника питания постоянного тока;
- автономным электроагрегатом переменного тока.
Примечание. В качестве резервного источника постоянного тока могут быть использованы сухие гальванические элементы или аккумуляторные батареи.
Время работы технических средств оповещения от резервного источника постоянного тока в дежурном режиме должно быть не менее 24 часов.
Время работы технических средств оповещения от резервного источника постоянного тока в тревожном режиме должно быть не менее 1 часа. Не всегда имеется возможность обеспечить независимый ввод сети переменного тока. На этот случай приведем более подробные рекомендации:
При невозможности по местным условиям осуществлять питание СОУЭ от двух независимых источников допускается организовать питание от одного источника: от разных трансформаторов, двухтрансформаторной или двух однотрансформаторных подстанций, подключенных к разным питающим линиям, проложенным по разным трассам, с устройством АВР на стороне низкого напряжения.
При отсутствии в системе электроснабжения здания источников питания, оговоренных в пунктах 1-3, для резервного питания СОУЭ используются аккумуляторные батареи на напряжение, указанное в технических условиях на КТС СОУЭ. При этом устройства СОУЭ в нормальном режиме подключаются через понижающие трансформаторы соответствующего напряжения. Аккумуляторные батареи находятся на постоянной подзарядке от основного ввода питания.
Емкость аккумуляторных батарей обеспечивает питание электроприемников в течение 24 ч в дежурном режиме и не менее времени эвакуации в режиме "Тревога".

3. Особенности использования АКБ в качестве средства резервирования СОУЭ

Аккумуляторные батареи АКБ, широко применяются для резервирования технических средств СОУЭ. Наиболее распространенными являются герметичные свинцово-кислотные (SLA) перезаряжаемые необслуживаемые аккумуляторы, рис.1.

Рис. 1 - Внешний вид АКБ, DJM 1245

К достоинству SLA аккумуляторов можно отнести эксплуатационную безопасность, относительно медленный саморазряд, возможность подзарядки, не критичность к условиям заряда. Недостатками являются большой вес, сокращение жизни батарей при глубоких разрядах и ухудшение эксплуатационных характеристик при нарушении температурного режима и перегрузке.

Большинство СОУЭ питаются от напряжения 24В. Для их питания можно использовать пару АКБ (2х12В), соединенных последовательно. Одной из важных характеристик АКБ является емкость. Емкость определяет энергию аккумулятора и, как следствие, величину допустимой нагрузки. При длительной работе АКБ разряжается, что сопровождается падением напряжения на его выводах. Аккумулятор считается разряженным при достижении (конечного) напряжения, определяемого характеристиками.

При работе с SLA АКБ нужно обратить внимание на следующие обстоятельства:

при уменьшении температуры от 20 до 0 градусов Цельсия, емкость аккумулятора уменьшается примерно на 15%. При уменьшении температуры еще на 20 градусов емкость аккумулятора падает еще на 25%;
при повышении температуры от 20 до 40 градусов Цельсия емкость аккумулятора возрастает примерно на 5%;
не следует допускать глубокого разряда АКБ.

Для правильного определения величины нагрузки необходимо воспользоваться техническими характеристиками аккумулятора, рис. 2.

Рис. 2 - Разрядные характеристики АКБ, DJM 1245

Из разрядных характеристик можно проследить зависимость напряжения на клеммах АКБ от величины нагрузки и времени разряда (штрихпунктирная линия). Данное напряжение следует сопоставить с допустимым напряжением питания резервируемых средств. Из графика, рис. 2 видно:

если АКБ нагрузить полностью (кривая 1С), то время разряда батареи составит менее 30мин;
если АКБ нагрузить не более чем на 65% (кривая 0,65С), то время разряда батареи составит более 1ч.

Для мощных АКБ желательно использовать зарядное устройство с регулируемым уровнем заряда работающее как в режиме подзарядки, так и в буферном режиме. Зарядное устройство выбирается в зависимости от емкости и напряжения АКБ. Зарядный ток не должен превышать 10% от емкости АКБ: J_зар ≤ 0,1 C, где C – емкость АКБ, Ач.

4. Организация технических средств СОУЭ, обеспечивающая длительное резервирование

Наиболее жестким с точки зрения существующих нормативов является требование по обеспечению резервного питания технических средств СОУЭ в течение дежурного режима. Для обеспечения данного требования технические средства СОУЭ необходимо разбить на 2 группы (Независимо от режима работы, резервированию подлежат только блоки, выполняющие функции СОУЭ):

средства, работающие в дежурном режиме;
средства, работающие в тревожном режиме.

На рис.3 представлена схема организации технических средств СОУЭ при резервировании от АКБ.

Рис. 3 - Организация технических средств СОУЭ при резервировании от АКБ

Контроллер питания следит за напряжением на основном вводе и при его пропадании выдает команду на подключение блоков, работающих в дежурном режиме, к резервному вводу, к которому подключены АКБ и зарядное устройство.

