Линейные извещатели – высокий уровень пожарной безопасности объектов.

Линейные извещатели – высокий уровень пожарной безопасности объектов.

Все большим спросом на российском рынке пожарной безопасности пользуются линейные дымовые извещатели. Такая популярность вполне оправданна. С выходом «Технического регламента о требованиях пожарной безопасности» это один из немногих типов пожарных извещателей, которым допускается защищать объекты высотой до 21 м (в соответствии со сводом правил СП 5.13130.2009). Отмечается более раннее обнаружение возгорания линейным извещателем по сравнению с точечными дымовыми извещателями в реальных условиях, а также высокая эффективность обнаружения как белых (от тления древесины, текстиля), так и черных дымов (от горения пластика, резины, изоляции кабеля и т. п.).
Линейные дымовые извещатели незаменимы для защиты производственных цехов, складов, ангаров, тоннелей, спортзалов и проч., где установка точечных извещателей сложна, а порой даже невозможна или нецелесообразна из экономических соображений. В статье, предлагаемой вниманию читателей, рассматривается данный тип извещателей с точки зрения принципа работы, конструктива и его особенностей, а также сравнивается эффективность обнаружения линейных и точечных дымовых извещателей.

Принцип работы и варианты конструкции

Рис. 1 Принцип действия двухкомпонентного линейного извещателя Принцип работы линейного извещателя можно понять из рисунка 1. На противоположных стенах защищаемого помещения, под потолком располагаются приемник и передатчик инфракрасного сигнала. ИК-диапазон используется для снижения помех от искусственного и естественного освещения, а для снижения токопотребления используется импульсный сигнал. Сигнал передатчика фиксируется приемником. В случае возникновения возгорания дым поднимается к потолку и «растекается» по нему, постепенно увеличивая заполненную им площадь. Прохождение сигналов передатчика через задымленную среду сопровождается их затуханием. В приемнике вычисляется отношение уровня текущей величины сигнала к уровню сигнала, соответствующего оптически прозрачной среде. Как только отношение достигает установленного порога, формируется сигнал «Пожар», который по шлейфу транслируется на приемно-контрольный прибор (ПКП).
На сегодняшний день существует два основных варианта конструкции линейных извещателей. Это двухпозиционные или двухкомпонентные извещатели и однопозиционные или однокомпонентные извещатели. У двухпозиционного извещателя приемник и передатчик выполнены в отдельных корпусах и при монтаже устанавливаются на противоположные стены, как показано на рис. 1.
Однопозиционные извещатели являются более современными и состоят из блока приемопередатчика и пассивного рефлектора. Выше был описан принцип работы двухкомпонентного извещателя. Принцип работы однокомпонентного линейного извещателя отличается от двухкомпонентного только тем, что импульсный сигнал проходит контролируемую зону два раза: от приемопередатчика до рефлектора и обратно (рис. 2).

Особенности конструкции
Из за своих конструктивных особенностей двухпозиционные извещатели обладают рядом недостатков.
В качественных линейных извещателях используются оптические системы с достаточно узкими диаграммами направленности, что приводит к определенным трудностям при юстировке и эксплуатации. Результатом юстировки линейного извещателя является нахождение таких положений приемника и передатчика, при которых обеспечивается максимум переданного сигнала. Для двухпозиционных извещателей этот процесс получается особенно трудоемким. При эксплуатации изменение положения приемника или передатчика приводит к отклонению диаграммы направленности и, как следствие, к снижению уровня сигнала и формированию ложного срабатывания – выход в такой ситуации только один – переюстировка. Соответственно, устанавливать приемник и передатчик двухкомпонентного извещателя можно только на капитальные конструкции.
Также для двухкомпонентного извещателя необходимо обеспечить стабильный уровень сигнала передатчика во всем диапазоне рабочих температур и напряжений питания, так как снижение уровня сигнала передатчика приведет к формированию ложного сигнала «Пожар». 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, что приводит к значительному расходу кабеля, обычно превышающему расстояние между приемником и передатчиком. Кроме того, при установке в одном помещении параллельно 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 дополнительным монтажным работам и увеличению расхода кабеля. Причем монтаж этой части шлейфа обычно затруднен из-за высоких потолков или из-за необходимости выполнения скрытой проводки.
Практически все эти недостатки отсутствуют у однопозиционных дымовых линейных извещателей (рис. 2). Размещение приемника и передатчика в одном 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.
Рефлектор таких извещателей является пассивным, т. е. не требует питания и юстировки. Такая особенность позволяет сократить в несколько раз расход кабеля, трудоемкость монтажа и юстировки. Сам рефлектор представляет собой катафот, состоящий из большого числа призм, структура которых обеспечивает отражение сигнала в направлении источника. Рефлектор допускает установку на некапитальные и даже вибрирующие конструкции. У современных однопозиционных извещателей допускается изменение положения рефлектора в пределах ±10°. При больших углах появляется снижение уровня отраженного сигнала за счет уменьшения эквивалентной площади рефлектора. Кроме того, современные однопозиционные извещатели имеют временную селекцию сигналов, что позволяет использовать один рефлектор на два-три извещателя (при их близком расположении). Это может быть особенно актуально, если от извещателей формируется сигнал на управление автоматикой здания, системой пожаротушения, системой оповещения 5-го типа.

