FT: XLVI. Zabezpieczenia 1-25

Na to Abraham: ”O, racz się nie gniewać, Panie, jeśli raz jeszcze zapytam: gdyby znalazło się tam dziesięciu [sprawiedliwych] ?”.

Odpowiedział Pan: ”Nie zniszczę przez wzgląd na tych dziesięciu”. Księga Rodzaju

Słowo "zabezpieczenie" to szerokie i wieloznaczne pojęcie. Ma być zabezpieczone ( ochronione ) coś wartego ochrony przed realnym zagrożeniem. Słowa "ochrona" i "zabezpieczenie" posiadają po circa 150 synonimów.

Zabezpieczenia wbudowane - integralne podnoszą użyteczność i funkcjonalność przedmiotu. Bez niego faktycznie nie można się obejść.

Nowoczesnym sposobem zabezpieczenia śruby przed poluzowaniem a nawet odkręceniem jest umieszczenie odrobiny dedykowanego kleju na gwincie przy przykręceniu śruby przy montażu fabrycznym. Dodatkowy koszt kleju i nakładu pracy jest niewielki a skutek poluzowania śruby może być kosztowny mimo iż tylko mniej niż jedna śruba na sto się poluzuje.

W optymalizacji zabezpieczenia według rachunku prawdopodobieństwa ważny jest koszt chronionego obiektu i koszt jego ochrony oraz koszta zewnętrzne awarii. Ale mogą być też chronione zabezpieczeniami mechanizmy prawidłowego działania.

Zdefiniowanie funkcji do optymalizacji wymaga znajomości różnych kosztów i prawdopodobieństwa rozwoju scenariuszy ( wyrażonych na przykład w formie diagramów ) różnych awarii lub dysfunkcji. Przykładowo, regulacje prawne w USA wymagają aby projekt elektrowni jądrowej zawierał kalkulacje prawdopodobieństwa określonych skutkami awarii.

Za stanie w korkach płacą kierowcy i przedsiębiorstwa a za system dróg i sygnalizacji płaci państwo lub urzędy miast. Środki pozornie pochodzą z różnych "kieszeni" co wpływa na globalną nieracjonalność kalkulacji i podejmowania decyzji.

Istnieją wielkie systemy polityczne i gospodarczo - społeczne. Mechanizmy tych systemów wywierają wielki wpływ na funkcjonowanie państw i społeczeństw. Toteż systemy winny mieć wbudowane mechanizmy zabezpieczające przed degeneracją.

1. Zabezpieczenia energetycznej sieci przesyłowej i dystrybucyjnej zapobiegają nadmiernemu nagrzaniu przewodów linii zbyt dużym prądem obciążenia i trwałemu zwisowi rozciągniętej linii czyli uszkodzeniu linii. Zabezpieczenia przepięciowe chronią transformatory sieciowe przed przebiciem ich izolacji. Reclosery czyli automatyczne ponowne załączanie, powodują przywrócenie zasilania - automatycznie załączają linie po zwarciu i rozłączeniu spowodowanym wyładowaniem atmosferycznym.

Przy zbyt niskim napięciu w mocno obciążonej sieci przesyłowej maleje generowana przez nią moc bierna a wzrasta podłużna strata mocy biernej w linii i transformatorze. Przy zbyt niskim napięciu, które nie daje się podnieść ani regulatorami napięcia generatorów ani zaczepami transformatorów regulacyjnych ani załączaniem źródeł mocy biernej, trzeba wyłączyć część odbiorców aby zapobiec dalszemu rozwijaniu się awarii napięciowej spowodowanej rozwijającym brakiem mocy biernej w systemie. Samej linii nie należy wyłączać bowiem ona generuje moc bierną swoją pojemnością. Brak w systemie mocy czynnej powoduje spadek częstotliwości w sieci. Jeśli wyczerpały się możliwości podniesienia generacji trzeba wyłączyć część odbiorców.

Jednocześnie w rozległym systemie energetycznym państwa czy kontynentu trwają różne awarie ale system jako taki niezawodnie funkcjonuje.

Tak samo w rozległym systemie telekomunikacyjnym trwają awarie ale system jako taki funkcjonuje.

Systemy zabezpieczeń i sterowania systemami energetycznymi są złożone. Liczący 970 stron tom III "Elektrotechniczeskij sprawocznik", 1988, poświęcony jest produkcji, przesyłaniu i dystrybucji energii elektrycznej w rozległej sieci ZSRR.

Przy określonym napięciu i generowanej mocy zespolonej generatora z grubsza impedancje przejściowe i podprzejściowe wyznaczają prąd zwarcia generatora. W konkretnym zastosowaniu prąd ten może być za duży jak i za mały w stosunku do prądu pożądanego. Przy zwarciu współczynnik mocy cos phi jest mały < 0.2 i mimo dużego prądu pobór mocy czynnej jest zmniejszony. Regulator turbiny lub dużego silnika diesla musi jak najszybciej obniżyć dostarczaną generatorowi moc aby nie wypadł on z synchronizmu. Prąd zwarcia generatora można obniżyć stosując odwzbudzenie. Jednak skutkiem ograniczenia prądu zwarcia i odbieranej mocy generator może wypaść z synchronizmu a klatka tłumiąca generatora może się w asynchronizmie szybko przegrzać.

W małych a nawet średnich generatorach stosuje się forsowanie prądu wzbudzenia w czasie chwilowego silnego obciążenia sieci mocą bierną indukcyjną i czasie zwarć. Wzbudzenie "szeregowe" generatora synchronicznego w tym przypadku mimo spadku napięcia generatora niezawodnie dostarcza forsującego wzbudzenia. Regulator napięcia AVR musi jednak chronić generator przed dłuższym przeciążeniem.

Standaryzacja ogromnie ułatwia projektowanie wszystkich systemów elektrycznych. Wprowadzony w 1928 roku przez American Institute of Electrical Engineers Standard No. 26 jest rozwijany i aktualizowany. „ANSI standard device numbers” to obszerna 99 numerowa lista przyrządów - urządzeń do systemów zabezpieczeń. Ale przyrządów jest więcej ponieważ każdy numer może mieć dodatkowy acronim. Sporządzona dokumentacja jest dzięki standardowi czytelna, oszczędna i jednoznaczna. Oto początek listy z 25 numerami urządzeń :

1 - Master Element

2 - Time-delay Starting or Closing Relay

3 - Checking or Interlocking Relay

4 - Master Contactor

5 - Stopping Device

6 - Starting Circuit Breaker

7 - Rate of Change Relay

8 - Control Power Disconnecting Device

9 - Reversing Device

10 - Unit Sequence Switch

11 - Multifunction Device

12 - Overspeed Device

13 - Synchronous-Speed Device

14 - Underspeed Device

15 - Speed or Frequency Matching Device

16 - Data Communications Device

17 - Shunting or Discharge Switch

18 - Accelerating or Decelerating Device

19 - Starting-to-Running Transition Contactor

20 - Electrically-Operated Valve

21 - Distance Relay

21G - Ground Distance

21P - Phase Distance

22 – Equalizer circuit breaker

23 – Temperature control device

24 – Volts per hertz relay

25 – Synchronizing or synchronism-check device

2. Turbiny parowe i gazowe oraz silniki spalinowe są sterowane przez systemowe regulatory elektroniczne i hydrauliczne governory. Jeśli system jest sprawny obroty maszyn są kontrolowane i bezpieczne. Ale w sytuacji uszkodzenia sensora i aktuatora lub kontrolera "przekręcone" silniki mogą ulec zniszczeniu i na tą okoliczność jest jako ostatnia instancja zabezpieczenie Overspeed odcinające paliwo zasilające silnik pracujący za szybko.

Jak już wspomniano w wielkich silnikach Diesla są także stosowane sensory "Oil Mist Detector" wyłączające silnik w sytuacji pojawienia się w skrzyni korbowej niebezpiecznej mgły olejowej.

Wyprzedzającej informacji o niewłaściwym działaniu cylindra / ów dostarcza Alarm Gradientowy na podstawie pomiaru temperatur spalin z poszczególnych cylindrów.

3. Zawory bezpieczeństwa upustowo - nadciśnieniowe zabezpieczają pompy, kotły, zbiorniki, rurociągi i instalacje. Ich zadziałanie jest złem koniecznym i świadczy o poważnej awarii procesu lub systemu sterowania. Medium roboczym mogą być gazy oraz czyste i nieagresywne ciecze.

W przypadku gdy medium są toksyczne gazy i agresywne ciecze stosuje się adekwatne rozwiązania dla zapewnienia bezpieczeństwa.

Zauważmy że gwizdek na czajniku spada jeśli po zagotowaniu płomień gazu jest duży.

W przemyśle petrochemicznym półprodukty nie spełniające wymagań lub zbędne spala się z użyciem dodatkowego gazu na tak zwanej "świeczce". Jeśli temperatura płomienia "świeczki" jest wysoka substancje organiczne zostają spalone do wody i dwutlenku węgla. Nie należy jednak spalać substancji zawierających siarkę, chlor, fluor i fosfór.

4. Duże i drogie pompy dostarczające wodę do kotła energetycznego mają podany obszar pracy bezpiecznej czyli dopuszczalną kombinacje parametrów. Pompa w żadnym razie nie powinna pracować z kawitacją bowiem bardzo szybko ulegnie awarii. Przed rozruchem trzeba system odpowiednio skonfigurować i później operować zaworami tak aby pompa cały czas pracowała bezpiecznie.

W znakomitej książce "Urządzenia i układy automatycznej regulacji", Z.Trybalski, PWN 1980, autor w rozdziale drugim dał za Siemensem przykład złożonego, dobrego systemu regulacji dużego gazowego kotła energetycznego i turbiny bloku z zastosowaniem regulatorów systemu Teleperm C. Pokazano tamu układ regulacji selekcyjnej zapewniający pracę pomp w bezpiecznym obszarze bez kawitacji w niebezpiecznym czasie rozruchu.

5. Tranzystory mają podane przez producentów maksymalne napięcie Uceo, prąd Icm i moc Pmax. Ale tranzystor ma także podany wykres obszaru pracy bezpiecznej SOA dla pracy ciągłej i impulsowej. Generalnie powyżej określonego napięcia Uce z powodu zjawiska lokalizacja przewodzenia prądu spada dopuszczalna moc strat tranzystora. Tranzystor mocy w praktycznie każdym układzie scalonym ma chroniony obszar SOA aby układ scalony był w miarę odporny na uszkodzenie. Przy pracy z dużymi napięciami Uce moc wydzielana jest głównie w hot pointach struktury i zabezpieczenia SOA w układach scalonych ograniczają lokalne temperatury do 220-250 C co nie jest obojętne dla trwałości układu. Układ bezpiecznej pracy SOA ma pracować tylko awaryjnie !

Chroniony tranzystor mocy w stabilizatorach 78XX sprawia że zasilacz jest odporny na zwarcie i przeciążenie. Gdy ulegnie w zasilanym systemie uszkodzeniu element powodujący zwarcie napięcia zasilania dostarczanego przez regulator 78XX, to awaria się dalej nie rozwija. Ochrona tranzystora sprawia że stabilizator ma charakterystykę foldback i dostarczany jest "średni" prąd ( znacznie mniejszy od maksymalnego roboczego ) podczas zwarcia. Im wyższa jest temperatura układu tym mniejszy jest jego prąd zwarcia. Powyżej pewnej temperatury chipa układ jest w ogóle stopniowo wyłączany aby zapobiec dalszemu niepotrzebnemu wzrostowi temperatury.

