Сравнительно недавно в отраслевой печати обсуждались направления развития дымовых пожарных извещателей, предназначенных для обеспечения раннего обнаружения загорания и снижения вероятности ложной тревоги за счет одновременного контроля нескольких факторов пожара: изменения оптической плотности, химического состава газовоздушной смеси, температуры и т.д. В настоящее время на нашем рынке имеется довольно широкий выбор 2-, 3- и даже 4-канальных пожарных извещателей с газовым каналом, причем как зарубежного, так и отечественного производства.
И.Г. Неплохов
Технический директор компании "Центр-СБ", к.т.н.
В НПБ 71-98 "Извещатели пожарные газовые. Общие технические требования. Методы испытаний" определены уровни чувствительности газовых пожарных извещателей по углекислому газу СО2 в пределах от 1000 до 1500 ррm, по угарному газу СО - от 20 до 80 ррm и по углеводородам СxHy - от 10 до 20 ррm (ppm - миллионная доля, 1% = 10 000 ppm). Кроме того, при возникновении очага загорания отмечают выделение водорода. Большая концентрация угарного газа, достаточная для обнаружения, наблюдается только при тлеющих очагах, при открытых очагах концентрация СО будет значительно меньше и в атмосфере увеличится содержание углекислого газа СО2. Большие концентрации СО, опасные для человека, образуются в процессе скрытого тления текстильных материалов, при ограниченном доступе кислорода. Такие очаги обнаруживаются по уровню угарного газа задолго до появления задымления, что является несомненным преимуществом газовых пожарных извещателей с СО-каналом и чем объясняется их широкое использование за рубежом в системах защиты. Однако слабая реакция таких извещателей на открытые очаги, по сравнению с дымовыми извещателями, существенно ограничивает область их применения в качестве пожарных извещателей. Компенсация этого недостатка возможна посредством анализа изменения температуры при введении теплового канала. Причем информация о температуре окружающей среды обычно используется для юстировки чувствительности газовых сенсоров, что позволяет расширить диапазон рабочих температур до приемлемых значений. Комбинация СО- и тепловых сенсоров используется в устройствах, предназначенных для работы в тяжелых условиях, например в пыльных зонах, где дымовые извещатели практически неработоспособны.
Эта комбинация наиболее интересна. Анализ информации одновременно по трем каналам позволяет защититься от ложных сигналов дымового канала, которые возникают при воздействии аэрозолей, пара, пыли при отсутствии повышения концентрации СО. Открытые очаги обнаруживаются по задымлению и повышению температуры; бездымные очаги, например горение спирта, обнаруживаются по повышению температуры. Сравнение эффективности пожарных извещателей с различным набором сенсоров можно провести по числу и по типу тестовых очагов, по которым проводятся испытания в крупнейшем европейском сертификационном центре LPCB. Пожарные газовые СО-извещатели с электрохимическим элементом проходят только испытания на обнаружение тлеющих очагов: TF2 - тление древесины, TF3 -тление хлопка со свечением (по европейскому стандарту для дымовых пожарных извещателей EN54-7:2000) и разработанный в LPCB очаг для газового СО-канала TFХ - скрытое тление хлопка. Тепловые газовые извещатели с СО-каналом дополнительно проходят тесты с открытыми очагами: TF4 - горение полиуретана и TF5 - горение гептана (по EN54-7:2000). А дымо-тепло-газовые СО-извещатели проходят испытания уже по шести очагам: к приведенным выше испытаниям добавляется очаг TF8 - горение жидкости (декалина) с выделением черного дыма.
В основном в пожарных извещателях с газовым каналом применяются сенсоры двух типов - полупроводниковые и электрохимические. Первыми были изобретены металлооксидные детекторы, особенностью которых является необходимость нагрева полупроводникового элемента до высокой температуры. Например, диоксид олова SnO2 или диоксид рутения RuO2, нагреваются до 250 °С. Для снижения тока потребления используется импульсный нагрев чувствительного элемента (примерно один раз в секунду). При этом величина токов потребления пожарных извещателей в дежурном режиме остается на уроне десятков миллиампер.
Значительное энергопотребление накладывает ограничение на число газовых детекторов полупроводникового типа в системе. С другой стороны, высокая температура полупроводникового сенсора ограничивает возможности их использования во взрывоопасных зонах. Последние разработки в данной области, наиболее совершенные в техническом плане, - это электрохимические сенсоры, которые обеспечивают точное измерение концентрации монооксида углерода СО. Они используют платиноки-слотный элемент для усиления реакции между молекулами СО и кислородом в воздухе. Электроны, образованные этой комбинацией, индуцируют небольшой ток между двумя электродами, который пропорционален содержанию СО в воздухе. Электрохимический сенсор СО, в отличие от полупроводникового сенсора, не требует нагрева чувствительного элемента и имеет малый ток потребления. Электрохимические детекторы позволяют с высокой точностью измерять незначительные уровни СО, которые могут быть опасны при длительном воздействии на человека, и высокие концентрации СО, представляющие непосредственную опасность для человека. Существенный недостаток электрохимических сенсоров - сравнительно небольшой срок эксплуатации, который - в зависимости от типа сенсора и производителя - может составлять от 3 до 6 лет. Причем замена газового сенсора обычно производится в заводских условиях. Но и полупроводниковые сенсоры могут быть "отравлены" в процессе эксплуатации некоторыми химическими веществами. Вследствие этого пожарные извещатели с газовым каналом, как правило, обеспечивают автоматический контроль сенсора.
