ZASILANIE AWARYJNE SYSTEMU ALARMOWEGO

Zasilanie awaryjne systemu alarmowego – dlaczego jego dobór ma znaczenie?

System alarmowy powinien chronić obiekt również wtedy, gdy nastąpi przerwa w dostawie energii elektrycznej. Awaria sieci, uszkodzenie instalacji, wyłączenie zabezpieczenia nadprądowego lub celowe odcięcie zasilania nie mogą automatycznie pozbawić budynku ochrony. Z tego powodu centrale alarmowe są wyposażane w układ zasilania awaryjnego, którego podstawowym elementem jest najczęściej akumulator bezobsługowy umieszczony wewnątrz obudowy centrali albo w osobnej obudowie z zasilaczem.

Dobór akumulatora nie powinien polegać na zamontowaniu największego modelu, który zmieści się w skrzynce. Zbyt mała pojemność nie zapewni oczekiwanego czasu działania, natomiast zbyt duży akumulator może nie zostać prawidłowo naładowany przez zasilacz centrali. Znaczenie mają także prąd ładowania, całkowite obciążenie wyjścia zasilającego, temperatura otoczenia, wiek baterii oraz sposób działania urządzeń podczas alarmu.

Czas podtrzymania systemu alarmowego określa, jak długo instalacja będzie mogła pracować po zaniku zasilania podstawowego. Nie jest to wyłącznie czas działania samej płyty głównej. Akumulator zasila również manipulatory, czujki ruchu, kontaktrony wymagające zasilania, moduły komunikacyjne, ekspandery, odbiorniki radiowe, czujniki dodatkowe i część sygnalizatorów. W rozbudowanych systemach liczba urządzeń może być znaczna, dlatego ich łączny pobór prądu trzeba policzyć przed wyborem baterii.

W niewielkim domu centrala może współpracować z kilkoma czujkami i jednym manipulatorem. W biurze lub magazynie system bywa bardziej rozbudowany: obejmuje kilkadziesiąt wejść, kilka klawiatur, moduły powiadamiania, zasilacze dodatkowe oraz czujniki techniczne. Dwa systemy wykorzystujące tę samą centralę mogą więc potrzebować zupełnie innych akumulatorów.

Należy także odróżnić pracę w stanie czuwania od pracy podczas alarmu. W normalnych warunkach urządzenia pobierają określoną ilość energii, lecz po wykryciu zagrożenia mogą uruchomić się sygnalizatory, przekaźniki, nadajniki i moduły komunikacyjne. Chwilowy pobór prądu wyraźnie wtedy rośnie. Akumulator musi nie tylko podtrzymywać instalację, ale również umożliwić poprawne przekazanie alarmu i uruchomienie urządzeń ostrzegawczych.

Nieprawidłowo dobrane zasilanie awaryjne może powodować restarty centrali, utratę łączności, niepełne powiadomienia albo samoczynne wyłączanie poszczególnych modułów. Czasami system działa prawidłowo podczas krótkiej przerwy, lecz przestaje pracować po kilkudziesięciu minutach. Innym razem akumulator ma odpowiednią pojemność nominalną, ale nie jest w pełni ładowany z powodu zbyt małej wydajności zasilacza.

Jak ustalić rzeczywisty pobór prądu systemu alarmowego?

Pierwszym etapem jest przygotowanie listy wszystkich urządzeń zasilanych przez centralę lub dodatkowy zasilacz. Trzeba uwzględnić nie tylko elementy widoczne dla użytkownika, lecz także moduły znajdujące się w obudowach, puszkach i szafach instalacyjnych. Każde urządzenie ma określony pobór prądu podany w dokumentacji technicznej. W zależności od rodzaju sprzętu producent może podawać wartość typową, maksymalną albo oddzielne parametry dla różnych trybów działania.

W obliczeniach należy ująć między innymi centralę alarmową, manipulatory, czujki, ekspandery, odbiorniki bezprzewodowe, moduły komunikacyjne, przekaźniki oraz sygnalizatory. Jeżeli system współpracuje z czujnikami dymu, zalania, gazu, temperatury lub innymi urządzeniami technicznymi, ich pobór również trzeba dodać. Pominięcie kilku niewielkich odbiorników może wydawać się nieistotne, ale przy długim czasie podtrzymania suma różnic staje się zauważalna.

Dla każdego elementu warto zapisać pobór prądu w stanie spoczynku oraz wartość maksymalną. Czujka ruchu może pobierać podobny prąd niezależnie od stanu, lecz sygnalizator wewnętrzny podczas alarmu potrzebuje znacznie więcej energii niż w trybie gotowości. Moduł komunikacji komórkowej także może chwilowo zwiększać pobór podczas logowania do sieci lub przesyłania danych.

