Niezbędna ochrona przed przepięciami

Zastosowania inteligentne, takie jak termostaty, systemy kontroli dostępu oraz antywłamaniowe, stają się standardem w zarządzaniu budynkami. Wśród tych rozwiązań szczególne znaczenie mają te, które ostrzegają o pożarze, ponieważ chronią życie i mienie ludzi. Firma TDK oferuje serię komponentów, które mają kluczowe znaczenie dla niezawodności systemów sygnalizacji pożaru. Szczególnie ważne są rozwiązania zapewniające ochronę przed przepięciami.

Źródło: TDK

Budynki przeznaczone dla dużej liczby osób, takie jak biurowce, hotele, lotniska i centra handlowe, powinny mieć automatyczne systemy sygnalizacji pożaru. Te złożone systemy obejmują czujniki, elementy wykonawcze, zasilacze oraz urządzenia do transmisji danych. Poszczególne czujki pożarowe są zazwyczaj połączone sieciowo z centralą. W zależności od konstrukcji i układu budynku stosuje się zarówno topologię sieci pierścieniowej, jak i gwiaździstej. Centrala skanuje zainstalowane urządzenia w regularnych odstępach czasu. W przypadku uruchomienia czujki, aktywuje niezbędne działania. Przede wszystkim alarmy dźwiękowe i wizualne, zamykanie drzwi przeciwpożarowych oraz powiadamianie straży pożarnej za pośrednictwem przewodowej lub bezprzewodowej sieci komunikacyjnej.

Ponieważ systemy sygnalizacji muszą działać nieprzerwanie nawet podczas długotrwałych przerw w dostawie prądu, wyposażone są w zasilacz 24-woltowy, który jest połączony z zasilaczem awaryjnym (UPS). Oprócz czujek pożarowych w grę wchodzą również czujniki ruchu i czujniki zbicia szyby. Rysunek 1 ilustruje podstawową strukturę systemu sygnalizacji pożarowej.

Rysunek 1. Budowa systemu sygnalizacji pożarowej z topologią podwójnego pierścienia dla czujek pożarowych. Sygnały dźwiękowe (sygnalizatory akustyczne) działają w topologii sieci gwiaździstej.

W zależności od wymagań czujki pożarowe wykorzystują różne technologie czujników:

• Czujniki optyczne wykrywają dym
• Czujniki temperatury wykrywają wzrost temperatury
• Czujniki gazowe wykrywają CO i CO₂

Rysunek 2 przedstawia schemat blokowy czujki pożarowej wyposażonej w czujniki optyczne.

Wysokie wymagania dotyczące ochrony przed przepięciami

Ze względu na swoją złożoność systemy sygnalizacji pożarowej są narażone na różne zdarzenia związane z przepięciami. Mogą one występować zarówno w kablach danych, jak i zasilających. Długie przewody stwarzają liczne potencjalne punkty wejścia przepięć, co dodatkowo pogłębia ten problem. Rysunek 3 przedstawia przegląd różnych rodzajów przepięć.

Firma TDK oferuje warystory przystosowane do wszelkiego rodzaju zdarzeń związanych z przepięciami. Wyróżnia się dwa rodzaje: monolityczne i wielowarstwowe.

Warystory monolityczne

Przeznaczone są do pracy przy wysokich napięciach i prądach, dlatego stosuje się je w wejściach sieciowych zasilaczy. Seria T14 i T20 warystorów TDK ThermoFuse, oprócz konwencjonalnych warystorów dyskowych, jest szczególnie skuteczna w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem, dzięki wbudowanemu bezpiecznikowi (rysunek 4). Elementy te są przeznaczone do napięć skutecznych (RMS) w zakresie od 130 V do 1000 V, a ich prąd udarowy wynosi do 10 000 A (8/20 µs).

W przypadku przegrzania warystora wbudowany bezpiecznik odłącza warystor od sieci zasilającej, zapobiegając pożarom na płytce drukowanej (PCB) lub uszkodzeniom pobliskich elementów. Bezpiecznik i warystor są umieszczone razem w plastikowej obudowie wykonanej z materiału trudnopalnego. Podobnie jak powłoka samego warystora.

Elementy te posiadają trzy przyłącza: dwa służą do zasilania, a jedno do monitorowania. Stan elementu można wyświetlać na przykład za pomocą diody LED. Warystory montowane są za pomocą zacisku do płytki drukowanej, co ułatwia ich wymianę.

Rysunek 4. Warystory ThermoFuse zabezpieczają się przed przegrzaniem. Ponadto ich stan można na bieżąco monitorować za pomocą wyjścia stanu

Warystory wielowarstwowe z serii MLV

Służą do ochrony szyny zasilającej systemów sygnalizacji pożarowej oraz samych czujek pożarowych przed przepięciami zgodnie z normą IEC 61000-4-5. Dzięki technologii wielowarstwowej mogą być produkowane z różnymi napięciami znamionowymi, w zależności od wymagań. Elementy do montażu powierzchniowego, dostępne w rozmiarach obudów od 0805 do 2220, są przystosowane do prądów udarowych o wartości do 6000 A przy napięciu 4 kV z impulsem 8/20 µs lub do 2 kV z impulsem 10/700 µs. Wytrzymują energię do 15 J. Mogą być nawet stosowane do ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) zgodnie z normą IEC 61000-4-2 poziom 4, zapewniając niezawodną ochronę do 30 kV.