Практически все пожарные извещатели с газовым каналом отечественного производства -это пороговые извещатели с полупроводниковым газовым сенсором. Значительные токи потребления определяют необходимость использования отдельного шлейфа питания. Применение реле с нормально замкнутыми контактами в дежурном режиме для формирования сигнала "Неисправность" приводит к дополнительному увеличению тока потребления на несколько миллиампер. Вместе с тем необходимо отметить, что обеспечение контроля работоспособности извещателя и газового сенсора - важное преимущество по сравнению с дымовыми пороговыми извещателями. К тому же новые нормы (СП 5.13130.2009) допускают при выполнении определенных условий установку одного неадресного извещателя с автоконтролем работоспособности в помещении.
Одним из первых российских газовых пожарных извещателей был комбинированный тепловой газовый извещатель с СО-каналом ИП 101/435-1-А1/2 "Эксперт" (рис. 1) и полупроводниковым сенсором производства компании "Этра-спецавтоматика" (Новосибирск), который демонстрировался на выставке MIPS еще в 2004 г. В настоящее время "Этра-спецавтоматика" выпускает комбинированные тепловые газовые извещатели с СО-каналом и полупроводниковым сенсором в обычном исполнении со степенью защиты оболочки IP42, а для тяжелых условий эксплуатации со степенью защиты оболочки IP55. Кроме того, выпускается комбинированный тепловой газовый извещатель с электрохимическим сенсором СО с низким потреблением тока, что определило использование обычного двухпроводного подключения к прибору и возможность защиты большого числа помещений. Компания "Этра-спецавтоматика" совместно с компанией "ЭРВИСТ" (Москва) разработала извещатель пожарный газовый взрывобезопасный ИП 435-4-Ех "Сегмент" (рис. 2) с электрохимическим сенсором, маркировка взрывозащиты 1ExiaIICT6/POExiaI, защита оболочки IP55. Компания "ПО "Спецавтоматика" (Бийск) выпускает несколько типов пожарных извещателей с газовым каналом. Извещатель газовый пожарный с полупроводниковым сенсором ИП 435-1 (рис. 3): регулировка чувствительности (4 уровня), напряжение питания от 9 до 27 В, ток потребления не более 10 мА (4-проводное подключение), два оптореле "Пожар" и "Неисправность". Извещатель пожарный ИП 635-1 (извещатель пожарной опасности ИПО) одновременно контролирует температуру, оптическую плотность среды, концентрацию газов групп СxHy, СО и спектр инфракрасного излучения. Кроме того, в состав этого извещателя входит аспиратор и есть возможность подключения трубы длиной до 2 м для контроля запотолочного пространства. В извещателе ИП 635-1 есть релейные выходы сигналов "Пожар-1" и "Пожар-2", более полная информация передается по линии связи с интерфейсом RS-485 на адресный модуль (до 127 адресов): "Норма/Авария", "Внимание", "Пожар 1", "Пожар 2". Потребляемый ток не более 0,15 А, потребляемая мощность не более 3 Вт.
Еще одна разработка компании "ПО "Спецавтоматика" - это аспирационный комбинированный пожарный извещатель ИПА (рис. 4), который контролирует концентрацию газов группы СxHy, оптическую плотность среды и температуру. Формируются сигналы "Тревога 1", "Тревога 2" и "Авария" (отсутствие питания, загрязнение оптической камеры, загрязнения фильтра или отверстий, остановка двигателя или общая неисправность аспиратора). Длина воздухопроводной трубы должна быть не более 80 м, количество дымозаходных отверстий - не более 12 шт., диаметр 5±1 мм, потребляемый ток не более 1 А, потребляемая мощность не более 12 Вт. Можно также отметить продукцию компании "Дельта-С" (Зеленоград): газовые пожарные из-вещатели ИП 435-3А "СЕНСИС", модель 001 (с защитой оболочки IP40) и модель 002 (с защитой оболочки IP65). Основной фактор - концентрация СО, в качестве вспомогательных параметров используется концентрация водорода Н2 и его отношение к концентрации СО, а также значение температуры воздуха и скорость ее нарастания. Используется 4-проводное подключение, ток потребления порядка 100 мА, выход сигнала "Пожар" - электронный ключ нормально замкнутый, кроме того, предусмотрена передача информации в цифровом виде по RS-485.