Scalone kontrolery zasilaczy impulsowych SMPS zabezpieczają wykonawczy tranzystor przełączający. Klucz PWM ma być tylko włączony lub wyłączony. Stąd nie jest przybliżana charakterystyka obszaru SOA tranzystora a jedynie tranzystor jest wyłączany przy nadmiernym prądzie lub napięciu na wyjściu prostownika. Produkowane przez amerykańskie koncerny tranzystory osiągnęły pułap numeracji circa 2N6500 na początku lat siedemdziesiątych. Owszem pojawiają się coraz lepsze tranzystory szerokopasmowe i mikrofalowe a także klucze PWM ale tranzystor bipolarny burzliwy rozwój ma już za sobą. Teraz nową wschodzącą gwiazdą są tranzystory Power Mosfet. Mają znacznie szerszy obszar pracy bezpiecznej i nie występuje w nich zjawisko II przebicia mordujące tranzystory bipolarne. O ile Power Mosfety są bardzo dobrymi kluczami niskich napięć i zastępują tranzystory bipolarne w zasilaczach SMPS odbiorników TVC to w stopniu mocy odchylania poziomego TVC wysokonapięciowe tranzystory bipolarne są bezkonkurencyjne jako że rezystancja Rdson załączonego tranzystora Mosfet rośnie z potęgą 2.4 do maksymalnego napięcia Uds. Ten obszar zastosowania może po prostu zniknąć jako że kineskop, który jest w końcu lampą elektronową, prędzej czy później zostanie wyparty przez inne rozwiązania wyświetlaczy.

W klasycznych zastosowaniach a więc regulatorach napięcia i wzmacniaczach akustycznych dyskretne tranzystory mocy są wypierane przez układy scalone. W regulatorze napięcia źródło napięcia odniesienia Band - Gap jest podgrzewane przez tranzystor mocy co jest mankamentem. Z kolei tranzystory PNP w scalonych wzmacniaczach wykonanych starą, tanią technologia mają mierne parametry. Niemniej moc scalonych wzmacniaczy audio cały czas rośnie i polepszają się też parametry wzmacniaczy.

Moc popularnych scalonych wzmacniaczy typu TDA2020 i 2030 jest normalnie za mała do zastosowań Hi-Fi ale przy zasilaniu ich ze stabilizowanego sztywnego zasilacza impulsowego SMPS jest na granicy wymagań a przecież pojawiają się coraz mocniejsze układy. Zasilacze impulsowe SMPS w odbiornikach TVC i komputerach są od lat normą i im szybciej zaczniemy produkować elementy do zasilaczy SMPS - IC, Q, D, ferryty i inne - tym szybciej zaczniemy skracać dystans dzielący nas do światowej czołówki cywilizacji. Tranzystor przełączający w obudowie metalowej TO3 jest "nietechnologiczny" w montażu i dlatego poza zastosowaniami specjalnymi wyszedł z użytku. Technologiczna jest obudowa TOP3 i TO220. Autor zasilił typowy tranzystorowy fabryczny wzmacniacz audio sztywnymi napięciami stabilizowanymi z zasilacza impulsowego. Wzmacniacz mocy dosłownie grzmi !

Innym sposobem uzyskania większej mocy ze scalonych wzmacniaczy audio jest zastosowanie sztywniejszego niestabilizowanego zasilacza czyli powiększonych kondensatorów elektrolitycznych prostownika i transformatora o większej mocy czyli mniejszej oporności. Nie jest to rozwiązanie konkurencyjne do zasilacza impulsowego SMPS.

Użycie scalonych wzmacniaczy audio obniża nakład pracy przy produkcji. Ze stabilizowanym zasilaczem impulsowym ( obniża to moc strat we wzmacniaczu ) metalowa aluminiowa obudowa urządzenia może pełnić rolę radiatora co jest ekonomicznie zachęcające.

Dopasowanie układu chroniącego obszar SOA tranzystora do jego charakterystyki statycznej i dynamicznej nie jest proste. Na rysunku pokazano układ dość dobrze dopasowany do charakterystyk tranzystora. Dla stałej mocy tranzystora obszar jest hiperbolą. Jak widać dwoma odcinkami można uzyskać dobrą aproksymację, także dla obniżonej przy wyższych napięciach "hiperboli" mocy.

Każdy tranzystor mocy ma napięcie przy którym można w nim jeszcze bezpiecznie wytracić moc maksymalną. Im to napięcie jest większe tym projekt i technologia tranzystora, który jest mniej podatny na drugie przebicie. Starsze tranzystory miały to napięcie nawet mniejsze od 10V. Współczesne tranzystory mocy mają to napięcie 30V ale niektóre tranzystory Darlingtona jak seria BDX65A,B,C nawet 60V. Tranzystory takie dobrze nadają się pod tym względem do wzmacniaczy mocy audio.

Przy obciążeniu rezystancyjnym sprawność energetyczna wzmacniacza klasy B jest proporcjonalna do wysterowania i przy pełnym wysterowaniu doskonałego wzmacniacza wynosi Pi/4. Przy obciążeniu zespolonym sprawność jest dodatkowo proporcjonalna do cos phi obciążenia. Im mniejszy cos phi obciążenia tym impulsy mocy są tracone przy wyższych napięciach Uce gdy tranzystor ma mały obszar bezpiecznej pracy. Stąd wzmacniacze są bardzo wrażliwe na nieidealność rezystancyjnego obciążenia. Stąd w zwrotnicach głośnikowych porządnych kolumn użycie rezystorów w dwójnikach RC mających zapewnić rezystancyjność obciążenia.

Znacznie lepiej z obciążeniem zespolonym radzą sobie wzmacniacze klasy G. Przy obciążeniu rezystancyjnym przyrost ich sprawności nad wzmacniaczem klasy B jest niewielki ale przy obciążeniu zespolonym z tranzystorami z realnymi obszarami pracy bezpiecznej przyrost możliwej do uzyskania mocy maksymalnej jest duży.

6. Moc znamionowa głośników jest określona w normie IEC-268 podającej sposób testowania parametrów głośników. Zasilany filtrowanym szumem różowym głośnik z jego "maksymalną mocą" ( Wynika ona z kwadratu wartości napięcia RMS sygnału testowego i podzielonego przez nominalną oporności głośnika. W rzeczywistości dostarczana do głośnika moc jest mniejsza ) powinien bez nadmiernych zmian parametrów wytrzymać 1000 godzin testu. Głośnik średnio i wysokotonowy jest zasilany szumem przez podane przez producenta filtry średnio i górnoprzepustowe. Mają one podaną moc w zestawie głośnikowym gdzie pracują jako głośniki średnio i wysokotonowe z odpowiednimi zwrotnicami LC pokazanymi w dokumentacji !

Bardziej liberalna norma AES2-1984 i równoważna jej norma ANSI S4.26-1984 wymaga aby głośnik po 2 godzinnym teście odfiltrowanym szumem różowym pełną mocą nie zmienił parametrów bardziej niż o 10%.

Sygnały mowy i muzyki cechuje wysoki współczynnik szczytu ( crest factor ) czyli stosunek mocy maksymalnej do średniej RMS. Nieprzesterowany wzmacniacz o mocy maksymalnej takiej jaką ma głośnik odtwarzając mowę czy muzykę nie uszkodzi głośnika szerokopasmowego. Po maksymalnym podniesieniu tonów wysokich przy odtwarzaniu rocka i jazzu może być przeciążony głośnik wysokotonowy zestawu. Przy przesterowaniu wzmacniacza parametry mocno przeciążonych głośników mogą dość szybko ulec pogorszeniu a nawet głośniki mogą zostać uszkodzone ! Toteż wysokiej jakości, drogie kolumny głośnikowe mają wbudowane zabezpieczenia głośników.

Cewka głośnika jest delikatna. Cewka przykładowego 4 Ohm - owego głośnika niskotonowego o średnicy 170 mm i mocy 50W ma średnicę 40 mm. Uzwojenie cewki wykonanej drutem AWG 30 ( American Wire Gauge ) czyli o średnicy miedzi 0.255 mm, ma 85 zwoi. Jego oporność DC wynosi 3.8 Ohma. Miedź ma masę 5.5 grama.

Uzwojenie głośnika średniotonowego czy wysokotonowego jest o wiele bardziej delikatne.

Miedź uzwojenia głośnika średniotonowego do zestawu z opisanym wyżej głośnikiem niskotonowym waży 0.5 grama.

Dużo więcej miedzi niż cewki głośników mają cewki filtrów LC - zwrotnic w kolumnie głośnikowej. Ilość miedzi można ograniczyć stosując rdzeń w cewkach ale dla zestawów wysokiej jakości wprowadzane zniekształcenia są niedopuszczalne. Zamiast kondensatorów foliowych można w zwrotnicy zastosować mniejsze i tańsze bipolarne kondensatory elektrolityczne ale znów kosztem zniekształceń nieliniowych.

Aby sprawdzić reakcje głośnika niskotonowego na napięcie stałe należy dołączyć głośnik do stabilizowanego zasilacza. Od razu zauważymy stopniowy spadek pobieranego prądu jako że uzwojenie się dość szybko nagrzewa a miedź ma znaczny temperaturowy współczynnik oporności. Nie należy zbyt mocno nagrzewać uzwojenia. Klasyczny głośnik wytrzymuje temperaturę miedzi cewki circa 150C ale wytrzymałość nowoczesnych głośników jest większa.

Membrana zasilanego muzyką głośnika niskotonowego poruszając się wentyluje cewkę i odprowadzenie ciepła jest skuteczniejszy niż przy prądzie stałym.

Skutkiem nagrzania i wzrostu oporności cewki maleje skuteczność głośnika. Jeśli nie przekroczymy granicznej temperatury powodującej degradacje korpusu cewki spadek efektywności głośnika jest po ostygnięciu odwracalny.

Pokazana ochrona wbudowana w kolumnę głośnikową toleruje pełną moc przy częstotliwości sygnału 300 Hz przez 6 sekund a przy pełnej mocy przy dużej częstotliwości działa momentalnie. Zastosowany w pokazanym układzie ochrony głośników mostek prostowniczy generuje maleńkie intermodulacje i gdy długość przewodu do kolumn i ich oporność są znaczne mogą one mieć podobny poziom jaki mają najlepsze japońskie wzmacniacze mocy. Rezystor 10K równoległy do kondensatora elektrolitycznego prostownika jest konieczny aby wejściowe filtry - dwójniki RC w ogóle działały.

Wykonanie układu zapobiegającego przesterowaniu wzmacniacza jest proste i tanie ale producenci zdają sobie sprawę że użytkownicy oceniają głośność przesterowanych wzmacniaczy i funkcji nie wbudowują. Funkcjonalność ogranicznika wzmocnienia w przypadku użycia procesora DSP sprowadzi się do kilkunastu instrukcji programu.

Układ zabezpieczający głośniki we wzmacniaczu mocy może je odłączyć przekaźnikami ale lepiej tranzystorami - przełącznikami skokowo zmniejszyć wzmocnienie o -20..30 dB lub tranzystorami JFet jako regulowanymi opornikami obcinać górną część pasma sygnału jako że najbardziej wrażliwe na przeciążenie są głośniki wysokotonowe lub zmniejszać wzmocnienie. Obie akcje ochronne mogą też być skojarzone.

Układ zapobiegający przeciążeniom czyli zapewniający trwałość głośników pozwala długo cieszyć się dobrym ich brzmieniem. Przeciążanie stopniowo deformuje charakterystyki częstotliwościowe głośników ale też obniża efektywność głośników. Tak więc długo, dobrze i w miarę głośno można pograć tylko bez przesterowania wzmacniacza i przeciążania głośników. Sprawa wymaga dopiero przemodelowania zachowań słuchaczy. Wzmacniacz funkcje ogranicznika może mieć załączaną. Najczęściej źródła dostarczają sygnał o znacznie większej amplitudzie niż czułość wzmacniacza co otwiera pole do mocnego przesterowania i przeciążania głośników. Sytuacja taka nie powinna mieć miejsca w kompletnym zestawie urządzeń od producenta. Sygnał wyjściowy odtwarzacza CD może przekroczyć jeden wolt podczas gdy wzmacniacz ma czułość 150 mV.

