Температурный кабель пожарной сигнализации

Системы Безопасности

Сегодня-это завтра о котором мы позаботились вчера

Линейный тепловой пожарный извещатель термокабель

Здравствуйте, дорогие друзья!

Я продолжаю публикацию материалов на тему пожарной безопасности.

Предметом обсуждения данной статьи станет линейный тепловой пожарный извещатель (термокабель) .

Он широко распространен на различных объектах и является необходимым элементом, который помогает вовремя узнать о возгорании с целью принятия дальнейших мер для эвакуации людей и спасения жизни.

Что представляет собой датчик

Существует множество различных типов кабельных изделий, но данная классификация — это кабель, состоящий из двух жил.

Его проводящие элементы помещены в специальное полимерное покрытие, обладающее чувствительностью к определенной температуре.

В зависимости от ее величины изоляционный слой имеет разные цвета.

Так покупателю проще сориентироваться во всем многообразии датчиков.

Термокабель прокладывают на объектах, имеющих большую протяженность и площадь, в тоннелях и в точках, где применение обычных средств детекции возгораний довольно проблематично.

Его прокладка дает возможность быстро и с высокой точностью найти зону возгорания, обеспечивая контроль безопасности.

Чувствительная часть кабеля расположена по всей протяженности кабеля.

Она изменяет собственные электрические показатели при изменении состояния окружающей среды.

Как работает

Во время нагревания происходит ра зру шение изоляционного покрытия.

В результате проводники смыкаются друг с другом.

Температура срабатывания извещателя варьируется в пределах от +57 до +180 градусов Цельсия.

Условия применения влияют на то, из какого материала будет оболочка.

Например, поливинилхлорид является универсальным покрытием, а полипропилен обладает высокой огнестойкостью и инертностью к агрессивным химическим средам.

Также существует оболочка для использования в очень низких температурах до -60 градусов Цельсия и покрытие, содержащее фторполимер, которое при горении выделяет минимальное количество газа и дыма.

При установке датчика осуществляют его подключение к приемно-контрольным приборам.

В такой ситуации для бесперебойного функционирования ППКП следует обеспечивать соответствие сопротивления шлейфа режиму «Пожар» при закоротке линейного извещателя в начале и в конце.

Для этой цели нужно включать в шлейф последовательный резистор на входе датчика и уменьшать номинал оконечного резистора шлейфа.

В данной ситуации протяженность проводников ограничена наибольшим показателем сопротивления шлейфа, который формирует сигнал тревоги.

Чтобы сделать наращивание термокабеля, применяют особые интерфейсные модули.

Его длина может составлять несколько тысяч метров, что удобно при эксплуатации на объектах с большой протяженностью.

Производители

Самые популярные термокабели:

Protectowire.

Группа компаний «ФлэймСтоп» — дистрибуция лучших мировых брендов на Российский рынок.

Плазма-Т.

Российская компания г. Москва, г. Санкт-Петербург. Выпускает насосные установки пожаротушения. Комплектует модулями контроля линейные извещатели.

Спецприбор.

Российская фирма г. Казань.

Пожтехника

Группа Компаний Россия.

Как происходит установка

Для расположения термокабеля в нужном месте применяют специальные крепежные устройства.

Его устанавливают сплошными участками наподобие змейки на потолке объекта или не стенах.

В местах, где монтаж затруднен, советуют использовать металлический трос-носитель.

Прежде чем прокладывать термокабель, следует грамотно распланировать участок его размещения.

Схема прокладки делается с ориентировкой на чертежи защищаемых или контролируемых мест с учетом сведений по расположению и конфигурации кабелей в пространстве.

Если закрепить зажимы неправильно, в будущем это приведет к механическим повреждениям проводов.

Для легкой установки монтируемая часть кабеля должна быть размотана, а неиспользуемая – смотана.

Специалисты рекомендуют крепить извещатель в максимальной близости от зоны повышенной опасности, так как это позволит датчику быстрее среагировать на возгорание.

Какие бывают крепежи

Дает возможность оперативно и без сложностей устанавливать термокабель там, где нужно.

