ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE WYDZIAŁ TRANSPORTU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ LABORATORIUM ESBwT INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA nr 2 Bilans energetyczny Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO WARSZAWA 2014
A. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z Systemami Sygnalizacji Włamania i Napadu ze szczególnym uwzględnieniem bilansu energetycznego i wyznaczania wymaganej pojemności rezerwowego źródła zasialnia. B. Część teoretyczna e i akumulatory w Systemach Sygnalizacji Włamania i Napadu (SSWiN) spełniają bardzo poważną rolę. Ich uszkodzenie lub choćby częściowa niezdatność stanowi uchybienie w pracy systemu alarmowego, którego skutki mogą być groźne. Stan niezdatności obu tych urządzeń powoduje całkowite unieruchomienie systemu alarmowego. Stan niezdatności jednego z nich stanowi także duży problem w pracy SSWiN. Ten fakt powinien być natychmiast sygnalizowany np. w manipulatorze (komunikat o awarii i jej rodzaju), drukarce systemowej lub przekazany określonym służbom monitorującym system alarmowy (jeśli takie są przewidywane i wymaga tego stopień systemu alarmowego). System alarmowy, zależnie od stopnia, wymaga określonego rodzaju zasilania. Jest ono realizowane za pomocą zespołu urządzeń, w skład których można zaliczyć: - urządzenia zasilającego, zapewniającego zasilanie podstawowe oraz przełączenie zasilania na rezerwowe źródło w przypadku zaniku zasilania głównego, a także (z reguły) kontrolę ładowania i obsługi rezerwowego źródła prądu, - baterii, zwykle w postaci ładowalnego, chemicznego źródła energii najczęściej baterii akumulatorów żelowych. W systemach alarmowych podstawowe funkcje z tego zakresu spełnia centrala systemu, której integralną częścią jest zasilacz. Urządzenie zasilające jest częścią elektroniki sterującej systemem alarmowym i wraz z akumulatorem zazwyczaj znajduje się w jednej obudowie. Jak już wspomniano, źródłem rezerwowym do zasilania awaryjnego central alarmowych jest akumulator. Jego pojemność powinna być starannie dobrana i wynikać z tzw. bilansu energetycznego (te informacje powinny być zawarte w projekcie oraz dokumentacji powykonawczej). Źródło zasilania rezerwowego powinno gwarantować poprawną pracę central alarmowych i zasilanych z niej urządzeń w wymaganym czasie dozorowania i czasie trwania stanu alarmowania. Sercem Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu o strukturze skupionej jest najczęściej centrala alarmowa. Dołączone są do niej linie wejściowe i wyjściowe. Taki system, aby niezawodnie działać, powinien być zasilany z dwóch niezależnych od siebie źródeł: zasadniczego (podstawowego) i rezerwowego. Każde za źródeł (rozdzielnie) powinno pokryć całkowite (przez określony czas) zapotrzebowanie w energię i gwarantować właściwą pracę. W systemach o strukturze rozproszonej, bardzo często występuje rozproszenie źródeł zasilania do poszczególnych części składowych (np. podcentrale mogą wymagać także zasilania podstawowego i rezerwowego). Oczywiście wszystkie źródła zasilania powinny być kontrolowane systemowo przez centralę alarmową. Centrale alarmowe powinny być odporne na zmianę (odwrócenie) polaryzacji zasilania. W przypadku braku takiej odporności, fakt ten powinien być wyraźnie zaznaczony w dokumentacji podanej przez producenta urządzenia. Nie wolno natomiast odwracać biegunowości zasilania akumulatora! Nie wolno także stosować zewnętrznych akumulatorów o dużych pojemnościach współpracujących z zasilaczem centrali Opracował: dr inż. Adam Rosiński 2
