NEC Class 4故障管理电源为许多工业应用提供经济的解决方案

作者：Remee Wire & Cable销售与营销副总裁Tom Valentine

在国家电气规范（NEC）中，Class 1、2和3电路被归类为远程控制、信号和功率限制电路。NEC将此类电路定义为过电流保护装置（OCPD）负载侧或功率限制电源与所有连接设备之间的布线系统部分。
这些电路的特点是它们的用途和电功率限制，这使它们与光电路和电源电路不同。这些电路也根据它们各自的电压和功率限制进行分类。
NEC将Class 1电路分为两种类型：功率限制电路、远程控制和信号电路。功率受限的Class 1电路限制为30V和1000VA。Class 1远程控制和信号电路限于600V，但电源的功率输出有限制。


图1：FMP系统示意图
通常，Class 1远程控制和信号电路必须满足电源和照明电路的大部分相同布线要求。我们通常在电机控制器（操作机械过程）、电梯、输送机以及从一个或多个远程位置控制的设备中使用Class 1远程控制电路。Class 1信号电路用于医院的护士呼叫系统、电子钟、银行警报系统和工厂呼叫系统。
功率限制区分了三类主要功率（Class 1、Class 2和Class 3）。Class 2涉及消防安全，并提供一定的触电保护。Class 3仅考虑消防安全。
Class 2和Class 3电路是限制点燃或心室颤动可能性的有限能量电路。这些类别中的设备必须列为有限电源（LPS）。以太网供电（PoE）就是Class 2的一个例子。
Class 2和Class 3系统不需要与电源、照明和1级系统相同的接线方法。在某些情况下，这些系统之间需要2英寸的间隔。

以太网（PoE）的功率限制
IEEE 802.3涵盖了PoE标准，NFPA 70第725条Class 2规定了布线。UL标准为62368-1。电源的最大功率为90W。最大距离是100米或328英尺。最大距离处的最大功率为71W（使用Cat 6A）。
虽然这些限制对许多企业网络都很有效，但它们无法适应现在将许多设备定位在100米以外所需的更长距离。物联网或IIoT设备的发展和增长，以及其他工业技术的发展，推动了设备远距离定位的需求。

什么是Cl4（Class 4）？它是如何工作的？
复制：NEC在2023年版的NFPA 70中增加了45年来的第一个新功率等级。第7章第726条对Class 4进行了定义，该条涉及特殊条件。Class 4电源系统称为“故障管理电源系统”（FMPS）。它们不受功率限制，可以提供数十万瓦的功率。电压可高达450V AC或DC。这听起来可能很危险，但FMPS具有智能控制功能，可以限制故障产生的能量，从而降低火灾或电击的风险。它还允许使用功率限制电路等方法安装Class 4电路。
NFPA 70中的新条款涵盖了用于将替代能源系统连接到公用事业服务设备的仪表盘电缆的规范，以及电源Class 4故障管理电源系统和电缆。Class 4是故障管理电源系统的新标准，包括分组能量传输（PET）、数字电源*（DE）和其他智能传输系统，因为它们不在Class 2或3中。
Class 4涵盖的电源系统使用低压电源，以确保安全和易于安装。然而，这些系统的传输功率是PoE系统的近20倍，PoE系统仅限于100W，运行距离可达数百米。PoE运行限制在100米（328英尺）以内。因此，Class 4系统可以在更长的距离内使用单一的数据和电源电缆。这样就不需要单独的电源电缆和安装所需的大量零件（接线盒、导管、配件），FMPS可以减少铜的使用量，更不用说额外的劳动力成本了。（见图1）。
这项创新技术利用脉冲传输，以类似于数据包在企业网络上传输的方式，在长距离上提供显著的功率。作为一种线路供电系统，它是一种通过铜双绞线或具有Class 4故障管理电源的混合电缆从集中位置为远程设备供电的方式。这些类型的电源系统限制了故障事件期间可用的能量和功率。例如，如果有人触摸裸露的电线，系统会在造成任何伤害之前立即关闭。


图2：与PoE、DE和FMPS的能力比较
 
发射机和接收机持续监测线路状况。如果出现故障，如接线不当、短路或有人接触输电线路，系统会在几毫秒内识别出情况并停止输电。其结果是在高功率水平下实现了“触摸安全”的电力传输。这种“清洁电源”还可以消除下垂和浪涌。

故障管理电源系统（FMPS）的好处

• 安全性——具有低电压和故障管理关闭功能，通过OSHA的NRTL实验室认证，使用与以太网和PoE相同的布线实践；
• 每对导线允许数百瓦
• 允许设备定位和电缆长距离敷设——数千英尺
• 铜含量降低——导线通常较小——18至14 AWG
• 实现对配电的远程监控，允许对外部事件采取行动
• 高效安装——可在与Class 2或3电路、光纤或混合电缆相同的路径上运行；消除了运行单独的电力线的需要；只需要拉动一次电缆
• 无需导管
• 智能控制电源使用——FMPS可以区分负载和接触线路的人

（见图2）

Class 4 FMPS：为工业4.0提供动力
故障管理电源解决方案可以大幅降低基于边缘的网络部署的复杂性、时间和成本。通过赋予在工业环境中任何地方定位模块化IDF资源的自由度和灵活性，创建了一个简化且可扩展的网络，解决了支持当今和未来连接的工业设备的挑战。
工业设施在满足4G LTE、5G和WiFi的连接需求方面面临挑战。FMPS为无线电和接入点等远程设备供电提供了一种经济、高效、安全的解决方案。FMP系统还支持推动自动化、制造和物流的物联网技术。
CL4电源系统和布线在工业环境中有多种应用。一些例子包括：

• 分布式天线系统（DAS）——在工厂、铁路隧道等提供WiFi
• 以太网供电（PoE）——328英尺限制，外加远距离
• LED照明
• 安全摄像头
• 门禁——读卡器、门禁系统等
• 无线接入点（WAP）
• 楼宇自动化系统（BAS）——暖通空调、照明、安保等
• 数据中心
• 物联网传感器
• 室内农业

Remee在恶劣工业条件下制造加固电缆方面经验丰富。他们提供全套标准电缆选择，并专门修改标准电缆以及定制设计的电缆。

FMPS案例研究
Hardee 50000平方英尺的垂直农场系统生产五种生菜。其垂直系统最多可容纳9层植物，相当于9英亩。它有一个1.1MW的太阳能设施，并使用22英里的数字电源*（DE）电缆。DE为照明、开/关控制和调光提供电源。每个固定装置只需要2根导线，而AC电源和控制需要5根导线。
DE*FMP系统是大型地铁轨道交通系统的理想解决方案，其中DE设备从整个隧道的设备站为DAS无线电系统供电。数千瓦的电力需要为数千英尺以上的无线电供电。电缆的设计和批准适用于VoltServer的DE设备。
*VoltServer商标
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