Obciążenie w stanie czuwania oblicza się przez zsumowanie prądów wszystkich urządzeń pracujących po zaniku zasilania podstawowego. Jeżeli centrala pobiera 120 mA, dwa manipulatory po 60 mA, dziesięć czujek po 15 mA, moduł komunikacyjny 80 mA i ekspander 35 mA, całkowity pobór wyniesie 505 mA, czyli 0,505 A. To właśnie ta wartość będzie podstawą do dalszych obliczeń.

W praktyce instalacja może być podzielona pomiędzy kilka źródeł zasilania. Część czujek jest wtedy zasilana z centrali, a pozostałe urządzenia z dodatkowego zasilacza buforowego. Każdy układ należy policzyć osobno, ponieważ ma własny akumulator, ograniczenie prądowe i sposób kontroli awarii. Nie wolno zakładać, że bateria centrali podtrzyma sprzęt podłączony do niezależnego zasilacza.

W dokumentacji urządzeń trzeba zwrócić uwagę na sposób podawania wartości. Pobór typowy oznacza przeciętne zapotrzebowanie, natomiast pobór maksymalny uwzględnia bardziej wymagające warunki pracy. Przy projektowaniu zasilania bezpieczniej jest opierać się na wartościach maksymalnych, szczególnie dla urządzeń komunikacyjnych, sygnalizatorów i elementów wykonawczych.

Warto również wykonać pomiar rzeczywistego poboru prądu po uruchomieniu instalacji. Obliczenia projektowe pokazują przewidywane zapotrzebowanie, natomiast pomiar pozwala wykryć błędy, dodatkowe obciążenia lub urządzenia pracujące inaczej, niż zakładano. Kontrola powinna obejmować stan normalny, czuwanie, alarm oraz transmisję powiadomienia.

• sporządź listę wszystkich urządzeń zasilanych z danego źródła,
• sprawdź maksymalny pobór prądu każdego elementu,
• oddziel obciążenie centrali od urządzeń zasilanych dodatkowo,
• policz pobór w stanie czuwania oraz podczas alarmu,
• uwzględnij moduły komunikacyjne i przekaźniki,
• po montażu potwierdź wynik odpowiednim pomiarem.

Osobnej kontroli wymaga wydajność zasilacza centrali. Jeżeli producent podaje maksymalny prąd wyjściowy na poziomie 2 A, nie oznacza to, że całe 2 A można przeznaczyć na czujki i moduły. Część wydajności może być potrzebna do pracy samej płyty oraz ładowania akumulatora. Trzeba sprawdzić, czy dokumentacja rozdziela prąd dostępny dla urządzeń od prądu ładowania.

Przeciążony zasilacz może działać niestabilnie, nadmiernie się nagrzewać albo ograniczać prąd ładowania baterii. W takiej sytuacji akumulator po dłuższej awarii nie odzyska pełnej pojemności w wymaganym czasie. Rozwiązaniem może być zastosowanie dodatkowego zasilacza buforowego, który przejmie część urządzeń i będzie wyposażony we własną baterię.

Jak obliczyć wymaganą pojemność akumulatora?

Podstawowy sposób obliczenia pojemności jest prosty: pobór prądu w amperach należy pomnożyć przez wymagany czas pracy w godzinach. Jeżeli system pobiera 0,5 A i powinien działać przez 12 godzin, teoretyczne zapotrzebowanie wynosi 6 Ah. Taki wynik nie oznacza jednak, że wystarczy zastosować akumulator o pojemności dokładnie 6 Ah.

Rzeczywisty akumulator nie oddaje w każdych warunkach całej pojemności podanej na obudowie. Wpływają na to temperatura, wiek, tempo rozładowania, napięcie końcowe i stan techniczny. Trzeba również pozostawić energię na obsługę alarmu oraz uwzględnić stopniową utratę pojemności podczas eksploatacji. Dlatego do wyniku obliczeń dodaje się odpowiedni zapas.

Praktyczny wzór może przyjąć następującą postać: pojemność akumulatora jest równa iloczynowi poboru prądu w stanie czuwania i czasu podtrzymania, powiększonemu o energię potrzebną na pracę alarmową oraz zapas eksploatacyjny. Współczynnik zapasu często przyjmuje się na poziomie około 1,2–1,3, ale jego wartość powinna wynikać z projektu, charakteru obiektu i zaleceń producenta.

