Systemy inteligentnego domu – cena a bezpieczeństwo

Na rynku pojawiło się bardzo wiele rozwiązań typu inteligentny dom w rozmaitych wersjach i wariantach montażowych oraz cenowych.

W poniższym artykule postaramy się w miarę bezstronnie porównać różne typy systemów automatyka budynku, wykonania aby ułatwić wybór systemu nie kierując się tylko zasadą że “najważniejsza jest cena”.

Niestety koszty elementów i ich jakość zawsze kolidują z bezpieczeństwem, czasem życia elementów i całego systemu automatyki budynku. W przypadku urządzeń podłączonych do napięć 230V występuje też ryzyko porażenia prądem, uszkodzenia całego systemu, wszystkich urządzeń niskonapięciowych podłączonych do niego, zewnętrznych urządzeń wykonawczych.
Ograniczymy swe porównanie do elektroniki i części elektrycznej.

Istnieje wiele systemów typu inteligentny dom przereklamowanych i o przeroście marketingu w stosunku do stanu faktycznego. Może to dotyczyć każdego typu interfejsu komunikacyjnego i każdego sposobu montażu. Wynika to z faktu że prawie każdy producent próbuje maksymalnie ograniczyć koszty stosując najtańsze i najgorsze komponenty nie przeznaczone do pracy ciągłej przez wiele lat.

Klienci, szczególnie laicy patrzą na cenę, gdyż nie są świadomi zagrożeń i pułapek jakie czekają na “szczęśliwego” właściciela systemu inteligentnego domu. Nie biorą też pod uwagę czasu życia danego systemu lub typu rozwiązania.

Inteligentny Dom i bezpieczeństwo własne

Wszystkie systemy inteligentnego domu występujące na rynku wykorzystują przekaźniki różnych typów do włączania urządzeń pracujących pod napięciem 230V lub innymi napięciami spoza systemu.

Wiele systemów na rynku wykorzystuje przekaźniki, które stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa ze względu na:

  • znacznie większe prawdopodobieństwo przebicia (przenikania) napięcia 230V do elektroniki
  • spowodowanie porażenia prądem 230V w wyniku przebicia do napięć 230V
  • spowodowanie uszkodzenia elektroniki niskonapięciowej całego systemu inteligentnego domu przez przewodowy interfejs komunikacyjny czy niskonapięciowy przewód zasilający
  • spowodowanie uszkodzeń sprzętu komputerowego, przewodowych paneli sterujących i urządzeń wykonawczych podłączonych do systemu
  • spowodowanie zagrożenia pożarowego w przypadku przebicia do napięć 230V, iskrzenia styków przekaźnika itd.
  • spowodowanie ryzyka porażenia prądem elektrycznym przy dotknięciu elementu systemu automatyki budynkowej

Szczególnie narażone na te zagrożenia są systemy inteligentnego domu montowane bezpośrednio w puszkach elektrycznych razem z napięciem 230V, gdzie elektronika jest oddzielona kilku milimetrowymi odstępami od napięć 230V.

Wynika to z konieczności miniaturyzacji takich sterowników tak aby zmieściły się do standardowych puszek elektrycznych o średnicy 60mm.

W takich systemach konieczne jest zastosowanie przekaźników miniaturowych o odstępie wyprowadzeń 7.5mm (zgodnie z normami CE) pomiędzy cewką (niskie napięcia elektroniki) a stykami (230V lub inne napięcia). Jest to szczególnie niebezpieczne przy podłączeniu do styków przekaźnika obciążeń indukcyjnych: wentylatorów, silników, transformatorów, kuchni indukcyjnych, oświetlenia jarzeniowego z dławikami i starterami. W takim przypadku wyłączenie styków przekaźnika powoduje tworzenie przepięć i impulsów o wartości napięcia nawet 10000V (jak w cewce zapłonowej samochodu do wytwarzania iskry elektrycznej). W przypadku zastosowania miniaturowych przekaźników jest to wartość nawet 10-cio krotnie przekraczająca napięcie izolacji pomiędzy cewką przekaźnika a jego stykami i może przenikać do elektroniki przez cewkę. Impuls może przenikać także po powierzchni płytki drukowanej w stopniu zależnym od wilgotności, zanieczyszczeń, odległości między ścieżkami, typu podłoża. Należy pamiętać, że do elektroniki mogą dotrzeć kurz, osad, insekty, pająki, które spowodują znaczne pogorszenie parametrów izolacyjności powietrza i zwiększą ryzyko przenikania bardzo wysokich napięć zakłócających do elektroniki lub nawet całkowite zwarcie. Sterownik w przypadku gwałtownych zmian temperatury może się pokryć rosą przez co zachowuje się jak by został włożony bezpośrednio do wody.