Его плюс в том, что его не придется демонтировать при смене или ремонте кабеля.

• Крепеж с замком TwistLock.

Его применяют для монтажа в кабельных лотках, на стеллажах в складских помещениях, на бетонных стенах и крышах.

Нужен для монтажа термокабеля на промышленных и коммерческих объектах.

Хомут надежно фиксирует кабель и не дает ему возможность вибрировать.

Используют при температуре от -40 до +85 градусов Цельсия. Обладает прорезью для винта.

Такой элемент дает возможность быстро отсоединить и заново фиксировать термокабель.

Представляет собой самый универсальный крепеж и применяется для монтажа датчиков к стене, потолку и в любом углу.

Выдерживает высокие и низкие температуры.

• Держатель для плоских стяжек.

Применяют для монтажа термокабеля на бетонных и кирпичных потолках и стенах.

Гарантирует, что кабель будет закреплен надежно.

Благодаря специальным отверстиям возможна регулировка положения термокабеля по высоте.

Используется для монтажа на цистернах для содержания нефтепродуктов с плавающей крышкой, а также там, где нужно закрепить датчик на дистанции от потолка или стены.

Его предназначение — присоединение термокабеля к балочным конструкциям.

Допускается применение совместно с монтажным зажимом.

Где используются пожарные датчики данного типа

Термокабели распространены в следующих областях:

• нефтегазовая отрасль;
• химическая промышленность;
• металлургия.

Термокабель можно эксплуатировать в местах повышенного загрязнения, влажности, низкой температуры и постоянного контакта с химическими веществами.

Обычно пожарные извещатели монтируют на таких объектах:

• хранилища большой вместимости;
• гаражи для автомобилей и спецтехники;
• крытые мосты;
• конвейерные транспортеры.

Достоинства линейных извещателей

• высокая восприимчивость к температурным колебаниям;
• наличие нескольких режимов работы по причине изготовления систем различных видов;
• стойкость к негативным атмосферным воздействиям;
• приемлемая цена;
• элементарность в установке.

Нормы прокладки

В соответствии с СП 5.13130.2009:

• термокабель следует устанавливать в непосредственном контакте с пожарной нагрузкой;
• нужно принимать во внимание нормы расстановки тепловых датчиков;
• дистанция от проводов до перекрытия должна составлять не менее полутора сантиметров;
• при применении на стеллажах разрешается делать прокладку по верхним ярусам.

Предупреждения при монтаже

Есть также другие важные пункты, которые необходимо соблюдать:

• смотрите за тем, чтобы термокабель не соприкасался с материалами, поглощающими тепло
• в противном случае сигнализация будет срабатывать с запозданием;
• следите, чтобы рабочее напряжение в проводах не превышало 48В постоянного тока;
• не присоединяйте друг к другу два кабеля с разными температурами реагирования;

• не соединяйте куски термокабеля т-образным соединением или под острым углом;
• не стоит покрывать извещатели краской;
• не допускайте очень сильного натяжения кабеля;
• нельзя сгибать провода под прямым углом;
• избегайте участков, где термокабель может получить механические повреждения;
• для поиска точек срабатывания используйте специальный комплекс оборудования.

Что делать для избежания ошибок при подключении (схемы подключения)

Работоспособность пожарной системы безопасности в целом зависит непосредственно от грамотного размещения и эксплуатации датчика.

Установка термокабеля осуществляется с упором на разработанную схему.

Все современные извещатели выпущены с учетом наименьшего потребления электрического тока.

Для создания надежной противопожарной системы, избежания ложных срабатываний и различных ошибок нужно соблюдать следующее:

• установка термокабеля не производится возле источников тепла;
• дистанция между кабелями рассчитывается с учетом наименьшей и наибольшей величины площади, устанавливается проектирующей компанией;
• индикаторы тревоги подключаются параллельно датчикам;
• каждый контакт надежно зафиксирован, чтобы не возникло замыкания;
• подключение термокабеля происходит поэтапно с сохранением полярности.

Для проверки каждого пожарного извещателя в отдельности и всей системы в целом следует при полном отключении источника электрического тока.

