А.В.Зайцев Советник президента Ассоциации Индустрии Безопасности;
И.Г. Неплохов Технический директор компании “Центр-СБ”, к.т.н.
Данная статья открывает цикл публикаций, впервые охватывающий большинство вопросов по ложным срабатываниям в системах пожарной сигнализации, которые так или иначе обсуждались специалистами за последние несколько лет. Надеемся, что объединение всех наработок по этой проблематике в один материал поможет определить пути решения и аргументировать необходимость внесения соответствующих изменений в нормативную базу в области пожарной безопасности.
Почему так сложно убедить заказчика оборудовать объект качественной эффективной системой пожарной сигнализации? Конечно, из-за недоверия, что такие системы вообще могут быть, и из-за надежды на “авось пронесет”. Какова вероятность возникновения пожара на конкретном объекте? Сразу скажем – очень и очень маленькая. Казалось бы, зачем тогда идти на значительные затраты? Так, по минимуму, без особых изысков. Подрядной организации ставят задачу найти самое дешевое оборудование и с наименьшими трудозатратами выполнить работы.
Далее этот самый экономный вариант начинает всех “доставать” тревогами на пустом месте. Они уже считаются неотъемлемой частью систем противопожарной защиты, как реклама на телевидении. В конечном счете, к заказчику приходит удовлетворение от того, что не так дорого заплатил за эту никчемную “обязаловку”. Круг замкнулся, и выйти из него сложно. Спрос, как известно, рождает предложение. Масса неподготовленных специалистов рванулась монтировать системы пожарной сигнализации. На рынке появилось очень дешевое оборудование. У добросовестных производителей просто нет аргументов, чтобы доказать, что за такие деньги невозможно приобрести качественные системы.
С чего начать искать выход из замкнутого круга? Единственный вариант — с минимизации вероятности ложных срабатываний. Именно они являются лакмусовой бумажкой при оценке принятых технических решений и выборе оборудования. Что интересно, в некоторых европейских стандартах, в частности в английских, есть нормируемая величина вероятности ложных тревог – если это значение на объекте превышено, то обслуживающая организация должна привести его в соответствие.
Объективные причины ложных срабатываний в системах пожарной сигнализации
Таких причин всего пять:
- конструктивные особенности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя;
- отсутствие эксплуатационного контроля текущей запыленности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя;
- наведенные электромагнитные помехи на входные каскады точечных дымовых оптико-электронных извещателей;
- наведенные электромагнитные помехи на выходные каскады извещателей;
- наведенные электромагнитные помехи на входные каскады приемно-контрольных приборов.
Конструктивные особенности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя
Задача пожарного извещателя — своевременно обнаружить присущие любому возгоранию опасные факторы пожара. Чаще всего это дым. Дымовой извещатель характеризуется чувствительностью к различным типам дымов: от тления древесины или хлопка, от горения древесины и синтетических материалов, легко воспламеняющейся жидкости. Не вдаваясь в подробности, скажем: частички дыма можно представить в виде углеродосодержащих молекул, сцепленных между собой и имеющих на концах этих цепочек одноименные потенциалы. Под воздействием тепловых конвекционных потоков они поднимаются вверх и, перемещаясь горизонтально под потолком помещения, заполняют все больший и больший его объем. Теперь представьте себе, что у дымовых извещателей за весь период нахождения на потолке настолько наэлектризованные корпуса, что часть летящих радикалов дыма получают ускорение, встретившись с одноименными зарядами, и пролетают мимо этих извещателей, а другая часть стремится прилипнуть к корпусу прибора. И только самое малое количество частичек дыма может чисто случайно попасть вовнутрь извещателя, в его дымовую камеру, и – при удачном стечении обстоятельств – отразить часть световой энергии на чувствительный элемент при-бора, пролетая в зоне облучения встроенного в дымовую камеру источника света.
Чтобы частички дыма попали в дымовую камеру, она должна иметь хорошую вентилируемость. Но этому мешают перегородки, предназначенные для исключения попадания на чувствительный элемент света, отраженного от стенок камеры. Именно стенки дымовой камеры являются источником собственных шумов извещателя, однако если их убрать вовсе, то на чувствительный элемент будет попадать свет от внешних источников.
