Пожарные извещатели: требования стандартов серии EN 54

В настоящее время проводится разработка новой редакции ГОСТ Р 53325 "Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний". Результат этой работы может оказать существенное влияние на развитие технических средств пожарной автоматики.

Рассмотрим некоторые требования, представленные в европейских стандартах, но отсутствующие в действующей редакции ГОСТ Р 53325. В частности, стандарты EN 54-7, EN 54-12 и EN 54-20 по дымовым оптическим и радиоизотопным точечным, по линейным дымовым и по дымовым аспирационным извещателям содержат требование по обнаружению медленно развивающихся очагов.

Ограничения при выборе алгоритма компенсации дрейфа

В настоящее время многие зарубежные и отечественные дымовые пожарные извещатели имеют функцию компенсации дрейфа в процессе эксплуатации. В современных дымовых линейных, кроме компенсации сравнительно медленных процессов с коррекцией примерно раз в неделю, часто используется корректировка порога в течение суток. В точечных дымовых извещателях упрощение технических решений компенсации дрейфа так же приводит к сокращению анализируемых промежутков времени. Если постоянная времени процесса компенсации уменьшается до нескольких минут, то увеличение выходного сигнала сенсора при развитии тлеющего очага во многих случаях будет классифицироваться как дрейф.

Испытания одного отечественного извещателя с адаптивной настройкой чувствительности в дымовом канале наглядно продемонстрировали необходимость контроля алгоритма компенсации дрейфа. Даже при стандартной скорости изменения оптической плотности в дымовом канале этот извещатель через какое-то время начал индицировать запыление, но в пожар так и не перешел. Реальное время развития тлеющих очагов может составлять часы, и функция компенсации дрейфа не должна в таких условиях вызывать значительное снижение чувствительности. И конечно, совершенно недопустима блокировка сигнала "Пожар" в пожарном извещателе после достижения предельной величины уровня запыления, несмотря на увеличение в дальнейшем вероятности ложных срабатываний.

Контроль реакции на медленно развивающиеся пожары

Поскольку проведение тестов с очень медленным ростом плотности дыма не практикуется, оценка реакции извещателя на медленное увеличение плотности дыма проводится посредством анализа электрической схемы, программного обеспечения, которые предоставляются на сертификацию, и/или физических испытаний и моделирования.

Например, по п. 4.8 стандарта ЕN54-7 детектор считается соответствующим этим требованиям, если "оценка показывает одновременно, что:

  1. для любой скорости увеличения плотности дыма R, которая превышает A/4 в час (где А -- исходное значение нескомпенсированного порога срабатывания извещателя), время выдачи сигнала тревоги этого извещателя не превышает 1,6?A/R более чем на 100 с;
  2. диапазон компенсации ограничен так, что на протяжении всего этого диапазона компенсация не вызывает превышения значения порога срабатывания детектора своего первоначального значения больше, чем в 1,6 раза".

Дополнительная информация об оценке этих требований приводится в Приложении L.

В этих требованиях не указана размерность величины R, что позволяет применить их и для точечных оптических и радиоизотопных дымовых извещателей, и для линейных дымовых, и для аспирационных. Необходимо обратить внимание, что для извещателей с разной чувствительностью будет определена различная скорость увеличения плотности дыма, выше которой необходимо выполнять требования этого пункта. Если точечный извещатель имеет исходный порог А = 0,06 дБ/м, то рассматривается превышение скорости увеличения удельной оптической плотности, равной 0,06/4 = 0,015 (дБ/м в час). А извещатель с более низкой чувствительностью анализируется при значительно больших скоростях увеличения плотности дыма, например при А = 0,18 дБ/м соответственно рассматривается превышение скорости, равной 0,18/4 = 0,045 (дБ/м в час). При этом допускается снижение исходной чувствительности не более чем в 1,6 раза -- это стандартный коэффициент, который определяет допуск изменения чувствительности и при выполнении многих других требований по изменению чувствительности дымовых извещателей.

