Eckdaten

TDK bietet eine Reihe von Epcos-Bauelementen, die für die Zuverlässigkeit von Brandmeldeanlagen entscheidend sind. Besonders wichtig sind hierbei Lösungen für den Überspannungsschutz. Der Artikel geht auf die technischen Details der Varistoren für die unterschiedlichen Arten von Überspannungen ein.

Bei Brandmeldeanlagen handelt es sich um komplexe Systeme aus Sensoren, Aktuatoren, Stromversorgungen und Datenübertragungseinheiten. Die einzelnen Brandmelder sind in der Regel über ein Netzwerk mit einem Controller verbunden – wobei je nach Gebäudestruktur – sowohl Ring- als auch Stern-Topologien zum Einsatz kommen. Der Controller hat dabei zwei Aufgaben: in zyklischen Abständen die installierten Geräte abzufragen und beim Ansprechen eines Brandmelders notwendige Aktionen auszulösen. Zu diesen Aktionen zählen die akustische und optische Alarmierung im Gebäude, das Schließen von Brandschutztüren sowie die Benachrichtigung einer Feuerwache über LAN- oder GSM-Verbindung.

Bild 1: Struktur einer Brandmeldeanlage, deren Netzwerk für die Brandmelder auf zwei Ring-Topologien basiert. Die akustischen Alarmgeber dagegen arbeiten in einer Stern-Topologie.

Bild 1: Struktur einer Brandmeldeanlage, deren Netzwerk für die Brandmelder auf zwei Ring-Topologien basiert. Die akustischen Alarmgeber dagegen arbeiten in einer Stern-Topologie. TDK

Bild 2: Intern werden aus der Spannung des Versorgungsbusses (24 V) die Spannungen für den Mikrocontroller (3,3 V) sowie für den Infrarot-Transmitter und -Receiver erzeugt (10 V).

Bild 2: Intern werden aus der Spannung des Versorgungsbusses (24 V) die Spannungen für den Mikrocontroller (3,3 V) sowie für den Infrarot-Transmitter und -Receiver erzeugt (10 V). TDK

Die elektrische Versorgung von Brandmeldeanlagen erfolgt zum Beispiel über 24-Volt-Netzgeräte. Da die Anlagen auch bei Stromausfall funktionieren müssen, ist die Versorgung mit einer USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) kombiniert, die selbst bei länger andauernden Stromausfällen die Spannungsversorgung sicherstellt. Neben Brandmeldern können überdies Bewegungsmelder und Glasbruchsensoren in die Systeme integriert werden. Bild 1 zeigt das Prinzip einer Brandmeldeanlage.

Brandmelder arbeiten je nach Anforderung mit verschiedenen Sensortechnologien:

  • Optische Sensoren, um Rauchgas zu erkennen
  • Temperatursensoren, um erhöhte Temperaturen zu detektieren
  • Gassensoren, um CO und CO2 aufzuspüren

Bild 2 zeigt das Blockdiagramm eines Brandmelders mit optischer Sensorik.

Mögliche Überspannungen

Bedingt durch ihre Komplexität können Brandmeldeanlagen allen Arten von Überspannungen ausgesetzt sein. Auftreten können diese auf den Daten- und auf den Stromversorgungsleitungen. Die großen Leitungslängen des Systems verstärken diese Problematik, da sich hierdurch etliche Szenarien der Einkopplung ergeben. Bild 3 zeigt einen Überblick der möglichen Überspannungen.

Für alle Arten von Überspannung bietet TDK geeignete Epcos-Varistoren an. Unterschieden wird dabei zwischen monolithischen bedrahteten und Vielschichtvarianten in SMT.

Die monolithischen Varistoren sind für hohe Spannungen und Ströme ausgelegt und eignen sich deshalb besonders für Netzeingänge von Stromversorgungen. Für sicherheitsrelevante Anwendungen sind neben konventionellen Scheibenvaristoren insbesondere die Thermofuse-Typen der Serien T14 und T20 (Bild 4) interessant: Sie sind für Spannungen von 130 bis 1000 VRMS ausgelegt, und ihre Stoßstrombelastbarkeit beträgt bis zu 10.000 A (8/20 µs).

Sollte der Varistor einer Thermofuse überhitzen, trennt die integrierte Sicherung den Varistor vom Netz und verhindert so einen möglichen Brand auf der Leiterplatte oder die Beschädigung von Bauelementen, die in der Nähe des Varistors montiert sind. Sicherung und Varistor sind in einem Kunststoffgehäuse untergebracht, das wie die Beschichtung des Varistors aus flammhemmendem Material besteht.

Bild 3: Überspannungen werden nach Größe der Spannung, Dauer und Ursache unterschieden. Entsprechend unterschiedlich sind auch die Wellenformen und Standards nach denen gemessen wird.

Bild 3: Überspannungen werden nach Größe der Spannung, Dauer und Ursache unterschieden. Entsprechend unterschiedlich sind auch die Wellenformen und Standards nach denen gemessen wird. TDK

Die Bauelemente haben drei Anschlüsse: Zwei für die Netzleitung und einen als Monitorausgang, über den der Zustand des Bauelements etwa durch eine LED dargestellt werden kann. Für den erleichterten Austausch lassen sich diese Varistoren über eine Leiterplattenklemme montieren.

Schutz vor Surge-Pulsen

Für den Stromversorgungsbus von Brandmeldesystemen sowie die Brandmelder selbst eignen sich die Vielschichtvaristoren der CTVS-Surge-Protection-Serie zum Schutz vor Surge-Pulsen gemäß IEC 61000 4-5. Dank der Vielschicht-Technologie können diese Bauelemente anforderungsgerecht für unterschiedliche Nennspannungen gefertigt werden. Die SMT-Bauelemente in den Baugrößen 0805 bis 2220 sind für Stoßströme von bis zu 6000 A bei 4 kV in der Pulsform 8/20 µs beziehungsweise 2 kV mit 10/700 µs ausgelegt und verkraften dabei Energien von bis zu 15 J. Auch für den ESD-Schutz nach IEC 61000 4-2 Level 4 sind diese Bauelemente geeignet und bieten zuverlässigen Schutz bis 30 kV.

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