Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Особенности конструкции адресно - аналоговых пожарных извещателей

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Особенности конструкции адресно-аналоговых пожарных извещателей

И.Г. Неплохов
Технический директор компании "Центр-СБ"

Доля адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации на европейском рынке превышает 70%. Все более популярны они и в России. Эти системы обеспечивают настолько высокий уровень защиты объекта, что скидка на страховку при их использовании достигает 50%. Меньше риск, ниже вероятность пожара - меньше стоимость страховки. Развитие противопожарных систем и страхового бизнеса в России идет по этому же пути.

Принципы построения адресно-аналоговых систем рассматривались во многих статьях, однако в действующей нормативной базе их определение отсутствует. Естественно, возникает вопрос: каким требованиям должны соответствовать компоненты адресно-аналоговой системы, в первую очередь извещатели и приемно-контрольные приборы, чтобы обеспечивалось реальное преимущество по сравнению с адресными пороговыми системами?

Возможности адресно-аналоговых систем

В отличие от адресных систем в адресно-аналоговых системах пожарные извещатели не фиксируют превышение порога контролируемого параметра, а являются только измерителями.

Они должны в реальном масштабе времени измерять уровень задымления, температуры и других факторов с высокой точностью. Полученная информация анализируется в адресно-аналоговом приемно-контрольном приборе (ААПКП), что позволяет обнаруживать развитие пожара на самых ранних стадиях.

Возможности обработки информации в адресно-аналоговом приборе, который по сути является специализированной вычислительной машиной, практически неограниченны. Могут быть реализованы: адаптация, интерактивные алгоритмы по каждому помещению, автоматическое обучение системы, использование теории распознавания при одновременном анализе различных факторов и т.д. Система формирует предварительные сигналы при подозрении на пожароопасную ситуацию задолго до срабатывания порогового датчика. Преимущества подобных систем очевидны: есть возможность обнаружить пожароопасную ситуацию и пресечь ее развитие на сверхранней стадии. При этом минимизируется как материальный ущерб, так и потери, связанные с эвакуацией людей, прерыванием производственного процесса и, собственно, с тушением пожара.

Очевидно, что для реализации преимуществ адресно-аналоговых систем недостаточно механически перенести порог сигнала "Пожар" из пожарного извещателя в приемно-контрольный прибор. Основной недостаток пороговых извещателей - это отсутствие точности определения пожароопасной ситуации, другими словами, неизвестно, когда он активизируется. Возможны ложные срабатывания либо срабатывания при значительном задымлении, не говоря уже о неконтролируемом отказе. Чувствительность у порогового извещателя может отличаться в разы, и при какой концентрации дыма он активизируется, предсказать невозможно.

При сертификационных испытаниях по требованиям НПБ 65-97 "Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные допускается изменение чувствительности порогового дымового извещателя пожарного при различных воздействиях в больших пределах:

  • при изменении ориентации к направлению воздушного потока - в 1,6 раза;
  • при изменении скорости воздушного потока -в 0,625-1,6 раза;
  • от экземпляра к экземпляру- в 1,3 раза;
  • при изменении напряжения питания - в 1,6 раза;
  • при изменении температуры окружающей среды до+55 °С- в 1,6 раза;
  • после воздействия повышенной влажности -в 1,6 раза.

И хотя в каждом испытании по НПБ 65-97 чувствительность дымовых пожарных извещателей должна оставаться в пределах 0,05-0,2 дБ/м, при одновременном воздействии нескольких факторов, что обычно и происходит на практике, чувствительность извещателя может измениться более чем в четыре раза. К тому же в процессе эксплуатации происходит значительное изменение чувствительности извещателя из-за накопления пыли или грязи на стенках дымовой камеры и на оптических элементах, из-за старения электронных компонентов и т.д. В технических характеристиках практически всех российских дымовых пожарных извещателей, в нарушение требования НПБ 65-97, не указано конкретное значение чувствительности, а приведен диапазон 0,05-0,2 дБ/м, что не позволяет даже грубо оценить их чувствительность. Если подобный пожарный извещатель механически переработать в адресно-аналоговый, никаких преимуществ получено не будет, и скидки на страховку не появятся. Аналоговая величина контролируемого фактора, передаваемая на контрольный прибор, будет сильно изменяться от внешних воздействий, что не позволит достоверно контролировать ни состояние объекта, ни состояние извещателя, а значит, как и в пороговой системе будут возможны и ложные срабатывания, и пропуск начальной стадии пожара.