По завершению периода эксплуатации утилизировать термокабель можно без соблюдения каких-либо особых мер.

Скачать инструкцию по монтажу

Заключение

Правильное проектирование и установка пожарной системы способствует своевременному обнаружению и устранению очага опасности на объекте.

От этого зависит жизнь множества людей.

По этой причине к монтажу термокабеля нужно подходить ответственно.

Лучше всего доверять это дело настоящим профессионалам.

Не забудьте подписаться на обновления и порекомендовать данную статью для ознакомления друзьям и знакомым.

Источник

Кабельные линейные и многоточечные ПИ

Линейный тепловой извещатель, а проще термокабель, незаменим в зонах с тяжелыми условиями эксплуатации, с повышенной или пониженной температурой, химически агрессивной средой, высокой влажностью и загрязнением, а также для защиты протяженных сооружений и наружных установок. Это предприятия нефтегазового комплекса, металлургические и химические производства, предприятия по переработке древесины, цементные и углеобогатительные предприятия, электростанции, мощные трансформаторы и кабельные сооружения, автомобильные и железнодорожные тоннели и так далее. В отличии от других типов пожарных извещателей конструкция линейного теплового извещателя в виде термокабеля позволяет защищать оборудование путем контроля повышения его температуры при непосредственном контакте с объектом. Таким образом, защищаются нефтехранилища, мощные трансформаторы, кабельные трассы и др. В настоящее время термокабель получил широкое распространение благодаря надежности работы в тяжелых условиях, простоте монтажа, отсутствию затрат на техническое обслуживание и рекордному сроку службы – более 25 лет.

Для классификации кабельных извещателей пожарных линейных и многоточечных пришлось ввести два определения.

Для выделения темы в этой статье я использую термин «кабельный», который отсутствует, увы, в разделе определений ГОСТ Р 53325 и СП 5.13130. В нормативах по техническим средствам пожарной автоматики (ГОСТ Р 53325, СП 5.13130) под одним определением «линейные» описаны извещатели оптические, которые действительно контролируют пожар по линии прямой видимости, так и извещатели кабельные, линия контроля которых пролегает вдоль линии кабеля, являющегося необходимым конструктивным элементом извещателя. Для извещателей кабельных линейность не более, чем линия движения трамвая: трамвай всегда движется по прямой, это прямая изгибается.

Кабельный извещатель пожарный – линейный или многоточечный извещатель пожарный, конструктивно выполненный в виде кабеля.

Кабельные извещатели могут определять факт сработки без привязки по месту пожара (без адреса), либо с определением места одного и более пожаров (адрес).

По аналогии с определением по п.3.7 ГОСТ Р 53325-2012 «извещатель пожарный адресный: ИП, имеющий индивидуальный присваиваемый адрес, идентифицируемый адресным приемно-контрольным прибором» введу определение:

Извещатель пожарный с адресным чувствительным элементом: ИП, идентифицирующий адреса возникновения сработок в пределах чувствительного элемента. В зависимости от назначения ИП и от способа определения пожара адресом может служить дальность по чувствительному элементу в метрах до пожара либо адрес датчика, встроенного в чувствительный элемент, который обнаружил пожар.

Конструктивной особенностью кабельных ИП является их исполнение: чувствительный элемент выглядит как кабель, так же хранится на катушках или бобинах, разматывается как кабель и крепится элементами кабельного крепежа.

Сознательно подчёркиваю конструктивную особенность кабельных ИП, а также адресность чувствительного элемента и не выделяю обнаруживаемый фактор пожара. Безусловное большинство кабельных ИП – теплового действия. Однако конструктив не препятствует использованию и других факторов пожара (п.4.1.1.7 ГОСТ Р 53325-2012), поэтому есть кабельные ИП не теплового действия.

По тексту буду стараться придерживаться определений составных частей извещателей пожарных линейных по ГОСТ Р 53325-2012 – блок обработки (БО) и чувствительный элемент (ЧЭ), как бы их не именовали производители.

Курсивом выделяются уточняющие данные, в пьесах такая информация называется «ремарка».

