Методика расчета времени резервирования технических средств СОУЭ на примере оборудования ROXTON

1. Основные термины
2. Краткие положения
3. Нормативные требования
4. Особенности использования АКБ в качестве средства резервирования КТС СОУЭ
5. Расчет времени резервирования технических средств СОУЭ при работе с АКБ
6. Расчет суммарной мощности, потребляемой техническими средствами СОУЭ
7. Расчет суммарной мощности, потребляемой усилителями звуковой частоты с учетом характера сигнала и нагрузки
8. Питание технических средств от источника бесперебойного питания
9. Пример расчета для СОУЭ, построенной на оборудовании ROXTON 8000
10. Программа расчета времени резервирования звукового оборудования ПМ ROXTON PC (v. 1.20170622)

1.Основные термины

• СОУЭ – система оповещения и управления эвакуацией людей
• АКБ – аккумуляторные батареи
• ИБП – источник бесперебойного питания
• КТС – комплекс технических средств
• АВР – автоматический ввод резерва
• УМ – усилитель мощности
• УМЗЧ – усилитель мощности звуковой частоты

2. Краткие положения

При пропадании питания СОУЭ должна функционировать в течение 24 часов в дежурном режиме плюс один час в режиме тревоги. Если в части проекта осуществляется расчет времени эвакуации, то в этом случае время резервирования в тревожном режиме должно составлять 1,3 от расчетного времени эвакуации.

Электропитание СОУЭ необходимо осуществлять совместно с резервным источником таким образом, чтобы система оставалась полностью работоспособной без выдачи ложных срабатываний в течение времени, необходимого для полной эвакуации людей в безопасное место.

По степени надежности электропитания СОУЭ относится к потребителям первой категории, снабженным устройством автоматического ввода резерва (АВР), обеспечивается электроэнергией от двух независимых источников по двум линиям, проложенным по разным трассам. Независимо от наличия АВР СОУЭ нуждается в дополнительном резервировании на время ввода второго источника.

3. Нормативные требования

1. Резервное электропитание технических средств оповещения должно осуществляться: - от второго независимого ввода сети переменного тока; - от источника питания постоянного тока; - автономным электроагрегатом переменного тока. Примечание. В качестве резервного источника постоянного тока могут быть использованы сухие гальванические элементы или аккумуляторные батареи.
2. Время работы технических средств оповещения от резервного источника постоянного тока в дежурном режиме должно быть не менее 24 часов.
3. Время работы технических средств оповещения от резервного источника постоянного тока в тревожном режиме должно быть не менее 1 часа.
   
   Не всегда имеется возможность обеспечить независимый ввод сети переменного тока. На этот случай приведем более подробные рекомендации:
   
   
4. При невозможности по местным условиям осуществлять питание СОУЭ от двух независимых источников допускается организовать питание от одного источника: от разных трансформаторов, двухтрансформаторной или двух однотрансформаторных подстанций, подключенных к разным питающим линиям, проложенным по разным трассам, с устройством АВР на стороне низкого напряжения.
5. При отсутствии в системе электроснабжения здания источников питания, оговоренных в пунктах 1-3, для резервного питания СОУЭ используются аккумуляторные батареи на напряжение, указанное в технических условиях на КТС СОУЭ. При этом устройства СОУЭ в нормальном режиме подключаются через понижающие трансформаторы соответствующего напряжения.
   
   Аккумуляторные батареи находятся на постоянной подзарядке от основного ввода питания.
   
   
6. Емкость аккумуляторных батарей обеспечивает питание электроприемников в течение 24 ч в дежурном режиме и не менее времени эвакуации в режиме "Тревога".

4. Особенности использования АКБ в качестве средства резервирования КТС СОУЭ

Большинство СОУЭ питаются от напряжения 24В. Для их питания можно использовать пару АКБ (2х12В), соединенных последовательно. Одной из важных характеристик АКБ является его емкость. Произведение емкости и напряжения определяет энергию аккумулятора и, как следствие, величину допустимой нагрузки. При длительной работе АКБ разряжается, что сопровождается падением напряжения на его выводах. Аккумулятор считается разряженным при достижении (конечного) напряжения, определяемого нагрузочными характеристиками. При работе со свинцово-кислотными SLA АКБ нужно обратить внимание на следующие обстоятельства:

• при уменьшении температуры с 20°С до 0°С, емкость аккумулятора уменьшается на 15%;
• при уменьшении температуры с 0°С до -40°С емкость аккумулятора уменьшается еще на 25%;
• при повышении температуры от 20°С до 40°С емкость аккумулятора возрастает примерно на 5%;
• не следует допускать глубокого разряда АКБ.

Для правильного определения величины нагрузки необходимо воспользоваться нагрузочными характеристиками аккумулятора. На рис.1, изображена разрядная характеристика АКБ, DJM 1245.