alarmowej. Należy pamiętać, że zasilacz centrali alarmowej ma ściśle określoną moc a więc i ściśle określony wydatek prądowy. Należy się więc stosować do zaleceń producenta central jeśli chodzi o dobór rezerwowego źródła zasilania jakim jest akumulator. Zwykle w małych i średnich centralach alarmowych a więc posiadających 4 16 linii dozorowych (struktury rozproszone i zwarte) wymagane są akumulatory o pojemnościach 4 17Ah/12V. Stosowanie akumulatorów o większych pojemnościach jest możliwe ale należy stosować dodatkowe zewnętrzne układy zasilające, które najczęściej nie są kontrolowane przez system centralowy. Należy pamiętać, że ładowanie akumulatora w centrali alarmowej lub module, który taki dualny (buforowy) zasilacz posiada nie powinno odbywać się kosztem ograniczenia poboru prądu przez dołączone pozostałe urządzenia alarmowe. Źródłem rezerwowym stosownym do zasilania awaryjnego central alarmowych jest akumulator. Jego pojemność powinna spełniać (o ile jest to wymagane) wytyczne zawarte w normie PN-EN 50131-1. Według PN-EN 50131-1 należy stosować: - akumulatory o pojemnościach zapewniających 12h pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 1 i 2 dla zasilacza typu A, - akumulatory o pojemnościach zapewniających 60h pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 3 i 4 dla zasilacza typu A, - akumulatory o pojemnościach zapewniających 24h pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 1 i 2 dla zasilacza typu B, - akumulatory o pojemnościach zapewniających 120h pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 3 i 4 dla zasilacza typu B, - akumulatory o pojemnościach zapewniających 720h pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 1, 2, 3 i 4 dla zasilacza typu C. Przedstawione czasy mogą ulec zmniejszeniu jeśli nastąpi spełnienie któregoś z określonych warunków. Jeśli SSWiN: - jest klasy 3 lub 4 zabezpieczenia i jest przekazywania informacja o stanie zasilacza do alarmowego centrum odbiorczego, to czas ulega zmniejszeniu do 50% wartości podanej początkowo. - jest klasy 2 lub 3 lub 4 zabezpieczenia i zastosowano dodatkowy zasilacz podstawowy z automatycznym układem przełączeniem zasilacza podstawowego na dodatkowy zasilacz podstawowy (np. agregat prądotwórczy lub zasilanie linią energetyczną z oddzielnej stacji transformatorowej) to czas ulega zmniejszeniu do wartości 4h. Gdy stan zasilania sieciowego powróci do normalnej wartości, źródło rezerwowe jakim jest akumulator powinien doładowywać się w ciągu 72 godzin dla klas 1 i 2 i w ciągu 24 godzin dla klas 3 i 4. W przedstawionym wykazie występuje typ zasilacza. Wyróżniamy następujące: - typ A: zasilacz podstawowy i zasilacz rezerwowy, który jest kontrolowany i doładowywany przez System Sygnalizacji Włamania i Napadu (np. zasilacz podstawowy zasilanie z sieci prądem przemiennym o napięciu 230V, zasilacz rezerwowy akumulator doładowywany przez SSWiN), - typ B: zasilacz podstawowy i zasilacz rezerwowy, który nie jest doładowywany przez System Sygnalizacji Włamania i Napadu (np. zasilacz podstawowy zasilanie z sieci prądem przemiennym o napięciu 230V, zasilacz rezerwowy akumulator, który nie jest doładowywany), - typ C: zasilacz podstawowy o skończonej pojemności (np. akumulator). Na rys. 1 przedstawiono zasilanie typu A. Cechuje się ono występowaniem zasilacza podstawowego, który jest wykorzystywany do zasilania Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu lub jego części w normalnych warunkach pracy. System alarmowy Opracował: dr inż. Adam Rosiński 3