Załóżmy, że system w stanie czuwania pobiera 0,45 A i ma działać przez 12 godzin. Iloczyn wynosi 5,4 Ah. Jeżeli alarmowe obciążenie 1,2 A ma działać łącznie przez 15 minut, należy dodać 0,3 Ah. Otrzymujemy 5,7 Ah. Po zastosowaniu współczynnika 1,25 wynik rośnie do około 7,13 Ah. W takim przypadku najbliższą typową wartością będzie akumulator 7,2 Ah, choć trzeba jeszcze sprawdzić jego dopasowanie do wymagań i warunków pracy.

Jeżeli ten sam system ma działać przez 24 godziny, obliczenie wygląda inaczej. Pobór 0,45 A przez dobę oznacza 10,8 Ah. Po dodaniu pracy alarmowej i zapasu otrzymamy wartość przekraczającą możliwości popularnego akumulatora 7,2 Ah. Możliwe będzie zastosowanie baterii 17 Ah lub innej pojemności, o ile centrala obsługuje taki model i potrafi go prawidłowo ładować.

Nie wolno dobierać pojemności wyłącznie na podstawie wielkości obudowy. To, że większa bateria mieści się mechanicznie, nie oznacza jeszcze zgodności elektrycznej. Układ ładowania musi dostarczyć odpowiedni prąd, a czas pełnego naładowania po głębokim rozładowaniu nie może być nadmierny. Należy także sprawdzić maksymalną pojemność zalecaną przez producenta centrali lub zasilacza.

Przy bardzo dużej pojemności i małym prądzie ładowania akumulator może pozostawać przez długi czas niedoładowany. Jeżeli w tym okresie nastąpi kolejna awaria zasilania, rzeczywisty czas podtrzymania będzie znacznie krótszy od wyliczonego. W obiektach narażonych na częste przerwy w dostawie energii ma to szczególne znaczenie.

Trzeba również uwzględnić minimalne napięcie pracy urządzeń. Wraz z rozładowywaniem baterii napięcie spada. Centrala może odłączyć akumulator po osiągnięciu określonego poziomu, aby zapobiec głębokiemu rozładowaniu. Niektóre czujki lub moduły mogą przestać działać wcześniej, jeżeli spadek napięcia na długich przewodach jest zbyt duży.

Przekrój i długość przewodów wpływają na spadek napięcia, szczególnie przy sygnalizatorach i urządzeniach o większym poborze. Instalacja działająca poprawnie przy napięciu ładowania może zacząć zgłaszać usterki po przejściu na pracę z akumulatora. Dlatego pomiary warto wykonywać także przy odłączonym zasilaniu sieciowym i przy częściowo rozładowanej baterii.

Czas podtrzymania należy określać na podstawie wymagań obiektu i przyjętego poziomu ochrony. Inne potrzeby ma niewielki lokal znajdujący się w miejscu z łatwym dostępem serwisu, a inne magazyn oddalony od zabudowy, w którym przerwy w zasilaniu mogą trwać wiele godzin. Znaczenie ma również sposób powiadamiania o awarii oraz czas reakcji osoby odpowiedzialnej.

• pojemność podstawowa wynika z iloczynu poboru prądu i liczby godzin,
• do wyniku należy dodać energię potrzebną podczas alarmu,
• obliczenie powinno zawierać zapas na starzenie i warunki pracy,
• wybrany akumulator musi być zgodny z układem ładowania,
• trzeba sprawdzić czas ponownego naładowania po awarii,
• pomiar napięcia należy wykonać również na końcach długich przewodów.

Rodzaj akumulatora, temperatura i kontrola stanu technicznego

W centralach alarmowych najczęściej stosuje się szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe VRLA, często wykonane w technologii AGM. Są przystosowane do pracy buforowej, w której przez większość czasu pozostają podłączone do układu ładowania, a energię oddają dopiero po zaniku zasilania podstawowego. Nie należy zastępować ich przypadkowymi bateriami o podobnym napięciu.

Akumulator powinien mieć napięcie zgodne z wymaganiami centrali, zwykle 12 V, oraz pojemność mieszczącą się w zakresie określonym przez producenta. Znaczenie mają również wymiary, układ zacisków i dopuszczalna pozycja pracy. Bateria musi być stabilnie zamocowana, a przewody nie mogą być naprężone ani narażone na zwarcie.

