Пожарные извещатели: задачи и оценка выбора

Пожарные извещатели классифицируются по целому ряду признаков, объединяющих их в отдельные группы. В НПБ 76-98 в общем виде приведена классификация извещателей по наиболее важным и характерным признакам, взяв которую за основу и разъяснив некоторые специфические термины и понятия, а также упомянув о совсем недавно появившихся видах и типах, мы попробуем представить все многообразие этих устройств в наиболее компактном виде.

По возможности восстановления работоспособности после срабатывания различают извещатели однократного и многократного действия. Извещатели однократного действия (невосстанавливаемые) в настоящее время во вновь проектируемых системах пожарной сигнализации не применяются, но на объектах их еще достаточно много.

По способу приведения в действие пожарные извещатели подразделяют на автоматические и ручные. Ручные извещатели предназначены для ручного включения сигнала пожарной тревоги в системах пожарной сигнализации и пожаротушения. Они обеспечивают передачу в шлейф пожарной сигнализации тревожного извещения при включении приводного элемента (рычага, кнопки, хрупкого элемента или иного приспособления, предназначенного для перевода извещателя из дежурного режима в режим выдачи тревожного извещения при помощи механического воздействия). Технические требования, предъявляемые к ручным извещателям, изложены в НПБ 70-98. В отличие от ручных, автоматические извещатели реагируют на факторы, сопутствующие пожару, автоматически.

По виду контролируемого признака пожара автоматические извещатели подразделяют на следующие группы: тепловые, дымовые, пламени, газовые и комбинированные.

Тепловые извещатели являются средствами обнаружения конвективного тепла от очага пожара и реагируют на повышение температуры окружающей среды. Технические требования, предъявляемые к тепловым извещателям, изложены в НПБ 85-2000.

Дымовые извещатели являются средствами обнаружения аэрозольных продуктов термического разложения и реагируют на частицы твердых или жидких продуктов горения или пиролиза в атмосфере. На начальной стадии пожара в результате процесса медленного горения выделяется большое количество дыма, представляющего собой совокупность твердых частиц, взвешенных в воздухе или другой газообразной среде. Дымовые извещатели построены, исходя из двух принципов обнаружения дыма: оптического и ионизационного. Принцип действия ионизационных (радиоизотопных) извещателей основан на изменении электрических параметров радиоизотопной камеры. Эта камера является чувствительным элементом дымового извещателя и определяет его основные характеристики. Принцип действия оптических (оптико-электронных) извещателей основан на контроле оптической плотности среды. Контролируя оптические свойства среды, дым можно обнаружить двумя способами: по ослаблению первичного светового потока (за счет уменьшения прозрачности окружающей среды) и по интенсивности отраженного (рассеянного) светового потока частицами, из которых состоит дым. Технические требования на дымовые оптические извещатели изложены в НПБ 65-97, на дымовые ионизационные - в НПБ 81-99, на дымовые линейные - в НПБ 82-99.

Пожарные извещатели пламени являются средствами обнаружения оптического излучения пламени очага пожара и реагируют на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага пожара. Пожар в любой стадии сопровождается процессом возникновения электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, который в зависимости от длины волны подразделяется на ультрафиолетовый (УФ), видимый и инфракрасный (ИК). Излучение очага пожара в зависимости от температуры горения и вида химической реакции имеет различный спектральный состав. Спектр излучения пламени достаточно сложный, однако для каждого конкретного состава горючих веществ характерен определенный вид спектра. Чувствительный элемент извещателя пламени представляет собой преобразователь электромагнитного излучения в электрический сигнал и реагирует на электромагнитное излучение пламени в ИК, видимом или УФ-диапазоне длин волн, в соответствии со спектром электромагнитного излучения. Преобразователи видимого излучения практически не используются в связи с существенными трудностями в обеспечении помехозащищенности. Наибольшей чувствительностью обладают извещатели пламени на основе УФ-преобразователей. Однако их использование накладывает ряд ограничений на эксплуатационные характеристики извещателей. Это и низкое значение фоновой освещенности, и малый срок службы, и высокое напряжение питания. Кроме того, к недостаткам УФ-преобразователей следует отнести невозможность регистрации низкотемпературных очагов и повышенную чувствительность к ионизирующим излучениям. Вследствие указанных причин, извещатели УФ-излучения до сих пор не нашли широкого применения. Многодиапазонные извещатели реагируют на электромагнитное излучение пламени в двух или более участках спектра. Технические требования, предъявляемые к извещателям пламени, изложены в НПБ 72-98.

