보안, 안전, 통신 시스템에 안정적으로 전력 공급을 유지하는 방법

거주, 상업, 산업 자동화 콤플렉스가 토지 사용 증명서를 받으려면 기준 레벨에서 보험 요구 사항 및 현지 빌딩 법규에 대해 광범위한 보안, 안전, 비상 통신 시스템을 통합해야 합니다. 이러한 시스템에 공통적인 한 가지 요인은 저전압 DC 작동 전력을 생성하기 위해 모두 AC 회선 전원 공급 장치가 필요하며, 모두 고도로 신뢰할 수 있는 배터리 백업 방식이 필요하다는 것입니다.

그러나, 기본적인 AC-DC 전력 및 백업을 제공하는 것만으로는 최신 빌딩 및 표준에 충분하지 않습니다. 코드 인증을 받은 포괄적인 시스템에는 특정한 내부 및 외부 고장 조건을 알리기 위해 스위치 폐쇄를 통해 제공되는 여러 명확한 경보 표시가 필요합니다. 또한 오늘날의 스마트 빌딩 시스템은 다양한 시설, 배터리 유형 및 기타 변수의 요구 사항을 충족기 위해 다양한 연결 모드는 물론, 물리적 실장 및 작동 모드의 유연성을 지원해야 합니다.

개별적인 하위 시스템을 사용하여 AC-DC 또는 DC-DC 전력, 배터리 재충전 및 관리, 시스템 감독, 관리, 경보 제어에 필요한 것을 함께 통합할 수 있습니다. 이런 방식으로 응용 제품에 완전히 최적화된 설계를 구현할 수는 있습니다. 하지만 그 비용은 어떨까요? 이를 수행하는 과정은 시간과 비용이 많이 들며 주요 응용 제품에서 주의를 분산시킵니다. 또한 설계는 적절한 규제 당국의 인증을 받아야 하므로 비용과 설계 시간이 늘어납니다.

한 가지 대안은 처음부터 설계하는 단점을 피하면서 핵심 성능 요구 사항을 충족하는 올인원 통합 전원 공급 장치를 사용하는 것입니다.

이 기사에서는 MEAN WELL의 통합 전원 공급 장치 솔루션을 도입하기 전에 빌딩 자동화를 위한 전력 시스템의 요구 사항에 대해 설명합니다. 또한 이러한 정교하고 지능적인 전력 하위 시스템의 기능과 응용에 대해 살펴보고, 이러한 시스템이 유연성 및 파라미터 프로그래밍 가능성과 함께 원활한 기능 통합을 제공하는 방법을 설명합니다.

빌딩 관리 및 보안 전력 시스템에 대한 새로운 수요

상업용 사무실 또는 대규모 주거용 빌딩의 전력 하위 시스템은 이제 효율적인 작동에 필요한 기능과, 안전 및 보안을 위해 요구되는 기능을 비롯한 많은 기능을 지원할 것으로 예상됩니다. 전력 레일 지원을 요구하는 기능에는 다음이 포함됩니다.

• 화재 안전 경보 및 시스템
• 비상 통신 장비
• 비상등(화재 또는 기타 정전 시)
• 빌딩 액세스 제어 시스템
• 중앙 화재 경보 및 보안 모니터링 시스템

빌딩 크기에 따라 전력 하위 시스템은 여러 층에서 중요한 기능을 지원해야 하며 해당 옵션을 사용할 수 있는 경우 배터리를 충전하는 1차 AC(또는 DC) 회선과 양방향이고 1차 회선을 사용할 수 없는 경우 다양한 부하 및 하위 시스템을 지원하는 배터리와 양방향이어야 합니다(그림 1).

그림 1: 많은 시설의 전력 하위 시스템은 여러 층의 필요 사항을 지원하면서, 1차 전력에 장애가 발생할 경우 배터리의 충전 및 방전을 관리해야 합니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

주요 고려 사항은 백업 배터리를 충전하고 관리하는 것이며, 이는 무정전 전력 시스템(UPS)으로서 중요 역할에 대해 적절하게 관리되어야 합니다. 리튬 및 납산 화학 물질을 포함하여 각각 고유한 충전/방전 지침이 있는 다양한 전기 용량과 유형의 배터리가 널리 사용되기 때문에 여기에서 단일의 최적 접근 방식은 없습니다.

또한 AC-DC 또는 DC-DC 전원 공급 장치에 대한 보다 관습적인 규정 이외에, 충족해야 하는 표준 및 빌딩 규정도 많이 있습니다. 스마트 빌딩에서 기술이 실현할 수 있는 기능에 대한 인식과 함께 고급 빌딩 아키텍처의 증가로 인해 유럽, 미국 및 중국의 기관들은 다음을 포함하여 보안 및 소방 시스템에 대한 안전 규정을 공포했습니다.