We wzmacniaczach akustycznych tranzystory wyjściowe mają układ połowicznie zabezpieczający obszar bezpiecznej pracy tranzystorów. Tak więc po zwarciu wyjścia lub dołączeniu głośników 4 Ohm zamiast przewidzianych przez producenta 8 Ohm wzmacniacz nie powinien się szybko uszkodzić. Niestety używane z dużą mocą wzmacniacze nie są trwałe i tranzystory mocy się uszkadzają. Po przebiciu jednego tranzystora mocy na wyjściu wzmacniacza jest pełne napięcie stałe zasilacza i głośnik ulega szybkiemu "spaleniu". Wzmacniacz może mieć na wyjściu wysokiej jakości zabezpieczający przekaźnik odłączający zagrożony głośnik po pojawieniu się składowej stałej napięcia.

Także bezpiecznik topikowy chroni głośniki przed spaleniem napięciem stałym. Wyjście wzmacniacza po awarii można zewrzeć triakiem.

Współczynnik szczytu jest tym większy im sygnał jest bardziej szerokopasmowy. Dla szumu białego jest on nieskończony. Sygnał akustyczny można podzielić filtrem aktywnym RC i wzmocnić niezależnie dla każdego głośnika zestawu. Elementami aktywnymi filtru są same wzmacniacze mocy i filtry są bardzo tanie. Mniejsze są współczynniki szczytu sygnałów. Przesterowanie wzmacniaczy jest znacznie mniej zauważalne przez słuchaczy jako że znacznie mniej jest produktów intermodulacji zaś same harmoniczne są tłumione psychofizycznym efektem maskowania w uchu słuchacza. Oczywiście moc wzmacniacza wysokotonowego powinna być mała na tle wzmacniacza niskotonowego.

Nadmierne podnoszenie wysokich tonów przy głośnym odsłuchu powoduje pogorszenie parametrów głośnika wysokotonowego a następnie jego uszkodzenie. Realizator nagrania stara się zapewnić jak najlepsze brzmienie utworowi muzycznemu. Regulacja tonów winna tylko pokryć złe własności pomieszczenia i głośników. Przy cichym słuchaniu niskie tony winny być stosownie podniesione regulacją fizjologiczną. NB. Japońscy producenci sprzętu najwyższej klasy słusznie ograniczają głębokość regulacji tonów.

7. Czujniki przeciwpożarowe razem z systemem alarmowym mają zapobiec wybuchowi pożaru jak najwcześniej alarmując o dymieniu, migotaniu płomienia czy podwyższonej temperaturze.

Historia odnotowała duża ilość potężnych pożarów od starożytności.

W dniach 8 – 10 października 1871 roku straszny pożar niszczył ogromne Chicago. Pożar Chicago został prawdopodobnie spowodowany przez deszcz meteorytów.

Strażacy byli bezradni. Chicago było jednym z najludniejszych i najważniejszych gospodarczo miast Ameryki. Ogień doszczętnie zniszczył zabudowę na obszarze 10,5 km kwadratowego. Zginęło tylko około 250 ludzi. Apokaliptyczne były straty materialne.

Zniknęło siedemnaście i pół tysiąca budynków. Miasto szacunkowo straciło 1/3 swojej wartości czyli 222 miliony ówczesnych dolarów. Bez dachu nad głową zostało ponad 90 tysięcy mieszkańców.

Pożar był jedną z największych katastrof w Stanach Zjednoczonych XIX wieku.

W większości drewniana zabudowa, trwająca susza i silny gorący wiatr niosący ogień, dały aż tak opłakany efekt. Strażacy byli dodatkowo wyczerpani pożarem z poprzedniego dnia co fatalnie opóźniło rozpoczęcie akcji gaśniczej. W mieście wprowadzono stan wyjątkowy i wprowadzono do niego wojsko. Ogień ugasił dopiero deszcz. Całe Stany Zjednoczone pomogły miastu, które szybko odbudowano.

Chicago miało mieć po tym rzekomo jeden z najlepszych systemów przeciwpożarowych.

30 grudnia 1903 roku podczas spektaklu "Sinobrody" w dopiero co otwartym nowoczesnym Iroquois Theater w Chicago w tylnej części sceny pojawiły się płomienie. Pożar spowodowały przegrzane elementy lamp łukowych. Wskutek uszkodzenia przez płomienie mechanizmu opuszczającego azbestową kurtynę bezpieczeństwa nie została ona opuszczona.

W pożarze teatru uważanego za całkowicie bezpieczny śmierć poniosło aż 588 osób. Wprowadzono po tym nowe obowiązkowe zabezpieczenia i rygorystyczne przepisy przeciwpożarowe.

Pożary po kolizjach i wejściu na mieliznę są trzecim powodem katastrof morskich statków. Bardzo niebezpieczne są pożary samolotów.

Czujniki jednocześnie nie powinny detekować pożaru gdy go nie ma i bez potrzeby wszczynać alarmu.

Zraszacze mają same bez zasilania i wyzwalania zewnętrznego zadziałać w podwyższonej temperaturze i zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru. Są też zraszacze dodatkowo wyzwalane z instalacji lub sensorami. Zmniejszają one zagrożenie dla ludzi tam gdzie szybka ucieczka nie jest możliwa - na przykład w wielkich wysokościowcach. Palące lub tlące się tworzywa sztuczne i lakiery wydzielają bardzo toksyczne gazy i dym. Coraz więcej jest pożarów gdzie ludzie zostali zatruci i nie mają oparzeń co oznacza że akcja gaśniczo - ratunkowa była szybka i sprawna ale ludzie szybko tracą życie, przytomność lub orientacje po pierwszych kilku oddechach toksycznym dymem z palących się plastików. Duże niebezpieczeństwo w czasie pożaru stanowią w Polskich domach wewnętrzne instalacje gazowe. Zawór odcinający dopływ gazu do bloku mieszkalnego mógłby być zamknięty serwo-silnikiem elektrycznym uruchomionym przez Alarm pożarowy i gazowy lub zakręcony przez człowieka.

Okresowe przewonienie gazu ziemnego ma zaalarmować ludzi o nieszczelności instalacji i zapobiec wybuchowi gazu lub zatruciu gazem. Produkowane są w Japonii miniaturowe czujniki serii TGS do wykrywania różnych gazów i można łatwo wykonać odpowiedni alarm.

Według danych amerykańskich liczba śmiertelnych ofiar pożarów w domach z pożarową instalacja alarmową maleje ponad dwukrotnie.

Poniżej schematy produkowanych w Polsce czujek przeciwpożarowych:

-Jonizacyjna czujka dymu DIO-31

-Czujnik płomienia PPO-30

-Różniczkowo nadmiarowa czujka dymu TUP-35

-Czujka termiczna nadmiarowo - różnicowa CTUE-10-2 i nadmiarowa CTNE-10-4

W jonizacyjnej czujce dymu DIO-31 zastosowano ideę opisaną w amerykańskich patentach, na przykład, US3662177 z 1969 roku i US3500368 z 1970 roku . W czujce ( Uwaga - zawiera mikro ilość materiału promieniotwórczego ) zasilane są stabilizowanym diodą Zenera napięciem 15V dwie szeregowo połączone komory jonizacyjne napromieniowane miękkim promieniowaniem Alfa. Pojawienie się dymu w jednej otwartej komorze ( druga jest zamknięta ) powoduje zmianę proporcji ich oporności. Sygnał z komór ( prąd jonowy jest rzędu 10 - 50 pA a więc bardzo mały i wymagana jest dobra izolacja ) podany jest do wtórnika źródłowego na tranzystorze JFet BF245B z uwagi na bardzo wysoką oporność źródła sygnału. Znacznie lepszy w tym zastosowaniu jest tranzystor Mosfet z izolowaną bramką o mniejszym prądzie upływu bramki. Zauważmy że rosnący przy wzroście temperatury tranzystora N - JFet prąd upływu bramki blokuje sygnał z komory jonizacyjnej. Rozwiązanie jest wadliwe bowiem podwyższona temperatura nawet sama winna wyzwolić alarm. Zła jest aranżacja układu.

Sygnał z wtórnika wyzwala typowy analog tyrystora wykonany na parze tranzystorów PNP i NPN. Taki analog tyrystora jest stosowany we wszystkich wymienionych czujkach. Zaletą czujki jest działanie we względnie wczesnej fazie pożaru gdy jest tylko trochę dymu. Wadą czujki jest obecność promieniotwórczego Plutonu wypieranego przez znacznie bezpieczniejszy Ameryk 241. Przy lepszej konstrukcji komór jonizacyjnych można użyć mniejszej ilości promieniotwórczości.

W USA i Japonii produkowane są proste i tanie układy scalone do czujki jonizacyjnej.

Przestarzały krajowy rentgenoradiometr DP-66 może służyć do kontroli bezpieczeństwa czujek.

W różniczkowo - nadmiarowej czujce TUP-35 do komparatora podano sygnał z termistora z dodaną różniczką sygnału. Czujka zadziała przy wolno rosnącej temperaturze przy określonym progu temperatury a wcześniej przy szybkim narastaniu temperatury.

W czujkach termicznych i termiczno - różnicowych stosowane są jako sensory temperatury termistory.

W czujce termiczno nadmiarowo - różnicowej CTUE-10-2 zastosowano dwa termistory o różnych stałych czasowych. W rezultacie czujka jest aktywowana przy niższej temperaturze jeśli jednocześnie temperatura wzrasta.

Najprostsza jest czujka termiczna nadmiarowa CTNE-10-4 z jednym termistorem. Czujka reaguje na podwyższona temperaturę.

W czujce płomienia PPO-30 wzmocniony i odfiltrowany jest środkowoprzepustowo w paśmie 3-30 Hz sygnał z fotodiody na podczerwień o maksimum czułości na fali o długości 950 nm. W paśmie tym skupiona jest część energii migotania płomienia. Sygnał migotania podano dalej do prostownika z filtrem. Seria mignięć płomienia wyzwala alarm.

Zastosowany wzmacniacz jest praktycznie mikromocowy. W tym zastosowaniu dalsze zmniejszenie poboru prądu daję już niewielką korzyść. Zastosowanie odpowiedniego, dedykowanego do zastosowania, scalonego układu monolitycznego uprościłoby układ zmniejszając ilość użytych elementów i podwyższając niezawodność czujki.

Nowym rozwiązaniem w czujkach jest wykorzystanie rozproszenia światła przez dym. Nadawcza podczerwona dioda LED i odbiorcza fotodioda się nie widzą. Fotodioda odbiera dopiero odbicia światła emitowanego przez diodę LED przez drobiny dymu - aerozolu w powietrzu.

Tanieją masowo produkowane elementy optoelektroniczne - diody LED i wyświetlacze LED, diody laserowe oraz fotodiody oraz transoptory. Tanieją incrementalne optoelektroniczne sensory położenia stosowane w maszynach CNC i robotach.

Pojawiły się scalone odbiorniki sygnału zdalnego sterowania z pilota nadawanego dioda LED na podczerwień do odbiorników TVC i zestawów audio. Ich niska cena wynika z masowej produkcji. Można więc także scalić fotodiodę z elektroniką jej wzmacniacza - filtru, detektora i innych funkcji do czujki pożarowej.

