Статья опубликована в журнале "Алгоритм Безопасности" №4, 2007 Общепризнано, что дымовые пожарные извещатели обеспечивают наиболее эффективную защиту от пожара. По НПБ 110-03 подавляющее большинство объектов должны оборудоваться дымовыми извещателями. Однако у многих инсталляторов дымовики ассоциируются с большим числом ложных сработок. Действительно, ложные сигналы ПОЖАР могут превратить пожарную сигнализацию в полностью неработоспособную систему. Для повышения достоверности сигналов ПОЖАР в последнюю версию НПБ 88-2001* п. 13.1. было введено требование о формировании всех сигналов при срабатывании не менее двух пожарных извещателей. А для обеспечения резервирования, на случай отказа одного извещателя, по п. 13.3 требуется установка в каждом помещении не менее 3 – 4 извещателей в зависимости от типа приемно-контрольного прибора, что приводит к значительному удорожанию системы и увеличению монтажных работ, портит внешний вид помещения и т.д. По п. 13.2 сделано исключение: формирование сигналов управления системами оповещения 1, 2, 3-го типа по НПБ 104 и блокировку технологического, электротехнического и другого оборудования допускается осуществлять при срабатывании одного пожарного извещателя. При этом рекомендуется применять оборудование, реализующее функции, повышающие достоверность обнаружения пожара. В современных условиях при высоком уровне электромагнитных помех от мобильных телефонов и базовых станций сотовой связи, присутствующих в каждом населенном пункте, реализовать требуемую чувствительность дымового извещателя и исключить ложные срабатывания возможно только при использовании эффективной экранировки фотодиода и электронной схемы на уровне требований европейских стандартов. Однако даже при использовании качественного оборудования возможно возникновение ложных тревог оптических датчиков из-за внешних воздействий в виде пара, дымов от приготовления пищи, сварки, дискотечных дымов и т.д., что приводит к ограничению использования дымовых извещателей и вынужденному использованию малоэффективных тепловых извещателей. В гостиницах, где возможно применение только дымовых, либо комбинированных дымовых-тепловых извещателей, могут формироваться ложные сигналы ПОЖАР от воздействия пара. Надпись на двери содержит указание о необходимости держать дверь закрытой при пользовании душем, для исключения активизации пожарной сигнализации (рис. 1).
Рис. 1. Расположение пожарного извещателя в гостиничном номере и предупреждение о возможной активизации пожарной сигнализации от пара из душа В 2004 г. в Великобритании было зарегистрировано более чем 280 000 ложных тревог пожарных сигнализаций, которые вызывали нарушение нормального хода работы, вели к непредвиденным затратам и напрасному использованию ресурсов служб спасения и противопожарных служб. За рубежом ложные срабатывания стали предметом рассмотрения многочисленных публикаций, посвященных этой серьезной проблеме. В этом отношении комбинированные пожарные извещатели, реагирующие на несколько факторов пожара расширяют число типов очагов, которые они могут обнаружить, но не повышают достоверность сигналов ПОЖАР. Например, в зонах, где возможны тлеющие очаги и быстро развивающиеся пожары с выделением тепла, используются комбинированные дымовые-тепловые извещатели, которые формируют сигнал ПОЖАР по превышению порога в любом из каналов, т.е. используется логика "ИЛИ". Логика "И" делает комбинированный извещатель практически неработоспособным, так как при этом необходимо одновременно наличие двух факторов – тепла и дыма и, следовательно, ни тлеющие пожары ни горение спиртов обнаруживаться не будут. Для определения возможности создания эффективного пожарного извещателя нового класса, который мог бы отличать пожароопасную ситуацию от помеховых воздействий различного рода, были исследованы параметры среды при тестовых пожарах в стандартном помещении, в небольшой комнате, моделировались различные пожароопасные ситуации, а также воспроизводились и анализировались типовые бытовые ситуации и разнообразные промышленные условия, которые вызывают ложные срабатывания у дымовых извещателей. Некоторые результаты этих исследований приведены в данной статье. В Европе для контроля эффективности дымовых