• 유럽 표준화 기구(CEN) EN 54-4: 화재 감지 및 화재 경보 시스템 파트 4: 전원 공급 장비(영국 표준. BS EN. 54-4).
• 미국: UL2524: 빌딩 내 양방향 비상 무선 통신 향상 시스템을 위한 ANSI/CAN/UL 표준.
• 미국: 미국 화재 예방 협회 NFPA 1221: 비상 서비스 통신 시스템의 설치, 유지 보수, 사용에 대한 표준.
• 중국: GB 17945-2010: 화재 비상등 및 대피 표시 시스템.

또한 EN55032(CISPR32)과 N61000-3-2에서 정의한 전자파 적합성(EMC) 방출(전도, 복사, 고조파 전류 및 전압 플리커) 및 EN61000-4에 따른 EMC 내성(정전기 방전(ESD), 복사, EFT(전기 급속 과도) 버스트, 서지, 전도 및 자기장)에 대한 표준과 함께 일반적인 기본 AC 안전 규정이 있습니다.

이러한 모든 요구 사항을 종합하면 전원 공급 장치(PSU)는 단순한 AC-DC 또는 DC-DC 공급 장치 그 이상입니다. 전원 공급 장치는 높은 수준의 신뢰성 및 성능과 함께 여러 기능을 제공, 감독, 관리, 지원해야 합니다(그림 2).

그림 2: 최신 PSU는 여러 부하에 저전압 DC를 공급하면서 고성능 배터리 관리를 제공하는 두 가지 기본 역할을 가집니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

간과할 수 없는 패키징 및 실장

실제 크기, 작동 온도 범위, 냉각, 실장 고려 사항도 중요한 PSU 요인입니다. 이러한 장치는 일반적으로 유틸리티 밀실에 위치하며 공간과 냉각 기능이 제한적인 경우가 많습니다. 이 밀실에는 PSU 및 배터리 외에도 빌딩의 데이터 및 전기 통신 장비(예: 스위치 및 라우터)가 있을 수 있어 공간이 중요시 되므로 랙 실장의 편리함은 매력적인 특징입니다.

빌딩 전력 관리 요구 사항을 해결하는 통합 전원 공급 장치

빌딩 자동화 설계자의 성능, 폼 팩터, 실장, 설계 간소화 요구 사항을 해결하기 위해, MEAN WELL은 12V/20A, 240W, 일체형 장치인 DRS-240-12와 같은 계열의 대형 제품인 DRS-480-24, 24V/20A, 480W 장치를 제공합니다. DRS-240 계열의 다른 장치는 24V/10A, 36V/6.6A 및 48V/5A의 다양한 전압/전류 조합을 제공하며 DRS-480 계열의 경우 사용 가능한 페어링은 36V/13.3A 및 48V/10A입니다.

배치 및 실장 문제와 관련하여 DRS-240 및 DRS-480 장치는 널리 사용되는 산업 표준 DIN 레일 유형 TS-35/7.5 또는 15에 직접 실장하여 이 문제를 해결합니다. 이는 실장을 단순화하고 다른 시스템과 해당 인클로저를 나란히 쉽게 실장할 수 있도록 합니다. 또한 DIN 레일 설계는 후면 패널이나 측면 접근이 필요 없이 모든 연결, 표시기 및 판독 정보가 전면에 있음을 의미합니다. 이는 배선 계획, 설치, 구성, 테스트 및 재배선(필요한 경우) 시 이점이 됩니다.

이러한 밀실에서는 사용 가능한 공간이 귀하므로 콤팩트한 PSU 폼 팩터가 중요합니다. DRS-240 장치는 86mm × 125mm × 129mm(너비 × 높이 × 깊이)인 반면 DRS-480 장치는 110mm × 125mm × 151mm입니다(그림 3).

그림 3: 240W(왼쪽) 및 480W DRS(오른쪽) 장치는 콤팩트한 폼 팩터를 가지며 표준 DIN 레일에 실장됩니다. 480W 장치가 약간 더 큽니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

이러한 캐비닛 및 밀실의 환경 조건은 단기 및 장기 성능에 문제가 됩니다. DRS 제품군의 모든 제품은 -30˚C ~ +70˚C 및 20% ~ 90% RH(상대 습도) 비응축 작동(자유 공기 대류 냉각) 등급을 받았습니다. DRS-240 장치의 경우 신뢰성은 Telcordia SR-332(Bellcore)에 따라 최소 564.7K 시간 및 MIL-HDBK-217F(25˚C 기준)에 따라 최소 73.3K 시간으로 계산됩니다. DRS-480 장치에 대한 해당 수치는 이보다 약간 낮습니다.

DC 및 배터리 관리 출력으로 연결되는 회선 전력 입력

그리드의 변화와 전 세계적인 적용 가능성 및 설치 용이성에 대한 요구를 감안할 때 입력 전력 범위도 중요합니다. 이러한 PSU는 90V ~ 305V AC 및 127V ~ 431V DC에 대해 사양이 지정되었습니다. 이러한 장치 내 기능 중 대부분은 배터리의 충전, 방전, 상태 표시 및 전반적인 관리를 위한 것입니다(그림 4).