Рис.1 - Разрядные характеристики АКБ, DJM 1245

Из разрядных характеристик можно проследить зависимость напряжения на клеммах АКБ от величины нагрузки и времени разряда (штрихпунктирная линия). Данное напряжение следует сопоставить с допустимым напряжением питания резервируемых средств. Из графика, рис.1 видно:

• если АКБ нагрузить полностью (кривая 1С), то время разряда батареи составит 35 мин;
• если АКБ нагрузить не более чем на 65% (кривая 0,65С), то только тогда время разряда батареи составит более 1ч.

Немного о зарядных устройствах

Для мощных АКБ желательно использовать зарядное устройство с регулируемым уровнем заряда работающее как в режиме подзарядки, так и в буферном режиме. Зарядное устройство выбирается в зависимости от емкости и напряжения АКБ. Зарядный ток (зарядного устройства) не должен превышать 10% от емкости АКБ: Jзар ~ 0,1 C, где C – емкость АКБ, Ач.

5. Расчет времени резервирования технических средств СОУЭ при работе с АКБ

Расчет мощности АКБ

Основными параметрами АКБ, необходимыми для расчета мощности, являются его емкость C, А и напряжение U, В, на его отводах. Емкость аккумулятора C измеряется в ампер-часах (АЧ), а при маленькой емкости – в миллиампер-часах (мАч) и определяется максимальным током который он сможет выдавать в течение требуемого времени:

Энергия W накапливаемая в аккумуляторе, зависит как от его емкости C, так и от напряжения U:

Для варьирования параметрами (напряжением или мощностью) АКБ соединяют последовательно или параллельно. При последовательном соединении нескольких АКБ напряжение на крайних отводах составной батареи увеличивается пропорционально их количеству, емкость не меняется. При параллельном соединении нескольких АКБ общая емкость увеличивается, напряжение остается неизменным (другими словами, при параллельном подключении АКБ суммарная мощность увеличивается за счет увеличения тока, при последовательном соединении, за счет увеличения напряжения). В обоих случаях мощность увеличивается пропорционально количеству АКБ.

6. Расчет суммарной мощности, потребляемой техническими средствами СОУЭ

В самом общем случае, суммарная мощность потребления блоков КТС СОУЭ, складывается из двух мощностей.

Суммарная мощность потребления блоков, находящихся в дежурном режиме:

Суммарная мощность потребления блоков, находящихся в тревожном режиме:

Суммарная (усредненная) мощность, потребляемая техническими средствами СОУЭ в течение дежурного T_д и тревожного T_тр времени:

7. Расчет суммарной мощности, потребляемой усилителями звуковой частоты с учетом характера сигнала и нагрузки

Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ), являются непременной составляющей КТС СОУЭ. Мощность потребления усилителей мощности (класса “AB”, “D”) существенным образом зависит как от нагрузки, так и от характера усиливаемого сигнала.

Пик-фактор

При расчете средней мощности потребления усилителей (как наибольшего среди КТС СОУЭ потребителя), необходимо учитывать т.н. “Пик-фактор”.

Пик-фактор определяется отношением максимального (пикового) значения тока к его среднеквадратичному (RMS) значению.

Например, для идеальной синусоиды пик-фактор равен квадратному корню из двух.

Смысл пик фактора в сводится к следующему. Реальный речевой сигнал (звукового источника) изменяется как по уровню, так и по частоте – имеет сложную прерывистую структуру (форму) и характеризуется:

• мгновенными значениями (уровнями) речевого сигнала;
• длительностью непрерывного существования различных уровней;
• длительностью пауз (речевой сигнал можно сравнить с меандром со скважностью 6);
• распределением максимальных уровней по частоте (звуковые (акустические) сигналы имеют непрерывно изменяющуюся форму и состав спектра. Спектры могут быть дискретными, сплошными или смешанными. Дискретные спектры, в свою очередь, могут быть гармоническими (спектры сложного тона) или тональными (суммарный спектр ряда сложных тонов, некратных по частоте));
• распределением текущей и средней мощности;
• спектральной плотностью мощности.

Учет нагрузки

Практически для всех классов (кроме “А”) усилителей величина потребляемой мощности усилителя, практически, пропорциональны нагрузке.

Если известна максимальная потребляемая мощность блока (системы) P_п (Вт) и мощность нагрузки, P_н (Вт), то реальную потребляемую мощность P _{рп ум} (Вт) усилителя с учетом пик-фактора можно определить, как:

Если учесть что большинство производителей, в качестве потребляемой мощности, указывают значения, измеренные на (тональном) сигнале 1кГц, то:

• для речевого сигнала, значение данного коэффициента с учетом запаса можно принять равным, k_пф=0,15/0,7 ~ 0,25;
• Для музыки, значение данного коэффициента с учетом запаса можно принять равным, k_пф=0,5/0,7 ~ 0,7;
• Для тонального сигнала, значение данного коэффициента, k_пф ~ 1.

Выбор АКБ

Параметры АКБ можно брать непосредственно из технических характеристик, не опираясь на нагрузочные характеристики, так как последние ориентированы на активную, а не реактивную нагрузку (любые электронные приборы являются чисто реактивной (в отличие от активной) нагрузкой и потребляют энергию не более половины всего времени).