Duży wpływ na trwałość ma temperatura otoczenia. Wysoka temperatura przyspiesza procesy starzenia i może wyraźnie skrócić okres użytkowania akumulatora. Niska temperatura ogranicza natomiast dostępną pojemność, przez co czas podtrzymania staje się krótszy. Centrali nie powinno się montować bezpośrednio przy źródłach ciepła, w nasłonecznionej obudowie ani w miejscu narażonym na skrajne warunki.

Akumulator z czasem traci zdolność magazynowania energii, nawet jeżeli system nie przechodził wielu długich awarii. Sam pomiar napięcia spoczynkowego nie wystarcza do oceny jego stanu. Zużyta bateria może wskazywać prawidłowe napięcie bez obciążenia, a po uruchomieniu sygnalizatora lub odłączeniu sieci jej napięcie gwałtownie spada.

Dlatego podczas przeglądu należy wykonać test pod obciążeniem. Sprawdza się zachowanie napięcia, zdolność do zasilania systemu oraz czas pracy po odłączeniu źródła podstawowego. W rozbudowanych instalacjach warto rejestrować wyniki kolejnych kontroli. Spadek parametrów staje się wtedy widoczny, zanim dojdzie do całkowitej utraty podtrzymania.

Centrala może sygnalizować awarię akumulatora, lecz komunikat nie zawsze pojawia się na wczesnym etapie zużycia. Automatyczny test zwykle trwa krótko i nie zastępuje próby pojemnościowej. Bateria może przejść prostą kontrolę napięcia, a mimo to nie zapewnić kilku lub kilkunastu godzin działania.

Wymiana akumulatora powinna obejmować sprawdzenie daty produkcji nowej baterii, stanu zacisków i poprawności polaryzacji. Przed odłączeniem starego elementu należy stosować procedurę właściwą dla danej centrali, aby nie wywołać niepotrzebnego alarmu sabotażowego lub utraty ustawień. Zużytego akumulatora nie wolno wyrzucać razem z odpadami komunalnymi.

Po zamontowaniu nowej baterii trzeba sprawdzić napięcie ładowania oraz prąd pobierany przez system. Jeżeli akumulator nagrzewa się, odkształca, wydziela zapach albo w jego otoczeniu pojawiają się ślady wycieku, należy odłączyć zasilanie zgodnie z bezpieczną procedurą i skontaktować się z serwisem. Dalsza eksploatacja uszkodzonego elementu może doprowadzić do awarii urządzeń.

W większych systemach stosuje się zasilacze dodatkowe z własnymi akumulatorami. Powinny one przekazywać do centrali informacje o zaniku napięcia sieciowego, niskim napięciu baterii i awarii wyjścia. Dzięki temu użytkownik widzi stan całej infrastruktury, a nie tylko głównej płyty. Brak nadzoru nad dodatkowym zasilaczem może sprawić, że część czujek przestanie działać bez czytelnego komunikatu.

Obwody zasilane z różnych źródeł muszą być zaprojektowane w sposób uporządkowany. Należy zachować prawidłowe połączenia, zabezpieczenia i wspólny punkt odniesienia tam, gdzie jest wymagany. Przypadkowe łączenie wyjść dwóch zasilaczy może prowadzić do przepływu niekontrolowanych prądów, uszkodzenia układów albo błędów komunikacji.

Dokumentacja powykonawcza powinna zawierać informacje o zastosowanym akumulatorze, jego pojemności, dacie montażu, obliczonym czasie podtrzymania i wynikach testów. Przydatne jest również opisanie urządzeń zasilanych przez każdy zasilacz. Podczas kolejnego przeglądu serwisant może wtedy szybko sprawdzić, czy instalacja została rozbudowana i czy dotychczasowa bateria nadal odpowiada aktualnemu obciążeniu.

Każde dodanie manipulatora, czujki, modułu radiowego lub urządzenia komunikacyjnego zmienia bilans energetyczny. Nawet jeżeli centrala ma jeszcze wolne wejścia, jej zasilacz może nie mieć wystarczającego zapasu. Po rozbudowie trzeba ponownie obliczyć pobór prądu, sprawdzić wydajność źródła oraz zweryfikować wymagany czas działania awaryjnego.

• stosuj akumulatory przeznaczone do pracy buforowej,
• kontroluj temperaturę w miejscu montażu centrali,
• nie oceniaj baterii wyłącznie na podstawie napięcia bez obciążenia,
• wykonuj okresowe próby pracy po zaniku zasilania,
• sprawdzaj napięcie ładowania i stan zacisków,
• po rozbudowie systemu ponownie oblicz jego zapotrzebowanie na energię,
• zapisuj wyniki testów i daty wymiany w dokumentacji serwisowej.