System alarmowy, zależnie od klasy, wymaga określonego rodzaju zasilania. Jest ono realizowane za pomocą zespołu następujących urządzeń:

- urządzenia zasilającego, zapewniającego zasilanie podstawowe oraz przełączenie zasilania na źródło rezerwowe 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 jednego lub kilku 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 znajduje się w jednej obudowie wraz z akumulatorem (źródłem rezerwowym).

    Pojemność akumulatora powinna być starannie dobrana i wynika z tzw. bilansu energetycznego (te informacje powinny być zawarte w projekcie oraz dokumentacji powykonawczej).

    Charakterystyka źródeł zasilających

    Sercem SSWiN o strukturze skupionej jest najczęściej centrala alarmowa. Dołączone są do niej linie wejściowe (dozorowe) i wyjściowe. Aby taki system działał niezawodnie, powinien być zasilany z dwóch niezależnych od siebie źródeł: zasadniczego (podstawowego) i rezerwowego. Każde ze źródeł (oddzielnie) powinno pokryć całkowite (przez określony czas) zapotrzebowanie na energię i gwarantować właściwą pracę systemu. W systemach o strukturze rozproszonej bardzo często występuje przeniesienie źródeł zasilania do poszczególnych części składowych (np. w celu zasilania podstawowego i rezerwowego podcentral). Oczywiście, wszystkie źródła zasilania (tak konfigurowane) powinny być kontrolowane systemowo przez centralę alarmową.

    Centrale alarmowe powinny być odporne na zamianę (odwrócenie) polaryzacji zasilania. W przypadku braku takiej odporności, fakt ten powinien być wyraźnie zaznaczony w dokumentacji podanej przez producenta urządzenia. Powinno przyjąć się założenie, że nie wolno odwracać biegunowości zasilania akumulatora! Nie wolno także stosować zewnętrznych akumulatorów o dużych pojemnościach, współpracujących z zasilaczem centrali alarmowej. Należy pamiętać, że zasilacz centrali alarmowej ma ściśle określoną moc a więc i ściśle określoną wydajność prądową. Jeśli chodzi o dobór rezerwowego źródła zasilania, jakim jest akumulator, należy się ściśle stosować do zaleceń producenta central. Zwykle w małych i średnich centralach alarmowych, a więc posiadających 4¸16 linii dozorowych (w strukturach rozproszonych i zwartych), wymagane są akumulatory o pojemnościach 4¸17Ah/12V. Używanie akumulatorów o większych pojemnościach jest możliwe, ale należy wówczas stosować dodatkowe zewnętrzne układy zasilające, które najczęściej nie są kontrolowane bezpośrednio przez centralę systemu. Pojawia się wtedy potrzeba kontrolowania sabotażu dodatkowej obudowy z zasilaczem. 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. Nie wolno również zapominać o tym, aby moduły zewnętrzne posiadające własne zasilacze sieciowe były zasilane prądem przemiennym z samej fazy, co centrala alarmowa (ze względu na wymogi bezpieczeństwa).

    Podstawowe informacje o źródłach rezerwowych

    Jak wspomniano, źródłem rezerwowym stosowanym do zasilania awaryjnego central alarmowych jest akumulator. Jego pojemność powinna spełniać wymagania norm technicznych. W związku z koniecznością dostosowania polskich dokumentów normalizacyjnych do wymagań Unii Europejskiej, dotychczas obowiązująca norma została zastąpiona przez normę PN-EN-50131-6:2000. Zagadnienia, związane z zasilaniem są także przedmiotem normy PN-EN-50131-1:2007 (U), zawierającej wymagania systemowe.

    Zgodnie z normą PN-EN 50131-1:2007 (U) źródło zasilania rezerwowego musi zasilać system alarmowy w normalnych warunkach pracy i zapewniać zasilanie w czasie 2 alarmów, które w zależności od uwarunkowań lokalnych mogą trwać od 1,5 do maksymalnie 15 minut. Tak więc w skrajnym przypadku zasilanie rezerwowe musi zapewnić wystarczającą ilość energii dla systemu alarmowego będącego przez 0,5 godziny w stanie alarmu.

    Według PN-EN-50131-1:2007 (U) należy stosować:

- akumulatory o pojemnościach zapewniających 12 godz. pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 1 i 2 dla zasilacza typu A,

- akumulatory o pojemnościach zapewniających 60 godz. pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 3 i 4 dla zasilacza typu A,

- akumulatory o pojemnościach zapewniających 24 godz. pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 1 i 2 dla zasilacza typu B,

- akumulatory o pojemnościach zapewniających 120 godz. pracy w przypadku klasy zabezpieczenia 3 i 4 dla zasilacza typu B.

    Przedstawione czasy dla zasilaczy typu A i B mogą ulec zmniejszeniu, jeśli nastąpi spełnienie któregoś z określonych warunków. I tak, jeśli SSWiN:

- jest klasy 3 lub 4 zabezpieczenia i do alarmowego centrum odbiorczego jest przekazywana informacja o stanie zasilacza, to czas ulega zmniejszeniu do 50% wartości podanej początkowo;

- niezależnie od klasy zabezpieczenia ma dodatkowy zasilacz podstawowy z automatycznym układem przełączenia zasilacza podstawowego na dodatkowy zasilacz podstawowy (np. agregat prądotwórczy lub zasilanie linią energetyczną z oddzielnej stacji transformatorowej), to czas ulega zmniejszeniu do wartości 4 godz.