Таким образом, конструкция дымовой камеры – это уникальное компромиссное решение между уровнем собственных шумов, уровнем внешних шумов и требуемой вентилируемости. Самое главное, что оно должно работать в широком диапазоне для обеспечения одинаковой чувствительности к различным дымам.
Как это проверить? Ответ: только в результате проведения огневых испытаний, предусмотренных в новой нормативной базе в приложении Н к ГОСТ Р 53325-2009 (раньше эти требования находились в ГОСТ Р 50898-1996). Предусмотренные в данных документах тестовые пожары (ТП1 – ТП6) и являются самой важной и единственной проверкой качества дымовой камеры извещателя. К сожалению, в нашей стране до сих пор нет ни одной установки для проведения таких испытаний.
Когда у извещателя низкая вентилируемость, то для обеспечения работоспособности у него повышают коэффициент усиления тракта обработки, а заодно и повышаются уровни шумов, вызванных отражением от стенок и от внешних источников света. С этого момента извещатель становится постоянным источником ложных тревог. Для того чтобы пройти сертификацию, можно с помощью некоторых ухищрений добиться требуемой чувствительности извещателя к тлению хлопка (0,05 – 0,2 дБ/м) и при недостаточной вентилируемости дымовой камеры, но хлопок в нашей стране не является основной пожарной нагрузкой, а вот чувствительность к остальным типам дымов остается неизвестной. В результате нет уверенности, что такие дымовые извещатели смогут обнаружить реальные пожары, но при этом они постоянно формируют ложные тревоги.
Необходимо отметить, что за рубежом появление новой дымовой камеры происходит не каждый год и является событием…
Эксплуатационный контроль текущей запыленности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя
То, что дымовые камеры постепенно заполняются пылью, ни у кого сомнения не вызывает, а вот надо ли поддерживать их чистоту — этот вопрос еще может обсуждаться. В положениях по техническому обслуживанию написано, что периодичность работ по очистке извещателя должен устанавливать производитель. Как правило, указывается срок в 6 месяцев. Какова же действительность – проводятся ли эти регламентные работы?
Как ведет себя необслуживаемый дымовой извещатель? Взвеси пыли, скопившейся в дымовой камере, под механическим воздействием или из-за сильных сквозняков вызывают ложные срабатывания. Особенно ярко это выражено со второго по четвертый-пятый год эксплуатации. Потом это “безобразие” заканчивается, так как оптопара вообще теряет способность на что-либо реагировать.
В последние годы активно обсуждались вопросы о компенсации загрязненности дымовой камеры. Механизм компенсации предназначен для борьбы с частичным загрязнением камеры или другими долгосрочными эффектами, такими как старение. В соответствии с зарубежными нормами диапазон компенсации должен быть ограничен таким образом, чтобы внутри его загрязнение не привело к превышению начального значения порога срабатывания по чувствительности более чем в 1,6 раза. Очень важно, чтобы компенсация не ухудшала чувствительность к медленно развивающимся пожарам. В отечественной нормативной базе нет требований к механизму компенсации. Поэтому извещатели необходимо чистить с указанной производителем периодичностью, а затем проверять их работоспособность.
Намного легче, когда технический персонал может прямо на приемно-контрольном приборе оценить уровень запыленности каждого извещателя. Такая возможность есть только в адресно-аналоговых системах. Таким образом, эксплуатационная причина ложных срабатываний может быть легко устранена при применении адресно-аналоговых систем. Что и объясняет популярность этих систем за рубежом.
Кстати, давно подмечено, что когда производитель извещателей начинает выпускать адресно-аналоговые ивещатели и соответствующие приемно-контрольные приборы, то по-новому начинает подходить к качественным характеристикам конструкции дымовой камеры. В адресно-аналоговых системах спрятать огрехи не так просто, как в пороговых.
Наведенные электромагнитные помехи на ВХОДНЫЕ каскады точечных дымовых оптико-электронных извещателей
Чувствительность входного каскада извещателя должна обеспечить фиксирование изменения оптической плотности среды на расстоянии 1 м от источника света до приемника всего на 1% (0,05 дБ/м) и принять однозначное решение о тревоге. Канал обработки, как правило, включается только на момент проведения измерений. Это защитная мера. Но если в момент измерения на шлейф сигнализации, а он одновременно является и шиной питания, будет наведена помеха, то, естественно, извещатель формирует ложное срабатывание. Отечественные извещатели редко когда оснащаются устройствами защиты от этих наведенных помех. В зарубежных же они обязательно используются, и, более того, иностранные производители идут даже на экранирование входных цепей. Да, все это стоит денег, и платит конечный заказчик. Наши заказчики пока не готовы отдавать за это деньги. Пускай орут целый день сирены.