Optymalny do zastosowania wybór rodzaju czujki pożarowej polega na analizie danych statystycznych z pożarów a zwłaszcza ich inicjacji i początkowego przebiegu. Polska technika rozwija się imitacyjnie za techniką zachodnią ale optymalny wybór czujek musi polegać na naszej specyfice mieszkalnictwa i przemysłu.

Akcja ratunkowo - gaśnicza może być skuteczna tylko jeśli wozy gaśnicze z odpowiednimi dla rodzaju pożaru środkami gaśniczymi mogą dojechać do zdarzenia, sprawne są hydranty i napełnione baseny przeciwpożarowe.

Opisane czujki są niewygodne w użyciu bowiem zadziałanie jednej czujki na linii wymaga obejścia przez wartownika obszaru linii lub nawet obiektu dla znalezienia wyzwolonej czujki. Jednocześnie mija bezcenny czas na podjęcie akcji gaśniczej.

Znane są co najmniej dwa rozwiązania adresowalnych "analogowych" ( odbierany przez centralkę sygnał jest analogowy a nie binarny ) czujek. W pierwszym rozwiązaniu w czujce ( wszystkie są równolegle zasilone z linii ) znajduje się prosty dekoder na dwóch układach CMOS rodziny 4000 szeregowego adresu podawanego przez centralkę na linię do odczytu danej czujki. Adres czujki ustalony jest w niej DIP Switchem. W odpowiedzi wybrana czujka pobiera z linii prąd przez „analogowy” czas proporcjonalny do stanu jej sensora.

Wadą rozwiązanie jest marnotrawstwo czasu na przesyłanie adresu do każdej czujki i blokada przy uszkodzeniu linii. Zaletą jest możliwość odczytu dowolnej czujki.

W drugim rozwiązaniu ( patent Siemensa numer 2533382 z 1980 roku, „Verfahren und Einrichtung zur Ubertragung von Messwerten in einem Brandmeldesystem” czyli Rozwiązanie do przesyłania zmierzonych wartości w systemie sygnalizacji pożaru ) czujki kolejno podają następnej czujce zasilanie ( jeden przewód linii jest nieciągły i przechodzi przez sterowany tranzystorowy klucz ( na autorskim schemacie tranzystor BC337-40 ) w czujce ) i pobierają z linii prąd przez czas proporcjonalny do stanu jej sensora. Adres nie jest w czujkach ustalany i wynika z kolejnego położenia czujki na linii. Istotną zaletą tego rozwiązania jest działanie czujek na dystansie nieuszkodzonej linii. Pozorną wadą jest wyłącznie sekwencyjny odczyt stanu wszystkich ( na sprawnym fragmencie linii ) czujek.

Informacja z centralki z adresowalnymi czujkami jest więc bogata i pokazuje dynamikę rozwijanie się pożaru. Masywny pożar oczywiście zniszczy czujki i przewody do czujek i linie przestaną stopniowo działać. Centralka musi mieć akumulator do awaryjnego zasilania.

Adresowalne czujki z odczytem temperatury mają pewną zdolność samotestu. Temperatury w pomieszczeniach zmieniają się w porach roku. Nagrzewają się w lecie zwłaszcza pomieszczenia pod dachem. Intencjonalnie można wyłączyć w zimie na sobotę - niedziele w pomieszczeniach niemieszkalnych ogrzewanie i skontrolować spadek mierzonych przez czujki temperatur.

"Analogowe" czujki pozwalają na znaczne wyeliminowanie fałszywych alarmów powodowanych oddziaływaniem środowiska w jakim pracuje czujka. Niestety i tak co czwarty alarm jest nadal fałszywy.

W elektrowni jądrowej i zakładach jądrowych sensory promieniowania radioaktywnego mogą być użyte w instalacji takiej samej jak adresowalny, „analogowy” system pożarowy. Konstrukcja czujek radioaktywności nie jest skomplikowana. Czujki winny być adresowalne i „analogowe”. Już po wycieku niewielkiej ilości radioaktywnej wody obsługa będzie wiedziała gdzie zdarzenie miało miejsce, jaka jest skala zagrożenia i jego dynamika i jakie środki zaradcze należy podjąć. Po katastrofie nuklearnej w Czarnobylu wczesne wykrycie awarii i jej minimalizacja stały się jeszcze ważniejsze.

8. Dawniej w samochodach stosowano na tablicy przyrządów woltomierz pokazujący napięcie akumulatora co miało zapobiegać utrzymywaniu sytuacji jego niedoładowania i przeładowania. W prądnicy prądu stałego zużywał się komutator i szczotki. Była ona zawodna. Przekaźnikowy regulator napięcia takiej prądnicy działał dość chimerycznie. Tak więc przy niewłaściwym napięciu ładowania konieczna była naprawa prądnicy lub regulatora napięcia. Powodem zbyt niskiego napięcia mogły być też częste ciężkie - zimne rozruchy i przejechane małe dystanse między nimi. Prądnica nie ładowała akumulatora na biegu jałowym silnika. Jeśli pojazd stał w korku z włączonym światłami akumulator ulegał rozładowaniu. Ale niezawodne alternatory sporej mocy i ich regulatory napięcia uczyniły woltomierz w zasadzie zbędnym. Trójfazowy diodowy mostek prostowniczy jest niezawodny. Mały tranzystorowy regulator napięcia zblokowany z alternatorem też rzadko się uszkadza. Alternator ma co prawda pierścień ślizgowy i szczotki do zasilania wzbudzenia ale dopracowane rozwiązanie jest trwałe. Lampka kontrolna pokazuje czy alternator pracuje. Na biegu jałowym alternator może ładować akumulator niewielkim ale wystarczającym prądem ale włączenie oświetlenia pojazdu sprawia że akumulator może niestety być w pewnym stopniu rozładowywany. Dobrym rozwiązaniem byłoby podniesienie ( w sytuacji tego wymagającej ) obrotów jałowych silnika tak aby alternator dawał prąd wystarczający odbiornikom to znaczy akumulator nie był rozładowywany.

Czas życia samochodowego rozruchowego akumulatora ołowiowo - kwasowego wyznaczony jest graniczną ilością cykli ładowania - rozładowania i wiekiem oraz jakością eksploatacji. Akumulator zawsze powinien być naładowany ale nie wolno go przeładowywać. Akumulator rozładowany ulega szybko zasiarczeniu i staje się nieprzydatny. Stopniowo wzrasta oporność wewnętrzna akumulatora i spada jego pojemność. Akumulator trzeba jednak w najlepszym razie wymienić co 5-7 lat. Woltomierz do diagnozowania stanu akumulatora bez obciążenia jest bezużyteczny jako że zużyty akumulator może być naładowany ale rozruch będzie niepomyślny, szczególnie w niskich temperaturach.

Kontrolka niskiego ciśnienia oleju w silniku ostrzega o małym poziomie oleju lub uszkodzeniu pompy oleju - są to sytuacje mogące doprowadzić do szybkiego uszkodzenia silnika spalinowego.

O uszkodzeniu świateł miejskich - drogowych kierowca dość szybko się zorientuje lub zostanie mrugnięciem świateł poinstruowany o tym przez innych kierowców. Gorzej jest z kierunkowskazami. Część przerywaczy kierunkowskazów inaczej tika gdy uszkodzona jest jedna lub więcej żarówek ale przydatny byłby system monitoringu sprawności wszystkich żarówek. Brak sygnalizacji zamiaru wykonania skrętu podnosi prawdopodobieństwo kolizji pojazdów. Funkcjonariusze karzą kierowców mandatami za niesprawne żarówki.

9. Bezpieczniki chronią instalacje domowe i przemysłowe przed zwarciem, przeciążeniem i pożarem a pośrednio przed porażeniem ludzi. Bezpieczniki termiczne chronią silniki asynchroniczne przed przeciążeniem mechanicznym lub brakiem fazy. Domowy bezpiecznik topikowy jest przeżytkiem jako że bezpieczniki automatyczne działają niezawodnie. Karygodne jest naprawianie bezpieczników topikowych kawałkami drutu co może w końcu doprowadzić do pożaru. W nowych budynkach instalacja elektryczna powinna być podzielona na część do pralki automatycznej w łazience, część oświetleniową i część gniazdkową. Tylko bezpiecznik dla pralki automatycznej musi być wysoko zwymiarowany. W dużych mieszkaniach lub domach jednorodzinnych podział może być na więcej sektorów instalacji i bezpieczników.

Bezpieczniki nie ograniczają prądu zwarcia i mają zadeklarowaną maksymalną zdolność rozłączeniową. Prąd zwarcia nie powinien w instalacjach domowych przekraczać 1300A, co jednak się zdarza. Z jednej strony mała rezystancja instalacji daje małe straty energii ale z drugiej strony coraz cięższe jest rozłączenie dużego prądu zwarcia.

W czterokwadrantowych inverterach tyrystorowych zasilających serwosilniki DC może nastąpić zwarcie skutkiem "przewrotu falownika". Transformator zasilający inverter swoją indukcyjnością rozproszenia lub specjalny trójfazowy dławik ograniczają prąd zwarcia do wartości bezpiecznej dla tyrystorów.

Można więc rozważyć zastosowanie przed mieszkaniem czy biurem dławika ograniczającego wielki prąd zwarcia występujący w instalacjach sporej mocy w bliskości transformatora dystrybucyjnego 15 / 0.38 KV. Dławik musi być odpowiednio wykonany aby nie brzęczał ( jak wadliwe dławiki do świetlówek ) przy dużym prądzie obciążenia. Autor w dostępnym mu budynku o dużym prądzie zwarcia stwierdził przy zwarciu działanie bezpieczników chroniących cały budynek. Dodanie powietrznego dławika o indukcyjności zaledwie 0.5mH ( reaktancja tylko 0.157 Ohma ) powodowało działanie tylko lokalnego bezpiecznika. Spadek napięcia zasilania 220Vac powodowany tym dławikiem był tak mały że niemożliwy do stwierdzenia pomiarem.

10. Zasilacz bezprzerwowy UPS chroni komputer przed brakiem zasilania sieciowego ale może też zasilać inne krytyczne urządzenia choćby na sali chirurgicznej w czasie zabiegu na pacjencie. Czas podtrzymania zasilania komputera przez UPS nie jest długi ale wystarczający do zapisu plików i normalnego wyłączenia komputera. Najczęściej jest tak że zwarcie w instalacji o dużym prądzie zwarcia powoduje też zadziałanie bezpieczników wyższych w hierarchii czyli ma miejsce brak koordynacji działania zabezpieczeń i powoduje zbędne wyłączanie zasilania wielu użytkownikom.

Do awaryjnego zasilania ważnych szpitali konieczny jest sprawny agregat Diesla. System może według ustawionych parametrów od czasu do czasu testowo uruchomić silnik Diesla i obciążyć agregat aby wiedzieć jaki jest jego rzeczywisty stan i czego w sytuacji krytycznej należy oczekiwać. Generator musi przed testowym załączeniem na sprawną sieć energetyczną zostać z nią zsynchronizowany.

Przy teście lokalna sieć jest połączona z siecią energetyczną i agregat generowaną moc oddaje do sieci. Po awarii sieć lokalna jest oczywiście odłączona od sieci energetycznej. Przejście z zasilania agregatem na sieć winno być zsychronizowane czyli bezzakłóceniowe.

Bywa tak że niesprawne akumulatory rozruchowe silnika Diesla okazały się w godzinie próby za słabe i silnika nie dało się uruchomić.

Aby uniknąć efektu zaskoczenia rząd i dowództwa wojsk muszą w razie konfliktu mieć pewne zasilanie i łączność, także z agregatów z silnikami spalinowymi.