Поначалу рассмотрим процессы, с которыми сталкивается кабельный ИП, как обнаруживаемые, так и мешающие обнаружению пожара. После этого – примеры конкретных реализаций.

Эффективность тепловых кабельных ИП.

Начну издалека, рассмотрим, имеет ли вообще смысл в тепловых кабельных ИП. В то время, когда дымовые, газовые извещатели улучшают свои характеристики в обнаружении пожара, уменьшают время реакции на секунды, минуты, а то и часы, при этом нужны ли тепловые извещатели? Не устарели ли они безвозвратно? Наша фирма давно занимается ранним обнаружением пожара по изменению химического состава воздуха, и выбор обнаружения пожара по теплу вызывает насторожённость: эффективно ли это?

Самый главный фактор пожара – тепло. Тепло вызывает термическую деструкцию, горение различных материалов. Наличие высокой температуры в объёме или отдельной зоне – однозначно свидетельствует о пожаре.

Прежде чем перейти к способам обнаружения теплового потока рассмотрим основные способы переноса тепла от тёплого предмета к холодному [1]. К ним относятся:

Теплопроводность — это перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, обусловленный движением частиц (молекул, атомов, ионов, свободных электронов и др.) [2].

Пример: Когда сковорода в течение некоторого времени стоит на огне, её ручка становится горячей. Это происходит потому, что тепло передаётся через металл от горелки к ручке. Тепло поступает к ручке, потому, что она намного холоднее горелки. Скорость потока тепла к ручке чугунной сковороды значительно ниже, чем для медной, так как чугун имеет меньший коэффициент теплопроводности (обладает большим сопротивлением тепловому потоку) и более высокую удельную теплоёмкость, чем медь. Это значит, что потребуется меньшее количество теплоты и меньшее время для нагрева меди.

Конвекция — явление, состоящее в теплопередаче путём движения теплоносителей, в нашем случае – это воздух, газы. Нагретый теплоноситель перемещается в более холодную зону, где он отдаст своё тепло для нагрева этой зоны.

Нагретые теплоносители могут перемещаться путём естественной конвекции. При нагреве теплоноситель расширяется, распространяется в окружающей его более холодной среде и поднимается вверх.

Пример: Нагретая вода со дна чайника, стоящего на плите, поднимается вверх и смешивается там с более холодной водой, распространяя тепло и, нагревая всю массу намного быстрее, чем это происходило бы только за счёт теплопроводности.

Следует отметить, что конвекция и теплопроводность как физические явления проявляются одновременно. Тепло от нагретой поверхности передаётся теплоносителю в результате теплопроводности до того, как это тепло будет унесено потоком; тепло от нагретого теплоносителя также передаётся холодной поверхности теплопроводностью. Чем больше разность температур между тёплой и холодной поверхностями, тем больше тепловой поток между ними. Удельная теплоёмкость теплоносителя, его коэффициент теплопроводности и сопротивление потоку теплоносителя являются другими факторами, влияющими на конвективный теплообмен.

Радиация (тепловое излучение) представляет собой перенос тепла через пространство при помощи электромагнитных волн; большинство предметов, стоящих на пути видимого света, также препятствуют распространению тепловой энергии в виде излучения. Радиация тепла осуществляется главным образом за счёт невидимого длинноволнового ИК излучения. Тепло постоянно переносится излучением от более тёплых предметов к более холодным пропорционально разности их температур и расстоянию между ними.

Пример: Почувствовать радиационный обмен можно, встав перед горячей плитой.

Нагретые продукты горения поднимаются вверх от источника, расширяясь в стороны. Под потолком помещения формируется припотолочный слой, состоящий из раскалённых продуктов горения.

Классическая форма тепловой колонки – это конус с раствором 30°, обращённый вершиной вниз (рис.1). Однако такая форма в действительности существует крайне редко. За счёт различных возмущающих факторов конус наклоняется. Причиной может быть боковой воздушный поток, присутствующий в тоннелях и промышленных производствах.

Кроме того, на форму конуса влияет различный характер пожарной нагрузки в разных частях конуса: если конус попадает на легковоспламеняемые материалы, то эта часть конуса развивается быстрее, чем та, которая распространяется на менее горючих материалах.