kontroluje stan akumulatora i w przypadku zaistnienia potrzeby, automatycznie go doładowuje. Zobrazowane jest to przerywaną linią pomiędzy systemem alarmowym, a zasilaczem rezerwowym (akumulatorem). W przypadku doładowywania prąd płynie z systemy alarmowego do akumulatora. W przypadku zaniku zasilania podstawowego (~230V) następuje automatyczne przełączenie na zasilanie rezerwowe i prąd płynie z akumulatora do systemu alarmowego. ~230V Zasilanie podstawowe podstawowy rezerwowy (akumulator) Rys. 1. Przykład zasilania typu A systemu alarmowego System alarmowy Na rys. 2 przedstawiono zasilanie typu B. Cechuje się ono występowaniem zasilacza podstawowego, który jest wykorzystywany do zasilania Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu lub jego części w normalnych warunkach pracy. W przypadku zaniku zasilania podstawowego (~230V) następuje automatyczne przełączenie na zasilanie rezerwowe i prąd płynie z akumulatora do systemu alarmowego (rys. 2a). Jednak akumulator nie jest w żaden sposób doładowywany przez system alarmowy. Możliwa jest jednak taka konfiguracja sprzętu (rys. 2b) podczas której występuje układ kontroli i automatycznego doładowywania akumulatora, jednak nie jest on elementem składowym Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu. a) ~230V Zasilanie podstawowe podstawowy System alarmowy rezerwowy (akumulator) b) ~230V Zasilanie podstawowe podstawowy System alarmowy ~230V Układ kontroli i automatycznego doładowywania rezerwowy (akumulator) Rys. 2. Przykład zasilania typu B systemu alarmowego: - przy braku doładowywania zasilacza rezerwowego (akumulatora), - z kontrolą i automatycznym doładowywaniem zasilacza rezerwowego (akumulatora). Opracował: dr inż. Adam Rosiński 4
Na rys. 3 przedstawiono zasilanie typu C. Cechuje się ono występowaniem zasilacza podstawowego o skończonej pojemności (akumulator), który jest wykorzystywany do zasilania Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu. Takie rozwiązanie wymaga od projektanta zastosowania odpowiednio dużych pojemności akumulatorów, ponieważ w przypadku zmniejszenia napięcia poniżej wymaganego system alarmowy przestaje funkcjonować i spełniać zadania, do których go zaprojektowano. podstawowy (akumulator) System alarmowy Rys. 3. Przykład zasilania typu C systemu alarmowego Wyznaczenie pojemności akumulatora Podczas projektowania Systemów Sygnalizacji Włamania i Napadu należy obliczyć wymaganą pojemność akumulatora, aby spełnić wymagania odnośnie stopnia zabezpieczenia i typu zasilacza. W tym celu wykorzystuje się następującą zależność (1). gdzie: Q min 1, 25 I I D całkowity prąd obciążenia zasilaczy systemu alarmowego, pobierany przez system alarmowy ze źródła rezerwowego w przypadku uszkodzenia zasilania podstawowego 230 V AC, liczony dla warunków, w których system jest w stanie dozoru, wyrażony w amperach [A]; t D wymagany czas trwania systemu alarmowego w stanie gotowości (dozoru), wyrażony w godzinach [h]; I A całkowity prąd obciążenia zasilaczy systemu alarmowego, pobierany przez system alarmowy ze źródła rezerwowego w przypadku uszkodzenia zasilania podstawowego 230 V AC, liczony dla warunków, w których system jest w stanie alarmu, wyrażony w amperach [A]; t A wymagany czas trwania systemu alarmowego w stanie alarmu. Doboru akumulatorów należy dokonywać indywidualnie dla każdego projektowanego systemu. W przypadku kiedy SSWiN ma strukturę skupioną i są wykorzystywane