Настоящие рекомендации предназначены для технических и монтажных служб, занимающихся проектированием, монтажом и обслуживанием систем охранно-пожарной сигнализации (ОПС), видеонаблюдения и связи.
Данное пособие не претендует на полное освещение проблемы использования резервного питания в вышеупомянутых системах, однако авторы надеются, что оно окажется полезным при решении конкретных задач подбора оптимальной системы резервирования питания на реальных объектах.
Говорить о важности обеспечения систем безопасности и связи резервным электропитанием, наверное, излишне. Однако, хочется подчеркнуть, что принимая решение оснащать или не оснащать объект источниками резервного питания, желательно вспомнить расхожую истину, что скупой платит дважды. Ведь ни для кого не секрет, что несрабатывание, или, наоборот, ложное срабатывание охранной или пожарной сигнализации, или утеря информации при передаче по какому-либо каналу связи могут стоить в сотни и тысячи раз дороже, чем система резервного питания.
Поэтому, не ставя под сомнение сам факт установки системы резервного электропитания на объект, коротко коснемся того, какие схемы резервирования могут быть применены.
Для начала необходимо договориться о терминологии. В данном пособии мы будем употреблять термины "источник резервного (гарантированного) питания" и "источник бесперебойного питания" в следующих значениях: "резервное (гарантированное) питание" — система или отдельный ее узел постоянно питаются от основного источника питания, а подключение резервного источника происходит (автоматически или вручную) лишь при пропадании напряжения в основной питающей цепи; "бесперебойное питание" — источник питания одновременно выполняет функции и основного и резервного, при этом при пропадании напряжения в основной цепи источник автоматически переходит на резервное питание (как правило, от аккумуляторов).
В общем случае, все источники с функцией резерва будем называть "источники вторичного электропитания резервированные" (ИВЭПР).
Достаточно условно способы резервирования питания могут быть разбиты на несколько классов.
1. Системы резервирования всего объекта. Как правило, это системы достаточно большой мощности (от 0.5 до 100 кВт), обеспечивающие подачу в сеть напряжения 220 В частотой 50 Гц, которым и питаются все вторичные источники. В основном для этой цели применяются бензиновые или дизельные электростанции, хотя в последнее время рынок все больше начинают завоевывать инверторные источники питания, работающие от аккумуляторов, а также комбинированные системы с использованием так называемых альтернативных источников энергии (ветродвигатели, солнечные батареи и т.п.).
2. Автономные источники бесперебойного или резервного питания, обеспечивающие подачу электроэнергии на одно или несколько устройств или систем. Эти источники, как правило имеют мощность до 500 Вт и обеспечивают выходные напряжения, характерные для питания приборов охранно-пожарной сигнализации и связи, а именно 12, 24 и 60 В постоянного тока.
3. Встроенные в прибор или узел системы резервного питания. В простейшем случае это гальванический элемент или аккумулятор, который нужно периодически подзаряжать с помощью внешнего устройства, в более сложном — аккумулятор со встроенным в изделие зарядным устройством.
Для систем ОПС и связи наиболее целесообразным представляется использование второй схемы, как наиболее универсальной и экономичной — именно использование отдельных источников питания относительно небольшой мощности позволяет подобрать оптимальное решение конкретной задачи, подключая к одному источнику группу приборов с тем или иным напряжением питания и токопотреблением.
В большинстве случаев удобнее использовать источники бесперебойного питания, так как в этом случае отпадает необходимость использования отдельного преобразователя (адаптера) напряжения сети 220 В для постоянного питания конкретного прибора необходимым напряжением (как уже отмечалось, источник бесперебойного питания выполняет функции и основного и резервного источников одновременно). Тем не менее, в случаях, когда прибор оснащен собственным сетевым адаптером или устройство в дежурном режиме не потребляет энергии, а потребляет ее от случая к случаю (например, в системах автоматического пожаротушения), целесообразно применять источники резервного питания, так как их цена ниже цены источников бесперебойного питания.
Технические особенности источников питания различных типов будут рассмотрены в следующих разделах.
2. Критерии выбора источников вторичного питания
Правильный выбор источника вторичного питания существенно затрудняется отсутствием каких-либо нормативных документов, как на параметры самих источников, так и на применение источников питания на объектах. Единственным параметром источников питания, фигурирующим в нормативных документах по оснащению объектов системами ОПС, является длительность резервирования электропитания объектов. Для особо важных объектов (о них речь пойдет ниже) эта длительность составляет 24 часа. Однако, если объект включен в так называемый "список № 2", то есть перебои в энергоснабжении этого объекта от центральных электрических сетей не должны превышать 2-х часов в сутки, требования к длительности могут быть снижены до 2.5 часов.