В соответствии с п.13.7.1 СП 5.13130.2009 «Чувствительный элемент линейных и многоточечных тепловых пожарных извещателей располагают под перекрытием либо в непосредственном контакте с пожарной нагрузкой». Таким образом, если извещатель любого типа (дымовой, тепловой, газовый) располагается на высоте, под перекрытием, то основным транспортом тепла и продуктов горения является конвективная тепловая колонка. Если чувствительный элемент извещателя установлен в контакте с пожарной нагрузкой, то основной транспорт тепла — теплопроводность.

Рис.1 – Конвективная колонка в модели точечного очага пожара.

Н – высота помещения, м

α — в соответствии с принятыми моделями пожаров равен 15°.

Серьёзной помехой распространения конвективной тепловой колонки и продуктов горения являются воздушные потоки. В качестве примера приведу «снимок» воздушных потоков на станции метро Белорусская кольцевая [3].

Стационарное поле скоростей воздушного потока на высоте один метр относительно пола платформы показано на рисунке 2.

Рис.2 – Поле скоростей воздушных потоков в горизонтальной плоскости

Векторы скорости приведены в горизонтальной плоскости, векторы имеют одинаковую длину для того, чтобы лучше представить картину потока, но цвет векторов соответствует величине скорости. Шкала в м/с приведена слева.

Из приведённого рисунка 2 видно, что вдоль левой и правой сторон станции существуют противоположно направленные потоки воздуха, а в середине станции поток имеет сложную структуру, а величина скорости гораздо меньше.

Представьте, что будет при таких потоках с красивым конвективным конусом. Естественно, что воздушный поток приводит к охлаждению конвективного потока и чувствительного элемента, что с определённого момента увеличит время обнаружения пожара.

Помехой обнаружения также является запылённость и загрязнённость чувствительного элемента. Промышленная пыль состоит, главным образом, из мельчайших частиц, имеющих очень малую скорость падения, поэтому самоочищение атмосферы от пыли происходит крайне медленно. Большую часть времени пыль остаётся во взвешенном состоянии, распространяясь в основном в подветренном направлении от источников выброса. Явления коагуляции и седиментации приводят к осаждению пыли на землю [4].

На время обнаружения тепловым каналом влияет снижение теплопроводности. Так, смеси мелкодисперсных порошков двуокиси кремния и углерода в виде угольной пыли или газовой сажи имеют теплопроводность (2,5 — 6,0) Вт/(м•°С).

Коэффициент теплопроводности какого-либо вещества — это величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется приложить к одному концу бесконечно тонкой проволоки из этого вещества, чтобы температура точки этой проволоки на расстоянии 1 м от этого конца за одну секунду увеличилась на 1 градус (при условии нулевой теплоотдачи в пространство).

Коэффициент теплопроводности сажи по сравнению с коэффициентом теплопроводности металла имеет очень низкие значения. Даже тонкий слой сажи создаёт большое термическое сопротивление для передачи тепла от продуктов сгорания к ЧЭ. Для примера можно указать, что термическое сопротивление сажи в 400 раз выше термического сопротивления железной стенки. Т.е. термическое сопротивление железной стенки толщиной 10 мм эквивалентно сопротивлению слоя сажи толщиной 0,025 мм [4].

Вместе с тем, слой грязи который существенно ухудшит параметры обнаружения пожара тепловым ИП больше, чем для газовых ИП и несопоставимо больше, чем для дымовых ИП. Собственно, газовые ИП могут работать в условиях только сухой пыли, дымовым ИП пыль противопоказана вообще. Тепловые ИП в условиях загрязнения – наиболее неприхотливые пожарные извещатели.

Оценим, пожары какой мощности можно обнаружить с помощью кабельных тепловых пожарных извещателей. Для этого используется модель точечного очага пожара. Мощность очага пожара это один из самых важных параметров, необходимых для определения опасных факторов пожара.

Мощность при горении — это количество тепла, выделяющегося в единицу времени.

Принимаем, что зона воздействия факела ограничивается проекцией конуса факела на потолок радиусом R1 =0,18H, припотолочная струя ограничивается границей зоны R2 (поскольку за границей зоны нужно рассматривать воздействие на смежную зону) (см.рис.1).