11. Zabezpieczenia przed zbyt wysokim napięciem zasilania.

Crowbar chroni / zabezpiecza urządzenie przed zbyt wysokim napięciem zasilania brutalnie zwierając je. Koszt crowbara jest znikomy na tle ceny chronionego obiektu. Składa się on w najprostszym razie z tyrystora zwierającego napięcie zasilające oraz diody Zenera wyzwalającej bramkę tyrystora. Złącze GK tyrystora winno być zbocznikowane rezystorem i kondensatorem aby przypadkowe zakłóceniowe wyzwolenie tyrystora nie było możliwe. Jeśli tranzystor mocy regulatora był sprawny to z racji charakterystyki foldback ochrony SOA tranzystora prąd zwarcia zasilacza nie jest duży.

W przypadku gdy tranzystor mocy regulatora uległ przebiciu prąd zwarcia jest bardzo duży bowiem wynika z prądu rozładowania dużego kondensatora elektrolitycznego prostownika i prądu zwarcia prostownika oraz oporności w układzie zwarcia. Awarie rozłącza dopiero sieciowy bezpiecznik topikowy lub automatyczny. W obu wypadkach konieczna jest naprawa zasilacza. Tyrystory mają duże i raczej wystarczające zdolności przeciążeniowe. Nie są stosowane radiatory do chłodzenia tyrystorów Crowbar. Są też produkowane tyrystory w małych obudowach o wielkiej przeciążalności do Crowbarów.

Ogromna większość Crowbarów nie zadziała w czasie życia urządzenia. Impulsowo przeciążane tyrystory różnie się zachowują. Jeśli ulegną zwarciu to zadanie ochrony zostało wykonane chociaż naprawa zasilacza będzie większa. Crowbar należy przetestować.

Napięcie zasilania układów TTL powinno wynosić 5V +-5% ale układy pracują w szerszym zakresie napięć. Wrażliwe na przebicia przy dużym napięciu zasilania są wejścia bramek TTL i nie należy nieużywanych wejść bezpośrednio dołączać do VCC ale poprzez opornik ca 1k.

Zasilacz laboratoryjny o wyjściowej charakterystyce krzyżowej jest wyposażeniem niezbędnym. Dla poprawy wskaźnika mocy zasilacza do wagi i ceny stosuje się przełączanie napięć uzwojeń wtórnych transformatora zasilacza przełącznikami ręcznymi lub przekaźnikami lub stosuje się preregulator tyrystorowy sterowany fazowo. Zadaniem preregulatora jest utrzymanie na szeregowym tranzystorze regulatora jak najmniejszego napięcia ale na tyle dużego aby regulator dobrze działał.

Bez przełączania napięć i preregulacji wymagany jest potężny ( w stosunku do mocy zasilacza ) tranzystor szeregowy proporcjonalnie do wąskości jego obszaru bezpiecznej pracy SOA.

Philips produkował udany zasilacz krzyżowy PE1512 o napięciu do 35V i prądzie maksymalnym 3.2A. Przy pełnej mocy wyjściowej sprawność zasilacza wynosi 59% a więc jest bardzo wysoka jak na zasilacz liniowy. W konstrukcji zasilacza zastosowano małosygnałowe tranzystory krzemowe ale tranzystorem szeregowym regulatora są trzy połączone równolegle tranzystory germanowe mocy typu ASZ1015 ( 60V / 6A / 20W) jako że tranzystory mocy krzemowe były jeszcze drogie i słabo dostępne. Oczywiście nie zastosowano żadnych układów scalonych bo dopiero się rodziły i wchodziły do użycia. Użyte tranzystory mocy są bardzo słabe jak na gabaryt zasilacza dlatego że użyto w nim preregulatora tyrystorowego. Preregulator utrzymuje na tranzystorze szeregowym określone napięcie, tym większe im większy jest pobierany z zasilacza prąd ( aby pokryć napięcie tętnień na kondensatorze o pojemności 7500 uF prostownika i spadek napięcia do kolejnego półokresu napięcia sieciowego ) aby zawsze utrzymać regulację. Germanowe tranzystory mocy są zawodne. Przy ustawieniu regulatora na maksymalne napięcie i prąd, tranzystory szeregowe ASZ1015 są po zwarciu wyjścia zasilacza , przez chwile do rozładowania kondensatora prostownika 7500 uF, bardzo mocno obciążone.

Zasilacz PE1512 którym posługiwał się autor uległ uszkodzeniu a zasilane napięciem 5V urządzenie uległo destrukcji. Oczywiście uszkodził się jeden z tranzystorów ASZ1015.

Zasilacz ten winien mieć wbudowany układ CrowBar co tylko odrobinę podniosłoby jego cenę.

Konstrukcje zasilaczy mocy z preregulatorami, zwłaszcza na wyższe napięcia, bywają skomplikowane. Niezależnie od charakterystyki krzyżowej zasilacza chroniony jest obszar bezpiecznej pracy tranzystora regulatora SOA który przy dużych napięciach Uce jest przecież bardzo wąski. Zabezpieczenie SOA odsterowując tranzystor szeregowy regulatora ( prądu obciążeniu przy spadku napięcia wyjściowego i tak dostarcza wyjściowy kondensator zasilacza ) jednocześnie dołącza tranzystorem mocy do kondensatora elektrolitycznego preregulatora rezystor drutowy mocy aby napięcie dość szybko spadło. Zasilacz taki ma CrowBar. Gdy duży jest ujemny sygnał błędu napięcia załączany jest dla ochrony zasilanego odbiornika tyrystor CrowBar-a.

Coraz szerzej są stosowane zasilacze impulsowe SMPS. Mają dużą sprawność. Są lekkie i zajmują mało miejsca. Zasilacz impulsowy w odbiorniku TVC ma konfiguracje flyback i napięcie stabilizowane jest zwykle po stronie sieciowej. Błąd stabilizacji jest proporcjonalny do indukcyjności rozproszenia transformatora impulsowego. Gro mocy w odbiorniku TVC konsumuje tranzystorowy układ odchylania poziomego zasilany napięciem 115 -148 Vdc. Pobierany prąd zmienia się wraz z jasnością ekranu kineskopu. Zmiana napięcia zasilania powoduje wysoce niepożądaną zmianę wymiarów obrazu i jego proporcji . Niedostateczne tłumienie sieciowych tętnień 100Hz też owocuje opisanym zakłóceniem.

Stabilizacja po stronie pierwotnej w odbiorniku TVC jest uważana za wystarczającą ale w luksusowych wielkoekranowych odbiornikach TVC stosowana jest jednak regulacja po stronie odbiorczej zasilacza SMPS. Informacja regulacyjna do strony pierwotnej przekazywana jest transoptorem. Gdy napięcie jest za duże wzrasta podany regulatorem prąd diody LED i prąd fototranzystora transoptora. W wypadku uszkodzenia transoptora i przerwania pętli regulacji napięcie zasilania niebezpiecznie wzrośnie co powoduje z reguły uszkodzenie kosztownego wysokonapięciowego tranzystora mocy odchylania poziomego H-Out i drogiego transformatora odchylania Flyback FBT. Aby temu zapobiec SMPS może ograniczyć (2) stabilizowane napięcie po stronie pierwotnej lub można przesyłać informacje transoptorem o zmienionej fazie (3) co wymaga konstrukcji specyficznego układu. Zasilacz daje bez transmisji sygnału błędu za małe wyjściowe napięcie a pętla regulacji z transoptorem je podnosi ! Transoptory ulegając degradacji i uszkodzeniu zawsze tracą transkonduktancje. Uszkodzenie transoptora jest bezpieczne.

Regulacja po stronie wtórnej zasilacza SMPS jest koniecznością w zasilaczach komputerowych z uwagi na duże zmiany proporcji mocy obciążenia prostowników i duże ( w porównaniu z napięciem 5V ) spadki napięć na diodach prostowników.

Można rozważyć zabezpieczenia napięcia zasilania diodą Zenera (4). Niestety przeciążona dioda Zenera nie ulega zwykle zwarciu. Przegrzana dioda Zenera może uszkodzić termicznie płytkę drukowaną PCB a stąd tylko krok do pożaru. Niesprawdzone zabezpieczenie może być prawdziwą bombą z opóźnionym zapłonem.

Czy należy stosować podane zabezpieczenia ? Koszt elementów zabezpieczeń jest mały ( nie dotyczy to tyrystora ) a wymagana dodatkowa powierzchnia PCB może być dostępna. Gdy praca servisanta jest tania to zabezpieczenia są mało efektywne ekonomiczne. Ale gdy praca serwisanta jest droga należy je stosować.

Stosowane już w zasilaczach SMPS szybkie tranzystory Power Mosfet sprawiają że o optymalnej częstotliwości pracy decydują właściwości ferrytu rdzenia transformatora i diody prostowników. Produkowane są coraz lepsze ferryty "mocy" i masa transformatora SMPS w miarę wzrostu częstotliwości pracy będzie maleć.

Uszkodzenie elementów Y w zasilaczu SMPS odbiornika TVC współpracującego z nieuziemioną anteną stwarza ryzyko porażenie osoby która dotknie anteny i przykładowo instalacji odgromowej na dachu, blaszanego dachu lub zbrojenia betonu na dachu.

12. W masowej komunikacji lotniczej samoloty muszą być coraz bezpieczniejsze. Systemy samolotów i naziemnej infrastruktury są coraz doskonalsze.

Intensywność wyładowań atmosferycznych zależy od strefy geograficznej. Przeciętnie w jeden eksploatowany odrzutowy samolot pasażerski uderza jeden piorun w roku. Duraluminium z którego jest zrobiona powłoka samolotu dobrze przewodzi prąd i nie ulega ona uszkodzeniu. Ale impuls elektromagnetyczny zakłócający pracę pokładowej elektroniki jest silny. Stąd musi być ona bardzo odporna na zakłócenia.

Poważnym problemem dla bezpieczeństwa lotnictwa są silne turbulencje i uskoki wiatru. Pogodowe radary dopplerowskie naziemnej sieci obserwacyjnej pośrednio dostarczają samolotom niezbędnych informacji ostrzegawczych ale nad morzami i oceanami załoga zdana jest tylko na pokładowy radar pogodowy i swoją intuicje.

System zabezpieczający podnosi alarm jeśli samolot nie jest właściwie skonfigurowany do startu lub lądowania. Systemy były początkowo bardzo proste. W Boeingu 727 jeśli przepustnica otwarta jest przy starcie na full ( 100% czyli zawsze przy starcie ) co sygnalizuje sprzężony przełącznik, brak otwarcia flap podnosił alarm. Zaalarmowana załoga zdąży otworzyć flapy bez których samolot nie może poprawnie wystartować. Niemniej podjęcie startu bez wysuniętych flap kompromituje załogę.

System podnosi alarm gdy samolot leci za szybko w stosunku do wysokości lub grozi mu przy przekroczeniu bariery dźwięku rozpadnięcie skutkiem wibracji lub grozi mu przeciągnięcie skutkiem zbyt ostrego wznoszenia w stosunku do prędkości.

Gdy warunki atmosferyczne oraz wysokość samolotu wskazują na możliwość oblodzenia skrzydeł emitowany jest alarm i załoga musi rozważyć włączenie odladzaczy. Oblodzenie skrzydeł prowadzi do utraty siły nośnej i utraty sterowności. Oblodzenie stanowi śmiertelne zagrożenie dla przepadającego - spadającego samolotu. Jeśli wysokość na to pozwala załoga sterowność szybko odzyskuje zwiększając na maksimum ciąg silników i kierując dziób samolotu w dół. Po szybkim nabraniu prędkości i odzyskaniu sterowności dziób należy wyprostować a potem podnieść w miarę potrzeby. Samolot jest uratowany pod warunkiem że załoga ma dobry refleks i wie co jest powodem utraty sterowności. Cały incydent może być bardzo krótki. Informacje o warunkach sprzyjających oblodzeniu pochodzą z sensorów samolotu i z systemu meteorologicznego na Ziemi z radarami pogodowymi. Nawet przy nieznacznym oblodzeniu skrzydeł granice przeciągnięcia występują przy znacznie większej prędkości niż normalnie. Przy grożącym oblodzeniu trzeba zwiększyć prędkość aby odzyskać siłę nośną i oddalić niebezpieczeństwo przepadnięcia samolotu. Odladzaczami trzeba usunąć lód. Incydent może spowodować konieczność porzucenie próby lądowania i podjęcia kolejnego podejścia. Załoga nie może się krępować przed porzuceniem próby lądowania.