Газовые извещатели являются средствами обнаружения невидимых газообразных продуктов термического разложения и реагируют на газы, выделяющиеся при тлении или горении материалов. В газовых извещателях, в основном, применяются полупроводниковые газовые сенсоры и датчики на основе электрохимических преобразователей. Технические требования, предъявляемые к газовым извещателям, изложены в НПБ 71-98.

Комбинированные извещатели совмещают контроль нескольких факторов пожара одновременно и бывают теплодымовыми, светодымовыми, теплосветовыми и т.д. Наибольшее распространение получили теплодымовые извещатели, в которых сигнал тревоги формируется при срабатывании либо дымового канала, либо теплового. Комбинированные извещатели обеспечивают более надежное обнаружение пожара, однако при их применении следует учитывать, что зона защиты рассчитывается по одному признаку пожара, а второй признак является дополнительным.

По характеру реакции на контролируемый признак пожара извещатели подразделяют на максимальные, дифференциальные и максимально-дифференциальные. Максимальные извещатели фиксируют наличие первичного признака пожара по превышению порога, заданного в абсолютной величине (конкретное значение концентрации дыма, оптической плотности, температуры окружающего воздуха и т.д.). Дифференциальные извещатели реагируют на превышение порога по скорости изменения контролируемого признака. Максимально-дифференциальные извещатели реагируют на превышение порога как по абсолютной величине, так и по скорости изменения контролируемого признака.

По способу электропитания извещатели подразделяют на питаемые по шлейфу (двухпроводное включение), питаемые по отдельному проводу (четырехпроводное включение) и автономные.

По конфигурации зоны обнаружения различают точечные, многоточечные и линейные извещатели. Точечный извещатель реагирует на наличие факторов пожара в компактной зоне. Многоточечный извещатель обеспечивает мониторинг пожарной обстановки в защищаемом помещении посредством контроля наличия факторов пожара в нескольких, распределенных в пространстве, компактных зонах. Линейный извещатель реагирует на факторы пожара в протяженной, линейной зоне.

По возможности установки адреса извещатели подразделяют на адресные и неадресные. Адресные извещатели передают на приемно-контрольный прибор не только извещение о пожаре, но и код своего адреса, по которому можно определить его местоположение.

По виду передаваемой информации пожарные извещатели подразделяются на пороговые, многопороговые и аналоговые. Пороговые извещатели передают на приемно-контрольный прибор сигнал о пожаре при обнаружении превышения первичным признаком заданного уровня (по абсолютному значению или скорости). Многопороговые извещатели способны различать несколько уровней контролируемых параметров с формированием соответствующих извещений. Аналоговые извещатели обеспечивают передачу на приемно-контрольный прибор информации о текущем значении контролируемого параметра (как правило, в цифровом виде), поэтому их несколько некорректно называть извещателями, а было бы правильнее именовать датчиками.

Немаловажное значение имеет классификация пороговых неадресных извещателей по видам формируемых выходных сигналов (стабилизатор напряжения, ограничитель тока, реле с нормально-замкнутыми или нормально-разомкнутыми контактами), так как это определяет возможность их совместимости с различными приемно-контрольными приборами.

Кроме того, по способам обнаружения первичного признака пожара извещатели могут подразделяться на различные группы, например:

• тепловые (с использованием термо-ЭДС, линейного или объемного расширения, эффекта Холла, с использованием зависимости от температуры электрического сопротивления, магнитной индукции, модуля упругости и т.п.);
• дымовые (оптические и ионизационные);
• пламени (ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектров излучения, а также многодиапазонные);
• газовые (по видам обнаруживаемых газов).

Иногда извещатели подразделяют также по наличию у них некоторых специальных функций, таких как компенсация запыленности, самоконтроль работоспособности, возможность программирования параметров и тактики работы или наличие специальных защит. Существуют и другие отличительные особенности извещателей, по которым их можно классифицировать. Таких особенностей становится все больше и больше, принимая во внимание тот факт, что прогресс не стоит на месте.