извещателей в реальных условиях при сертификации проводятся натурные испытания по 4 типам тестовых очагов по европейскому стандарту EN54-7. Эти испытания имитируют различные виды пожаров на начальной стадии развития и позволяют оценить способность извещателей обнаруживать дымы различной природы. В России более 10 лет назад введен в действие ГОСТ Р 50898-96 "Извещатели пожарные. Огневые испытания", в который включена часть стандарта EN54-7 касающаяся испытаний по тестовым очагам. Однако в перечень сертификационных испытаний ГОСТ Р 50898-96 по каким-то причинам не вошел и в настоящее время испытания пожарных извещателей по нему не проводятся. Хотя в п. 4.1.13. НПБ 65-97 "Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний" указано: "Оптические извещатели должны соответствовать ГОСТ Р 50898", а в п. 5.10 НПБ 81-99 "Извещатели пожарные дымовые радиоизотопные. Общие технические требования. Методы испытаний" отмечено, что "Радиоизотопные извещатели должны быть классифицированы по чувствительности к дымам различной природы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50898". Конечно, данное положение не лучшим образом сказывается на качестве российских дымовых пожарных извещателей. По стандарту EN54-7 точечные дымовые извещатели испытываются по очагам: TF2 - тление древесины; TF3 - тление хлопка; TF4 - горение полиуретана; TF5 - горение гептана. Каждый тестовый очаг состоит из определенного материала, имеет определенную конфигурацию и небольшие размеры. Очаг TF2 состоит из 10 высушенных буковых брусков (влажность ~5%) размерами 75 х 25 х 20 мм, расположенных на поверхности электрической плитки диаметром 220 мм, мощностью примерно 2 кВт (рис. 2).
Рис. 2. Тестовый очаг TF2: 1 - электрическая плитка, 2 - термопара, 3 - деревянные бруски Очаг TF3 - примерно 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой примерно по 3 г каждый, прикрепленных к проволочному кольцу диаметром 100 мм, подвешенному на штативе (рис. 3). Собранные в пучок концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления, сопровождающегося свечением.
Рис. 3. Тестовый очаг TF3 из хлопковых фитилей Очаг TF4 состоит из трех матов из пенополиуретана (без добавок, повышающих огнестойкость) плотностью 20 кг/м3 и размерами 500 х 500 х 20 мм каждый, уложенных один на другой, которые воспламеняются при помощи 5 мл спирта в емкости диаметром 50 мм, установленной под одним из углов нижнего мата. Очаг TF5 - это 650 г n-гептана в квадратном поддоне из стали размерами 330 х 330 х 50 мм и поджигается открытым пламенем или искровым разрядом. Испытания проводятся в помещении 70 квадратных метров и высотой 4 метра, в центре которого на полу располагается тестовый очаг пожара, а тестируемые точечные извещатели и измерительная аппаратура (измеритель относительной оптической плотности среды m (дБ/м), радиоизотопный измеритель концентрации продуктов горения Y (относительные единицы) и измеритель температуры Т (°С) и т.д.) устанавливаются на потолочном перекрытии по окружности на расстоянии 3 м от его центра в секторе 60° (рис. 4).
Рис. 4. Тестовое помещение по EN54-7 и по ГОСТ Р 50898-9
Рис. 5. Фрагмент исследовательского комплекса System Sensor Для примера на рис. 5 показана часть испытательного комплекса в тестовом помещении компании Систем Сенсор, в котором проводятся натурные испытания образцов пожарных извещателей на тестовые пожары. Весь полок совершенно черный от копоти и для получения различимого изображения фотографию пришлось максимально осветлить. На фотографии видны базы извещателей, линейный измеритель оптической плотности: слева излучатель, справа приемник, в центре радиоизотопный измеритель концентрации продуктов горения. Комбинированные пожарные извещатели могут испытываться по тестовым очагам TF1 – горение древесины и TF6 – горение спирта, не включенным в европейские стандарты на детекторы дыма. Тестовый очаг TF1 состоит из 70 буковых брусков размером 250 х 20 х 10 мм каждый, уложенных в 7 слоев на основании 500 х 500 мм и поджигается при помощи 5 мл спирта в емкости диаметром 50 мм, установленной в центре основания штабеля. Очаг TF6 – это 2000 г чистого спирта в квадратном поддоне из стали, который поджигается открытым пламенем или искровым разрядом.