Drogę hamowania na pasie lądujących odrzutowych samolotów pasażerskich zmniejsza uruchomiane odwracacze ciągu silników. Odwracacz jest szczególnie potrzebny i ważny na „krótkich” i „śliskich” pasach. Bez niego hamulce ulegną przegrzaniu a nawet spaleniu

System zabezpieczający uniemożliwia uruchomienie odwracacza ciągu silników odrzutowych ( Thrust Reverse ) jeśli podwozie nie jest wysunięte i obciążone oraz jeśli prędkość samolotu jest za duża. Szansa niepożądanego uruchomienia odwracacza ciągu na skutek uszkodzeń jest niewielka ale jednak istnieje. Po zdetekowaniu takiego niebezpiecznego zdarzenia trzeba natychmiast silnik z wadliwym odwracaczem ciągu wyłączyć. Następnie trzeba zwiększyć moc sprawnych silników i wyrównać krzywy lot spowodowany asymetrią ciągu. Wyłączyć wadliwy silnik lub zmniejszyć ciąg na jałowy winna momentalnie automatyka bezpieczeństwa informując w czytelny sposób załogę o powodzie swojej akcji. Uruchomienie odwracacza ciągu w locie i utrzymywanie hamującego ciągu pracującego wadliwego silnika oznacza pewną śmierć załogi i pasażerów. Załoga nie ma sposobu aby w locie uruchomić odwracacz ciągu w sprawnym systemie. Sama zarejestrowana próba uczynienia tego powinna spowodować usunięcie pilotów i wytoczenie im postępowania karnego. Olej roboczy do siłownika hydraulicznego odwracacza ciągu podany jest przez kaskadę dwóch elektrozaworów. Szkodliwe uruchomienie odwracacza nastąpi tylko po charakterystycznych uszkodzeniach obu zaworów co jest bardzo mało prawdopodobne, rzędu 10E-12. Przewody którymi podaje się sygnał do elektrozaworów powinny być prowadzone osobnymi wiązkami aby nawet przy poważnej awarii wykluczyć szkodliwe otworzenie odwracacza ciągu. Po szkodliwym otwarciu odwracacza zachowanie samolotu zależy od wysokości i szybkości lotu. Piloci mają na reakcje bardzo mało czasu. Gdy samolot skieruje się w korkociągu w dół momentalnie nabierając szybkości, na skutek wielkich sił aerodynamicznych oderwane zostaną stery, skrzydła a na koniec zostanie rozerwany kadłub.

System procedur którymi bezwzględnie są zobowiązani posługiwać się piloci zmniejsza ryzyko popełnienia błędu. Komunikujący się piloci mają nawzajem korygować swoje błędy. Oficer - drugi pilot niezależnie od autorytetu kapitana musi (!) mu zwrócić uwagę na możliwe zagrożenia i błędy.

Właściwe ciśnienie powietrza w kabinie regulują dwa niezależne systemy. Sprężonego powietrza dostarczają silniki główne samolotu. Na wypadek rozerwania poszycia czyli dekompresji pasażerowie mają chemiczne maski tlenowe zapewniające możliwość oddychania przez 10 minut. Piloci mają zapas tlenu na 2 godziny.

Lądowanie bez widoczności zapewniają lotniskowe i samolotowe radiowe systemy ILS - Integrated Landing Systems. Generalnie samolot pasażerski w złych warunkach nie ma prawa lądować. Informacje o wysokości i prędkości pochodzą z pomiaru ciśnienia statycznego i dynamicznego niezależnych zespołów Pitot-Static. Zespół jest kalibrowany do sytuacji ciśnienia na Ziemi. Jest jednak zbyt mało dokładny do określenia wysokości samolotu przy lądowaniu. Radiowysokościomierz będący specjalizowanym radarem dostarcza informacje o małych wysokościach. Jego podstawowa wada polega na tym że nie uwzględnia on rzeźby terenu na kursie przed samolotem i przy posługiwaniu się nim bez widoczności łatwo o wypadek czyli zderzenie z Ziemią. Samosterujące pociski Cruise Missile koncernu Boeing mają w pamięci mapę terenu nad którym lecą do celu. Taka mapa skojarzona z radiowysokościomierzem jest dobrym i niezawodnym żródłem informacji. System mapy i radiowysokościomierza może służyć do sterowania lub generowania sygnałów Alarmu o niebezpieczeństwie zderzenia się z Ziemią.

Normy wymagają aby turboodrzutowy silnik samolotu pasażerskiego lecącego z prędkością 500 km/h przeżył wpadnięcie do silnika ptaka o wadze 2 kg. Końcówki łopat pierwszej turbiny poruszają się z prędkością blisko 1 Macha. Zassany ptak zostaje zmielony i wpada do dalszej części silnika. Zdarza się że silnik zgaśnie lub zostaje częściowo uszkodzony. Niestety klucz gęsi ważących ponad 4 kg każda lecących na wysokości do 1000 metrów nie daje silnikowi lub silnikom żadnych szans. Ptaki bardzo rzadko przekraczają pułap 1500 metrów.

Do płoszenia ptaków na lotniskach używa się wyszkolonego ptaka drapieżnego, sokoła lub jastrzębia. Do płoszenia ptaków używane są też dźwiękowe odstraszacze emitujące odgłosy ptaka drapieżnego i ptaków atakowanych. Skuteczne są też odstraszacze hukowe.

Także tereny przyległe do lotniska nie mogą być kolonizowane przez ptaki. Przyległe łąki muszą być koszone aby ptaki nie robiły tam sobie siedlisk. W sąsiedztwie zamknięte muszą być śmietniki aby ptaki nie szukały tam pożywienia. ITD.

Dużo uszkodzeń silników powstaje na skutek zassania ciał obcych leżących na pasie startowym podczas startu i rzadziej lądowania. Mogą to być części które zgubił poprzedni samolot albo wykruszone fragmenty nawierzchni płyty lotniska a także wykruszone szwy dylatacyjne.

Po starcie, na długich transoceanicznych ( ale też na przykład do Japonii czy Chin z Europy tras nadlądowych ) piloci są bezczynni bowiem samolot prowadzi komputer trasy i autopilot. Przemęczonym pilotom w czasie tej bezczynności zdarza się zasnąć. W gwarantującej anonimowość ankiecie 43% pilotów odpowiedziało że przynajmniej raz zdarzyło im się zasnąć razem z drugim pilotem. Piloci uważają to za karygodne i mają z tego powodu wyrzuty sumienia. Starają się jak najlepiej kontrolować swoje zachowanie. Biologia człowieka jest jednak niemożliwa do pokonania. W lokomotywach czy na statkach używane są czuwaki ale czuwak na samolocie nie może go przecież zatrzymać w powietrzu !

Pamięci komputerów tras są coraz pojemniejsze co odciąża pilotów z różnych czynności. Baza danych tras może też mieć dodatkowo zapisany przebieg łączności z naziemnymi stacjami łączności ( także częstotliwości na których operują stacje ) a także przebieg kontroli radarowej

GUS podaje że Polskie lotnicze przewozy pasażerskie wyrażone w pasażerokilometrach wynoszą ca 1/200 a towarowe wyrażone w tonokilometrach 1/300 przewozów USA. Przewozy pasażerskie USA są większe niż całej reszty świata. Podróże lotnicze są generalnie drogie i przeznaczone dla bogatych narodów.

Elita USA obserwując sukcesy niemieckiej Luftwaffe postanowiła II Wojnę wygrać w powietrzu w laboratoriach i fabrykach a także bronią atomową przy minimalnej zapłacie krwią swoich żołnierzy. III Rzesza została przez lotnictwo USA i Brytyjskie zbombardowana, spalona i zdezorganizowana. Na początku 1945 roku kolej niemiecka realizowała 5-10% zamówionych przewozów węgla kamiennego, który był dostępny na hałdach przykopalnianych. W 1945 roku lotnictwo USA bez litości strzela do niemieckich czołgów świeżo opracowanymi rakietami.

Trudno zapomnieć skalę i okrucieństwo bombardowań Wietnamu. Jeśli dojdzie do pełnoskalowego konfliktu USA - ZSRR to wojnę szybko rozstrzygną rakiety i głowice jądrowe. Czołgi ewentualnie będą potrzebne tylko jako broń do opanowania terenu do okupacji.

W USA popularne są także prywatne samoloty pasażerskie a w tym małe odrzutowce. Ogromna ilość eksploatowanych samolotów i przewozów sprawia że w USA każdy wypadek lotniczy jest bardzo starannie badany przez NTSB - National Transport Security Board czyli Narodowy Zarząd Bezpieczeństwa Transportu. NTSB jest niezależna od rządu i finansowana przez Kongres USA. Regułą jest że pierwszorzędni fachowcy ( byli piloci a także inżynierowie - konstruktorzy samolotów oraz materiałoznawcy ) NTSB po drobiazgowej analizie szczątków samolotu, zapisów z rejestratorów rozmów i rejestratorów parametrów lotu, zapisów z radarów kontroli powietrznej, zeznań świadków oraz akt osobowych pilotów ze 100% dokładnością rekonstruuje przebieg lotu i podaje przyczynę wypadku. Producenci muszą usunąć w zakreślonym terminie znalezione wady samolotów. Doskonalone są obowiązujące procedury operacyjne. Doskonalone jest szkolenie pilotów i całej załogi. Sugerowane są nowe rozwiązania. W reakcji na Fault robi się wszystko aby nie było go w przyszłości - system działa w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. Wypadkowość liczona w pasażerokilometrach cały czas od lat spada. NTSB nie zajmuje się śledztwami kryminalnymi a tylko dochodzeniami merytorycznymi.

Koszt życia ludzkiego w USA jest bardzo wysoki i stąd wysokie wymagania na bezpieczeństwo lotnictwa.

13. Ochrona przed korozją.

Zabezpieczenie statku lub innego przedmiotu przed korozją ochroną katodową. Do stalowego ciała - body statku dołącza się mechanicznie zewnętrzną izolowaną i zasilaną metalową anodę. Chroniona stalowa powierzchnia body statku staje się katodą, na której zachodzą reakcje redukcji depolaryzatora i nie zachodzi utlenianie metalu. Pomocnicza elektroda pomiarowa - odniesienia pozwala wybrać optymalne napięcie dla anody ( dla statku maksymalnie 24Vdc ) aby nastąpiło przesunięcie potencjału chronionej konstrukcji poza obszar korozji. System musi tolerować pracę z uszkodzoną elektrodą odniesienia bowiem anodę i elektrodę pomiarową można wymienić tylko przy okazji remontu statku w suchym doku w stoczni.

Tak samo chroni się przed korozją rurociągi i zbiorniki oczywiście o ile nie są sztywno uziemione. Jednak im bardziej uszkodzona jest ochronna powłoka malarska tym większa jest korozja. Ochrona katodowa jest drugą linią obrony i zabezpieczeniem zabezpieczenia.

Korozja wyrządza ogromne straty gospodarcze i warto stosować różne skuteczne środki ochrony przed nią począwszy od produkcji dobrych gatunków stali. Niekorzystnie na właściwości stali wpływają w niej siarka i fosfor.