    Gdy zasilanie sieciowe powróci do normalnego stanu, źródło rezerwowe (akumulator), powinno doładować się w ciągu 72 godzin dla klas 1 i 2 i w ciągu 24 godzin dla klas 3 i 4.

    Zasilacze i ich typy

    W przedstawionym powyżej wykazie występują następujące typy zasilaczy, spotykane w SSWiN:

- typ A: zasilacz podstawowy (zasilanie z sieci prądem przemiennym o napięciu 230V) i zasilacz rezerwowy (akumulator) kontrolowany i doładowywany przez SSWiN,

- typ B: zasilacz podstawowy (zasilanie z sieci prądem przemiennym o napięciu 230V) i zasilacz rezerwowy (akumulator) nie doładowywany przez SSWiN,

- 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 SSWiN lub jego części w normalnych warunkach pracy. System alarmowy kontroluje stan akumulatora i w razie  potrzeby automatycznie go doładowuje. Zobrazowane jest to przy pomocy linii przerywanej pomiędzy systemem alarmowym a zasilaczem rezerwowym (akumulatorem). W przypadku doładowywania prąd płynie z systemu alarmowego do akumulatora. Natomiast w razie zaniku zasilania podstawowego (~230V) następuje automatyczne przełączenie na zasilanie rezerwowe i prąd płynie z akumulatora do systemu alarmowego.

Rys. 1. Przykład zasilania typu A systemu alarmowego (układ uproszczony)

    Na rys. 2. przedstawiono zasilanie typu B. Cechuje się ono występowaniem zasilacza podstawowego, który jest wykorzystywany do zasilania SSWiN 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). 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, ale nie jest on elementem składowym SSWiN.

Rys. 2. Przykład zasilania typu B systemu alarmowego (układy uproszczone):

a) przy braku doładowywania zasilacza rezerwowego (akumulatora)

b) z kontrolą i automatycznym doładowywaniem zasilacza rezerwowego (akumulatora)

    Na rys. 3. przedstawiono zasilanie typu C. Cechuje się ono występowaniem zasilacza podstawowego o skończonej pojemności (akumulator), który jest wykorzystywany do zasilania SSWiN. 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.

Rys. 3. Przykład zasilania typu C systemu alarmowego (układ uproszczony)

    Zakończenie

    Przedstawione w artykule zasady doboru źródeł zasilania pozwalają na zaprojektowanie SSWiN, który po uruchomieniu będzie funkcjonował niezawodnie, nawet przy zaniku napięcia zasilacza podstawowego (z wyjątkiem zasilania typu C). Oczywiście, aby móc określić wartość pojemności akumulatora, niezbędne jest przeprowadzenie bilansu zasilania rezerwowego. Istotne jest także, już podczas procesu eksploatacji, aby nie dopuścić do nadmiernego rozładowania akumulatorów, powoduje to bowiem ograniczenie możliwości magazynowania energii a tym samym zmniejszenie ich pojemności. Warto również pamiętać, że rezerwowe źródła zasilania (akumulatory) pracują w tzw. systemie buforowym. Są zwykle kontrolowane przez samą centralę alarmową. Kontrola polega na okresowym dołączeniu specjalnego obciążenia i następnie pomiarze napięcia (niektóre centrale posiadają rozbudowaną opcję diagnostyczną). W trakcie eksploatacji następuje naturalna zmiana (zmniejszenie) pojemności a więc i zwiększenie rezystancji wewnętrznej akumulatora. Jest to zjawisko naturalne, ale niekorzystne. Prawidłowy czas eksploatacji źródła rezerwowego jest bardzo trudny do oszacowania i zależy od wielu czynników, np. sposobu ładowania akumulatora, prądu ładowania a wreszcie od samej jakości akumulatora. Znane są przypadki bardzo wczesnego uszkodzenia akumulatorów, szczególnie w przypadkach zbyt dużego prądu ładowania oraz zbyt wysokiego napięcia ładowania. Również do bardzo częstych przypadków trwałego uszkodzenia źródeł rezerwowych można zaliczyć znaczne rozładowanie akumulatorów, w których napięcie spada poniżej 10,5 V (np. niezauważenie braku ładowania).

dr inż. Waldemar Szulc

współpracownik: Politechniki Warszawskiej (Wydział Transportu, Zakład Telekomunikacji w Transporcie), Wojskowej Akademii Technicznej (Wydział Elektroniki, Instytut Podstaw Elektroniki), pracownik naukowo-dydaktyczny w Wyższej Szkole Menedżerskiej, Wydział Informatyki.

dr inż. Adam Rosiński

    Bibliografia

1. Dusza J. Gortat G., Leśniewski A.: Podstawy miernictwa, Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006

2. Horowitz P, Hill W.: Sztuka Elektroniki, WKiŁ, Warszawa 2004

3. Nawrocki W.: Komputerowe Systemy Pomiarowe, WKiŁ, Warszawa 2006

4. Piotrowski J.: Podstawy Metrologii, PWN, Warszawa 2005 r.

5. Polska Norma PN-EN-50131-1:2007 (U) Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Wymagania systemowe,

6. Polska Norma PN-EN-50131-6:2000 Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania - Zasilacze

7. Szulc W.: Systemy zasilające małej i średniej mocy w aspekcie badań eksploatacyjnych,  Politechnika Warszawska, prace własne, Warszawa 2004

8. Szulc W., Rosiński: A. Systemy Zabezpieczeń obiektów, WSM, Warszawa 2007 (skrypt w przygotowaniu)