По НПБ 65-97 "в технической документации на конкретный оптический извещатель с аналоговым выходным сигналом должен устанавливаться диапазон значений чувствительности" и "максимальная удельная оптическая плотность, контролируемая оптическим извещателем с аналоговым выходным сигналом, в нормальных условиях должна быть не менее 0,2 дБ • м4. К сожалению, в документе не указана минимальная оптическая плотность, контролируемая оптическим извещателем, хотя понятно, что она должна быть, по крайней мере, не более 0,05 дБ/м для обеспечения возможности адаптации к различным условиям эксплуатации, и значительно меньше 0,05 дБ/м для возможности формирования предварительных тревог. Использование лазерной технологии позволяет измерять точечным извещателем оптическую плотность среды на уровнях порядка 0,001 дБ/м и реализовать в ААПКП алгоритмы обработки информации, поступающей одновременно от нескольких извещателей, установленных в одном помещении. Естественно, адресно-аналоговый извещатель должен обеспечивать высокую точность измерения, что также должно быть указано в нормах.

Традиционный пороговый пожарный извещатель

Во всех точечных дымовых оптических пожарных извещателях ИП 212-ХХ по классификации НПБ 76-98 используется эффект диффузного рассеивания излучения светодиода на частицах дыма. Светодиод располагается таким образом, чтобы исключить прямое попадание его излучения на фотодиод (рис. 1). При появлении частиц дыма часть излучения отражается от них и попадает на фотодиод. Для защиты от внешнего света оптопара - светодиод и фотодиод - размещается в дымовой камере из пластика черного цвета.

Для обеспечения высокой чувствительности минимальный уровень отраженного сигнала должен поступать на фотодиод в дежурном режиме при отсутствии дыма. С одной стороны, чем меньше фоновый сигнал, тем меньшие концентрации дыма вызывают увеличение сигнала фотодиода и тем выше чувствительность извещателя. С другой стороны, чем больше отношение уровня порога "Пожар" к фоновому сигналу, тем больше помехозащищенность. Причем эти требования должны выполняться не только в чистой дымовой камере, но и после накопления пыли на ее поверхности.

Излучение светодиода отражается от запыленных стенок оптической камеры также, какот частиц дыма (рис. 2). Накопление пыли вызывает увеличение фонового сигнала, снижение помехозащищенности и появление ложных тревог. Со временем, при отсутствии технического обслуживания, фоновый сигнал может превысить уровень порога "Пожар", и извещатель перестанет переходить в дежурный режим после сброса с ПКП. В зависимости от конструкции дымовой камеры, формы диаграмм направленности оптопары и т.д. изменение фонового сигнала может происходить быстрее или медленнее.

Интеллектуальные пожарные извещатели

Современный уровень пожарных извещателей -это интеллектуальные пожарные извещатели с аналого-цифровыми преобразователями, с энергонезависимой памятью для хранения алгоритмов обработки информации, режимов работы, текущего уровня запыления дымовой камеры и даже даты выпуска, даты последнего технического обслуживания и т.д. Использование специальных алгоритмов компенсации изменения чувствительности при запылении дымовой камеры позволяет обеспечить стабильный уровень чувствительности в процессе эксплуатации. Появилась возможность регулировать чувствительность в заданных пределах при установке извещателей на объекте и в процессе эксплуатации в зависимости от типа контролируемого помещения. В чистых помещениях повышение чувствительности обеспечивает более раннее обнаружение очага; в помещениях, где возможно изменение оптической плотности среды в нормальных условиях, для исключения ложных сработок допустимо понижение чувствительности.

Однако функцию регулировки чувствительности в 1,5-2 раза можно реализовать далеко не в каждом пороговом извещателе с компенсацией запыления и другими сложными алгоритмами обработки информации. По НПБ 65-97 допускается изменение чувствительности дымового извещателя при изменении ориентации к направлению воздушного потока в 1,6 раза, а при изменении скорости потока от 0,2 до 1 м/с - в 0,625-1,6 раза. Зависимость чувствительности извещателя от направления и скорости воздушного потока определяется только формой ды-мозахода, конструкцией дымовой камеры, расположением оптопары и не может быть скомпенсирована электроникой. При значительной зависимости чувствительности от изменений условий окружающей среды регулировка чувствительности теряет смысл и даже недопустима, так как приведет к выходу за пределы диапазона 0,05-0,2 дБ/м. Естественно, требования НПБ 65-97 для извещателя с регулировкой чувствительности должны выполняться во всем диапазоне изменения чувствительности, в том числе и при установке крайних значений диапазона. Требуется тщательная проработка конструкции извещателя для снижения зависимости его чувствительности от различных факторов. Например, если в традиционном извещателе допустимо было использовать дымовую камеру с плоской крышкой (рис. 3), то в современных неадресных и адресных извещателях с функцией регулировки чувствительности потребовалось на крышке дымовой камеры разместить дополнительные элементы для исключения влияния асимметричного расположения оптопары (рис. 4).