Дополнительная информация об оценке выполнения требований по п. 4.8 приведена в стандарте EN 54-7 в Приложении L, в стандарте EN 54-12 -- в Приложении Н и в стандарте EN 54-20 в Приложени J. Эти приложения отличаются только пояснениями процессов запыления дымовой камеры в точечных извещателях и оптических элементах в линейных извещателях. Поэтому они совершенно естественно объединяются в одно общее приложение, которое в переводе выглядит примерно следующим образом.

Приложение (справочное)

"Информация относительно требований по реакции на медленно развивающиеся пожары"

Простейший детектор работает путем сравнения выходного сигнала сенсора с некоторым фиксированным порогом активации. Когда уровень сигнала достигает порога, детектор формирует сигнал тревоги. Оптическая плотность дыма, при которой это происходит, определяет значение чувствительности пожарного извещателя. В таком пожарном извещателе порог тревоги является фиксированной величиной и не зависит от скорости изменения уровня выходного сигнала сенсора во времени.

Известно, что уровень сигнала сенсора в чистом воздухе может изменяться в процессе эксплуатации пожарного извещателя. Такие изменения обусловлены, например, оседанием пыли на стенках дымовой камеры в точечном извещателе или постепенным загрязнением поверхности линз, защитных стекол и рефлекторов пылью в линейных дымовых извещателях, а также другими долговременными эффектами, такими как старение электронных компонентов. Этот дрейф может со временем привести к повышению чувствительности и в конечном итоге к ложным тревогам.

Поэтому считается полезным введение функции компенсации дрейфа в целях поддержания более постоянного уровня порога срабатывания извещателя во времени. В рамках рассмотрения данной проблемы предполагается, что компенсация достигается посредством повышения порога срабатывания, чтобы скомпенсировать дрейф выходного сигнала, направленный в сторону его увеличения.

Компенсация дрейфа может снижать чувствительность извещателя, при медленном изменении выходного сигнала сенсора вызванным постепенным увеличением уровня дыма. Цель требования п. 4.8а -- компенсация не должна уменьшать чувствительность к медленно развивающимся очагам до неприемлемого уровня.

Для обеспечения этой цели предполагается, что развитие очага, который представляет серьезную опасность для жизни или имущества, будет таким, что выходной сигнал сенсора будет изменяться со скоростью по крайней мере А/4 в час, где А -- номинальная величина порога извещателя. Реакция на скорость изменения меньшая, чем А/4 в час, не определена в стандартах ЕN54, и поэтому нет требования для извещателей реагировать на более низкие скорости изменения оптической плотности.

Для того чтобы не ограничивать способы, которыми компенсация достигается, в п. 4.8 указано требование, чтобы время формирования сигнала тревоги для всех скоростей изменения, которые выше А/4 в час, увеличивалось не более, чем в 1,6 раза по сравнению со временем формирования сигнала тревоги при отсутствии компенсации.

Виды компенсации

Если порог увеличивается линейно во времени с ростом уровня сигнала и если величина компенсации не ограничена, то максимальный уровень компенсации, который допускается, как видно из рис. 1, равен 0,6 А / 6,4 = 0,094 А в час, так как при такой компенсации уровень сигнала достигнет компенсированного порога точно через 6,4 часа.

Картинка: Jpg, 450x263, 20,24 Кбайт

Рис. 1. Линейная компенсация -- предельный случай

Процесс необязательно должен быть линейным и непрерывным, например, ступенчатая компенсация, показанная на рис. 2, также отвечает указанным требованиям, поскольку в этом случае сигнал тревоги формируется через 6 ч, что меньше предельного значения 6,4 ч.

Кроме того, величина компенсации не должна быть ограничена 0,094 А в час, если диапазон компенсации не превышает 0,6 А. Сравнительно быстрый темп компенсации, показанный на рис. 3, также отвечает требованию по достижению состояния тревоги за 6,4 ч. В этом случае максимальный уровень компенсации будет ограничен только выполнением требований обнаружения тестовых очагов.