Принципы выбора пожарных извещателей

Для эффективного функционирования системы пожарной сигнализации очень важно наиболее оптимально подобрать типы применяемых извещателей. Они должны решать три основные задачи: обеспечивать своевременность обнаружения пожара, не давать ложных срабатываний и надежно работать при длительной эксплуатации.

Выбор извещателей должен начинаться с определения наиболее вероятных первичных признаков пожара в случае его возникновения в защищаемом помещении. В НПБ 88-2001* в приложении 12 приведены рекомендации по выбору типов пожарных извещателей в зависимости от назначения защищаемого помещения и видов пожарной нагрузки. Необходимо только отметить, что из-за обобщенного характера приведенных в документе особенностей защищаемых помещений их скорее можно рассматривать как рекомендации того, какие типы извещателей не следует применять в тех или иных условиях, но в целом они дают общие представления о возможных факторах пожаров для различных случаев.

Как показывает практика, тепловые извещатели следует применять в помещениях обычной высоты и относительно небольшого объема, если в зоне контроля в случае возникновения пожара на его начальной стадии предполагается значительное тепловыделение. При высоте потолка не менее 8-9 м использование тепловых извещателей нецелесообразно из-за неэффективности регистрации очага пожара. Дифференциальные и максимально-дифференциальные тепловые извещатели следует применять для обнаружения очага пожара, если в зоне контроля не предполагается перепадов температуры, не связанных с возникновением пожара, способных вызвать срабатывание пожарных извещателей этих типов (то есть при нормальных условиях не прогнозируется резкого повышения температуры окружающей среды). Извещатели нельзя устанавливать вблизи источников тепла, способных вызвать их ложное срабатывание. Максимальные тепловые извещатели не рекомендуется применять в помещениях, где температура воздуха при пожаре может не достигнуть температуры срабатывания или достигнет ее через недопустимо большое время, например в неотапливаемых помещениях в условиях отрицательных температур. При выборе тепловых извещателей следует учитывать, что температура срабатывания максимальных и максимально-дифференциальных извещателей должна быть не менее чем на 20 °С выше максимально допустимой температуры воздуха в помещении.

Дымовые извещатели следует применять в помещениях, где возможное возгорание будет сопровождаться обильным выделением дыма. Следует заметить, что для подавляющего большинства пожаров задымление на ранней стадии развития очага пожара - характерный признак. Поэтому на сегодняшний день дымовые извещатели являются наиболее широко применяемыми периферийными устройствами систем пожарной сигнализации.

Дымовые оптические точечные извещатели, работающие по принципу «рассеянного» света, обладают высокой чувствительностью к так называемым «белым» и «серым» дымам, поэтому они очень эффективны при применении для защиты помещений, где много таких материалов, как бумага, картон, дерево, текстиль, пластик. Для обнаружения возгораний резино-технических изделий, полимерно-минеральных материалов и им подобных, которые при горении выделяют «черные» дымы, лучше применять извещатели, работающие по принципу «проходящего» света, например линейные оптические. Для защиты помещений с высокой концентрацией кабельной продукции или таких синтетических материалов, которые на начальной стадии пожара выделяют так называемые «невидимые» дымы, лучше всего использовать ионизационные извещатели, обладающие очень высокой чувствительностью к таким дымам. Справедливости ради, стоит заметить, что на рынке ионизационные извещатели практически не представлены. Такая ситуация обусловлена сильным распространением радиофобии среди населения нашей страны после известных событий в Чернобыле.

Линейные дымовые извещатели предназначены для обнаружения пожара в помещениях с высотой потолков более 12 м, где применение точечных дымовых и тепловых пожарных извещателей малоэффективно, а также в помещениях и сооружениях значительной протяженности, в частности кабельных сооружениях энергетических объектов. Особенности конструкции и технические возможности линейных извещателей позволяют полностью герметизировать или изолировать от влияния среды тот объем извещателя, где расположены основные элементы его электрической схемы, подверженные разрушительному действию паров агрессивных веществ. Это обстоятельство позволяет эксплуатировать такие извещатели не только на промышленных предприятиях и энергетических объектах, но и в помещениях животноводческих и птицеводческих комплексов, где пожарные извещатели обычного исполнения не способны функционировать длительное время в специфических условиях агрессивной или химически активной среды.