그림 4: DRS PSU 제품 구성도는 배터리 관리, 충전/방전, 표시기, 보호 전용 회로망의 내부적 정교함과 크기를 보여줍니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

2단계/3단계 충전 곡선 및 충전 전류 설정(20% ~ 100%)은 전면 패널의 DIP 스위치를 통해 수동으로 조정할 수 있습니다. 사용 가능한 최대 배터리 충전 전류는 특정 DRS 모델에서 사용할 수 있는 최대 출력 전류의 함수입니다. 배터리 충전 알고리즘은 부하에 따라 다르며 충전 파라미터의 유연성을 통해 DRS-240/480은 다양한 납산 및 리튬 배터리를 최적으로 관리할 수 있습니다.

배터리 기능의 중요성으로 인해 시스템에는 배터리 부족 표시기와 역연결 방지 기능도 포함되어 있습니다. 이를 비롯한 다른 여러가지 기능이 결합되어 주전원에서 충전할 수 있는 견고하고 안정적인 배터리 하위 시스템을 제공할 뿐만 아니라 주전원을 사용할 수 없을 때 10밀리초 이내에 정격 전력을 전환하고 전달합니다.

결함 및 문제 발생

지정된 모든 기능을 제공하는 PSU의 기능에 영향을 미치는 내부 또는 외부 조건이 있는 것은 불가피한 일입니다. 이러한 이유로 DRS 장치에는 이미 언급된 배터리 부족 및 역연결 표시기 외에도 단락, 과부하, 과전압 및 과열과 같은 조건에 대한 상태 표시가 포함되어 있습니다.

또한 LED 및 Form C 계전기에서 제공하는 AC 장애, DC OK, 배터리 부족, 충전기 장애 및 DC OK의 주요 작동 조건에 대한 유형의 상태 표시기도 중요합니다(그림 5). Form C 계전기는 명확하게 표시되어 있으며 여러 가지 이유로 사용되는(일부 경우에는 필수임) '건식' 접점 폐쇄를 제공합니다.

그림 5: 전면 패널을 통해 모든 사용자가 전력 연결, 표시기, 계전기 접점을 확인할 수 있습니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

이러한 접점 폐쇄는 분명하며 여러 이점을 제공합니다. 접점 폐쇄는 오랫동안 응용 제품에서 사용되어 왔으며 레거시 및 새 시스템 및 부품(외부 플래싱 라이트 및 벨과 같은 기본 사항도 포함)과 호환되고 쉽게 통합됩니다. 또한 신뢰성이 높고 견고합니다. 스위치 폐쇄는 시스템이 제공할 수 있는 가장 확실한 표시입니다. 개방형 콜렉터 출력이나 SSR(무접점 계전기)과 같이 보다 '전자적인' 인터페이스의 작동에 영향을 줄 수 있는 전력 문제가 있는 경우에 특히 그렇습니다.

역시 필수적으로 고려되는 통신

최신 PSU는 높은 수준의 관리, 설정 및 보고를 위한 네트워크 연결도 제공해야 합니다. PSU의 표준 DRS 제품군은 제공되는 스마트 프로그래밍 장치에서 사용할 수 있는 CAN 버스 옵션과 함께 Modbus 링크를 지원합니다. 이 프로그래밍 장치는 산업 전반에 걸쳐 사용되는 여러 다양한 배터리 유형을 수용할 수 있도록 정전류(CC), 테이퍼 전류(TC), 정전압(CV), 부동 전압(FV)과 같은 배터리 충전 곡선 및 모드와 관련된 파라미터의 외부 설정에 사용됩니다(그림 6).

그림 6: Modbus 기반 프로그밍 장치를 사용하여 배터리 크기와 유형에 최적인 다양한 배터리 충전 세부 사항을 설정할 수 있습니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

PSU의 DRS 제품군은 많은 기능과 특징을 제공하지만 실제 연결은 상당히 간단합니다. 이는 실제 설치에서 중요한 이점이자 선호되는 이유입니다. 특히 이러한 장치는 여러 해 동안 자주 사용되기 때문입니다(그림 7).

그림 7: DRS PSU 제품군의 내부 복잡성과 정교성은 몇 개의 전면 패널 연결 및 표시기만 다뤄야 하는 사용자에게는 보이지 않습니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

결론

MEAN WELL DRS-240 및 DRS-480 제품군과 같은 전원 공급 장치는 기본 AC-DC 또는 DC-DC 변환 이상의 기능을 제공합니다. 이러한 장치는 비상 통신 장비를 포함하여 화재 안전 및 건물 보안 시스템을 위한 승인된 전원 관리 솔루션입니다. 위에서 살펴본 바와 같이 필요한 모든 기능을 작고 효율적이며 안정적이고 쉽게 실장할 수 있는 연결 DIN 레일 패키지에 통합함으로써 DRS 공급 장치는 여러 규제 코드를 충족하는 데 필요한 기능, 특징 및 성능을 제공하는 동시에 문서화, 설치 및 작동을 단순화합니다.

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