Inhibitory korozji to substancje dodane w małych stężeniach do środowisk wilgotnych powodujące zmniejszanie szybkości korozji w wyniku zahamowania procesu anodowego, katodowego lub ich obu.

Inhibitory anodowe: Chromiany stosuje do ochrony stali, miedzi, cynku i metali lekkich.

Azotyny są tańsze i mniej toksyczne od chromianów. Dodawane są do cieczy chłodząco - smarujących, czyli emulsji olejowo - wodnych stosowanych jako chłodziwa w obróbce skrawaniem. Azotyny z reguły stosuje się w połączeniu z inhibitorami nieutleniającymi, benzoesanami lub fosforanami.

Inhibitory katodowe. Najpopularniejsze to wodorowęglan wapnia oraz siarczyn cynku. Polifosforany stosuje się do inhibitowania wody kotłowej dla zapobiegania tworzeniu się kamienia kotłowego na elementach grzejnych.

Inhibitory mieszane to aminy oraz tiole, siarczki i dwusiarczki ( tiomocznik, benzotiazol, siarczek dwubutylu, sulfotlenki, dwutioglikol etylenowy ).

Odpowiednie mieszaniny inhibitorów bywają bardzo skuteczne w ochronie antykorozyjnej.

Ochrona przed korozją to osobny temat z osobną literaturą:

-Korozja. Praca zbiorowa pod redakcją Shreira L.L., WNT Warszawa 1966

-Technika przeciwkorozyjna, Praca zbiorowa, PWSzZ Warszawa 1973

-Uhlig H.H. Korozja i jej zapobieganie, WNT Warszawa 1976

-Pourbaix M. Wykłady z korozji elektrochemicznej, PWN Warszawa 1978

-West J.M. Basic corrosion and oxidation, Ellis Horwood Publ. London 1986

-Ochrona przed korozją. Poradnik, WKiŁ Warszawa 1986

-Libuś W., Libuś Z. Elektrochemia, PWN Warszawa 1987

14. Zabezpieczenie stopnia nadajnika przed nadmiernym niedopasowaniem anteny ( uszkodzenie anteny, falowodu lub kabla koncentrycznego lub złącz ) czy uszkodzeniem następnego stopnia mocy. Niedopasowanie powoduje zwiększenie mocy strat w lampie lub tranzystorze co prowadzi do uszkodzenia elementu lub redukcji jego trwałości i pogorszenia parametrów. Stąd też w rozwiązaniach dużej mocy stosuje się isolatory będące elementami kierunkowymi i nieodwracalnymi. Fala odbita jest w isolatorze wydzielana w dołączonym do niego rezystorze ale ten rezystor nie jest zwymiarowany na pełną moc wyjściową stopnia. Po stwierdzeniu dużego niedopasowania - odbicia redukuje się dla bezpieczeństwa napięcia zasilania i moc sterującą. NB. Anteny nadawcze są bardzo staranie dopasowane i fala stojąca w falowodzie czy kablu koncentrycznym jest mała.

15. Wymagające dotknięcia przycisku po podaniu sygnału optycznego urządzenie Dead Hand ( to także systemy automatycznego odwetu w doktrynie jądrowej MAD ) zapobiega poruszaniu się pojazdu gdy operator pociągu czy statku zasnął, zasłabł lub umarł.

W systemie bezpieczeństwa czuwak w polskich lokomotywach okresowo podaje sygnał świetlny a po nim dźwiękowy. Brak odpowiedzi maszynisty załącza hamowanie pociągu. System samoczynnego hamowania pociągu składa się z torowego rezonatora 1000 Hz zainstalowanego około 200 m przed sygnalizatorem - semaforem oraz indukcyjnej pętli odbiorczej w lokomotywie. Odebrany w lokomotywie impuls załącza sygnał świetlny a po nim po chwili akustyczny. Jeśli maszynista nie skasuje przyciskiem sygnału to uruchomiony będzie hamulec pociągu a maszynista będzie mógł ponownie ruszyć dopiero po całkowitym zatrzymaniu pociągu.

16. Zabezpieczenie uziemieniem przewodem PE chroni ludzi przed porażeniem elektrycznym przez metalową obudowę urządzenia w którym nastąpiło przebicie izolacji typu Y.

W Polsce ginie rocznie około 90 osób porażonych prądem. Ludzie którzy przeżyli poważne porażenie mają różne dolegliwości fizyczne i psychiczne. Ilość drobnych, niegroźnych porażeń może być duża.

W USA karę śmierci wykonuje się na krześle elektrycznym. Od lat trzydziestych prąd stosuje się w torturach. W czasie II Wojny wszystkie wojujące strony torturowały z użyciem prądu aż do śmierci ofiary. Prąd podaje się do palców, kończyn, genitali, piersi, głowy. Elektrody wbija się w ciało ofiary.

Przy niskich napięciach człowieka chroni głównie oporność skóry która ulega przy napięciu powyżej 500V przebiciu. Sieciowe napięcie jednofazowe jest śmiertelnie niebezpieczne aczkolwiek notowano nawet zgon przy porażeniu napięciem 42 Vac !

W świecie notowane są wypadki przeżycia porażenia napięciem nawet ponad 3 kV aczkolwiek szanse ofiary są bardzo małe.

17. Zabezpieczenie przed wybuchem w piecu w czasie jego uruchamiania par paliwa, gazu lub pyłu węgla zwiększa żywotność pieca.

18. Systemy kierowania ruchem drogowym, kolejowym, powietrznym i morskim mają zapobiegać kolizji i optymalizować wydajność systemu transportowego. Fotoradar funkcjonujący w systemie dyscyplinowania kierowców, składa się z radaru dopplerowskiego do pomiaru prędkości samochodu oraz sprzężonego z nim aparatu fotograficznego z pojemną kasetą z filmem. Fotoradar fotografuje kierowców przekraczających dopuszczalną prędkość lub wjeżdżających na skrzyżowania na czerwonym świetle, a urzędnicy odczytujący filmy wystawiają mandaty i przesyłają je pocztą kierowcom. Podnosi się bezpieczeństwo ruchu drogowego.

Szlabany na przejazdach kolejowych mają zatrzymać pojazdy i pieszych aby nie doszło do kolizji z nadjeżdżającym pociągiem, którego droga hamowanie jest długa. Dawniej dróżnik dyżurujący w swoim domku podnosił i opuszczał szlabany. Koszt całodobowej pracy dróżnika jest wysoki. Automatyczny szlaban powinien mieć detekcje wszelkich niesprawności. Po stwierdzeniu niesprawności musi wysłać sygnał alarmowy do systemu sterowania ale także włączyć światła ostrzegawcze dla kierowców i dla nadjeżdzającego pociągu.

Szansa że dojdzie do kolizji jest tym większa im szybciej jedzie pociąg. Także zakręt czy drzewa ograniczają wzajemną widoczność. Karygodne są na drogach podjazdy pod górę na przejazd nie tylko ograniczające widoczność ale także bardzo zwiększające czas przejechania przez przejazd szczególnie przez samochody ciężarowe..

W detekcji nieprawności przydatne są przebiegi prądów zasilających wszelkie silniki, także w napędach zwrotnic kolejowych. Po rozruchu silnika pobierany prąd powinien spaść co świadczy o tym że napęd nie jest zablokowany i wykonał swoją zaplanowaną pracę.

Od lat automatycznie blokowany jest wjazd pociągu na zajęty odcinek torowiska.

Jeszcze powolniejsze są manewry wykonywane przez wielkie statki. Pomocne w zapobieganiu kolizjom w powietrzu i na morzu są radary.

19. Monitoring stanu ważnego mostu przeprowadzany jest za pomocą mostka tensometrycznego zamontowanego na miarodajnym mocno obciążonym elemencie mostu oraz czujnika drgań na przykład akcelerometru. Obserwowane są odczyty sensorów przy przejeżdżaniu ciężkich pojazdów i w czasie wichur. W porę można most oddać do remontu lub obniżyć jego dopuszczalne obciążenie lub skierować część ruchu na alternatywną trasę. Podstawą działania są jednak regularnie prowadzone prace konserwacyjne a zwłaszcza walka z korozją.

20. Zabezpieczenie przed wtargnięciem, krytycznym dla broniącego się kraju mostem, wroga na teren kraju.

Po zawarciu w sierpniu 1939 roku układu Ribentrop - Mołotow czyli Hitler - Stalin obydwa totalitarne mocarstwa pozostawały w przyjaźni podszytej wrogością. ZSRR zaopatrywał III Rzeszę m.in. w paliwo potrzebne do bombardowania Londynu i drukował plakaty na których pokazywano lotnictwo niemieckie i sowieckie razem bombardujące imperialny Londyn mimo iż przecież sowieci Londynu nie bombardowali. W dniu napaści III Rzeszy na ZSRR pociągi wiozące do III Rzeszy surowce przemysłowe i żywność przekraczały granice ! III Rzesza wywiązywała się z kontraktów handlowych i do ZSRR jechały maszyny. Stalin bał się sprowokowania III Rzeszy do ataku. Bez mostu, szerokie rzeki, szczególnie o bagnistych brzegach są trudną przeszkodą do sforsowania przez wojska lądowe. Względnie łatwo jest wykorzystać przeszkody naturalne do organizacji obrony. Lotnictwo i / lub artyleria nacierającej armii muszą wpierw masywnym bombardowaniem / ostrzałem artyleryjskim zniszczyć broniące oddziały przeciwnika ponieważ oddział budujący przeprawę i przeprawiające się oddziały są bardzo łatwym celem. Alternatywą jest desant spadochroniarzy. Tuż przed atakiem o świcie 22 czerwca 1941 roku niemieccy żołnierze przeszli graniczne mosty i aresztowali sowieckich żołnierzy ! Mosty pozostały niezniszczone co znakomicie ułatwiło wdarcie się oddziałów niemieckich w głąb ZSRR. Niemcy momentalnie opanowali obszary niedawnej Rzeczypospolitej. Pomyślnym obrotem sprawy zaskoczeni i zdumieni byli niemieccy dowódcy ! W pierwszych miesiącach wojny dowództwo Armii Czerwonej popełniało katastrofalne w skutkach błędy.

Na krytycznym moście zamontowana jest starannie chroniona, zdublowana instalacja elektryczna w której gniazda można włożyć zapalniki detonujące rozmieszczone w czasie zagrożenia wojną w porządnie zamykanych metalowych skrzynkach ładunki wybuchowe niszczące most. Usytuowanie skrzynek powinno zapobiec łatwemu dostępowi do nich. Normalnie w gniazda są włożone testowe oporniki FP ( Flame Prof jako nieetatowe bezpieczniki ) zastępujące zapalniki. System monitoruje stan izolacji oraz jej przewodzenie. Nawet po uszkodzeniu części instalacji system musi działać. Próbę "ogniową" przeprowadzamy niszcząc podanym napięciem oporniki FP zainstalowane zamiast zapalników. System może / powinien mieć monitoring solidnego zamknięcia skrzynek dla materiałów wybuchowych. System nadaje się do przeprowadzenia ćwiczeń wojskowych w których wróg próbuje zabić obsługę i podstępnie zniszczyć instalacje. Na podstawie wyników ćwiczenia można system zmodyfikować eliminując wykryte słabe punkty. Jeśli wróg opanuje most trzeba go zniszczyć pociskiem samosterującym lub zbombardować.

Współczesne czołgi i wozy piechoty mogą przeprawiać się przez przeszkody wodne ale zdolności te są często tylko teoretyczne. Wozy piechoty płyną z prędkości 6-10 km/h i trafienie ich artylerią lub rakietą przeciwpancerną jest wtedy niezmiernie łatwe. Brzeg ( także miękki, zalany wodą z szuwarami ) może być zabezpieczony pasem min.

