В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
С.М. Щипицын
Генеральный директор ООО "Систем Сенсор Фаир Детекторе"
Дымовые линейные извещатели широко используются в системах пожарной безопасности. В данной статье рассматриваются принцип действия и варианты конструкции таких извещателей, а также приводится оценка их эффективности в сравнении с точечными дымовыми извещателями
Дымовые линейные извещатели незаменимы при пожарной защите объектов с протяженными зонами и со сложными условиями эксплуатации. К таким объектам можно отнести производственные цеха, склады, ангары, тоннели, музеи, церкви, театры, спортивные залы и прочие сооружения, где установка точечных извещателей сложна, а порой даже невозможна. По сравнению с точечными дымовыми извещателями отмечается более раннее обнаружение возгорания линейными извещателями в реальных условиях.
Принцип работы и варианты конструкции линейного извещателя
На рис. 1 изображена простейшая модель дымового линейного извещателя, позволяющая понять принцип его работы.
Извещательсостоит из приемника и передатчика (как правило, инфракрасного сигнала), которые размещаются под потолком на противоположных сторонах защищаемой зоны. Инфракрасный диапазон спектра используется обычно для снижения влияния естественного и искусственного освещения, а для снижения токопотребления применяются импульсные сигналы с большой скважностью. Стабильный по уровню сигнал передатчика фиксируется приемником. В случае возникновения возгорания дым с воздухом, нагретым при тлении материалов, поднимается к потолку и "растекается" по нему, и площадь, заполненная им, постепенно увеличивается.
Прохождение сигналов передатчика через задымленную среду сопровождается их затуханием. В приемнике вычисляется отношение уровня текущей величины сигнала к уровню сигнала, проходящего в оптически прозрачной среде. Кактолько отношение достигает установленного порога, формируется сигнал "Пожар", который по шлейфу транслируется на приемно-конт-рольный прибор (ПКП).
Существует два основных варианта конструкции линейных извещателей: двухкомпонентные, состоящие из отдельных блоков приемника и передатчика, и современные однокомпонентные - один блок приемопередатчика с пассивным рефлектором. Выше был описан принцип работы двухком-понентного извещателя. Принцип работы однокомпонентного линейного извещателя отличается от него только тем, что импульсный сигнал проходит контролируемую зону два раза: от приемопередатчика до рефлектора, а потом обратно.
Построение линейного извещателя определяет требования к техническим характеристикам компонентов, их конструкции и размещению.
Двухкомпонентные извещатели
Для двухкомпонентного извещателя необходимо обеспечить стабильный уровень сигнала передатчика во всем диапазоне рабочих температур и напряжений питания, так как снижение уровня сигнала передатчика приводит к формированию ложного сигнала "Пожар". Приемник должен обеспечивать хранение значения уровня опорного сигнала и корректировку порога срабатывания при запылении оптики в процессе эксплуатации.
Кроме того, для увеличения энергетического потенциала в приемнике и передатчике используются оптические системы, обеспечивающие достаточно узкие диаграммы направленности.
Такое построение определяет сложность настройки и эксплуатации линейных извещателей. Для обеспечения их работоспособности необходимо проведение достаточно трудоемкой юстировки, при которой устанавливается положение приемника и передатчика, соответствующее приему максимального сигнала. Изменение положения приемника или передатчика в процессе эксплуатации вызывает отклонение диаграммы направленности, снижение уровня сигнала и формирование ложного сигнала "Пожар", который не сбрасывается без переюстировки извещателя. После сброса производится сравнение пониженного за счет разъюстировки уровня сигнала с уровнем сигнала при его передаче в чистой оптической среде и выдается подтверждение сигнала "Пожар". Ситуация для извещателя не отличается от подтверждения сигнала "Пожар" при наличии дыма.
Крепление приемника и передатчика допускается только на капитальные конструкции.
Форму диаграммы направленности выбирают таким образом, чтобы незначительное смещение опорных конструкций не нарушало работоспособность линейного извещателя. Обычно допускается в процессе эксплуатации смещение максимума диаграммы направленности относительно оптической оси в пределах порядка ±0,5°, что при расстоянии между приемником и передатчиком 10 м соответствует смещению луча на ±87 мм, а при расстоянии 100 м-на ±870 мм.