Отсутствием нормативных документов объясняется, в первую очередь, разнообразие применяемых на практике источников и еще большее разнообразие мнений относительно критериев выбора источника питания для конкретного объекта. К сожалению, многие поставщики резервированных источников (конечно, не производители, а торгующие организации) не обладают достаточной технической грамотностью, не говоря уже о наличии собственной лабораторно-технической базы. Это приводит к невозможности проверки и подтверждения параметров источников питания, заявляемых в рекламных, а иногда и в сопроводительных технических материалах перед попаданием изделия к конечному потребителю. А эта проверка, как показывает практика, оказывается далеко не лишней. Причем дело здесь отнюдь не в недобросовестности производителей или поставщиков оборудования, а опять-таки в отсутствии единых требований и норм, в том числе и отсутствие единообразия в терминологии.
В качестве классического примера здесь можно привести заявляемый максимальный выходной ток, который источник способен отдать в нагрузку. В данном случае часто смешивают понятия "номинальный ток", то есть ток, который может потребляться от источника в долговременном (круглосуточном) режиме, "максимально допустимый ток источника", то есть ток, допускаемый в кратковременных режимах или импульсах (при этом должно указываться допустимое время потребления), и "максимальный выходной ток стабилизатора", то есть суммарный ток, выдаваемый источником, который может перераспределяться между током нагрузки, током, отбираемым для зарядки аккумуляторов, и токами для питания дополнительных внутренних или внешних сервисных устройств.
В заключение настоящего раздела отметим, что для правильного выбора ИВЭПР необходимо четко представлять исходные данные, касающиеся конкретного объекта, на котором будет использоваться источник. К таковым, в первую очередь, относятся:
— напряжения, которыми питаются приборы на объекте;
— величины потребляемых токов в номинальных и пиковых режимах;
— категория (значимость) объекта;
— частота и длительность отключений электроэнергии на объекте;
— критичность питаемой аппаратуры к пульсациям.
В понятие "категория" или "значимость" объекта включается то, насколько велики материальные средства, находящиеся на объекте, или какие социальные последствия могут произойти при проникновении посторонних лиц на объект или при его возгорании.
К особо важным объектам могут быть отнесены учреждения банков, хранилища оружия и боеприпасов, ядов и наркотических веществ, взрывчатых и радиоактивных материалов, базы и склады, на которых сосредоточено большое количество материальных ценностей. На этих объектах, как правило, резерв электропитания должен составлять 24 часа.
На остальных объектах для рационального расчета длительности резервного питания исходят из реально возможной частоты и длительности отключений электроэнергии в основных питающих сетях.
3. Источники тока для систем резервного питания
В последующих разделах будут рассмотрены конкретные примеры применения различных источников бесперебойного питания и время резервирования тех или иных систем ОПС, а сейчас ограничимся замечанием, что время резервирования определяется, в основном, двумя параметрами — током потребления питающихся от источника приборов и характеристиками применяемых химических источников тока.
Сразу следует заметить, что незаряжаемые одноразовые химические источники тока (иными словами — батарейки) применяются, в основном, при использовании упомянутой в первом разделе настоящего пособия схемы резервирования №3, то есть когда батарейка является составной частью прибора. Целесообразность такого варианта питания очевидна при использовании, например, радиоканала связи между различными частями системы (когда части системы не соединяются проводами, и каждый элемент системы питается от встроенной батарейки).
В независимых блоках бесперебойного и резервного питания, как правило, используются аккумуляторные батареи, которые могут заряжаться как встроенным в блок, так и внешним зарядным устройством.
Остановимся теперь подробнее на применяемых в системах ОПС и связи аккумуляторных батареях.
По типу используемого химического процесса все аккумуляторы можно условно разделить на две большие группы — щелочные аккумуляторы и кислотные. В свою очередь, каждая из этих групп может быть разделена на подгруппы по целому ряду различных параметров. При этом каждому типу присущи свои достоинства и недостатки.
К основным достоинствам щелочных аккумуляторов можно отнести тот факт, что они не боятся глубокого разряда. Однако при работе в составе систем ОПС и связи это достоинство использовать достаточно сложно. К примеру, допустимое напряжение питания какого-либо прибора ОПС лежит в пределах 9 — 14 В, а щелочная аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12 В может без ущерба быть разряжена до напряжения 3 В, однако при этом от нее уже не сможет нормально работать данный прибор. Недостатков же у щелочных аккумуляторов достаточно и к наиболее существенному необходимо отнести невозможность отбора от этих аккумуляторов больших токов, даже в кратковременном режиме потребления. Те же щелочные аккумуляторы, которые допускают большие разрядные токи, имеют очень высокую стоимость.