Картинка: Jpg, 450x263, 18,79 Кбайт

Рис. 2. Ступенчатая компенсация -- предельный случай

Картинка: Jpg, 450x263, 20,79 Кбайт

Рис. 3. Линейная компенсация с ограничением на уровне 1,6 А

При рассмотрении алгоритма компенсации дрейфа так же необходимо учитывать, что в любом реальном извещателе диапазон, в котором выходной сигнал сенсора линейно связан с уровнем дыма (или другим фактором, эквивалентным дыму) ограничен. Нелинейность характеристики вызвана снижением чувствительности при больших значениях контролируемого фактора. Если диапазон компенсации попадет в нелинейную область выходного сигнала сенсора, то чувствительность извещателя может также понизиться до неприемлемого уровня.

В качестве примера рассмотрим извещатель с нелинейной передаточной характеристикой, показанной на рис. 4, где обе оси координат выражены через величину порога срабатывания А. В этом образце функцию компенсации дрейфа, независимо от способа реализации, необходимо отключать при входных уровнях меньших, чем 1,1?А, поскольку при увеличении входного уровня с 1,1?А до 2,7?А уже нелинейность характеристики обеспечивает снижение приращения выходного уровня в 1,6 раза, что представляет максимально допустимую величину по требованию п. 4.8б.

Картинка: Jpg, 450x318, 18,06 Кбайт

Рис. 4. Нелинейная передаточная характеристика сенсора

Необходимо отметить, что нелинейность характеристики сенсора проявляется при любых алгоритмах компенсации дрейфа и простая стабилизация выходного уровня сенсора исключает изменение чувствительности извещателя только в небольшом диапазоне. А в дальнейшем возможно значительное снижение чувствительности, из-за ограничения выходного сигнала сенсора (рис. 4). Для исключения данного эффекта необходимо программировать функцию компенсации дрейфа исходя из обеспечения стабильного уровня чувствительности извещателя, либо выход за пределы линейного участка сопровождать сигналом «Неисправность».

Подробно рассмотренные примеры алгоритмов компенсации дрейфа в дымовых извещателях, приведенные в Приложении L, дают исчерпывающую информацию для выбора корректного алгоритма компенсации дрейфа при проектировании извещателя, а также для проверки контроля на выполнение требований п. 4.8 при сертификации.

Индивидуальная индикация тревоги

В требованиях к пожарным извещателям любого типа присутствуют требования по индивидуальной индикации тревоги с различными формулировками в зависимости от типа извещателя, а именно от присущего ему вида размещения. Например, в п. 4.2 EN 54-7 для точечных дымовых детекторов: "Каждый извещатель должен иметь встроенный оптический индикатор красного цвета, при помощи которого извещатель, который перешел в пожар, может быть идентифицирован в течение всего времени до тех пор, пока состояние тревоги не будет сброшено. Если другие режимы извещателя могут индицироваться, они должны четко отличаться от индикации тревоги, кроме случаев, когда детектор включен в сервисный режим. У съемных извещателей индикатор может быть встроен в базу или извещатель. Визуальный индикатор должен быть виден на расстоянии 6 м непосредственно под детектором при освещенности до 500 лк".

Точно такие же требования в п. 4.4 EN 54-5 приведены для тепловых точечных извещателей классов А1, А2, А3, В, С и D, а в извещателях классов Е, F или G должны быть предусмотрены встроенные индикаторы красного цвета или другие средства для локальной индикации режима "Пожар" этих детекторов.

Для ручных пожарных извещателей в EN 54-11, очевидно с учетом их размещения, сокращается дальность, с которой должен быть различим визуальный индикатор в режиме "Пожар": "Индикатор должен быть виден с расстояния 2 м перед ручным пожарным извещателем при освещенности до 500 лк". Соответственно для линейных дымовых пожарных извещателей в EN 54-12 численные значения расстояния и освещенности не приводятся вообще.