Для обеспечения работы двухкомпонентных извещателей при различных дальностях обычно требуется использование нескольких уровней сигнала передатчика и регулировка усиления приемника, что создает дополнительные трудности при настройке и юстировке. Другой существенный недостаток- необходимость подключения и передатчика, и приемника к источнику питания, а это означает значительный расход кабеля, обычно превышающий расстояние между приемником и передатчиком. Кроме того, при параллельной установке в одном помещении нескольких линейных извещателей необходимо исключить попадание на приемник сигналов от соседних передатчиков. Некоторые производители в этом случае рекомендуют устанавливать приемники и передатчики в "шахматном" порядке, что приводит к дополнительному увеличению расхода кабеля и усложнению монтажа.
Причем монтаж этой части шлейфа обычно затруднен из-за высоких потолков или из-за необходимости проведения скрытой проводки.
Однокомпонентные извещатели
Практически все эти недостатки отсутствуют у однокомпонентных дымовых линейных извещателей (рис. 2).
Пассивный рефлектор, используемый в них, состоит из большого числа призм, структура которых обеспечивает отражение сигнала в направлении источника. Таким образом, рефлектор не требует питания и юстировки, следовательно, в несколько раз сокращается расход кабеля, снижается трудоемкость монтажа и юстировки. Более того, рефлектор может быть установлен на некапитальные и даже вибрирующие конструкции. У современных линейных извещателей допускается изменение положения рефлектора в пределах ±10°. При больших углах появляется снижение уровня отраженного сигнала за счет уменьшения проекции рефлектора на плоскость, перпендикулярную оптической оси, то есть за счет уменьшения эквивалентной площади рефлектора.
Размещение приемника и передатчика водном блоке обеспечивает возможность автоматического выбора диапазона измерения уровня сигнала при юстировке, автоматическую подстройку уровня излучения передатчика и коэффициента усиления приемника в зависимости от дальности контролируемой зоны.
Кроме того, дополнительно появляются такие возможности, как временная селекция сигналов, использование одного рефлектора при близком расположении двух-трех извещателей, компенсация изменения оптической плотности (не связанной с возникновением пожароопасной ситуации) в течение суток для исключения ложных срабатываний и т.д.
Чувствительность линейного извещателя и ее контроль
Нормативные требования
Чувствительность линейного извещателя определяется аналогично чувствительности оптического точечного, но характеризуется значением оптической плотности среды для установленной максимальной дальности, при которой извещатель срабатывает. Требования к таким извещателям определены в НПБ 82-99 "Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные линейные. Общие технические требования. Методы испытаний". Согласно указанным НПБ, чувствительность извещателя должна находиться в пределах от 0,4 дБ (снижение интенсивности луча на 9%) до 5,2 дБ (снижение интенсивности луча на 70%). В технической документации может указываться чувствительность в дБ или в процентах. Снижению сигнала на A (%) соответствует ослабление на L(дБ):
L=10lg[100/(100-A)] (1)
В табл. 1 приведен пример расчета по формуле (1).
Пороги чувствительности
Современные линейные извещатели имеют несколько порогов чувствительности и компенсацию запыления оптики, что позволяет учесть условия эксплуатации, исключить ложные срабатывания и снизить расходы на техническое обслуживание.
При достижении границы диапазона автоматической компенсации такие извещатели формируют отдельный сигнал "Обслуживание", указывающий на необходимость проведения данных технических работ (рис. 3).
В наше время встречаются линейные извещатели без автокомпенсации запыления оптических систем. По мере их загрязнения будет повышаться чувствительность такого извещателя, следовательно, появятся ложные срабатывания, для исключения которых потребуется частое очищение оптики. Увеличение объема технического обслуживания линейных извещателей, установленных на значительной высоте, может быстро перечеркнуть первоначальную выгоду, полученную за счет невысокой стоимости приобретенного оборудования.
Линейные извещатели последнего поколения для исключения ложных срабатываний, вызванных увеличением оптической плотности в контролируемом помещении в рабочие часы, имеют так называемые адаптивные пороги (рис. 4).
В отличие от фиксированного порога в этом случае медленные изменения оптической плотности среды в течение суток компенсируются в заданных пределах. В наиболее продвинутых современных линейных извещателях кроме четырех фиксированных уровней чувствительности 25, 30, 40 и 50% затухания имеются два адаптивных уровня - 30-50% и 40-50%. Например, при установке адаптивного порога 30-50% реально чувствительность будет поддерживаться на уровне 30% и не потребуется ее загрублять до 50 % для исключения ложных срабатываний в рабочие часы.