Для резервирования КТС с напряжением питания 24В, можно использовать два последовательно подключенных АКБ. В этом случае:

Время резервирования КТС (t, в часах) следует оценивать, как:

Зависимость времени резервирования нагрузки двумя аккумуляторными батареями АКБ DJM-1245 (рис.2).

Рис.2 - Зависимость времени резервирования нагрузки двумя аккумуляторными батареями АКБ DJM-1245

Из рис.2 видно, что для обеспечения времени резервирования t=1ч, суммарная нагрузка должна быть не выше 700 Вт*Ч.

8. Питание технических средств от источника бесперебойного питания

Основной характеристикой источника бесперебойного питания (ИБП) является полная мощность, измеряемая в VA (Вольт-Амперах). Полную мощность не следует путать с активной мощностью или мощностью нагрузки, измеряемую в ваттах. Если производитель для своего ИБП не указывает мощность в ваттах, то для ее получения необходимо полную мощность умножить на коэффициент “0,7”. Данный коэффициент называется коэффициентом мощности (Power Factor), равен отношению активной мощности к полной мощности (Вольт-Ампер) и определяет характер нагрузки (активная или реактивная (комплексная)).

Время резервирования системы (КТС) определяется емкостью встраиваемых в ИБП АКБ. Длительное время резервирования достигается использованием составных батарей. Общая энергия составной батареи E_б⁶:

АКБ, по отношению к ИБП, могут быть как встроенными, так и внешними. Большинство ИБП содержат встроенные АКБ, однако для увеличения резервируемой мощности, могут предлагаться и дополнительные внешние АКБ. При одновременной работе (комбинировании) внутренних и внешних АКБ необходимо удостовериться в том, что суммарная энергия (W) этих АКБ, не превосходит 70% от полной мощности ИБП.

Для расчета мощности E, эффективно резервируемой ИБП, необходимо учитывать дополнительный коэффициент η, учитывающий потери на инвертирование:

Используя формулу (8), можно построить нагрузочную характеристику для ИБП, зная параметры встроенных АКБ и время резервирования определенной мощности, рис.3.

Рис.3 - Зависимость времени резервирования нагрузки источником бесперебойного питания ИБП JPX-3000

Из рис.3 видно, что для обеспечения времени резервирования t=1ч, суммарная нагрузка должна быть не выше 400 Вт*Ч.

Вывод: Расчет времени резервирования КТС СОУЭ является несложной процедурой при наличии необходимых расчетных данных (характеристик) и правильной организации технических средств.

9. Пример расчета для СОУЭ, построенной на оборудовании ROXTON 8000

Характеристики оборудования (системы оповещения) ROXTON 8000 представлены в Таб.1:

Где:
Р_ус – мощность встроенного усилителя, Вт
Р₀ – мощность потребляемая усилителем на нулевой нагрузке, Вт
Р_д – мощность потребления в дежурном режиме, Вт
Р_тр – мощность потребления в тревожном режиме, Вт

Тип:
У – Усилитель
Б – блок (без встроенного УМ)

Пример расчета

Рассчитаем время бесперебойной работы СОУЭ, построенной на следующих блоках системы ROXTON 8000:

• Комбинированная система ROXTON RA-8236 – 1 шт
• Блок контроля и управления ROXTON PS-8208 – 1 шт
• Блок сообщений ROXTON VF-8160 – 1 шт
• АКБ LEOCH DJM1245 – 2 шт

Условия расчета

• Мощность нагрузки Рн = 300 Вт.
• Характер звукового сигнала – речевой.
• Время работы в дежурном режиме Tд = 24 ч.
• Время работы в тревожном режиме Tтр = 1 ч.

Расчет

Параметры АКБ: С=45 Ач, U=12 В.

Мощность двух последовательно соединенных АКБ (2): W=C*U=45*24=1080 Вт.

Мощность, потребляемая всей системой в дежурном режиме, Таб.1 (3): Р_д = (7+4+7)=18 Вт. За 24 часа система потребит: Р_д =18*24=432 Вт*ч.

Рассчитаем мощность потребления системы в тревожном режиме (4) для чего пересчитаем мощность комбинированной системы ROXTON RA-8236 с учетом нагрузки и речевого сигнала. В ф-ле (6) учтем, что потребление всей системы на нулевой нагрузке Р₀ > Р_д :

Р_{тр_ус} = 0,25*(300+17)*400/ 360 = 88 Вт*Ч.

Мощность, потребляемая всей системой в тревожном режиме, Таб.1, (4):

Р_тр = (88+40+12)=140 Вт*ч.

Суммарная мощность, потребляемая всей системой (5):

Р_сум = 432+140=572 Вт*ч.

Рассчитаем мощность составной АКБ, согласно (8):

Е_б=0,65*W = 0,65*1080=702Вт.

Откуда видно, что время резервирования (>1 часа) обеспечивается с запасом.

АНОНСЫ

PRO Integration Tech - 2024

Комбинированные усилители ROXTON линейки MZA

Селекторная связь ROXTON 8000

Рады вам сообщить, что нами завершена очередная модификация и русификация системы селекторной связи ROXTON 8000

СОУЭ-антитеррор