Рис. 6. Соотношение различных факторов при тестах: TF1 – горение древесины, TF2 – тление древесины, TF3 – тление хлопка, TF4 – горение пенополиуретана, TF5 – горение гептана, TF6 – горение спирта Результаты исследований тестовых очагов показаны на рис. 6. При открытых очагах (TF1, TF4, TF5) выделяется тепло и наблюдается высокая концентрация невидимых частиц с размером менее микрона, при тлеющих очагах (TF2, TF3) тепло практически не выделяется, но увеличивается выделение видимых частиц большего размера. Спирт сгорает полностью без выделения дыма и аэрозоли и при очаге TF6 наблюдается только выделение тепла. Кроме того, были проанализированы другие факторы, например, выделение различных газов. Тестовые испытания показали, что наиболее приемлемыми для обнаружения газами являются CO и CO2. К сожалению, как видно из рис. 7, даже на момент окончания испытаний ни при каком тестовом пожаре по требованиям европейского стандарта EN54-7 не выделяется достаточное количество газов CO или CO2 для гарантированного выявления пожара только одним газовым датчиком. Для эффективной работы газового датчика максимально возможные уровни газа в нормальных условиях должны быть значительно меньше, чем при обнаружении пожароопасной ситуации. Это не выполняется для показанных уровней газа, поэтому каждый датчик придется настроить на существенно больший порог, что приведет к тому, что датчик не отреагирует на тестовые пожары. При тлеющих пожарах выделяется большее количество угарного газа СО, при открытом горении – большее количество углекислого газаCO2.
Рис. 7. Концентрации газов СО2 и СО при тестах: TF1 – горение древесины, TF2 – тление древесины, TF3 – тление хлопка, TF4 – горение пенополиуретана, TF5 – горение гептана, TF6 – горение спирта По НПБ 71-98 "Извещатели пожарные газовые. Общие технические требования. Методы испытаний" газовые извещатели должны реагировать на газ СО при концентрации от 20 до 80 ррm, на газ СО2 – при концентрации от 1000 до 1500 ррm. С такими чувствительностями датчик СО уверенно может обнаружить только тестовый очаг TF3 – тление хлопка, а датчик СО2 только тестовые очаги TF1 – горение древесины, TF5 – горение гептана, TF6 – горение спирта. Необходимо отметить, что дымовые оптико-электронные и радиоизотопные извещатели со стандартной чувствительностью по очагам TF2 - TF5 срабатывают задолго до окончания испытания (в 2 – 4 раза), т.е. при значительно меньших концентрациях газов СО и СО2, чем показано на рис. 7. Однако контроль наличия или отсутствия угарного газа при задымлении позволяет с высокой достоверностью исключить ложные срабатывания от дискотечного дыма, пара и т.д. Было так же отмечено, что характер инфракрасного излучения характеризует тип очага или помехового воздействия. Например, на рис. 8 приведены графики изменения интенсивности инфракрасного излучения от сварки и от небольшого очага открытого огня при горении гептана в лотке диаметром 12 см. Сварка характеризуется отдельными импульсами значительной амплитуды, а интенсивность инфракрасного излучения от очага гептана имеет в 10 – 20 раз меньшую величину и постепенно возрастает с течением времени. Кроме того, при горении углеводородов или нефтехимических продуктов возникает низкочастотное мерцание пламени, обычно в диапазоне 1 - 10 кГц.
Рис. 8. Изменение уровня инфракрасного излучения различных источников Исследования большого числа очагов различного типа и помеховых воздействий, при которых дымовые пожарные датчики дают ложные срабатывания показали, что достоверное разделение этих ситуаций возможно посредством анализа 4-х параметров среды: оптической плотности, температуры, концентрации монооксида углерода СО и инфракрасного излучения. Анализ технических возможностей показал, что оптический дымовой и тепловые каналы современного адресно-аналогового извещателя обеспечивают требования по точности измерения оптической плотности среды и ее температуры. Однако измерители уровней СО и инфракрасного излучения было необходимо разрабатывать специально для обеспечения требуемых характеристик при малых габаритах и токах потребления.
Рис. 9. Двухрезервуарный сенсор СО Для обеспечения высокой достоверности результатов измерений сенсора СО, необходимо было также обеспечить его высокую защиту от газов NO2, SO2, этанола, влаги и т.д. Был разработан принципиально новый двухрезервуарный анализатор СО (рис. 9), который отвечал этим требованиям и одновременно обладал превосходным временем реакции и минимальным током потребления.