urządzenia przewodowe, to wówczas sumuje się pobór prądu przez wszystkie urządzenia go tworzące. Podobnie jest w przypadku SSWiN o strukturze rozproszonej, gdzie także są wykorzystywane urządzenia przewodowe. Należy w tym przypadku jednak dokonać obliczeń dla poszczególnych zasilaczy, w których przewiduje się zastosowanie akumulatora, przy czym należy uwzględniać pobór prądu przez urządzenia tylko zasilane z danego układu zasilania. W przypadku SSWiN w których są wykorzystywane zarówno urządzenia przewodowe, jak i bezprzewodowe, należy dokonać obliczeń dla poszczególnych zasilaczy w których przewiduje się zastosowanie akumulatora. Jednocześnie też należy przewidzieć w retransmiterach sygnałów radiowych stosowanie rezerwowych źródeł zasilania. D t D I A t A (1) Opracował: dr inż. Adam Rosiński 5
C. Przebieg ćwiczenia Wykorzystując karty katalogowe poszczególnych urządzeń SSWiN dla konfiguracji przedstawionej jak na rys. 4 należy określić wartości prądów dozorowania i alarmowania dla wszystkich elementów tworzących system (szczegółowy wykaz urządzeń jest w instrukcji do ćw. 1). Wartości poszczególnych prądów należy odpowiednio umieścić w tabeli 1. Dla w/w prądów należy obliczyć bilans energetyczny systemu oraz wartość pojemności akumulatora odpowiednio dla dwóch wariantów: - system bezpieczeństwa stopnia II z zasilaniem typu A, - system bezpieczeństwa stopnia III z zasilaniem typu B. Rys. 4. Schemat blokowy stanowiska laboratoryjnego SSWiN Tabela 1. Wartości prądów dozorowania i alarmowania w systemie SSWiN dane katalogowe Opracował: dr inż. Adam Rosiński 6
Lp. Nazwa urządzenia występującego w systemie SSWiN Ilość sztuk Stan pracy urządzenia dozorowanie I [ma] pojedyncze urządzenie łącznie urządzenia w systemie Stan pracy urządzenia alarmowanie I [ma] pojedyncze urządzenie łącznie urządzenia w systemie 1 Centrala alarmowa 2 Manipulator 3 Klawiatura strefowa 4 Tablica synoptyczna 5 Ekspander wejść 6 Kontroler systemu bezprzewodowego 7 Ekspander wyjść 8 Moduł komunikacyjny 9 Ekspander syntezera mowy 10 Ekspander czytników kart zbliżeniowych 11 Czytnik kart zbliżeniowych 12 Bezprzewodowa czujka ruchu 13 14 Bezprzewodowa czujka magnetyczna Bezprzewodowa dwukanałowa czujka magnetyczna 15 Sterownik bezprzewodowy 16 Czujka PIR 17 Sterownik radiowy 4-kanałowy 18 RAZEM Sygnalizator wewnętrzny akustyczno-optyczny I [ma] Wartość prądu dozorowania systemu Wartość prądu alarmowania systemu - Oblicz bilans energetycznego dla systemu SSWiN oraz wartość pojemności akumulatora jako rezerwowego źródła zaslilania dla systemu bezpieczeństwa stopnia II z zasilaniem typu A Opracował: dr inż. Adam Rosiński 7
- Oblicz bilans energetycznego dla systemu SSWiN oraz wartość pojemności akumulatora jako rezerwowego źródła zaslilania dla systemu bezpieczeństwa stopnia III z zasilaniem typu B. - Wykorzystująć przeprowadzone obliczenia dla bilansu energetycznego SSWiN uzupełnij poniższą tabelę. Wyznaczone wartości prądów i pojemności akumulatora dla danych katalogowych poszczególnych urządzeń Stopień II zasilanie typu A Stopień III zasilanie typu B Wartość prądu [ma] Pojemność akumulatora [Ah] Wartość prądu [ma] Pojemność akumulatora [Ah] I D =...[ma] I A =...[ma]...[ah] I D =...[ma] I A =...[ma]...[ah] Wnioski: D. Literatura 1. Instrukcja instalatora centrale alarmowe. 2. Instrukcja użytkownika centrale alarmowe. 3. Instrukcja programowania centrale alarmowe. 4. Karty katalogowe urządzeń wchodzących w skład stanowiska laboratoryjnego SSWiN. Opracował: dr inż. Adam Rosiński 8