Есть ли объективный показатель чувствительности входных каскадов к наведенным помехам? Да, есть. Это степень жесткости электромагнитной совместимости.
Наведенные электромагнитные помехи на ВЫХОДНЫЕ каскады извещателей
Чувствительность выходных каскадов к наведенным помехам по шлейфу значительно меньше, чем у входных каскадов. Зато выходные каскады всегда доступны для этих помех. При токе потребления в десятки микроампер в извещателях все цепи являются высокоомными и работают не по току, а по напряжению. В этом случае (при микротоковом потреблении) наведенная помеха может накапливаться за достаточно продолжительный период, что в итоге вызывает ложное срабатывание. Если нет эффективной защиты, то обслуживающей персонал долго будет искать его причину. Однако есть механизм инструментальной проверки, такой же, как и для входного каскада.
Наведенные электромагнитные помехи на входные каскады приемно-контрольных приборов
В последние годы это одна из самых часто встречающихся причин ложных срабатываний. Связана она с возможностью приемно-контрольного прибора (ПКП) реагировать на помехи, наведенные в шлейфе сигнализации. Большая длина шлейфа, высокое входное сопротивление самого прибора и оконечного резистора шлейфа, режим контроля состояния шлейфа не по току, а по напряжению на входе прибора — и даже при наличии очень надежных извещателей будут происходить ложные срабатывания. Вместо пожарной сигнализации получился хороший детекторный приемник с чувствительной антенной. Щелкнули выключателем освещения – пошла тревога. Отключили насос – пошла тревога. Включили сварочный аппарат – пошла тревога. Такую систему придется выключить сразу после приема ее в эксплуатацию.
Электромагнитная совместимость
Все три последние причины ложных срабатываний можно, в принципе, объединить в одну – вопрос электромагнитной совместимости.
В новой нормативной базе требования по электромагнитной совместимости технических средств пожарной автоматики приведены в приложении М к ГОСТ Р 53325—2009. В соответствии с этим документом в паспорте на изделие в обязательном порядке должна указываться степень помехоустойчивости каждого устройства, чего раньше не было. Именно в этом приложении даны ссылки на базовые стандарты по электромагнитной совместимости:
- ГОСТ Р 51317.4.1—99 — по устойчивости к динамическим изменениям напряжения сети перемен-ного тока;
- ГОСТ Р 51317.4.2—99 — по устойчивости к электростатическим разрядам;
- ГОСТ Р 51317.4.3—99 — по устойчивости к радиочастотным электромагнитным полям;
- ГОСТ Р 51317.4.4—99 — по устойчивости к наносекундным импульсам;
- ГОСТ Р 51317.4.5—99 — по устойчивости к микросекундным импульсам;
- ГОСТ Р 50648—94 — по устойчивости к магнитному полю с частотой питающей сети.
Самое главное заключается в том, что именно в этих базовых стандартах имеется классификация объектов, где используются технические средства пожарной автоматики, а также перечислены условия их эксплуатации по степени жесткости.
Прежде чем приступать к проектированию системы пожарной сигнализации, необходимо выяснить, какая степень жесткости должна быть у оборудования для использования на конкретном объекте. У кого-то на электроподстанции ни охранная, ни пожарная сигнализация просто не смогут работать, у кого-то даже в обычном студенческом общежитии по десять раз в день включается оповещение о пожаре. Все делают вид, что ложные тревоги в пожарной сигнализации неизбежны, вместо того чтобы изучить рекомендации по применению оборудования в соответствии с имеющимися условиями эксплуатации.
