Тепловые извещатели систем сигнализации

Тепловые извещатели в составе пожарной сигнализации 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 пожарной сигнализации

Чаще всего используются максимальные тепловые извещатели – устройства в составе пожарной сигнализации, 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 o 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 о С.

Наиболее быстрыми по скорости реагирования и устойчивыми в работе являются дифференциальные тепловые извещатели пожарной сигнализации. 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 пожарной сигнализации 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 пожарной сигнализации. 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.

Сенсорный кабель пожарной сигнализации

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

Блок обработки линейного теплового извещателя пожарной сигнализации

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.

ДЫМОВЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Дымовые извещатели в составе пожарной сигнализации 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 пожарной сигнализации 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 пожарной сигнализации содержит источник слабого радиоактивного излучения (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 пожарной сигнализации 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).

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

Оптичеcкий дымовой извещатель пожарной сигнализации

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 в составе пожарной сигнализации 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 пожарной сигнализации 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 пожарной сигнализации 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.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Комбинированный пожарный извещатель пожарной сигнализации

На защищаемой территории пожарной сигнализацией 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 пожарной сигнализации 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 составе пожарной сигнализации, в которых в одном корпусе объединены дымовой оптический, дымовой ионизационный и тепловой принцип обнаружения. Однако случаи использования подобных устройств весьма редки.

ИЗВЕЩАТЕЛИ ПЛАМЕНИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

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, в составе пожарной сигнализации существует два типа этих устройств: ультрафиолетовые и инфракрасные.

Ультрафиолетовый извещатель пламени пожарной сигнализации 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 в составе пожарной сигнализации 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 90 о.

РУЧНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Для принудительного перевода системы пожарной сигнализации 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.

АВАРИЙНЫЕ ДАТЧИКИ В СОСТАВЕ СИСТЕМ ОХРАННО-ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

В последнее время при построении систем сигнализации жилых и промышленных объектов все большее внимание уделяется аварийной составляющей. Ведь зачастую последствия аварии водопровода, утечки газа или пожара могут быть гораздо серьезнее, чем ущерб от кражи. Системы пожарной сигнализации и пожаротушения достаточно хорошо представлены на отечественном рынке множеством производителей, и, вероятно, читатель имеет достаточное количество источников информации по этой тематике для обеспечения осмысленного выбора. Здесь описаны системы аварийной сигнализации, а именно системы ранней сигнализации утечки газа и воды.

Горючие газы

Утечка бытового газа пропана (метана) может привести к очень серьезным последствиям - от легкого отравления до взрыва. Поэтому датчики утечки горючих газов должны быть неотъемлемой составляющей систем сигнализации объектов, имеющих газовое оборудование. Сердце современного газового датчика - газо-чувствительный элемент - полупроводниковый прибор, сопротивление которого изменяется в зависимости от концентрации газа в воздухе.

Калибровка качественного датчика авариной сигнгализации обычно осуществляется на 15-25% от уровня минимально взрывоопасной концентрации газа в воздухе. Отечественная промышленность выпускает датчики горючих газов, предназначенные в основном для промышленного применения - на газовых и нефтяных месторождениях, предприятиях и т.п. Поэтому при оснащении бытовых объектов приходится делать выбор в основном из импортного оборудования. Датчики выпускаются в различных модификациях для использования как в составе систем сигнализации, так и для автономного применения. Автономные датчики питаются от сети переменного тока напряжением 220 В, имеют встроенную световую и звуковую индикацию. Приборы, предназначенные для включения в системы охранно-пожарной и аварийной сигнализации, как правило, требуют питания 12-24 В и имеют релейный выход тревоги. Очень полезным является наличие цепей самотестирования датчика и отдельного релейного выхода неисправности, т.к. газо-чувствительный элемент имеет цепь подогрева, и срок его службы (для сенсора, используемого в датчиках Macuro Inc.) составляет от 7 до 10 лет. На отечественном рынке представлено оборудование производства Тайваня (Horing Lin Industrial Co.), Испании (Cofem S.A.), США (Macurco Inc.), различающееся как стоимостью, так и (что намного важнее) качеством газочувствительных элементов и наличием дополнительных служебных цепей. Стоит отметить, что Horing и Cofem выпускают продукцию, ориентированную на бытовое применение - в основном, датчики с питанием от сети переменного тока ~220 В.

Macurco Inc. специализируется на производстве датчиков газа вот уже более 25 лет и спектр оборудования этого производителя гораздо шире, чем у первых двух. Выбор, естественно, за потребителем, который должен обращать внимание и на спектр модификаций предлагаемого оборудования, и на репутацию производителя.

Отравляющие газы

Наиболее опасный отравляющий газ, появление которого весьма вероятно в быту - это окись углерода СО. Окись углерода - продукт горения различных углеводородов - бесцветный газ, не имеющий запаха. Скапливаясь в крови, СО вытесняет кислород. На рисунке приведен график последствий нахождения человека в загазованном помещении в зависимости от времени и концентрации газа в воздухе.

Калибровка датчика должна обеспечивать сигнал об опасности задолго до достижения уровня концентрации, опасного для здоровья человека. Датчики надлежащего качества должны срабатывать при концентрации СО в воздухе от 0.005 %.

Все, что было сказано ранее относительно газо-чувствительных элементов о датчиках утечки горючих газов, в полной мере относится и к датчикам окиси углерода.

Вода

Сейчас на отечественном рынке можно найти датчики утечки воды двух типов - поплавковые и пороговые с открытыми контактами. Поплавковые датчики более приспособлены для применения на промышленных объектах, так как имеют достаточно большие размеры и для срабатывания требуют существенного повышения уровня жидкости.

Пороговые же датчики с открытыми контактами срабатывают при замыкании внешних контактов жидкостью. Минимальное повышение уровня, необходимое для срабатывания ~1 мм, что делает подобные датчики очень привлекательными для использования на бытовых объектах и позволяет организовать раннее оповещение об аварии. Включение датчиков утечки воды в существующие системы охранно-пожарной сигнализации не потребует применения каких-либо согласующих устройств (на примере датчиков Flair Electronics (США) серии Waterguard-1000Н20). Они подключаются просто - параллельно оконечному сопротивлению обычного охранного шлейфа.

Дата добавления: 2014-12-16