Контроль чувствительности
Линейный извещатель реагирует на затухание излучения, которое можно имитировать, установив перед оптической системой передатчика или приемника фильтр (аттенюатор) с определенной величиной прозрачности. Такой фильтр обычно имеет регулярную структуру, например, в виде точек на прозрачном материале или в виде отверстий в непрозрачном материале, диаметр которых значительно меньше размеров оптической системы приемника и передатчика (рис. 5). Отношение непрозрачной площади фильтра к общей площади определяет процент вносимого затухания.
Для контроля чувствительности двухкомпонентного линейного извещателя достаточно иметь по два фильтра на каждый уровень чувствительности. Например, для контроля порога срабатывания 30% можно использовать два фильтра с затуханием 25 и 35%. Эти фильтры являются простейшими устройствами и обычно входят в комплект высококачественных линейных извещателей западного производства. Данные оптические фильтры обеспечивают полную проверку работоспособности линейного извещателя в процессе эксплуатации, позволяя проконтролировать отсутствие изменения чувствительности при изменении температуры или при загрязнении оптики.
Для тестирования однокомпонентного извещателя также можно использовать оптические фильтры соответствующих размеров, устанавливая их перед приемопередатчиком или перед рефлектором. Однако в однокомпонентном линейном извещателе проще вводить ослабление сигнала путем "затенения" определенной площади рефлектора (рис. 6). Для случая равномерного облучения рефлектора имеется простая зависимость затухания сигнала от величины его площади. Такой способ контроля чувствительности реализован в однокомпонентном извещателе 6500. На его рефлекторе нанесена шкала от 10 до 65% с дискретом 5%, по которой определяется величина затухания сигнала при изменении площади затенения. Таким образом, можно с высокой точностью измерить чувствительность извещателя на любом из четырех порогов 25, 30,40 и 50% (1,25; 1,55; 2,22; 3,01 дБ) без использования фильтров.
Пример расчета затухания сигнала
Часто возникает вопрос: почему для имитации затухания сигнала на 30% необходимо закрывать более половины площади рефлектора, а для 50% - примерно 3/4 площади? Ошибки здесь нет, так как в однокомпонентном линейном извещателе, в отличие от двухкомпонент-ного, сигнал проходит контролируемую зону два раза: от приемопередатчика до рефлектора и обратно. Соответственно при реальном задымлении, ослабляющем сигнал на 3 дБ (на 50%), к приемопередатчику вернется сигнал, ослабленный на 6 дБ (на 75%). Простой расчет, проведенный для рефлектора без шкалы, показывает, что, например, при установленном уровне чувствительности 30% в случае ослабления сигнала на 30% до рефлектора дойдет 70% сигнала, то есть 0,7 от первоначального уровня, и на обратном пути тоже останется 0,7 от сигнала, отраженного от рефлектора. Таким образом, вернется всего 0,7x0,7=0,49, или 49%, а затухание составит 1-0,49=0,51, то есть 51%.
Этот эффект показывает еще одно преимущество однокомпонентного линейного извещателя: его потенциальная чувствительность в два раза выше, чем у двухкомпонентного, а реально при установлении одинаковой чувствительности у однокомпонентного извещателя выше помехозащищенность из-за увеличения в два раза порога чувствительности.
Эффективность линейного дымового извещателя
Некорректное тестирование линейного дымового извещателя даже опытными инсталляторами приводит к ложным выводам о его более низкой чувствительности, по сравнению с точечным оптико-электронным извещателем.
Действительно, если при поступлении дыма в оптическую камеру быстро происходит активизация обычного датчика, то аналогичное "задымление" светофильтра линейного извещателя не вызывает никакой реакции. Подобное тестирование не может показать работоспособность ни линейного, ни точечного извещателя, так как задымление незначительного объема помещения вблизи извещателей даже отдаленно не воспроизводит физические процессы, сопровождающие реальное возгорание.
Сравнение чувствительности линейных и точечных извещателей
Проведем сравнение эффективности линейного извещателя с точечными дымовыми извещателями по чувствительности.