Чувствительность и ее контроль
Чувствительность линейного извещателя определяется аналогично оптическому точечному, но характеризуется значением оптической плотности среды для установленной максимальной дальности, при которой извещатель срабатывает. Требования к таким извещателям определены в ч. 4.9 «Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные линейные» ГОСТа Р 53325-2009. Согласно указанным требованиям чувствительность линейного извещателя должна находиться в пределах от 0,4 дБ до 5,2 дБ. В технической документации на извещатель его чувствительность может указываться в процентах затухания сигнала, что особенно характерно для западных производителей. В общем случае перевести одни единицы в другие можно при помощи следующей формулы, снижению сигнала на ∆% соответствует ослабление на L дБ:
L = 10lg[100/(100 — ∆%)] дБ (1)
В таблице 1 приведен пример расчета по формуле (1).
Таблица 1

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 «Техническое обслуживание», указывающий на необходимость проведения технического обслуживания (рис. 3).

Рис. 3 Компенсация запыления оптической системы В сегменте бюджетных извещателей даже в наше время можно найти линейные извещатели без автокомпенсации запыления оптики. При запылении в процессе эксплуатации такие извещатели подвержены ложным срабатываниям, для исключения которых требуется их более частое обслуживание. И как результат первоначальная экономия на оборудовании нивелируется более частым техническим обслуживанием.
Западные однопозиционные извещатели последнего поколения для исключения ложных срабатываний, вызванных увеличением оптической плотности в контролируемом помещении в рабочие часы, имеют адаптивные пороги (см. рис. 4).

Рис. 4 Адаптивный порог В отличие от фиксированного порога при адаптивном медленные изменения оптической плотности среды в течение суток компенсируются в заданных пределах. Так, в одном из широко известных линейных извещателей кроме четырех фиксированных уровней чувствительности 25%, 30%, 40%, 50% затухания имеются два адаптивных уровня 30–50% и 40–50%. При установке адаптивного порога, например, 30–50% реально чувствительность будет поддерживаться на уровне 30% и не потребуется ее загрублять до 50% для исключения ложных срабатываний в рабочие часы.
Для тестирования линейного извещателя достаточно произвести затухание сигнала на величину порога срабатывания. Как правило, это делается при помощи специального фильтра с определенной величиной прозрачности (аттенюатора), который устанавливается перед оптической системой передатчика или приемника. Такой фильтр обычно имеет периодическую структуру, например, в виде точек на прозрачном материале или 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.

Рис. 5 Пример тестового аттенюатора 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. Оптические фильтры обеспечивают полную проверку работоспособности линейного извещателя в процессе эксплуатации.
Для тестирования однокомпонентного извещателя также можно использовать оптические фильтры соответствующих размеров, которые устанавливаются перед приемопередатчиком или перед рефлектором. Однако в однокомпонентном линейном извещателе удобнее вводить ослабление сигнала путем «затенения» определенной площади рефлектора (рис. 6).

Рис. 6 Затенение рефлектора 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 двухкомпонентного, сигнал проходит контролируемую зону два раза: от приемопередатчика до рефлектора и обратно. Соответственно, при реальном задымлении, ослабляющем сигнал на 3 дБ (на 50%), к приемо-передатчику вернется сигнал ослабленный на 6 дБ (на 75%). Простой расчет для рефлектора без шкалы: например, уровень установленной чувствительности 30%, при ослаблении сигнала на 30% до рефлектора дойдет 70% сигнала, т. е. 0,7 от первоначального уровня, и на обратном пути тоже останется 0,7 от отраженного от рефлектора, а всего вернется 0,7 х 0,7 = 0,49, или 49%, затухание составит 1 – 0,49 = 0,51, т. е. 51%. Этот эффект показывает, что потенциальная чувствительность однокомпонентного линейного извещателя в два раза выше, чем у двухкомпонентного, а реально при установлении одинаковой чувствительности выше и помехозащищенность из-за увеличения в два раза порога.