W przypadku przedostania się wysokich napięć do elektroniki mamy do czynienia z kilkoma możliwościami:

  • Impulsy powodują uszkodzenie (nadpalenie styków przekaźników) co zwiększa rezystancję styków, grzanie się styków, iskrzenie, do palenia się obudowy przekaźnika włącznie
  • dopóki elementy zabezpieczające przed przepięciami (o ile są wogóle zamontowane) działają, przebicia zmniejszają czas życia całego sterownika w wyniku narażenia na pracę poza bezpiecznymi parametrami użytkowania urządzenia
  • Sterowniki elektroniczne pracują niestabilnie, pojawiają się niekontrolowane resety, najczęściej w chwili wyłączania lub włączania wyjścia generującego impulsy, efekt choinki (często nieprzerwane – poprzez ciągłe resety w wyniku kolejnych prób włączania wyjścia po resecie)
  • impulsy przepięciowe powodują uszkodzenie kondensatorów fitrujących napięcie znacznie pogarszając parametry zasilania systemu, jego stabilność, pomiary wartości analogowych
  • Przebicia powodują uszkodzenie niektórych elementów półprzewodnikowych (zwieranie lub rozwieranie w zależności od typu elementu i wartości prądu i napięcia)
  • Przebicia i zwarcia mające charakter wysoko prądowy powodują przechodzenie do innych segmentów poprzez wspólne przewody komunikacyjne i zasilanie niskonapięciowe. Przebicia takie mogą powodować grzanie się elementów półprzewodnikowych do kilkuset stopni z paleniem się włącznie. Stanowi to też bezpośrednie zagrożenie pożarowe.
  • przebicia i zwarcia przenoszące się na elektronikę mogą przenosić się na manipulatory, np. włączniki dotykowe, zagrażając porażeniem prądem a nawet śmiercią użytkowników szczególnie dzieci lub osób ze słabym sercem
  • przebicia i zwarcia w systemach przewodowych bez izolacji między segmentami mogą powodować uszkodzenie wszystkich sterowników elektronicznych, paneli sterujących, sprzętu komputerowego, czujników i innych elementów systemu
  • mogą powodować nadpalenie izolacji okablowania komunikacyjnego i zasilającego tworząc zwarcia i całkowicie niszcząc instalację (okablowanie) czyniąc ją bezużyteczną

W zasadzie wszystkie powyższe zagrożenia zależą prze wszystkim od zastosowanych przekaźników, schematu elektrycznego, zastosowanych zabezpieczeń przeciw-przepięciowych,  a nawet od rozmieszczenia ścieżek PCB.

System eHouse w wersji do mini rozdzielni czy rozdzielni centralnych (LAN, RS-485, PRO) wykorzystuje przekaźniki z podstawkami na szynę DIN nie narażone na powyższe zagrożenia, które jednocześnie są 10-20 razy droższe od miniaturowych.

Wszystkie systemy automatyki budynku, inteligentnego domu instalowane w puszkach elektrycznych i zintegrowane (elektronika + przekaźniki) wykorzystują przekaźniki miniaturowe narażone bezpośrednio na te zagrożenia, szczególnie w przypadku podłączenia obciążeń indukcyjnych i generujących duże zakłócenia i impulsy wysokiego napięcia.