Результаты сертификационных испытаний показали, что изменение чувствительности интеллектуального извещателя с регулировкой чувствительности от направления воздушного потока не превышает 1,18 раза (табл. 1), а от скорости воздушного потока - не превышает 1,06.

А так ли уж необходимо значительное усложнение схемотехники и конструкции извещателя для стабилизации и регулировки чувствительности? Встречается мнение, что не важно, какая чувствительность у дымового извещателя - все равно когда-нибудь сработает. Однако простейший эксперимент наглядно показывает зависимость времени обнаружения тлеющего очага от установленной чувствительности дымового пожарного извещателя.

В верхней части замкнутого пространства небольшого объема (достаточно 0,1-0,15 м3) устанавливаются дымовые пожарные извещатели с различной чувствительностью, в нижней части - тлеющий хлопковый фитиль на миниатюрном штативе и один или два вентилятора для равномерного распределения дыма по всему объему (рис. 5).

Тип фитиля и величина задымляемого объема определяют скорость увеличения удельной оптической плотности среды. В эксперименте были использованы замкнутый объем 650x650x300 мм и фитиль из хлопка круглого сечения с массой 7 г на 1 м, причем для эксперимента требовалось не более 20-30 мм фитиля. Многократные испытания трех дымовых извещателей с запрограммированными чувствительностями 0,08, 0,1 2 дБ/м и 0,16 дБ/м с заводской установкой показали, что время активизации извещателей примерно пропорционально их чувствительности. Например, если извещатель с повышенной чувствительностью 0,08 дБ/м срабатывал через 120 с, то извещатель со стандартной чувствительностью 0,1 2 дБ/м -через 180 с, ас пониженной 0,16 дБ/м -через 229 с. Этот эксперимент демонстрировался на недавно прошедшей выставке "Технологии безопасности-2008". С целью ускорения процесса (для сокращения времени демонстрации) одновременно инициировалось тление двух фитилей, что увеличивало скорость активизации извещателей примерно в два раза. При тестовых пожарах, выполненных по ГОСТ Р 50898-96 "Извещатели пожарные. Огневые испытания" и по европейскому стандарту EN54-7 "Дымовые детекторы - точечные детекторы, использующие рассеяние света, передачу света или ионизацию", в помещении площадью 70 м: также наблюдается линейное увеличение удельной оптической плотности, измеренной в дБ/м, в верхней части помещения. Очаг в виде тлеющих хлопковых фитилей используется в тестовых пожарах ТП-3 по ГОСТ Р 50898-96 и TF-3 по стандарту EN54-7.

Если чувствительность извещателя составляет 0,1 дБ/м, то он активизируется при незначительном задымлении среды, при ослаблении оптического сигнала на дистанции в 1 м - примерно на 2,3%, соответственно на дистанции 10 м - на 20,5%. По западным экспериментальным оценкам, при удельной оптической плотности дыма 0,1 дБ/м видимость составляет примерно 100 м. Учитывая то, что на первом этапе развития очага задымление присутствуеттолько в верхней части помещения, сигнал от дымового извещателя со стандартной чувствительностью порядка 0,1-0,12 дБ/м должен давать большие возможности по пресечению развития пожара, защите людей и имущества. Адресно-аналоговые системы позволяют обнаружить задымление еще раньше, по крайней мере в несколько раз по предварительному сигналу светодиодных извещателей, а при использовании лазерных дымовых извещателей - в 50-100 раз.

Сложность измерения чувствительности дымовых извещателей на объекте приводит к тому, что неработоспособными извещатели признаются только при полном отказе электроники. На одном ответственном объекте в Саратовской области тестирование дымовых извещателей проводилось с использованием дыма от тления текстильных материалов. Некоторые извещатели не срабатывали даже при близком расположении тестового очага, что объяснялось их низкой чувствительностью. Однако вместо того, чтобы забраковать эти извещатели, обслуживающий персонал "добивался" их сработки, изолируя извещатель и очаг от внешней среды при помощи полиэтиленового рукава и повышая тем самым концентрацию дыма до нереальных величин. Но даже такой простейший тест пороговой системы требует значительных затрат времени и проводится лишь на некоторых объектах.

Адресно-аналоговые пожарные извещатели

Еще более высокие требования по стабильности чувствительности предъявляются к адресно-аналоговым извещателям. Для фиксирования незначительных изменений контролируемого фактора текущее значение аналоговой величины не должно зависеть ни от скорости воздушных потоков, ни от температуры, не должно изменяться от экземпляра к экземпляру и т.д. Дымовой адресно-аналоговый извещатель должен в реальном масштабе времени передавать на адресно-аналоговый прибор текущее значение оптической плотности с высокой точностью, начиная с минимальных концентраций дыма Следовательно, должны использоваться еще более сложная дымовая камера и максимально открытый дымозаход для исключения инерционности.