Эффективность обнаружения
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 тестировать точечный извещатель при помощи сигаретного дыма, который вдувается в оптическую камеру и создает в ней нереальные концентрации дыма, происходит быстрая активизация извещателя, а при аналогичном задымлении светофильтра линейного извещателя подобной реакции не наблюдается. 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.
Чтобы разобраться в этом вопросе окончательно, необходимо сравнить реакцию извещателей на реальный очаг пожара. Поэтому стоит обратиться к огневым испытаниям. Методика их проведения изложена в европейском стандарте EN 54 по дымовым точечным извещателям в части 7 и линейным в части 12, а также и в нашем ГОСТе Р 53325-2009 в Приложении Н «Огневые испытания извещателей пожарных». Стоит отметить, что в Европе огневые испытания являются обязательными при сертификации извещателей, а в России только «при постановке на производство, изменении конструкции или электрической принципиальной схемы извещателей». Не станем подробно описывать саму методику, лишь остановимся на ее основных моментах.

Рис. 7 Очаг ТП-3 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 и ТП-6 – горение спирта.
Дымовые 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.
Например, 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 (см. рис. 7). анные в пучок концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления, сопровождающегося свечением.
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 извещатели располагаются на потолочном перекрытии по окружности на расстоянии 3 м от его центра в секторе 60° (см. рис. 8). Здесь же установлены измеритель оптической плотности среды m (дБ/м), радиоизотопный измеритель концентрации продуктов горения Y (относительные единицы) и измеритель температуры Т (°С). Два тестируемых линейных извещателя располагаются симметрично, и их оптические оси находятся на расстоянии 2,5 м от центра помещения.

Рис. 8 Размеры помещения и схема расположения извещателей Для каждого вида тестового очага установлены граничные значения оптической плотности m, температуры Т и концентрации продуктов горения Y.
Для получения возможности сравнения необходимо оценить чувствительность линейных и точечных извещателей в одних единицах. Чувствительность линейного извещателя определяется в абсолютных единицах затухания, а чувствительность точечного извещателя задается в удельных единицах, т. е. величина затухания на расстоянии один метр. В соответствии с ч. 4.7 «Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные точечные» ГОСТ Р 53325-2009 чувствительность точечных извещателей должна находиться в пределах 0,05–0,2 дБ/м. Для перевода абсолютного значения затухания в удельные единицы оптической плотности среды необходимо его разделить на протяженность зоны в метрах. Соответственно, требованиям по чувствительности линейного дымового извещателя от 0,4дБ до 5,2дБ при равномерном задымлении 10-метровой зоны соответствует удельная оптическая плотность в пределах от 0,04 дБ/м до 0,52 дБ/м, а при протяженности зоны 100 м – в пределах от 0,004 дБ/м до 0,052 дБ/м. Теоретически при постоянной чувствительности эффективность линейного извещателя повышается с увеличением протяженности защищаемой зоны.

Из данных результатов отчетливо видно, что у линейного извещателя 6500 отсутствует зависимость чувствительности от вида дыма. Он одинаково хорошо реагирует как на светлые, 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 таблице 3 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 по сравнению с точечными оптико-электронными извещателями. Причем если для точечного извещателя условия проведения испытаний соответствуют условиям эксплуатации на большинстве объектов с незначительными отклонениями, то для линейных извещателей эти условия наиболее неблагоприятные для его работы. С увеличением протяженности защищаемой зоны при фиксированном уровне чувствительности в абсолютных единицах затухания линейный извещатель будет активизироваться, соответственно, при меньших значениях удельной оптической плотности. С увеличением высоты помещения преимущества еще больше усиливаются, так как рассеивание дыма на большой высоте влияет на линейный извещатель в меньшей степени, чем на обычный точечный.
Не стоит удивляться тому, что чувствительность точечных извещателей в данных испытаниях не соответствует требованию ГОСТ в 0,05–0.2 дБ/м. По ЕN54 при огневых испытаниях граничное значение чувствительности для точечного дымового извещателя составляет 2 дБ/м. Так как для точечного извещателя в реальных условиях сказывается аэродинамическое сопротивление дымозахода пожарного извещателя. Неудачная конструкция дымозахода и дымовой камеры пожарного извещателя, относительно низкая площадь дымозахода по сравнению с внутренним объемом извещателя могут 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 с 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.

Заключение
Современные дымовые линейные извещатели при корректной установке и настройке обеспечивают высокий уровень противопожарной защиты. Они более эффективны, чем точечные дымовые на объектах с протяженными зонами и высокими потолками. Высокоэффективны 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 сравнении с двухкомпонентным сокращает в несколько раз объем монтажных работ, расход кабеля и время юстировки.