Przykładowy sterownik do puszki elektrycznej spełniający normy CE jeśli chodzi o bezpieczeństwo pracy przy dostępie do urządzeń 230V.
inteligentny dom bezpieczeństwo - porównanie izolacji do wysokich napięć

Porównanie przekaźników miniaturowych i profesjonalnych zastosowanych w inteligentnym domu eHouse (na modułach przekaźników).
inteligentny dom bezpieczeństwo - izolacja przekaźników

Na rysunku przedstawiono 2 typy przekaźników dla porównania:

  • przekaźnik wraz z podstawką na szynę DIN (230V/16A) wykorzystany w modułach przekaźnikowych dla eHouse LAN, RS-485, PRO
  • typowy przekaźnik miniaturowy wykorzystany w sterownikach do puszek elektrycznych lub zintegrowanych sterownikach z przekaźnikami (230V/5A) (małe i tanie)
Parametr przekaźnik eHouse przekaźniki miniaturowe
dopuszczalny prąd pracy 16A 5A
odległość cewka/styk (niskie napięcie/230V) przekaźnik 15mm 7.5mm
odległość cewka/styk (niskie napięcie/230V) podstawka 45mm 7.5mm
Izolacja dielektryczna cewka/styk impuls 10kV 1kV
maksymalna moc 4kVA 1kVA
liczba przełączeń 1mln 50tys

Analizując tabelkę jednoznacznie wynika, że z punktu widzenia bezpieczeństwa na przebicie czy zwarcie przekaźnik zastosowany eHouse jest wielokrotnie lepszy w każdej kategorii.

Na uwagę zasługuje tu:

  • 2 krotnie większa odległość między wyprowadzeniami cewki i styków na przekaźniku
  • 6 krotnie większa odległość między wyprowadzeniami cewki i styków przy zastosowaniu podstawki w modułach przekaźnikowych eHouse. Zabezpiecza to całkowicie przed przypadkowym zwarciem elektroniki do napięć 230V
  • 10 krotnie większa izolacja dielektryczna impulsowa cewka / styk
  • 20 krotnie większa liczba cykli przełączenia przekaźnika pod pełnym obciążeniem
  • 3 krotnie większy prąd pracy (możliwość podłączenia dowolnych urządzeń elektrycznych wliczając żelazka, odkurzacze, ogrzewanie elektryczne) – dotyczy szczególnie gniazdek elektrycznych do których można teoretycznie podłączyć dowolne urządzenie elektryczne o dowolnej mocy

Biorąc pod uwagę prawdziwe bezpieczeństwo i wielokrotnie większą wytrzymałość jest wart większych nakładów finansowych. Dodatkowo w przypadku uszkodzenia można wymienić go wyciągając z podstawki i wkładając nowy bez konieczności wymiany całego sterownika w ścianie jak w przypadku zintegrowanych sterowników z przekaźnikami. Serwis jest więc wielokrotnie tańszy i bezinwazyjny w stosunku  do sterowników zintegrowanych, gdyż nie posiada elektroniki rozmieszczonej poza mini-rozdzielnią / rozdzielnią centralną.

Profilaktycznie po wielu latach można wymienić wszystkie przekaźniki w podstawkach bez dokonywania generalnego remontu.

Serwisowanie systemu po kilku latach jest znacznie łatwiejsze niż elektroniki umieszczonej w puszkach elektrycznych, szczególnie po kilku malowaniach. Dodatkowo w pełni niskonapięciowy sterownik całego segmentu znajduje się w tej samej mini-rozdzielni / rozdzielni centralnej w odległości min. 60mm od wszelkich przewodów i śrubek 230V.

System inteligentnego domu przy zastosowaniu mini-rozdzielni pokojowych staje bardziej profesjonalny jeśli chodzi o montaż, serwis, wymianę elementów zużywających się (jak np przekaźniki) i bezpieczeństwo.

One thought on “Systemy inteligentnego domu – cena a bezpieczeństwo”

Comments are closed.