Под дежурным режимом будем понимать режим функционирования, в котором задействовано минимальное количество узлов системы (с минимальным энергопотреблением каждого узла) находящихся на дежурстве. Данные блоки (узлы) активируются от автоматической установки пожарной сигнализации АУПС и должны иметь возможность оперативного включения технических средств, отвечающих за тревожный режим. В дежурном режиме все крупные потребители, например, усилители должны находиться в режиме минимального потребления и оперативной готовности к включению в режиме тревоги.

Тревожный режим активируется командным сигналом, поступающим от пожарной станции. В тревожном режиме задействуются все технические средства, необходимые для решения основной задачи (см. основные требования).

5. Расчет времени резервирования технических средств СОУЭ при работе с АКБ

Расчет мощности АКБ

Основными параметрами, необходимыми для расчета мощности, являются его емкость C и напряжение U на его отводах, определяемое параметрами и количеством АКБ. Емкость аккумулятора определяет максимальный ток I и, как следствие, величину нагрузки которую он сможет обеспечивать в течение требуемого времени.

Емкость аккумулятора C измеряется в ампер-часах (Ач, при маленькой емкости – в миллиампер-часах (мАч)). и является произведением постоянного тока разряда аккумулятора на время разряда (в часах):

Энергия W накапливаемая в аккумуляторе, зависит как от его емкости (1), так и от напряжения U:

Аккумуляторные батареи строятся следующим образом. При параллельном соединении нескольких АКБ емкость аккумуляторной батареи C увеличивается пропорционально их количеству (пример последовательного соединения 2-х АКБ изображен на рис.1.). При последовательном соединении нескольких АКБ U на крайних отводах такой составной батареи также увеличивается пропорционально их количеству . Другими словами, при параллельном подключении АКБ суммарная мощность увеличивается за счет увеличения тока, при последовательном соединении, за счет увеличения напряжения. В составных батареях, используемых в блоках бесперебойного питания (UPS), используется последовательно параллельное подключение, рис.4.

Рис. 4 - Пример построения составной аккумуляторной батареи

Мощность составной батареи складывается из мощностей каждого аккумулятора. Общая энергия батареи E_б, составленной из нескольких АКБ одинаковой мощности:

Расчет мощности, потребляемой техническими средствами СОУЭ

По существующим нормативам при пропадании питания СОУЭ должна функционировать в течение 24ч дежурного времени и времени, необходимого до завершения эвакуации людей, в режиме тревоги. Для минимизации средней мощности потребления в течение всего периода технические средства СОУЭ разбиваются на две группы, мощности каждой из которых рассчитываются отдельно.

Суммарная мощность потребления блоков, находящихся в дежурном режиме:

Суммарная мощность потребления блоков, находящихся в тревожном режиме:

Средняя мощность, потребляемая техническими средствами СОУЭ в течение дежурного T_д и тревожного T_тр времени:

Проверка расчета

Допущение: Входные параметры АКБ можно брать непосредственно из технических характеристик, не опираясь на нагрузочные характеристики, так как последние ориентированы на активную нагрузку (например, электрический чайник).

Запишем критерий (правильности) расчета времени резервирования технических средств СОУЭ, при резервировании от АКБ:

6. Пример расчета

Воспользуемся результатами, полученными выше, и рассчитаем время резервирования СОУЭ, построенной на 2-х блоках: комбинированной системе ROXTON RA-8236 и блоке сообщений ROXTON VF-8160 (см. статью "Система оповещения Roxton 8000"). Схема включения данных устройств, обеспечивающая оптимальный режим работы, дана в Приложении 1.

Входные данные для расчета

Характеристики блока сообщений ROXTON VF-8160:

Мощность потребления в дежурном режиме (по 24В) – 0 Вт;
Мощность потребления в тревожном режиме (по 24В) – 12 Вт;

Характеристики комбинированной системы ROXTON RA-8236:

Мощность потребления в дежурном режиме (по 24В) – 7,2 Вт;
Мощность потребления в тревожном режиме (по 24В) – 14,4 Вт;
Мощность потребления в тревожном режиме (по 24В) при полной нагрузке – 400 Вт;
Мощность нагрузки усилителя (80% от полной мощности – 360Вт ) – 288 Вт.

Расчет

Рассчитаем мощность потребления (блоков) в течении дежурного режима (Рд):
P_д = Т_д * P_д = 24*7,2=173 Вт
Рассчитаем мощность потребления (блоков) в тревожном режиме для времени тревожного режиме Т_тр=1час:
Р_тр = Т_тр (Р_тр + P_д) = 1*(0,8*400 + 12) = 332Вт
Рассчитаем суммарную мощность потребления блоков:
P_сум = (Р_тр + P_д) = 173+332 = 505 Вт
Рассчитаем ток потребления СОУЭ.
I_сум= P_сум / 24 = 505/24 = 21Ач

Вывод: для резервирования данной системы необходимо выбрать пару АКБ емкостью не менее 21А.