Не будем останавливаться на второй степени жесткости, а сразу перейдем к описанию третьей степени:
“по устойчивости к радиочастотному электромагнитному полю” — это обстановка, характеризующаяся высоким уровнем электромагнитных излучений. Соответствует случаю применения переносных радиостанций мощностью более 1 Вт в непосредственной близости к техническим средствам пожарной автоматики (но не менее 1 м), а также к близкому расположению мощных радиовещательных и телевизионных передатчиков, промышленных, научных и медицинских высокочастотных установок. Представляет собой типичную промышленную обстановку;
“по устойчивости к наносекундным импульсным помехам (НИП)” — это типовая промышленная электромагнитная обстановка, характеризуемая: отсутствием подавления НИП в цепях силового электропитания и управления, которые переключаются только с помощью реле (не контакторами); недостаточным разделением силовых цепей от других цепей, связанных с более жестким уровнем электромагнитной обстановки; недостаточным разделением между кабелями силового электропитания, управления, сигнальными и коммуникационными; наличием системы заземления, использующей проводящие каналы, проводники заземления в кабельных желобах (соединенных с системой защитного заземления) и контуры заземления. НИП передаются индуктивным способом от силового кабеля к сигнальному, если они проложены недалеко друг от друга, и если это место никак не отмечено, то найти этот источник ложных срабатываний будет практически невозможно. Нет необходимости комментировать, как зачастую прокладываются провода за подвесными потолками… А потом все удивляются, почему не работают не только радиальные пороговые системы, но и даже более или менее защищенные от этой проблемы адресные системы;
микросекундные импульсные помехи (МИП) (причина их возникновения во многом совпадает с НИП) воздействуют по электрической сети на источники питания и через них уже на сами технические средства. Так вот, многие источники питания с высокочастотными преобразователями сами являются источниками этих помех, о чем свидетельствует большой практический опыт;
по устойчивости к магнитному полю промышленной частоты — это электромагнитная обстановка, характеризующаяся: близким расположением от мест установки технических средств, шин и кабелей, обладающих повышенными потоками рассеяния, а также от заземляющих проводов систем безопасности; удалением цепей низкого напряжения и высоковольтных проводов на расстояние нескольких сотен метров от рассматриваемых технических средств. Примерами указанной электромагнитной обстановки могут служить коммерческие зоны, центры управления, зоны предприятий, не относящихся к тяжелой промышленности, компьютерные залы высоковольтных электрических подстанций.
Примерами электромагнитной обстановки, характеризующейся 4-й степенью жесткости по устойчивости к магнитному полю промышленной частоты могут служить зоны предприятий тяжелой промышленности и электростанций, залы управления высоковольтных электрических подстанций. Это уже специальное оборудование, экранированные кабели в трубах, защитные контуры и т.п.
Базовые стандарты по электромагнитной совместимости несколько раз изменялись, появились новые их редакции, но рекомендации по использованию технических средств остались неизменными — и это хорошо.
А вот что хотелось бы изменить, так это то, что в Своде правил СП 5.13130.2009 “Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования” прописана всего лишь вторая, а не третья степень жесткости. Пункт 13.14.2: “Приборы приемно-контрольные пожарные, приборы управления пожарные и другое оборудование, функционирующее в установках и системах пожарной автоматики, должны быть устойчивы к воздействию электромагнитных помех со степенью жесткости не ниже второй по ГОСТ Р 53325-2009″.
Правда, есть некоторое предостережение по выбору технических средств в пункте 13.14.1: “Приборы приемно-контрольные, приборы управления и другое оборудование следует применять в соответствии с требованиями государственных стандартов, технической документации и с учетом климатических, механических, электромагнитных и других воздействий в местах их размещения, а также при наличии соответствующих сертификатов”. Но как воспользоваться такой “ценной” подсказкой?
Подводя промежуточные итоги…
В первой статье цикла публикаций мы конкретизировали основные причины ложных срабатываний пожарной сигнализации:
- конструктивные особенности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя,
- отсутствие эксплуатационного контроля текущей запыленности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя,
- наведенные электромагнитные помехи на входные каскады точечных дымовых оптико-электронных извещателей,
- наведенные электромагнитные помехи на выходные каскады извещателей,
- наведенные электромагнитные помехи на входные каскады приемно-контрольных приборов.
Рассмотрели вопросы электромагнитной совместимости технических средств пожарной автоматики в рамках отечественной нормативной базы.
В следующей статье будут рассмотрены требования по электромагнитной совместимости в смежных областях (охранная сигнализация) и проанализирован зарубежный опыт в области систем безопасности. При сравнении европейских наработок с отечественными, к сожалению, выясняется, что в нашей стране еще требуется провести огромную работу по снижению вероятности ложных срабатываний.
Статья опубликована в журнале “Системы безопасности” №4, 2009