Пожарные извещатели пламени следует применять, если в зоне контроля в случае возникновения пожара на его начальной стадии предполагается появление открытого пламени. Спектральная чувствительность извещателя пламени должна соответствовать спектру излучения пламени горючих материалов, находящихся в зоне контроля извещателя. Пожарные извещатели пламени получили наибольшее распространение применительно к отраслям промышленности, где обращаются взрывчатые материалы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие газы. Основными преимуществами извещателей пламени, по сравнению с тепловыми и дымовыми, являются повышенное быстродействие, независимость времени срабатывания от направления воздушных потоков в защищаемом помещении, перепадов температур, высоты потолка и перекрытий, объема и конфигурации помещений. Вместе с тем, для извещателей пламени в большей степени проявляется проблема обеспечения требуемой помехозащищенности от прямого и отраженного излучения источников естественного и искусственного освещения, от излучения нагретых частей технологического оборудования, от грозовых разрядов и т.п. Решение этой проблемы приводит к усложнению схемных и конструктивных решений в извещателях пламени.

Газовые пожарные извещатели рекомендуется применять, если в зоне контроля в случае возникновения пожара на его начальной стадии предполагается выделение определенного вида газа в концентрациях, которые могут вызвать срабатывание извещателей. Газовые пожарные извещатели не следует применять в помещениях, в которых в отсутствие пожара могут появляться газы в концентрациях, вызывающих срабатывание извещателей.

В том случае, когда в зоне контроля доминирующий фактор пожара не определен, рекомендуется применять комбинацию пожарных извещателей, реагирующих на различные факторы пожара, или комбинированные пожарные извещатели.

Не менее важным, чем выбор типов пожарных извещателей по видам обнаруживаемых первичных признаков пожара, является выбор конкретной модификации извещателя, который при высокой чувствительности обеспечит минимум ложных срабатываний в процессе эксплуатации. Частые ложные срабатывания вызывают эффект «привыкания» к ним со стороны оперативного дежурного персонала и, соответственно, приводят к снижению готовности к немедленным и грамотным действиям по сигналам о возникновении реальной опасности пожара.

Низкая помехоустойчивость может быть обусловлена несколькими основными причинами.

Первая причина заключается в том, что в защищаемом помещении возможно появление факторов, аналогичных контролируемым извещателем первичным признакам пожара, но не являющихся результатом его возникновения, например резкие изменения температуры, вызываемые работой технологического оборудования, выбросы различных аэрозолей (дым - это тоже аэрозоль), проникновение оптических излучений, аналогичных излучению пламени. Защититься от такого рода помех очень сложно, так как в данном случае сталкиваются совершенно противоречивые требования, т.е. насколько повысишь чувствительность - настолько же уменьшится помехоустойчивость. Для таких случаев можно рекомендовать выбирать извещатели, использующие в работе высокоинтеллектуальные алгоритмические методы борьбы с помехами. Такие методы строятся на распознавании действительного фактора пожара по только для него характерному поведению, например по особенному алгоритму нарастания (снижения) или отличительным параметрам цикличности, пульсаций.

Вторая причина обусловлена тем, что чувствительные элементы извещателей могут примерно одинаково реагировать как на первичные признаки пожара, например дым, так и на иные воздействующие факторы, например засветка, повышенная влажность, электромагнитные излучения. Для предотвращения таких явлений следует выбирать извещатели, в которых чувствительность по контролируемому признаку пожара многократно превышает чувствительность к помеховым сигналам, что достигается, например, за счет специальных конструкторских решений по защите чувствительных зон от оптических излучений, использования электрических экранов, различных фильтров, очень полезными могут оказаться уже упомянутые алгоритмические методы.