W przeciwieństwie do innych technologii elementów zabezpieczających, takich jak diody TVS, elementy MLV firmy TDK zachowują pełną wydajność nawet w temperaturze do +150 °C.

Odpowiednie typy z serii MLV posiadają certyfikat zgodności z normą UL 1449 (numer pliku E481997), co jest wymagane w przypadku niektórych elementów przez producentów systemów bezpieczeństwa.

Jeden warystor na każdy poziom napięcia

Czujki pożarowe wyposażone w czujniki optyczne potrzebują dodatkowych wewnętrznych poziomów napięcia. Nadajnik i odbiornik podczerwieni wymagają napięcia 10 V, a mikrokontroler – 3,3 V. Rysunek 5 przedstawia przykładowy schemat obwodu służącego do generowania tych napięć w czujce pożarowej.

Rysunek 5. Wytwarzanie różnych poziomów napięcia w czujce pożarowej przy użyciu rozwiązania dyskretnego dla napięcia 10 V oraz regulatora LDO (regulator o niskim spadku napięcia) dla napięcia 3,3 V. W tej konfiguracji zastosowano cztery warystory zapewniające ochronę przed przepięciem.

Wejście, zasilane z szyny 24 V DC, musi być zabezpieczone warystorem (MLV1). W ten sposób zapobiega przedostawaniu się przepięć. Można w tym celu zastosować warystor z serii MLV CT2220K30G. Ta seria wielowarstwowych warystorów SMD firmy TDK charakteryzuje się maksymalnym napięciem prądu stałego wynoszącym 30 V. Przystosowana jest do prądu udarowego o wartości 1200 A (impuls 8/20 µs). Należy go umieścić jak najbliżej zacisków przyłączeniowych. Równolegle podłączony jest kondensator, np. MLCC firmy TDK, dla tłumienia zakłóceń wysokoczęstotliwościowych. W zależności od napięć magistrali lub wymagań dotyczących napięcia udarowego na wejściu można zastosować wiele innych warstwowych warystorów tego producenta.

Obwód składający się z Q1, R1 i D1 pełni funkcję regulatora napięcia dla wyjścia 10 V. W celu zwiększenia bezpieczeństwa warystor TDK CT0402S11ACCG podłączony jest równolegle do diody Zenera (D1). Zapobiega to nadmiernemu wzrostowi napięcia na bazie tranzystora Q1 w przypadku awarii diody. Stabilizowane napięcie wyjściowe 10 V jest zabezpieczone dodatkowym warystorem (MLV3). Kondensatory ceramiczne C2 i C3 stabilizują napięcie i tłumią zakłócenia. Napięcie mikrokontrolera, generowane przez regulator LDO, zabezpiecza warystor CDS2C05GTA (MLV4).

Najważniejsze dane dotyczące serii urządzeń zabezpieczających przed przepięciami MLV

Oprócz linii zasilających konieczne jest również zabezpieczenie kabli danych, ponieważ wyładowania elektrostatyczne (ESD) mogą w szczególności uszkodzić interfejsy. W tym celu firma TDK oferuje skuteczną ochronę dzięki serii MLV przeznaczonej do szybkich transmisji. Dzięki niskiej pojemności własnej wynoszącej zaledwie 0,6 pF (w zależności od typu) nie ma to wpływu na integralność sygnału. Poza konwencjonalnymi typami jednoukładowymi dostępne są również matryce obsługujące do czterech kabli danych. Kolejną zaletą techniczną tego produktu jest wyjątkowo krótki czas reakcji wynoszący nie więcej niż 0,5 ns.

Odporność na zwarcia dzięki termistorom PTC

Ponieważ wszystkie czujki pożarowe są podłączone równolegle do szyny zasilającej, zwarcie w choćby jednym urządzeniu spowodowałoby unieruchomienie całej linii. Aby temu zapobiec, każda czujka musi być wyposażona w bezpiecznik. Termistory PTC służą właśnie do tego celu, ponieważ działają jak bezpieczniki samoresetujące. Zasada jest następująca: podczas normalnej pracy termistor jest zimny (temperatura pokojowa) i charakteryzuje się niską rezystancją. Jeśli jednak wystąpi prąd znacznie przekraczający określoną wartość maksymalną, na przykład w wyniku zwarcia, termistor PTC nagrzewa się i gwałtownie staje się wysoce rezystancyjny. Ogranicza to prąd do bezpiecznego poziomu. Po usunięciu usterki termistor ostygnie i ponownie staje się niskorezystancyjny. Model B59873C0120A570 firmy TDK dedykowany jest dla prądu obciążenia do 90 mA w temperaturze +25 °C. Dlatego znajduje zastosowanie w czujnikach pożarowych.

Szeroki asortyment komponentów do systemów sygnalizacji pożarowej

Oprócz rozwiązań w zakresie ochrony przed przepięciami firma TDK oferuje szeroki asortyment innych komponentów przeznaczonych do stosowania w systemach sygnalizacji pożarowej. Należą do nich cewki indukcyjne, a także kondensatory ceramiczne, foliowe i aluminiowo-elektrolityczne, a także termistory NTC. Termistory NTC mogą być używane do produkcji czujek pożarowych opartych na wykrywaniu ciepła.

Więcej informacji