Рис. 10. Конструкция мультикритериального детектора 2251CTLE Использование специализированной элементной базы и реализация новых технических решений позволили создать компактную конструкцию мультикритериального детектора и оптимизировать расположение сенсоров для обеспечения требуемых динамических характеристик (рис. 10). Каждый канал имеет непосредственную связь с контролируемой средой, что обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения параметры среды при минимальных габаритах и токопотреблении. Диаметр извещателя 102 мм, высота с базой В501 80 мм, потреблении тока при напряжении 24 вольт в дежурном режиме 300 мкА, в режиме ПОЖАР 7 мА. Разработанные образцы мультикритериальных детекторов 2251CTLE испытывались по тестовым пожарам в стандартном испытательном помещении и в специальной небольшой комнате, сконструированной для воспроизведения реальных, часто встречающихся во всем мире ситуаций. На ограниченной площади токсичные выбросы и газы обычно накапливаются гораздо быстрее, чем в большой испытательной комнате. Кроме того, в дополнение к испытаниям на тлеющие пожары и пожары с открытым огнем, были проведены тесты на воздействие помех. Испытания проходили по максимально расширенной программе, включавшей 21 различный тест на ложное срабатывание и 29 различных тестовых пожаров. В испытаниях на тестовые пожары были задействованы: Тестовое помещение:
"Небольшая" комната:
Тесты на ложные тревоги были выбраны из множества типичных сценариев, при которых обычно происходит ложное срабатывание оптико-электронного детектора. В тестах на ложную тревогу были использованы:
Рис. 11. Тест на воздействие дискотечного дыма
Рис. 12. Эпюры выходных сигналов различных извещателей при воздействии дискотечного дыма Мультикритериальный детектор не формировал сигнал ложной тревоги, в то время как срабатывали дымовые и комбинированные пожарные извещатели. Например, сравнительный тест на воздействие дискотечного дыма на пожарные извещатели различного типа в большом помещении на рис. 11. После пуска дискотечного дыма на 15-й секунде активизировался дымовой оптико-электронный извещатель, на 21-й – комбинированный дымовой-тепловой извещатель, на 37-й – дымовой ионизационный извещатель, а мультикритериальный детектор распознал помеховое воздействие и его уровень выходного сигнала соответствовал дежурному режиму (рис. 12). Результаты испытаний подтвердили, что мультикритериальный детектор совершенно нечувствителен к ложным срабатываниям и это не является компромиссом по отношению к потенциальным возможностям определения пожара. Причем на ранних стадиях мультикритериальный детектор обнаруживает весь спектр типов очагов, включая горение дерева, горение спирта и др. Ряд тестов был специально выбран на границе шкалы в области отрытого огня, так как общеизвестно, что это менее предпочтительно для оптико-электронного способа определения пожара. Результаты испытания мультикритериального детектора продемонстрировали превосходное взаимодействие в подобных условиях всех четырех сенсоров датчика. Как результат интеграции четырех сенсоров различного типа, мультикритериальный детектор 2251CTLE не вписывается в существующую классификацию европейских стандартов EN54. Поэтому в сертификационном центре LPCB были проведены испытания в соответствии со стандартом LPS 1279, который охватывает СО/оптико-электронные/тепловые комбинации, и по стандарту EN54 части 5 и 7, которые относятся к оптико-электронным и тепловым детекторам. Также была проведена отдельная серия тестов для испытаний инфракрасного сенсора. По результатам испытаний новый детектор получил статус сертифицированного изделия. Заключение Мультикритериальные пожарные извещатели открывают новый класс детекторов, обеспечивающих максимальную достоверность сигналов ПОЖАР за счет распознавания пожароопасной ситуации по совокупности информации о состоянии контролируемой зоны по изменению оптической плотности среды, концентрации угарного газа СО, характеру инфракрасного излучения и температуры. Они не формируют ложных сигналов при различных помеховых воздействиях, в отличии от дымовых и комбинированных извещателей, что позволяет обеспечить раннее обнаружение пожара в сложных зонах. Построение адресно-аналоговых систем на базе мультикритериальных извещателей с интерактивным способом контроля за отклонением параметров окружающей среды от типовых позволяет максимально снизить вероятность ложной тревоги в зонах с помеховыми воздействиями с сократить время обнаружения очага. Посмотреть обсуждение этой статьи в Форуме Лучшие товары и ценыВ квадратных скобках указано [количество переходов] на сайт рекламодателя Другие статьи в этом же разделе
|
Новости
Счетчики |