Тщательная проработка конструкции извещателя и дымовой камеры с использованием методов математического моделирования и натурных испытаний позволяет если не исключить полностью, то снизить до минимума проявление отрицательных эффектов. На рис. 6 в качестве примера показано формирование горизонтального дымозахода в адресно-аналоговом извещателе. Можно отметить следующие его особенности:

  • выступающая часть нижней крышки исключает обтекание корпуса снизу;
  • стойки крепления нижней крышки исключают обтекание корпуса в горизонтальной плоскости;
  • отдельные элементы конструкции корпуса образуют воронку, направляющую воздушный поток внутрь извещателя;
  • обеспечена максимальная площадь дымозахода, его высота равна высоте дымовой камеры;
  • плоскость дымозахода расположена перпендикулярно горизонтальному воздушному потоку;
  • дымовая камера защищена металлической или пластиковой сеткой, которая практически не снижает площадь дымозахода и обеспечивает надежную защиту от насекомых;
  • защитная сетка непосредственно примыкает к дымовой камере, что исключает затраты времени на заполнение дымом корпуса извещателя перед дымовой камерой;
  • эффективная экранировка фотодиода и электронной схемы исключает в соответствии с европейскими требованиями влияние электромагнитных помех.

Конструкция дымовой камеры (рис. 7) одновременно удовлетворяет противоречивым требованиям: обеспечивает свободный доступ для горизонтальных воздушных потоков со всех направлений, исключает влияние внешнего света, электромагнитных помех и пыли Форма пластинок, расположенных по периметру дымовой камеры, выбрана исходя из требований максимального ослабления фонового освещения как от светодиода оптопары, так и от внешних источников. Прямые лучи света поглощаются при 4-кратном переотражении на черной поверхности пластинок. Плавные изгибы пластинок не требуют значительных изменений направления воздушного потока и обеспечивают хорошую вентили руемость дымовой камеры. Для снижения фонового сигнала внутрь дымовой камеры обращены заостренные края пластинок (рис. 8), что уменьшает до минимума площадь дымовой камеры, от которой отражается сигнал светодиода. Основная часть излучения светодиода проходит между пластинками, и лишь незначительная часть от узкой кромки отражается внутрь дымовой камеры. Следовательно, и при накоплении пыли фоновый сигнал будет изменяться незначительно. Для уменьшения отражения от дна и крышки дымовой камеры их поверхность делают рифленой под определенным углом и используют свето- и фотодиоды с узкими диаграммами. Для выравнивания чувствительности с направлений, где установлены светодиод и фотодиод, при помощи дополнительных пластинок определенной формы формируются воздушные каналы, направленные в чувствительную зону камеры. Тщательно выполнена экранировка фотодиода и электроники для защиты от электромагнитных помех. Подобная конструкция адресно-аналогового извещателя, при использовании сложнейшей схемотехники (рис. 9), обеспечивает высокую точность измерения оптической плотности среды при незначительных уровнях задымления и малых скоростях движения воздуха. Это позволяет адресно-аналоговому приемно-контроль-ному прибору анализировать динамику процесса и формировать предварительные сигналы на сверхранних этапах развития пожароопасной ситуации и сигнал "Пожар" - на уровне 0,05 -0,06 дБ/м. Это было подтверждено в ходе сертификационных испытаний адресно-аналогового извещателя. При любых воздействиях и от экземпляра к экземпляру сигнал "Пожар" формировался ААПКП при удельной оптической плотности среды в пределе 0,05-0,06 дБ/м. В качестве примера в табл. 2 приведены результаты измерения чувствительности при различных направлениях воздушного потока.

Заключение

Повышение класса извещателя - традиционного порогового, интеллектуального с регулировкой чувствительности, адресно-аналогового -требует не только усложнения схемотехники, но и более высокого уровня проработки конструкции извещателя, дымовой камеры и оптопары. В противном случае стабильность чувствительности и эффективность извещателя практически не будет отличаться от более простых моделей.

Только при высочайшем уровне проработки конструкции адресно-аналоговых извещателей можно получить преимущества, присущие адресно-аналоговым системам. Действующая в настоящее время нормативная база не позволяет разделить пожарные извещатели по классам в соответствии с их эффективностью. Необходимо ввести дополнительные требования для проверки стабильности чувствительности и диапазона контролируемой удельной оптической плотности, чтобы исключить возможность сертификации "адресно-аналоговых" извещателей, реализующих только принцип действия.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2008
Посещений: 16830

  Автор

Неплохов И. Г.

Неплохов И. Г.

Технический директор компании "Центр-СБ", к.т.н.

Всего статей:  89

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций