1.5.1. Пожарные датчики

Даже в идеальном обществе будущего, описанном великими утопистами, в котором нет ни­каких криминальных угроз, останется возможность возникновения неконтролируемого возгора­ния или попросту говоря пожара. Единственный способ свести возможные потери к минимуму - построить эффективную систему обнаружения и ликвидации возгорания. К сожалению, в нас­тоящее время далеко не каждый объект оснащен системой эффективного автоматического пожа­ротушения, а если здание старое, ее и невозможно построить без капитальной его переделки. Поэтому основная тяжесть по обеспечению своевременной ликвидации пожара ложится на сис­тему его обнаружения или, говоря другими словами, систему пожарной сигнализации.

А основным элементом этой системы является устройство, обнаруживающее возгорание по каким-либо его признакам - пожарный извещатель, от качества работы которого в большей ме­ре зависит и эффективность работы всей системы в целом.

Пожарные извещатели классифицируются по параметру активации и физическому принци­пу обнаружения. Для обнаружения возгорания используются три параметра активации:

• Концентрация в воздухе частиц дыма;

• Температура окружающей среды;

• Излучение открытого пламени.

Под физическим принципом обнаружения понимается конкретный физический процесс, используемый для обнаружения того или иного параметра активации.

Тепловые извещатели

Тепловые извещатели реагируют на изменение температуры окружающей среды. Они уста­навливаются в следующих случаях:

Когда в контролируемом обьеме структура использующихся материалов такова, что при го­рении дает больше жара, чем дыма (например, если стены облицованы деревянными панелями).

Когда распространение дыма затруднено вследствие либо тесноты (например, за подвесны­ми потолками), либо внешних условий (низкая температура, большая влажность и т. д.).

Когда в воздухе присутствует высокая концентрация каких-либо аэрозольных частиц, не имеющих никакого отношения к процессам горения (например, копоть от работающих машин в гараже или мука на мукомольных производствах).

Контактный максимальный тепловой извещатель

Чаще всего используются максимальные тепловые извещатели - устройства, выдающие сигнал тревоги при превышении заранее заданной максимально допустимой температуры. На­иболее простые устройства состоят из спаянного контакта двух проводников. При нагреве электрическая цепь разрывается, за счет чего и формируется сигнал тревоги. К извещателям этого типа относятся, в основном, приборы отечественного производства, такие как ИП-105 и аналогичные им.

Обычно устанавливаемая в них максимальная температура составляет 75°С.

В более сложных моделях используется термочувствительный полупроводниковый элемент, образующий замкнутую электрическую цепь с отрицательным температурным сопротивлением, к которой приложена определенная разность потенциалов. При повышении температуры сопро­тивление цепи падает и по ней начинает протекать больший ток. Величина тока контролирует­ся, и при превышении заданного значения вырабатывается сигнал тревоги. Основными достои­нствами этих приборов по сравнению с предыдущими являются более высокая скорость реаги­рования, а также то, что величина максимальной температуры может принимать различные зна­чения и при выработке сигнала тревоги не происходит разрушения прибора. Обычно предлага­ется целая линейка таких устройств с различными температурами срабатывания - например, 60, 65, 75, 80 и 100°С.

Наиболее быстрыми по скорости реагирования и устойчивыми в работе являются дифферен­циальные тепловые извещатели. Они имеют два термоэлемента, один из которых находится внутри корпуса извещателя и не имеет непосредственного контакта с окружающей средой, а вто­рой вынесен наружу. Токи, протекающие через эти две цепи, подаются на входы дифференци­ального усилителя, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный разности токов на входах.

В нормальной обстановке температура внутри и снаружи практически одинакова и сигнал на выходе дифференциального усилителя мал. При возгорании ток, протекающий через внешнюю цепочку, резко возрастает, в то время как во внутренней цепи он остается практически неизмен­ным, что приводит к дисбалансу токов и, соответственно, резкому увеличению сигнала на выхо­де дифференциального усилителя и формированию сигнала тревоги.

Использование внутренней термопары позволяет исключить влияние плавных температур­ных изменений, вызванных естественными причинами, не имеющими никакого отношения к наличию пожара. Таким образом, обеспечивается наибольшая надежность работы.

Бывают ситуации, когда использование рассмотренных выше тепловых извещателей либо неэффективно, либо невозможно вовсе: кабельные каналы, большие производственные цеха, цистерны в нефтехимической промышленности, транспортные депо, химические реакторы и др. Во всех этих случаях необходимо использовать линейные тепловые извещатели. Работа этого ти­па устройств основана на использовании специального сенсорного кабеля, который представля­ет собой четыре медных проводника с оболочками из специального материала с отрицательным температурным коэффициентом.

Линейные извещатели

Проводники упакованы в общий кожух так, что плотно соприкасаются своими оболочками. Провода соединяются в конце линии попарно между собой, образуя две петли, соприкасающи­еся оболочками.

При увеличении температуры оболочки уменьшают свое сопротивление, изменяя общее сопротивление между петлями, которое и измеряется специальным блоком обработки резуль­татов. По величине этого сопротивления и принимается решение о наличии возгорания. Чем больше длина кабеля, а она может достигать полутора километров, тем выше чувствительность прибора.

Линейная система сигнализации превышения температуры Alarmline LHD4 (Bosch)

•Для экстремальных условий;

• Простая установка;

• Самотестирование.

Линейная система сигнализации превышения температуры Alarmline LHD4 компании Bosch security Systems - раннее обнаружение пожара или перегрева в тесных и удлиненных помещени­ях при суровых условиях окружающей среды - в кабельных каналах, конвейерных установках,

трубопроводах, тоннелях, химических реакторах, складских резервуарах.

• Благодаря высокой стойкости к внешним воздействиям возможно применение в экстре­мальных условиях.

• Простая установка и ввод в эксплуатацию.

• Регулируемый порог срабатывания.

• Благодаря постоянному автоматическому самоконтролю сенсорного кабеля снижаются издержки на техобслуживание.

• Тестовый переключатель для контроля (симулирование тревоги и неисправность).

• Состоит из сенсорной линии и контрольной панели. Сенсорная линия состоит из четырех медных проводов, покрытых специальной оболочкой. На концах провода попарно соединены. При изменении температуры изменяется сопротивление обеих петель. Контрольная панель вы­дает сигнал о пожаре. Длина сенсорной линии до 300 м.

• Подключение к дополнительным системам пожарной сигнализации осуществляется при помощи свободно потенциальных контактов реле сигнала тревоги и неисправности (макс. 2 А, 60 В).

Основные характеристики

•Действующее напряжение - 20...30 В постоянного тока;

• Потребление тока:

• в положении готовности 35 мА;

• при тревоге 85 мА;

• при неисправности 35 мА;

• Светодиодные индикаторы:

• красный - тревога,

• желтый - ошибка;

• Рабочая температура: -20...+55 °С

• Тип защиты - IP 55

• Размеры (ШхВхГ) - 105x170x111 мм;

• Масса - 800 г;

• Материал - пластмасса PC.

Дымовые извещатели

Дымовые извещатели реагируют на появление в воздухе заданной концентрации частичек дыма. Поскольку понятие "дым" является менее элементарным, чем базовое понятие "темпера­тура", стоит рассмотреть его более подробно. Дым есть совокупность аэрозольных частиц раз­личной природы, выделяющихся при процессе горения различных материалов. Он однозначно описывается четырьмя параметрами: химическим составом частиц, их размером, концентраци­ей и скоростью движения. Состав, размер и концентрация зависят от химической природы го­рящего вещества, а концентрация и скорость движения зависят от распределения воздушных потоков в контролируемой зоне. Собственно дымовой извещатель определяет лишь один пара­метр из четырех: концентрацию частиц дыма до определенной максимальной скорости их дви­жения (обычно не выше 10 м/с). Однако, поскольку состав частиц макет быть очень различным, существуют два вида дымовых извещателей с различными физическими принципами обнару­жения: оптические и ионизационные. Хотя для многих видов составов аэрозоля оба типа обна­ружения одинаково эффективны, для некоторых разновидностей более эффективным является один из них.

Теперь рассмотрим более подробно, как устроен каждый из этих типов извещателей.

Ионизационный дымовой извещатель содержит источник слабого радиоактивного излуче- ния (чаще всего используется америций-241) со сверхнизким уровнем порядка 0,9 мкКюри (ни­же фонового излучения).

Поток радиоактивных частиц направляется в две отдельные камеры: изолированную от ок­ружающей среды контрольную и открытую для внешнего воздуха измерительную. При попада­нии частиц дыма в измерительную камеру происходит уменьшение тока, протекающего через нее, поскольку при этом происходит уменьшение длины пробега альфа-частиц и увеличение ре­комбинации ионов. Для обработки используется разностный сигнал между измерительной и контрольной камерами.

Важно подчеркнуть, что ионизационные извещатели не наносят ни малейшего вреда здо­ровью людей, и единственное затруднение при работе с ними связано с необходимостью специ­ального захоронения после окончания срока службы (который составляет не менее 5 лет).

Наиболее эффективные принципы обнаружения дыма при горении различных материалов
Вещество	Способ обнаружения
	Ионизационный	Оптический
Открытое горение древесины	+	-
Тление древесины	-	+
Тление хлопка	+	+
Открытое горение пластмассы	+	+
Горение жидкости с выделением сажи	-	+
Горение керосина	+	-

Оптический дымовой извещатель использует оптический эффект рассеяния инфракрасного излучения на частицах дыма.

Оптичекий дымовой извещатель

Измерительная камера этого устройства содержит ИК-светодиод и фотоприемник, ориенти­рованные относительно друг друга так, чтобы излучение светодиода в нормальных условиях не попадало на фотоприемник. Для исключения возможности случайного попадания излучения дымовой извещатель (например, отраженного от стенок) на фотоприемник, оно направляется в специально сконструированную оптическую камеру. При появлении в воздухе частичек дыма они попадают в оптическую камеру и на них происходит хаотическое рассеяние излучения дио­да, вследствие чего часть его начинает попадать на фотоприемник, обеспечивая получение электрического сигнала. Уровень этого сигнала тем выше, чем больше концентрация рассеива­ющих частиц дыма в воздухе. При превышении сигналом определенного порога принимается ре­шение о наличии возгорания.

Важно отметить, что для устойчивой работы оптического извещателя весьма важной являет­ся степень совершенства конструкции оптической камеры, поскольку именно она определяет степень совершенства всего прибора и, во многом, его стоимость (не секрет, что все электронные части практически одинаковы во всех оптических извещателях и их цена составляет мизерную часть стоимости прибора).

Для всех дымовых извещателей немаловажен вопрос об их дизайне, и дело здесь не только во вкусах (о которых, безусловно, не спорят). При разработке их корпуса конструкторы сталкива­ются с двумя противоречивыми требованиями. С одной стороны, необходимо сделать сенсоры извещателя максимально недоступными для загрязнения и легкими для очистки. С другой сто­роны, естественно, необходимо обеспечить хорошие аэродинамические характеристики для эф­фективного всасывания дыма.

Если не рассматривать относительно экзотические (и дорогостоящие) системы с принуди­тельным всасыванием воздуха (чаще всего они представляют из себя обычный дымовой извеща­тель в прочном ящике, в который с помощью вентилятора по специальной системе труб всасы­вается окружающий воздух), разработка корпуса добротного извещателя является результатом достаточно сложных исследований и аэродинамического моделирования, по уровню достойных авиакосмической промышленности.

Линейные дымовые извещатели представляют собой активный инфракрасный барьер, при попадании частиц дыма на луч которого уменьшается сигнал с выхода фотоприемника. Этот тип дымовых извещателей используется в тех случаях, когда либо необходимо минимальным коли­чеством извещателей перекрыть большие линейные пространства, либо при очень высоких по­толках (выше 4 м), когда время достижения дымом обычного извещателя велико.

Линейный оптический дымовой извещатель Fireray 2000 (Bosch)

• Большая зона контроля;

• Повышенная защита от ложных сигналов тревоги через регулятор уровня;

• В качестве внешнего устройства для соединения беспотенциальный замыкающийся кон­такт с двухпозиционным реле;

• Светодиоды на пульте управления для указания различных рабочих состояний;

• Значения регулируемого порога.

Линейный оптический дымовой извещатель Fireray 2000 компании Bosch security Systems - определяет светлый и темный дым на расстоянии от 10 до 100 м (или 2 м до 45 м в режиме рабо­ты в отраженном свете с призмами).

Комбинированные извещатели

На защищаемой территории могут присутствовать материалы с различными характерис­тиками горения, что предполагает использование разных физических принципов обнаруже­ния возгорания. Поскольку никогда не известно, что загорится первым, в этом случае необ­ходимо было бы поставить два различных извещателя. Однако для решения этой задачи вы­пускаются специальные комбинированные извещатели, где в одном корпусе собраны оба ти­па извещателей.

Подобная модель дымового датчика обладает двумя преимуществами: во-первых, может об­наружить весьма широкий спектр различных горючих материалов, во-вторых, этот датчик макет различать подлинные продукты горения и помехообразующие частицы, такие, как водяные ис­парения. Это стало возможным за счет использования двухугольной технологии рассеяния све­та. Обычно дымовые датчики контролируют свет, рассеянный под единственным углом, из-за чего они могут надежно идентифицировать только некоторые типы дыма. Датчики последнего поколения работают по двум углам отражения света, что позволяет измерять и анализировать со­отношение характеристик прямого и обратного рассеяния света, определяя типы дыма и снижая количество ложных тревог. Дело в том, что интенсивность сигналов, измеренных по прямому и обратному рассеянному свету, изменяется в зависимости от типа сгораемого материала. Отноше­ние прямого рассеянного света к обратному для темного дыма (например, при открытом сгора­нии дизельного топлива) больше, чем для светлых типов дыма (например, при тлеющем огне), и оно даже еще выше для сухих веществ, подобных мучной пыли. Датчики, которые регистрируют свет под единственным углом, не могут вычислять это отношение и, таким образом, неспособны классифицировать типы дыма. Напротив, в рассматриваемых датчиках помехообразующие час­тицы могут быть точно дифференцированы от подлинных продуктов горения, сводя число лож­ных тревог к минимуму.

Некоторые производители выпускают и так называемые трехмерные комбинированные из­вещатели, в которых в одном корпусе объединены дымовой оптический, дымовой ионизацион­ный и тепловой принцип обнаружения. Однако случаи использования подобных устройств весь­ма редки.

Адресные оптический / комбинированный (оптический + химический) пожарные извещатели но­вого поколения FAP-520 (Bosch)

• Для зданий с наивысшими архитектурными требованиями - современный сверхплоский дизайн;

• Прост в очистке благодаря гладкой поверхности;

• Механизм крепления новой конструкции;

• Высокая надежность;

• Расширенные возможности LSN improved: длина кабеля до 3000 м / подключение до 254 элементов на кольцевой или радиальный шлейф / питание 1,5 А через шину LSN / использова­ние неэранированных кабелей.

Пожарные извещатели серии FAP-520 компании Bosch Security Systems сочетают в себе пре­имущества технологии LSN improved и эстетический вид благодаря возможности установки за­подлицо и выбора цвета. Извещатели легко подключаются к модульной пожарной панели FPA- 5000 с существенно расширенными параметрами системы LSN. FAP-520 выпускается в версиях пожарного извещателя, работа которого основана на измерении рассеянного света или мульти- сенсорного извещателя с дополнительным газовым датчиком. Эти версии извещателей могут быть белыми или прозрачными с цветными тонированными вставками.

Функции

Благодаря плоскому дизайну и возможности установки заподлицо извещатели FAP-520 можно устанавливать в помещениях с повышенными требованиями к стилю интерьера. Кроме того, пожарные извещатели пригодны для установки в помещениях с повышенной пылевой нагрузкой.

Извещатели и накладные кольца в варианте "полупрозрачные с цветными вставками" пос­тавляются в комплекте с наборами цветных колец, окрашенных с обеих сторон. Цветовые вари­анты насчитывают 16 цветов, обеспечивая сочетание практически с любым интерьером.

Технология детектирования и обработки сигнала

Все извещатели серии FAP-520 оборудованы двумя оптическими датчиками и датчиком заг­рязнения. Мультисенсорный извещатель FAP-OC 520 имеет газовый датчик как дополнитель­ный контрольный канал.

Отдельные датчики могут быть запрограммированы при помощи программного обеспечения RPS или WinPara через сеть LSN. Все сигналы датчиков постоянно анализируются внутренними электронными средствами оценки характеристик сигнала и связываются друг с другом посред­ством алгоритмов.

Извещатель ОС, совмещающий использование оптических и газовых датчиков, может также применяться в тех местах, где в результате производственного процесса в воздухе имеются не­большие количества дыма, пара или пыли.

Тревожный сигнал будет сформирован автоматически, только если комбинация сигналов бу­дет соответствовать совокупности характеристик места установки, которая была выбрана во вре­мя конфигурации. Благодаря этому достигается высокий уровень надежности и уменьшается ве­роятность ложной тревоги.

При достижении 50% порога срабатывания сигнализации подается сигнал предварительной тревоги (отображается в базе данных событий в пожарной панели).

Оптический датчик (детектор дыма)

Работа оптического датчика основана на методе рассеянного света. Светодиоды испускают свет под определенным углом в рабочую область под извещателем.

В случае возникновения пожара свет рассеивается частицами дыма и попадает на фотодио­ды, которые преобразуют количество света в пропорциональный электрический сигнал. Эффек­ты интерференции от дневного и искусственного освещения фильтруются оптическим фильтром дневного света, электронным способом и при помощи синфазного выпрямления.

Различные светодиоды и фотодиоды датчика управляются электроникой извещателя инди­видуально. Более этого, проверка достоверности различных сигналов позволяет определить ошибки в анализе электроники и светодиодов.

Химический датчик (датчик угарного газа)

Газовый датчик в основном обнаруживает образующийся при горении угарный газ (СО), а также водород (Н) и моноксид азота (N0). Принцип измерения основан на окислении электро­да под влиянием угарного газа и измерении получаемого при этом тока. Значение сигнала датчи­ка пропорционально концентрации газа. Газовый датчик предоставляет дополнительную инфор­мацию для эффективного подавления ложных значений.

Проводится постоянный мониторинг состояния датчика угарного газа путем измерения внутренней емкости. Если емкость находится вне разрешенного диапазона, на пожарной пане­ли отображается сообщение об ошибке. В этом случае, извещатель продолжает работать только как дымовой извещатель, работающий по принципу рассеянного света.

Датчик загрязнения

Уровень загрязнения на поверхности датчика постоянно измеряется датчиком загрязнения; результат оценивается и отображается на пожарной панели в трех стадиях. Загрязнение поверх­ности датчика приводит к активной корректировке порогового значения (компенсация загряз­нения) и к выводу сигнала о неисправности в случае сильного загрязнения.

Особенности LSN improved

Пожарные извещатели серии 520 обладают всеми свойствами технологии LSN improved:

• гибкая сетевая архитектура, включая "T-taping" без дополнительных элементов;

• подключение до 254 элементов на каждый кольцевой или радиальный шлейф;

• автоматическая или ручная адресация извещателей с выбором при помощи поворотного переключателя, с автоопределением или без него;

• питание подсоединенных элементов через шину LSN до 1,5 А;

• возможность использования неэкранированных кабелей пожарной сигнализации;

• длина кабеля - до 3000 м;

• совместимость с предыдущими версиями существующих систем LSN и панелей управления.

В дополнение, извещатели FAP 520 предлагают все остальные преимущества технологии LSN.

В случае срабатывания сигнализации на пожарной панели появляется идентификатор конк­ретного извещателя. Датчики являются самоконтролирующимися. На пожарной панели отобра­жаются следующие ошибки:

• ошибка электронных средств оценки или отказ одного из светодиодов оптического датчика;

• сильное загрязнение (вместо ложной тревоги);

• отказ датчика СО (в случае применения извещателя FAP-OC 520).

Различные рабочие состояния отображаются на извещателе при помощи хорошо видимого двухцветного светодиода. При повреждении провода или коротком замыкании наличие внутрен­них изоляторов гарантирует сохранение функционирования шлейфа LSN. Новый механизм крепления извещателей, позволяет легко и быстро установить или заменить извещатель.

Извещатели пламени

Иногда необходимо зарегистрировать наличие пожара при первом появлении пламени (до го­рения окружающих материалов). В этом случае необходимо использовать извещатели пламени.

Открытый факел пламени содержит характерное излучение как в ультрафиолетовой, так и в инфракрасной частях спектра. Соответственно, существует два типа этих устройств: ультрафио­летовые и инфракрасные.

Ультрафиолетовый извещатель пламени с помощью высоковольтного газоразрядного инди­катора постоянно контролирует мощность излучения в спектральном диапазоне 220-280 мкм. При появлении возгорания резко повышается интенсивность разрядов между электродами ин­дикатора, что и фиксируется при превышении порога излучателем. Один такой извещатель мо­жет контролировать до 200 кв. м поверхности при высоте установки до 20 м. Инерционность его срабатывания не превышает 5 секунд.

Инфракрасный извещатель пламени с помощью ИК-чувствительного элемента и оптичес­кой фокусирующей системы регистрирует характерные всплески ИК-излучения при появлении открытого пламени. Этот прибор позволяет определять в течение 3 секунд наличие пламени раз­мером от 10 см на расстоянии до 20 м при угле обзора 90о.

Инфракрасный детектор открытого пламени DF1192/DF1101A-Ex (Bosch)

• Компактный, прочный, практически не требующий техобслуживания;

• Подходит для использования вне помещений в тяжелых условиях окружающей среды;

• Оптимальная настройка к условиям окружающей среды используя 10 DIP переключателей;

•Два уровня чувствительности;

• Хорошо видимые красные индивидуальные индикаторы;

• Предназначен для помещений с высотой перекрытия от 1,50 до 20м.

Инфракрасный детектор открытого пламени DF1192/DF1101А-Ех компании Bosch securi­ty Systems используются для обнаружения открытого огня в помещениях или открытых прост­ранствах.

Они обнаруживают бездымное возгорание жидкости или газа, а также возгорание материа­лов, содержащих углерод и образующих тяжелый дым. Характерные области применения: Боль­шие промышленные складские помещения, ангары для самолетов, химические предприятия, нефтеперерабатывающие заводы, машинные отделения, паромы и товарные поезда-экспрессы, электростанции, типографии, лесохранилища, подземные железнодорожные туннели. Устрой­ство DF1101 А-Ех является безопасным инфракрасным детектором пламени для использования в потенциально взрывоопасных зонах. К области его практического применения относятся вы­сокие товарные склады для воспламеняемых жидкостей, где пылающий огонь попадает в потен­циально взрывоопасную атмосферу.

Принцип работы

Анализирующий элемент детектора пламени сравнивает сигналы от двух пироэлектрических датчиков и кремниевого фотодиода. Когда датчик обнаруживает пламя, два других датчика од­новременно измеряют помехи, создаваемые в другом волновом диапазоне.

Комбинация из трех датчиков и интеллектуальная обработка сигналов, использующая не­четкие алгоритмы и Wavelet, обеспечивают высокий уровень достоверности обнаружения пламе­ни и предохраняют от ложных сигналов.

Основные характеристики

• Рабочее напряжение: ±16...±28 В;

• Резервное потребление тока - 0,5 мА;

• Угол обнаружения - 90°;

• Индивидуальный индикатор - красный светодиод;

• Макс, монтажная высота от пола - 1,5...20 м;

• Макс, контролируемая зона - 80 м²;

•Тип защиты - IP 67;

• Рабочая температура: -35...+70 °С;

• Размеры (ШхВхГ):

• извещателя 135x135x32 мм;

• извещателя и базы 135 х 135 х 77 мм;

• Масса - 400 г;

• Материал корпуса извещателя - Литой алюминий;

• Цвета - Белый.

Ручные извещатели

Для принудительного перевода системы в режим обнаружения пожара человеком служат ручные пожарные извещатели. Они бывают выполнены в виде рычагов или кнопок, покрытых прозрачными материалами, легко и без вреда для здоровья разбиваемыми при пожаре. Они обычно ставятся на выходах с этажа на лестничные клетки.