Для получения возможности сравнения необходимо оценить чувствительность этих извещателей в одних единицах: чувствительность линейного извещателя определяется в абсолютных единицах затухания, а чувствительность точечного извещателя задается в удельных единицах, то есть величина затухания на расстоянии один метр или один фут. В соответствии с НПБ 65-97 "Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные" чувствительность точечных извещателей определяется при испытаниях в аэродинамической трубе замкнутого типа, где через извещатель проходит воздух с аэрозолью (НПБ 65-97 Приложение 1) и должна устанавливаться в пределах 0,05-0,2 дБ/м. Для перевода абсолютного значения затухания в удельные единицы оптической плотности среды необходимо это значение разделить на значение протяженности зоны (в метрах). Таким образом, требованиям НПБ 82-99 по чувствительности линейного дымового извещателя от 0,4 до 5,2 дБ при равномерном задымлении 10-метровой зоны соответствует удельная оптическая плотность в пределах 0,04-0,52 дБ/м, а при протяженности зоны 100 м-впределах 0,004-0,052 дБ/м.
Реальные условия и испытания в аэродинамической трубе
Теоретически при постоянной чувствительности эффективность линейного извещателя повышается с увеличением протяженности защищаемой зоны. Однако этот эффект проявляется только в сравнительно узких невысоких помещениях и на стадии полного задымления помещения. В реальных условиях необходимо учитывать ограничение зоны задымления на первом этапе возгорания. Нагретый воздух от очага возгорания при подъеме к потолку и распространении вдоль него охлаждается и не распространяется на всю площадь подпотолочного пространства большого помещения. Чем выше потолок, тем меньше задымленная площадь под потолком. Этот эффект определяет уменьшение защищаемой дымовыми точечными и линейными извещателями площади при увеличении высоты помещения (см. таблицы 5,6НПБ 88-2001*).
Однако чувствительность точечного дымового извещателя, измеренная в аэродинамической трубе, в данном случае не сопоставима с чувствительностью в реальных условиях. В месте расположения извещателя скорость воздушного потока увеличивается за счет уменьшения сечения трубы, вследствие чего возникает турбулентность, которая отсутствует при распространении дыма вблизи потолка. Для снижения этого эффекта необходимо увеличивать сечение аэродинамической трубы, что определяет габариты и стоимость данного оборудования. На рис. 7 показана установка для испытаний дымовых пожарных извещателей. Этот способ тестирования при производстве извещателей позволяет контролировать стабильность чувствительности.
Испытания на тестовые пожары
Для получения информации об эффективности извещателя в реальных условиях используются тестовые пожары, методика проведения которых и критерии оценки результатов приведены в европейском стандарте по дымовым извещателям точечным EN54, ч. 7 и линейным EN54, ч. 12, а также в российском ГОСТ Р50898-96 "Извещатели пожарные. Огневые испытания".
Существует шесть типов тестовых пожаров: ТП-1 — открытое горение древесины; ТП-2 -тление древесины; ТП-3 - тление хлопка; ТП-4 - горение полиуретана; ТП-5 - горение гептана; ТП-6 -горение спирта.
Дымовые точечные извещатели испытываются по четырем тестовым пожарам - ТП-2, ТП-3, ТП-4, ТП-5. Каждый тестовый очаг не только состоит из определенного материала, но и имеет вполне определенную конфигурацию и размеры.
Очаг ТП-2 состоит из 10 высушенных буковых брусков (влажность -5%) размерами 75x25x20 мм, расположенных на поверхности электрической плиты диаметром 220 мм, имеющей 8 концентрических пазов глубиной 2 мм и шириной 5 мм, внешний паз должен располагаться на расстоянии 4 мм от края плиты, расстояние между смежными пазами должно составлять 3 мм (рис. 8), мощность плиты должна быть примерно 2 кВт.
Очаг ТП-3 состоит примерно из 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой примерно 3 г каждый, прикрепленных к проволочному кольцу диаметром 100 мм, подвешенному на штативе (рис. 9). Собранные в пучок концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления, сопровождающегося свечением.
Очаг ТП-4 состоит из трех матов из пенополиуретана (без добавок, повышающих огнестойкость) плотностью 20 кг/м3 и размерами 500x500x20 мм каждый. Эти маты, уложенные один на другой, воспламеняются при помощи 5 мл спирта в емкости диаметром 50 мм, установленной под углом нижнего мата.
Очаг ТП-5 - это 650 г гептана с добавлением 3% толуола, данная смесь размещается в квадратном поддоне из стали размерами 330x330x50 мм.
Испытания проводятся в помещении длиной 9-11 м, шириной 6-8 м и высотой 3,8-4,2 м, в центре которого на полу располагается тестовый очаг пожара. Тестируемые точечные изве-щатели располагаются на потолочном перекрытии по окружности на расстоянии 3 м от его центра в секторе 60° (рис. 10). Здесь же установлены: измеритель оптической плотности среды m (дБ/м), радиоизотопный измеритель концентрации продуктов горения Y (относительные единицы) и измерительтемпературы Т (°С). Два тестируемых линейных извещателя располагаются симметрично, и их оптические оси находятся на расстоянии 2,5 м от центра помещения.
Различия оптической плотности
По результатам испытаний для каждого вида тестового очага извещатели, прошедшие испытания, разделяются на три класса:
Таким образом, допускается различие в оптической плотности внутри дымовой камеры и открытом пространстве более чем в 10 раз: наименьшая чувствительность по НПБ 65-97 в дымовом канале 0,2 дБ/м, а по тестовым пожарам - 2 дБ/м. И противоречия здесь нет: в испытательном помещении по ГОСТ Р 50898-96 размером 10±1х7±1 м и высотой 4±0,2 м сказывается аэродинамическое сопротивление дымозахода пожарного извещателя. Неудачная конструкция дымозахода и дымовой камеры пожарного извещателя, относительно низкая площадь дымозахода по сравнению с внутренним объемом извещателя - все это может привести к снижению чувствительности в реальных условиях более чем в 10 раз. В той или иной степени этот эффект проявляется у любого точечного дымового извещателя с дымовой камерой и конструктивными элементами для защиты от пыли.
В линейном дымовом извещателе этот эффект полностью отсутствует, так как дым поступает в контролируемую зону без преодоления каких-либо препятствий. Таким образом, линейный извещатель с порогом 3 дБ (50%) при равномерном задымлении даже на протяжении 10 м обеспечивает чувствительность, эквивалентную удельной оптической плотности среды 0,3 дБ/м, то есть по классификации точечных дымовых извещателей по ГОСТ Р 50898-96 он соответствует самому чувствительному классу А. При пороге 1,25 дБ (25%) получаем эквивалентную удельную оптическую плотность среды в 0,125 дБ/м, что в 4 раза выше нижней границы класса А.
Результаты тестовых испытаний
Линейный дымовой извещатель обеспечивает лучшую эффективность по обнаружению различных типов пожаров в сравнении с точечными оптико-электронными, ионизационными и тепловыми извещателями (табл. 2).
В табл. 3 приведены результаты натурных испытаний дымовых линейных извещателей на тестовые пожары с установленной чувствительностью 40% (2,22 дБ) при расстоянии между приемопередатчиком и рефлектором 5 м.
Данные результаты подтверждают отсутствие зависимости чувствительности тестируемого линейного извещателя от вида дыма. Такой извещатель одинаково хорошо реагирует как на "светлые" дымы, выделяющиеся при тлении дерева и текстильных материалов, так и на "черные" дымы, выделяющиеся при горении пластика, изоляции кабеля, резинотехнических изделий, битумных материалов и т.д. Для сравнения в табл. 4 приведены результаты испытаний дымовых точечных оптико-электронных извещателей. Эти испытания проводились в разное время, вследствие чего имеются различия в скоростях нарастания оптической плотности среды, концентрации взвешенных частиц и температуры.
Таким образом, даже при сравнительно невысоких потолках (4 м) и незначительной протяженности оптического луча (5 м) линейный извещатель активизируется при меньших уровнях удельной оптической плотности среды, чем точечные оптико-электронные извещатели. Следует отметить, что если для точечного извещателя условия проведения испытаний соответствуют (с незначительными отклонениями) условиям эксплуатации на большинстве объектов, то для линейных извещателей эти условия являются наиболее неблагоприятными для работы. С увеличением протяженности защищаемой зоны при фиксированном уровне чувствительности в абсолютных единицах затухания линейный извещатель будет активизироваться при меньших значениях удельной оптической плотности. С увеличением высоты помещения его преимущества еще больше усиливаются, так как рассеивание дыма на большой высоте влияет на линейный извещатель в меньшей степени, чем на обычный точечный.
Заключение
Современные дымовые линейные извещатели при корректной установке и настройке обеспечивают высокий уровень противопожарной защиты. Они эффективны при обнаружении практически любых типов очагов пожара с различными дымами (от тления дерева и текстиля до горения пластика, резины, битума, изоляции кабеля), что обеспечивает универсальность их применения. Использование линейного извещателя однокомпонентной конструкции в несколько раз (по сравнению с двухкомпонентным) сокращает объем монтажных работ, расход кабеля и время юстировки.
Таблица линейных пожарных извещателейОпубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2008
Посещений: 27468
Автор
| |||
В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