Третья причина заключается в том, что в процессе эксплуатации параметры извещателей могут постепенно изменяться, например по мере накопления пыли в чувствительной зоне или изменения параметров чувствительных элементов. В одних случаях очень эффективным средством борьбы с ложными срабатываниями оказывается проведение периодического технического обслуживания по очистке и подстройке, в других случаях следует применять извещатели со специальными функциями, например с компенсацией чувствительности и самоконтролем технического состояния, а иногда только применение извещателей с высокостабильными характеристиками позволяет обеспечить долговременную работу с высоким уровнем достоверности обнаружения пожара.

Решив проблему выбора извещателя, с одной стороны - чувствительного, а с другой - помехоустойчивого, не менее важно обеспечить долговременную надежность работы всей системы пожарной сигнализации, ведь если извещатель даже с супервысокими обнаружительными характеристиками будет часто выходить из строя, эффективность работы всей системы резко снизится. Для повышения надежности функционирования системы нормативные документы требуют применения принципа дублирования извещателей. Действительно, метод дублирования примерно на порядок более эффективен, чем простое повышение в 2 раза показателей надежности извещателя. Поэтому долгое время применение данного метода было практически единственным средством повышения как гарантированности, так и достоверности обнаружения пожара. В последнее время активно обсуждается проблема равнозначности замены принципа дублирования на наличие функции самоконтроля работоспособности, но пока в нормативных документах не будут отражены четкие критерии понятия «самодиагностика извещателя», сторонникам и противникам отмены дублирования будет трудно найти взаимопонимание.

Часто под надежностью работы понимается только то, как часто отказывает извещатель, а ведь немаловажным является и тот факт, что он в процессе долговременной эксплуатации должен сохранять свои обнаружительные свойства, иначе при якобы исправно работающей системе она в нужный момент окажется неспособной к раннему обнаружению пожара из-за снижения чувствительности извещателей. Эта проблема применительно к дымовым оптическим извещателям была достаточно подробно рассмотрена нами ранее («БДИ», 2004, № 4). Проблема контроля реального уровня чувствительности может быть вполне успешно решена, например в комплексе с проблемой обеспечения самодиагностики извещателей. В целом же применительно к выбору надежного извещателя необходимо обращать внимание не только на то, как часто будет выходить из строя извещатель, но и на то, насколько стабильны его обнаружительные характеристики в течение долговременной эксплуатации.

На выбор извещателей для защиты конкретного объекта может повлиять и целый ряд других факторов.

При необходимости иметь простую и неприхотливую систему пожарной сигнализации выбор может быть сделан в пользу пороговых неадресных извещателей, а применение адресных, в свою очередь, существенно повысит уровень информативности. Кроме того, наличие функции самодиагностики у адресных извещателей позволяет в ряде случаев значительно сократить их общее количество, требуемое нормативными документами. При этом необходимо отметить, что выбор в пользу той или иной конкретной модификации адресного извещателя потребует применения вполне определенного приемно-контрольного прибора, так как протоколы обмена по шлейфам сигнализации для различных адресных систем, как правило, уникальны. Взаимозаменяемость неадресных извещателей многократно выше и для совместимости с тем или иным приемно-контрольным прибором требует всего лишь выбора модификации с необходимым типом выходной цепи, из которых широкое применение имеют всего четыре разновидности: стабилизатор напряжения (стандартный выходной каскад), стабилизатор тока, релейные нормально-замкнутые или нормально-разомкнутые контакты.

В зависимости от категории помещения по взрывоопасности может потребоваться применение извещателей в искробезопасном или взрывозащищенном исполнении.

При наличии в помещении высокого уровня запыленности целесообразно применять извещатели с пылеуловителями или функцией компенсации чувствительности при запылении. При необходимости обеспечения оперативного оповещения находящихся поблизости от сработавшего извещателя людей можно применить извещатели со встроенной сиреной. На окончательный выбор извещателей влияет также множество других, специфических для каждого защищаемого объекта, условий.

Непоследним, зачастую решающим фактором при выборе извещателей является вопрос их стоимости. Понятно естественное желание потратить на систему пожарной сигнализации минимум средств, и если это является приоритетной задачей, то для выбора скорее подойдет информация из прайс-листов, чем из технической документации. Но в таком случае необходимо всегда помнить, что, выбирая самый недорогой извещатель, некорректно предъявлять к нему неоправданно высокие требования по способности к раннему обнаружению пожара и надежности работы. В целом в настоящее время на рынке средств пожарной сигнализации настолько жесткая конкуренция, что цены на извещатели стали достаточно точно отражать их действительную стоимость.