Практически все ведущие зарубежные компании, представленные на российском рынке, выпускают пожарные адресно-аналоговые извещатели с газовым каналом на основе электрохимических сенсоров СО. За рубежом они составляют реальную конкуренцию дымовым из-вещателям, так как на многих объектах, в том числе в жилом секторе, в гостиницах, они обеспечивают более раннее обнаружение очага и меньшую вероятность ложных тревог. Причем, как правило, выпускаются серии пожарных из-вещателей разных типов, которые могут включаться в один адресно-аналоговый шлейф. Ток потребления одного извещателя в дежурном режиме не превышает нескольких сотен микроампер, что позволяет включать в один шлейф более ста извещателей. Обеспечивается передача текущих значений контролируемых факторов на контрольный прибор, что дает возможность проводить адаптацию по типу каждого помещения, изменять режим работы в течение суток, в выходные и рабочие дни, изменять алгоритм работы системы при получении дополнительной априорной информации. Компания BOSCH выпускает газовый СО, H2-, NO-, тепловой, дымовой адресно-аналоговый извещатель FAP-OTC 420 (рис. 5). По результатам анализа формируются сигналы предтревоги, тревоги, неисправности по каналам, отображается на панели уровень загрязненности, время работы, текущие аналоговые значения; максимальное число адресов в шлейфе 254. В серии 320 имеется неадресная версия этого извещателя со встроенными алгоритмами обнаружения очагов различного типа. Ток потребления извещателя FCP-OC320 в дежурном режиме не более 120 мкА, извещатель совместим практически с любым прибором, подключается по 2- и 4-про-водной схеме.
Совершенно необычный пожарный извещатель адресно-аналоговый газово-дымовой BOSCH FAP-OC 520 (рис. 6). Он врезается в потолок, при этом чувствительная зона дымового канала отнесена от перекрытия в соответствии с нормативными требованиями. Максимально свободный доступ в чувствительную зону за счет отсутствия дымовой камеры и защитной сетки обеспечивает высокую чувствительность при малых скоростях воздушных потоков. Степень защиты оболочки IP33.
Интересное техническое решение предложено компанией ESSER by Honeywell в серии IQ8Quad: адресно-аналоговый газо-дымотепловой извещатель OTG. Газовый сенсор с СО-каналом также определяет водород H2, ацетилен C2H2 и моноксид азота NO. В извещателе OTG используется сдвоенная оптопара для определения уровня рассеяния сигнала под разными углами (так называемое прямое и обратное рассеяние), что позволяет распознать тип частиц в дымовой камере. Обеспечена высокая защита от ложных срабатываний при быстрой реакции практически на любой тип очага. Ток покоя при напряжении 19 В примерно 65 мкА, максимальное число адресов в шлейфе - 127, степень защиты оболочки - IP42. Имеется встроенный изолятор короткого замыкания, есть возможность программирования различных алгоритмов работы, кроме того, программирование уровня технической тревоги по угарному газу с шагом 10 ppm, функция самодиагностики с отображением на дисплее ПКП различных видов неисправностей (до 90 разновидностей сообщений).
Компания System Sensor выпускает 4-канальный адресно-аналоговый извещатель 2251CTLE (рис. 8) с газовым СО, дымовым, 2 тепловыми и инфракрасным сенсорами. Данный набор сенсоров позволяет извещателю 2251CTLE различать различные очаги и помеховые воздействия, что было подтверждено на 29 различных тестовых очагах и на 21 тесте на ложное срабатывание. Обеспечен контроль работоспособности каждого канала извещателя с компенсацией возможной неисправности за счет других каналов с отображением информации на дисплее ПКП. Ток потребления извещателя в дежурном режиме -не более 300 мкА, максимальное число адресов автоматических извещателей в шлейфе - 159. Наиболее широкий спектр адресно-аналоговых пожарных извещателей с газовым СО-каналом представляет компания TYCO в 800-й серии: извещатели "СО-дым-тепло" в стандартном исполнении 801PC, в морском исполнении 811PC, а также газовые СО-тепловые извещатели в стандартном исполнении 801CH, в морском исполнении 811CH и во взрывобезопасном -801CHEx (маркировка взрывозащиты EExiaI-ICT5). Для исключения ложных тревог и увеличения скорости обнаружения очагов используется экспертный алгоритм обработки аналоговых величин MX FASTLOGIC, созданный на базе многолетних экспериментальных исследований. Извещатели могут работать в различных режимах в зависимости от условий эксплуатации и типа системы. Использование многозадачного режима позволяет применять одно устройство одновременно как пожарный извещатель и как обнаружитель угарного газа СО. Обеспечивается компенсация дрейфа каждого канала, контроль изменения чувствительности, индикация текущих значений аналоговых величин: концентрации СО (в ppm), удельной оптической плотности среды (в %/м), температуры (в градусах). Все извещатели с СО-каналом выпускаются в тех же корпусах (рис. 9), что и дымовые тепловые извещатели 800-й серии. Ток потребления извещателей в дежурном режиме -не более 280 мкА, в режиме "Пожар" - 3 мА. В одном шлейфе используется до 250 адресно-аналоговых извещателей. Дополнительную информацию по пожарным извещателям с газовым каналом можно найти в техническом обозрении "Газовые пожарные извещатели и комбинированные с газовым каналом" на стр. 111, а также на сайтах производителей.
Источник: Журнал "Системы безопасности" #5, 2009