Что касается кислотных аккумуляторов (в первую очередь, относительно дешевых свинцово-кислотных), то до недавнего времени их основными недостатками являлись боязнь глубокого разряда и хлопотность использования агрессивного жидкого электролита на основе серной кислоты. Однако в 80-х годах мир начали активно завоевывать так называемые герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы (в зависимости от конструктивных особенностей внутреннего устройства они подразделяются на типы GP, HP, HV и т.п.). Как следует из названия, их устройство таково, что они не требуют никакого обслуживания и не выделяют наружу никаких вредных веществ, что позволяет устанавливать их в помещениях, где постоянно находятся люди. Кроме того (и это, возможно, самое главное), они являются аккумуляторами глубокого разряда, то есть допускают отбор до 80% их номинальной емкости. Наиболее совершенными на сегодняшний день являются аккумуляторы типа HV — их конструкция позволяет отбирать от них максимальную мощность за короткий период времени.
4. Источники вторичного электропитания серии “СКАТ”
В настоящее время производственное объединение "Бастион" выпускает около двадцати модификаций источников бесперебойного питания и несколько модификаций источников резервного питания. Ассортимент изделий постоянно обновляется и расширяется, но базовые модели, зарекомендовавшие себя многолетней работой на ответственных объектах, в основном, остаются неизменными. Источники "СКАТ" сертифицированы в Центре стандартизации аппаратуры ОПС МВД РФ (г.Балашиха). Сертификат № РОСС RU.ОС03.В00351. В 1999 г. также получен сертификат пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ № ССПБ.RU.УП001. В00858. На все источники питания серии "СКАТ" установлен гарантийный срок эксплуатации 5 лет.
Рассмотрим основные группы ИВЭПР серии "СКАТ". Начнем с источников бесперебойного питания, которые, как уже отмечалось выше, одновременно могут являться как основными, так и резервными источниками питания какого-либо объекта или устройства. Все источники бесперебойного питания "СКАТ" построены по одному типу и отличаются друг от друга величинами выходных напряжений и токов и сервисными возможностями. На рис. 4.1. приведена обобщенная блок-схема источников бесперебойного питания серии "СКАТ".
Рис. 4.1. Обобщенная блок-схема источников бесперебойного питания серии "СКАТ".
Как видно из схемы, ИВЭПР "СКАТ" представляют собой трансформаторный преобразователь сетевого напряжения 220 В в необходимые выходные напряжения с последующим выпрямлением и стабилизацией. При этом часть мощности выходного стабилизатора потребляется устройством заряда аккумуляторной батареи. В зависимости от модификации источника выпрямитель построен либо по мостовой, либо по двухполупериодной схеме со средней точкой. В схемах со средней точкой для повышения КПД источников используются дополнительные секции вторичной обмотки трансформатора с релейной коммутацией.
Корпуса всех приборов изготовлены из листовой стали толщиной 1 мм. Цвет корпусов — светло-серый. Красочное покрытие — износостойкое (трибостатическое нанесение порошкового красителя с последующим его спеканием).
Алгоритм работы источников следующий: при наличии напряжения в основной питающей сети источник обеспечивает наличие на выходах заданных напряжений при номинальных токах нагрузки и колебаниях питающей сети в пределах 187 — 242 В. Одновременно осуществляется заряд аккумуляторной батареи до заданного напряжения (как правило, 14.2 В на каждый аккумулятор) в контролируемом режиме (с ограничением максимального зарядного тока при сильно разряженной аккумуляторной батарее). При пропадании напряжения в сети источник автоматически (как правило, с помощью диодной развязки) переводит нагрузку на питание от аккумуляторов. При этом начинает работать контроль степени разряда аккумуляторов (в тех модификациях, где эта функция предусмотрена). При разряде аккумуляторов приблизительно на 80 % (что соответствует напряжению
= 9.5 В на каждом 12-вольтовом аккумуляторе), для того, чтобы аккумуляторы не вышли из строя, происходит автоматическое отключение нагрузки. В модификации "СКАТ-2412У" предусмотрен предварительный порог срабатывания защиты — при отборе от аккумуляторов 70 — 75 % их емкости данный источник выдает предупредительный звуковой сигнал и срабатывает специальный выход "открытый коллектор", с помощью которого информация о скором отключении нагрузки может быть передана, например, к диспетчеру. При подаче сетевого напряжения будет восстановлено питание подключенной аппаратуры и начнется заряд аккумуляторов. Зарядный ток подобран таким образом, чтобы время заряда АКБ не превышало 24 часов для всех модификаций источников.
Ниже, в таблицах 4.1 и 4.2 приведены основные технические характеристики источников бесперебойного питания "СКАТ" основных модификаций.
Таблица 4.1. Группа “1200”