Размещение, монтаж и обслуживание извещателей

Основным нормативным документом по проектированию размещения пожарных извещателей являются НПБ 88-2001*.

Минимально необходимое количество извещателей для защиты отдельного помещения определяется типом выбранных извещателей, нормативом контролируемой зоны (расстояние, площадь или объем) для одного извещателя, конфигурацией помещения, особенностями строительных конструкций, необходимостью дублирования и т.д.

Размещение большинства точечных извещателей рекомендуется производить на потолке, а при невозможности - на стенах, балках, колоннах или путем подвески на тросах. При размещении извещателей для обеспечения их устойчивости в работе необходимо учитывать расположение осветительных приборов, источников тепла, вентиляционных окон и каналов, подвижных конструкционных элементов или механизмов, обеспечение доступа и удобство при обслуживании.

Немаловажное значение для надежной работы извещателей и всей системы пожарной сигнализации имеют прокладка и монтаж шлейфов сигнализации. К выполнению этих работ предъявляются требования по выполнению мероприятий для минимизации влияния на шлейфы силовых линий электропитания и наводимых электромагнитных излучений, а также защиты контактных соединений от протечек воды.

В НПБ 88-2001* все вопросы проектирования, размещения и монтажа рассмотрены подробным образом, и при тщательном соблюдении изложенных требований, продуманности проекта и качественном выполнении монтажа система пожарной сигнализации будет вполне способной обеспечить решение задач по раннему обнаружению пожара. Однако для этого в процессе эксплуатации она должна подвергаться грамотному техническому обслуживанию.

Основными задачами технического обслуживания являются: обеспечение устойчивого функционирования средств пожарной сигнализации и контроль их технического состояния; выявление и устранение неисправностей и причин ложных срабатываний, уменьшение их количества; ликвидация последствий воздействия на извещатели климатических, технологических и иных неблагоприятных воздействий; анализ и обобщение сведений по результатам выполнения работ, разработки мероприятий по совершенствованию форм и методов технического обслуживания.

Регламентные работы по техническому обслуживанию и планово-предупредительному ремонту должны осуществляться специально обученным персоналом или специализированной организацией, имеющей лицензию, в соответствии с годовым планом-графиком, составляемым с учетом технической документации заводов-изготовителей и сроками проведения работ. Регламентные работы, связанные со вскрытием пломб завода-изготовителя, выполняются только по истечении гарантийного срока службы. До истечения гарантийного срока службы проведение указанных работ возможно только в специализированной организации с предварительного согласия завода-изготовителя. Соблюдение периодичности, технологической последовательности и методики выполнения регламентных работ, указанных в соответствующих картах проведения технического обслуживания, является обязательным. В процессе выполнения регламентных работ необходимо анализировать причины отказов и неисправностей извещателей и принимать меры, исключающие их повторение.

Регламентные работы по техническому обслуживанию включают в себя внешний осмотр с целью обнаружения и устранения повреждений корпуса прибора, установочных элементов, контроль за состоянием контактных соединений; проверку работоспособности с целью выявления скрытых отказов, оценку технического состояния прибора, очистку от пыли и грязи; профилактические мероприятия с целью предотвращения постепенных отказов и проверку параметров прибора на соответствие техническим условиям.

К сожалению, в условиях эксплуатации извещателей на объектах практически невозможно контролировать извещатели на соответствие основного параметра -чувствительности, потому-то и важно еще на этапе выбора сделать предпочтение в пользу извещателей с высокой стабильностью параметров или извещателей с самоконтролем параметра чувствительности. Ремонт отказавших извещателей рекомендуется проводить на предприятиях, где имеется оборудование по настройке и контролю чувствительности, иначе отремонтированный извещатель может оказаться непригодным для своевременного обнаружения пожара. А для оперативной замены отказавшего извещателя на объектах эксплуатации или в обслуживающих организациях должен быть создан необходимый запас изделий для производства этих работ.