Подключение дополнительных устройств

Условие сохранения работоспособности извещателя при возникновении неисправности цепей подключения дополнительных устройств в ГОСТ Р 53325 отсутствует, несмотря на исключительную важность для обеспечения работоспособности системы. Причем в отдельных случаях, например при подключении выносного оптического индикатора к тепловым извещателям с нормально замкнутыми контактами, обрыв цепи подключения индикатора вызывает неисправность не только данного извещателя, но и исключает возможность резервирования остальными извещателями в этом шлейфе (рис. 5). В стандартах серии EN 54 на любой пожарный извещатель содержится идентичное требование, например п. 4.5 стандарта по тепловым извещателям EN54-5: "Если извещатель обеспечивает возможность подключения дополнительных устройств (например, выносных индикаторов, управляемых реле), то обрыв или короткое замыкание этих связей не должны влиять на функционирование извещателя".

Картинка: Jpg, 500x203, 19,66 Кбайт

Рис. 5. Обрыв цепи выносного индикатора вызывает обрыв шлейфа при пожаре

Заводские настройки

В системах пожарной автоматики применяется только сертифицированное оборудование. Сертификационные испытания проводятся при заводских настройках и должны быть обеспечены меры, исключающие возможность их изменения при инсталляции или в процессе эксплуатации. По ГОСТ Р 53325 п. 4.2.5.4: "Подстроечные элементы калибровки или настройки ПИ, используемые в процессе производства, не должны иметь доступ извне после изготовления извещателей пожарных".

Термин "извне", по-видимому, не учитывает возможность и необходимость разборки извещателя для технического обслуживания. В европейских стандартах аналогичное требование сформулировано более четко, например, в EN 54-7 п. 4.2: "Должно быть невозможно изменение настроек производителя без применения специальных средств (например, при использовании специального кода или инструмента) или путем разрушения или удаления пломбы".

Корректировка установок при инсталляции

Современные пожарные извещатели позволяют при необходимости изменить заводские настройки, в частности стандартный уровень чувствительности может быть изменен в допустимых пределах с учетом вида защищаемого помещения. Первоначально такие возможности имелись только в адресно-аналоговых системах и линейных дымовых извещателях. В настоящее время и традиционные пожарные извещатели обеспечивают высокую точность измерения контролируемого фактора и могут иметь соответствующие регулировки. Однако допускается использовать только те установки, которые были проверены при сертификации и подтвердили соответствие всем требованиям.

По ГОСТ Р 53325 п. 4.2.5.5: «При возможности внешнего переключения технических характеристик извещателей пожарных должны быть выполнены следующие требования:

  • каждому значению устанавливаемой технической характеристики должна соответствовать определенная маркировка на извещателе пожарном либо это значение должно быть доступно для контроля с ППКП;
  • после монтажа извещателя пожарного не должно быть прямого доступа к средствам подстройки».

Аналогичный пункт в стандартах EN 54 сформулирован иначе, например, в п. 4.6 EN 54-7 для точечных дымовых извещателей приведены следующие требования: "Если имеется указание* о корректировке реакции извещателя, то:

  1. для каждой установки, относительно которой производитель заявляет соответствие этому стандарту, этот извещатель должен соответствовать требованиям настоящего стандарта, и доступ к средствам подстройки должен быть возможен только при использовании кода или специального инструмента или при удалении детектора из своей базы или крепления;
  2. любые установки, для которых производитель не заявляет соответствие данному стандарту, должны быть доступны только при использовании кода или специального инструмента, и должно быть четко обозначено на извещателе или в сопровождающей документации, что, если эти установки используются, извещатель не соответствует этому стандарту.

Внимание! Эти регулировки могут быть проведены в извещателе или в приемно-контрольном приборе". *) Очевидно подразумеваются указания в проекте. -- прим. авт.

Игорь Неплохов
Технический директор Бизнес-группы "Центр-СБ", к.т.н.