W lecie 1944 roku rejon Warszawy był ważnym węzłem komunikacyjnym. Funkcjonowały tam cztery przeprawy mostowe przez Wisłę. Na południe most na Wiśle był dopiero w okolicach Puław. Na północ mosty były dopiero pod Włocławkiem i w Toruniu. Niemcy nie mogli nie wykorzystać obronnego potencjału strategicznego jakim była szeroka przeszkoda wodna w postaci rzeki Wisły, infrastruktura transportowa i możliwość zniszczenia mostów w razie potrzeby. Ofensywa Armii Czerwonej po przekroczeniu Wisły i Wału Pomorskiego zatrzymałaby się dopiero na Odrze, skąd już niedaleko do Berlina. Transport w rejon Warszawy dywizji Herman Goring i innych oddziałów dla każdego trzeźwego obserwatora był sygnałem że Niemcy będą się tam uparcie bronic a dla Armii Czerwonej są lepsze cele niż dać się zabić przy próbie forsowania Wisły i ginąć w ruinach miast przykładem Stalingradu. Stąd decyzja Powstania Warszawskiego była głupia. Armia Czerwona słusznie strategicznie odcięła III Rzeszę od dostaw ropy z Rumunii. Po wzięciu fabryki benzyny syntetycznej w Oświęcimiu wojna faktycznie była zakończona. III Rzesza nie miała paliwa do swoich maszyn bojowych ! Hitlerowskie Niemcy zostały rzucone na kolona. Niemcy sami na początku 1945 roku opuścili Warszawę. Po zamarzniętej Wiśle można było przejechać.

W operacji pod kryptonimem „Market-Garden” z 1944 roku ( realistyczny film wojenny "O jeden most za daleko" ) wielki aliancki desant spadochronowy za linię frontu miał m.in. zdobyć strategiczne mosty na Renie i utrzymać je za każdą cenę do czasu przybycia głównych ofensywnych sił lądowych. Gdyby operacja się powiodła wojna zakończyłaby się kilka miesięcy wcześniej. Niestety Niemcy stawili wściekły opór. Ofensywa zakończyła się masakrą brytyjskich, amerykańskich i polskich spadochroniarzy.

Szansa że wojska NATO będą chciały z zaskoczenia konwencjonalnie zaatakować Polskę przez terytorium NDR jest zerowa. Gdyby nie wojna w Afganistanie ZSRR mógłby interweniować w Polsce w 1981 z powodu „zagrożenia socjalizmu” jak w 1968 roku w Czechosłowacji. No ale ZSRR jest przecież naszym sojusznikiem. Jak się bronić przed sojusznikiem,który w dodatku dowodzi naszymi wojskami ?

21. Anty Bloking System czyli ABS zapobiega blokowaniu kół przy hamowaniu ( zwłaszcza na lodzie i filmie wodnym ) i utracie sterowności nad ciężarówką i autobusem. ABS skraca też trochę drogę hamowania jako że tarcie statyczne koła i drogi jest większe od dynamicznego w czasie poślizgu. Systemy ABS powoli opanują też samochody osobowe. Nic jednak nie zastąpi rozsądku kierowców jadących z właściwą dla okoliczności prędkością. Sumaryczne szkody są proporcjonalne do trzeciej potęgi prędkości kolidujących pojazdów.

22. Interfejsy szeregowe czyli linki mają zapewnić niezawodną komunikacje między urządzeniami w systemie sieciowym. Są zawsze chronione przeciwprzepięciowo. Mniejszą stopę błędów oraz większą szybkość transmisji zapewniają sygnały symetryczne i linie dopasowane falowo. Transceiver winien tolerować jak największe zakłócające napięcie wspólne. Przy dłuższych linkach konieczna jest izolacja transformatorkami lub transoptorami od GND urządzeń. Do transmisji komunikatów systemem telekomunikacyjnym używane są modemy.

Gdy uszkodzony UART może statycznie współpracującym transceiverem zablokować link czyli cały system konieczne jest ( dość proste ) sprzężenie zmiennoprądowe UART-a z transceiverem.

Błędy w przesyłanych komunikatach są detekowane dzięki dołączonemu kodowi kontrolnemu CRC. Konieczne jest liczenie ilości błędnych komunikatów aby obsługa miała pojęcie o stopie błędów i stanie komunikacji.

23. Analogowy lub cyfrowy Watchdog ma obudzić zawieszony procesor - program i zabezpieczyć peryferia.

Sprawa zawieszania się programów jest wieloaspektowa. Zbyt szybko taktując procesor zaczyna gwałtownie narastać stopa błędów tym bardziej im większe są szumy na płaszczyźnie GND i zasilaniu i odbicia sygnałów w liniach busów. Toteż gdy zależy nam na niezawodnym działaniu komputera projekty PCB muszą być staranne a częstotliwość taktowania procesora wybrana z rozsądkiem.

Ale pomylić potrafi się też pamięć. Nie ma w tej chwili jednoznacznej diagnozy tego efektu a możliwe że sprawcą są cząstki elementarne promieniowania kosmicznego. Toteż w odpowiedzialnych komputerach stosuje się bit parzystości lub na przykład kod nadmiarowy SECDED zdolny wykryć i skorygować pojedynczy błąd w słowie oraz wykryć wszystkie podwójne błędy. Po stwierdzeniu błędu pamięci generowane jest niemaskowalne przerwanie i program zapisuje na dysku incydent z adresem komórki.

Dobry procesor powinien dla nieznanego kodu rozkazu wygenerować wyjątek i w obsłudze wyjątku można na przykład zapisać adres komórek pamięci które mogły go spowodować. W najgorszym razie procesor przetwarza dane jako rozkazy (!) lub wielobajtowe rozkazy przetwarza mieszając ich zawartość.

Jądrem procesora jest State Machine wyznaczająca stany w jakich jest procesor. Ogłupiały procesor na przykład może operować pamięcią a jednocześnie sygnalizować że zwolnił pamięć innym procesorom czy układom DMA !

Niedostatecznie przetestowany program też potrafi się zawiesić. Wreszcie w systemie z dynamicznym przydziałem pamięci może zabraknąć pamięci przy omyłkowym nie - zwalnianiu pamięci.

Toteż w okresowo wywoływanej centralnej procedurze ( przerwanie TimerTick dla systemu operacyjnego ) program przy spełnieniu sprawdzanych minimalnych warunków poprawności działania, pobudza Watchdoga. Jeśli Watchdog nie zostanie na czas pobudzony to Resetuje on procesor. Program sprawdza wówczas (w określonych komórkach pamięci są umieszczone sygnatury pozwalające się zorientować że nie jest to zimny Reset ) czy był to zimny Reset po wyłączeniu komputera czy gorący Reset Watchdogiem. Gdy był to Reset gorący specjalna procedura stara się ustalić co było powodem zawieszenia się systemu - programu i czy z danymi w pamięci można normalnie kontynuować pracę. Jeśli kontynuacja pracy wydaje się wątpliwa generowany jest zimny Reset i program zaczyna od testowania pamięci i peryferii ( w komputerach PC jest to procedura POST Power On Self Test). Niestety dane w pamięci RAM są wtedy uważane za bezpowrotnie stracone !

Incydent z akcją Watchdoga zazwyczaj traktowany jest bardzo poważnie. Wiele danych o okolicznościach zostaje zapisanych na dysku a system zdalny wysyła komunikat o incydencie. W złożonym systemie można porównać zachowanie podejrzanego komputera z innymi i jeśli był to kolejny incydent komputer wymienić lub gdy wadliwy jest program ustalić wadę i dokonać "naprawy" programu.

Watchdog może też blokować wyjścia aby nie doszło do wyrządzenia szkody.

Testowanie programu jest czasochłonne i drogie. Wymaga inwencji zwłaszcza w stwarzaniu kombinacji wejść i danych które mogą doprowadzić do zawieszenia programu. Toteż oszczędzając na kosztach testowania okazuje się że działa Watchdog i system jest niepewny w działaniu.

System z zarządzaniem pamięcią MMU, który ma ciągle pracować latami, może kłopotliwy fragment pamięci RAM zablokować do użytku jeśli jest wystarczająca ilość pamięci. Możliwe jest też testowanie sprawności pamięci po kawałeczku w czasie normalnej pracy.

W programie tam gdzie to jest możliwe nie należy stosować warunków ostrych. Gdy pętlę z inkrementowanym "i" chcemy zakończyć gdy i=k lepiej jest napisać i>=k.

Nieprzetaktowane mikrokontrolery z wewnętrzną pamięcią programu z powodu błędów hardwaru bardzo rzadko się mylą. Małe mogą być też skutki błędów w mikrokontrolerze sterującym sprzęt RTV czy AGD. W najgorszym razie Mikrokontroler może włączyć odbiornik TVC gdy jesteśmy na wakacjach. Toteż procedura obsługi odebranych sygnałów z pilota wymaga dłuższego naciśnięcia klawisza pilota włączającego odbiornik tak aby prawdopodobieństwo niechcianego włączenia było bliskie zeru.

Poważniejsze są skutki błędu w komputerze sterującym duży system. Toteż najlepiej od razu system zaprojektować z dwoma równolegle "pracującymi" komputerami ( linki że sterowników dołączone są do obu komputerów ale normalnie steruje obiekt tylko jeden a drugi biernie synchronicznie odczytuje dane że sterowników i dane wysyłane przez drugi komputer zapisując je aby w każdej chwili być gotowym do pracy ) ale zdolny pracować z jednym komputerem.

24. Komputer sterujący może mieć bardzo dużo wejść - wyjść. Do Data Bus i Adres Bus mikroprocesora wprost dołączone są tylko pamięci. Jeśli jest ich dużo stosujemy bufory. Buforami są też "izolowane" busy procesora od busów systemu peryferiów. Znacznie to zmniejsza ilość zbieranych ścieżkami zakłóceń a także zmniejsza pojemność busów procesora co pozwala stosować standardowy ( a nie obniżony ) zegar procesora.

Ale ilość I/O może być ogromna ( na przykład w centrali telefonicznej ) i nie da się ich wprost dołączyć nawet do busa z buforami mocy. Wówczas tworzymy strukturze drzewiastą buforów i busów. Na samym dole możemy dodatkowo izolować pojedyncze układy I/O rezystorami. Wyjściowy przerzutnik Latch serii 74HC ma pojemność wejściową 3 pF i danie w szereg przy układzie rezystora 1 K nic praktycznie nie zmienia jako że opóźnienie wzrasta o ca 2 ns.

Po uszkodzeniu jednego binarnego I/O można zmienić konfiguracje i użyć rezerwowego I/O lub należy przepiąć kabel obiektowy w złączu do sprawnego rezerwowego I/O i zmienić programem konfigurację sterownika.

25. Zabezpieczenie pacjenta podczas badań EKG i ECG przed porażeniem co najmniej podwójną lub potrójną izolacją i uziemieniem. W zasilaczu urządzenia są kaskadowo połączone dwa transformatory sieciowe lub jeden transformator i zasilacz impulsowy SMPS ale z transformatorem izolującym. Spotyka się też zastosowanie "Isolation amplifier". Dodatkowo powinny być stosowane rezystory wejściowe ograniczające prąd porażenia.

Nie ma powodu aby wejściowe wzmacniacze operacyjne EKG były zasilane napięciem aż +-15V. Wystarczy znacznie mniejsze napięcie. Wówczas przy uszkodzeniu wzmacniacza pacjentowi podany jest maleńki i zupełnie nieszkodliwy prąd. Oczywiście wzmacniacze wejściowe muszą być dobrze chronione przed elektrycznością statyczną i innymi zakłóceniami