7. Питание системы оповещения от источника бесперебойного питания

На современном рынке присутствует большое разнообразие источников бесперебойного питания (ИБП). Производители, выдвигая на передний план те или иные преимущества, обычно скрывают недостатки своих брендов, поэтому для работы с СОУЭ желательно использовать ИБП, которые прошли надлежащую сертификацию.

Основной характеристикой ИБП является полная мощность, измеряемая в ВА (Вольт-Амперах). Полную мощность не следует путать с активной мощностью или мощностью нагрузки, измеряемой в ваттах. Если производитель для своего ИБП не указывает мощность в ваттах, то для ее получения необходимо полную мощность умножить на коэффициент "0,7". Данный коэффициент называется коэффициентом мощности (Power Factor), равен отношению активной мощности к полной мощности (Вольт-Ампер) и определяет характер нагрузки (активная или реактивная (комплексная)).

Длительную работу резервируемой системы при пропадании питания обеспечивают аккумуляторные батареи (АКБ), которые могут быть как встроенными, так и внешними. Большинство ИБП содержат встроенные АКБ, но для увеличения емкости могут предлагаться и дополнительные внешние АКБ, позволяющие увеличить время резервирования. При одновременной работе (комбинировании) внутренних и внешних АКБ необходимо удостовериться в том, что суммарная энергия (W) этих АКБ, не превысит возможности ИБП.

На рис.5 изображен мощный ИБП со встроенными АКБ, предназначенный для установки в электротехнический шкаф.

Рис. 5 - Внешний вид стоечного блока бесперебойного питания JPX-3000

В современных ИБП встроенные зарядные устройства управляются процессором, который автоматически определяет, оптимизирует режим подзарядки, осуществляет полный контроль параметров, управляет внешней индикацией режимов. Программное управление позволяет дистанционно контролировать и управлять параметрами ИБП. К достоинствам ИБП по сравнению с АКБ можно отнести простоту монтажа, удобство в обслуживании и самое главное, большую безопасность.

Для расчета мощности E, эффективно резервируемой ИБП, необходимо учитывать дополнительный коэффициент , учитывающий потери на инвертирование:

Приложение 1

Схема подключения блока сообщений ROXTON VF-8160 к комбинированной системе ROXTON RA-8236, обеспечивающая оптимальный режим работы в дежурном режиме

Рис. 6 - Схема подключения

Особенность данного подключения заключается в том, что блок сообщений ROXTON VF-8160 в дежурном режиме полностью обесточен. В тревожном режиме он активируется от терминального усилителя RA-8236 и включается в работу. Такое включение позволяет за период дежурного времени сэкономить 24*12=288Вт.

Приложение 2

Схема включения блоков системы аварийного оповещения и музыкальной трансляции ITC-ESCORT, обеспечивающая длительное время резервирования.

На рисунке ниже представлен фрагмент системы оповещения, реализованный на системе ITC-ESCORT. Система работает в 2-х режимах: режим тревожного оповещения и режим музыкальной трансляции. ИБП осуществляет резервирование по питанию только тех блоков, которые отвечают за дежурный и тревожный режим. Блоки, реализующие музыкальную трансляцию не резервируются.

Рис. 7 - Схема подключения

Работа системы осуществляется следующим образом (на схеме сигналы управления и включения, обозначены пунктирными линиями). Управление 10-ю линиями громкоговорителей осуществляет автоматический селектор ITC ESCORT T-6212, к которому через селектор зон ITC ESCORT T-6202 подключены 2 независимых усилителя: ITC ESCORT T-120 – усилитель, работающий в режиме музыкальной трансляции, ITC ESCORT T-61500 – высокоприоритетный усилитель, работающий в тревожном режиме. Аварийный усилитель ITC ESCORT T-61500 запитан от отключаемых (управляемых) розеток распределителя питания ITC ESCORT T-6216. В дежурном режиме данные розетки обесточены. Автоматический селектор Т-6212, также как и аварийная панель ITC ESCORT T-6223A, отвечающая за включение тревожного сообщения находятся на дежурстве и должны быть подключены к статическим (не отключаемым) розеткам распределителя питания ITC ESCORT T-6216. При поступлении сигнала включения от системы пожарной сигнализации, на выходе автоматического селектора возникает контрольный сухой контакт, который активирует распределитель питания. На выходе отключаемых розеток возникает напряжение 220В, которое запитывает селектор зон ITC ESCORT T-6202 и усилитель ITC ESCORT T-61500. Блоки, отвечающие за музыкальную трансляцию – усилитель ITC ESCORT T-120 и CD-проигрыватель ITC ESCORT T-6221 не резервируются.