Перепад температуры воздействует на зону чувствительного элемента:

где T_max – температура факела;

T₀ – температура окружающей среды.

Определим минимальный размер пожара Q_min, который заставит сработать тепловой извещатель по порогу T_L при превышении T_max >= T_L.

При R2 = 4 метра полученная мощность пожара определяет минимальную мощность для сработки двух смежных точечных тепловых ИП – получение сигнала «Пожар 2-х и более ИП».

Результаты для T_L = 59 °С и T₀ = 25 °С (температурный класс А1) сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Мощность пожара, необходимая для сработки двух смежных ИПТ

Сопоставим полученные минимальные мощности сработки теплового извещателя по порогу с мощностями, выделяемые при горении различных объектов (таблица 2) [5].

Таблица 2. Примеры тепловых мощностей, выделяемых при горении

Скорость тепловыделения, кВт

Мусорная корзина для бумаг

150-200 (горючие материалы)

400-500 (горючие материалы)

Из таблицы 2 видно, что горящая мусорная корзина – не лучший объект обнаружения тепловым ИП. Однако при возникновении пожара в тоннеле пожарная нагрузка многократно более мощная.

В 2003 г. шведские учёные сопоставили результаты четырёх тестов, проведённых в условиях реального тоннеля с продольной системой вентиляции. Во время эксперимента изучался процесс горения грузовиков. Для грузов, в состав которых входила целлюлоза и пластик (три теста), а также мебель и фурнитура (один тест), были зафиксированы тепловыделения в диапазоне от 71 до 203 МВт. Время достижения пиковой мощности пожара составило от 8 до 18.5 минут с момента возгорания, максимальная температура дыма над пламенем находилась в пределах 1250 — 1365°C [6].

Мощность пожара, необходимая для сработки теплового ИП, рассматривалась для максимального температурного класса. Однако, поскольку борьба идёт за снижение времени обнаружения, то серьёзное улучшение временных параметров теплового ИП даёт учёт скорости прироста температуры (дифференциальная составляющая). Требования к тепловым ИП по ГОСТ Р 53325-2012 для классов А1 и А1R графически представлены на рис.3.

Рис.3 – Соотношение времени обнаружения пожара для тепловых ИП классов А1 и А1R.

голубой маркер – время начала обнаружения пожара дифференциальным ИП; жёлтый маркер – время обнаружения максимальным ИП; красный – предельное время обнаружения дифференциальным и максимальным ИПТ.

Значительно уменьшится время обнаружения пожара тепловым ИП при «непосредственном контакте с пожарной нагрузкой», поскольку в этом случае активно проявляется теплопроводность как транспорт передачи тепла.

Вывод: кабельные тепловые ИП наиболее выигрышны в условиях быстроразвивающегося пожара или в непосредственном контакте с пожарной нагрузкой, в том числе в условиях загрязнения.

Назначение кабельных пожарных извещателей.

Исходя из вышеизложенного, определим места применения кабельных ИП с учётом конструктива извещателей.

Гибкий чувствительный элемент можно укладывать по прямой, можно перекрывать площади, укладывая зигзагом (учитывая механические ограничения на изгиб и растяжение).

Очень интересное для монтажа свойство — это возможность прокладки чувствительного элемента в труднодоступных местах. Кабельная конструкция извещателя позволяет подвешивать ЧЭ, протягивать в труднодоступные места, при непосредственном контакте с пожарной нагрузкой ЧЭ можно укладывать под или над, или рядом с защищаемым объектом.

Герметичность оболочки, допускает использование чувствительного элемента извещателя в условиях высокой влажности, применение в условиях не просто запылённости, а уж даже загрязнённости.

Рис.4 – Прокладка чувствительного элемента кабельного извещателя линейных объектов.

Рис.5 – Перекрытие площадей зигзагообразной прокладкой чувствительным элементом кабельного извещателя.

Вероятные объекты по конфигурации.

• автомобильные и железнодорожные тоннели;
• конвейерные и производственные линии;
• нефте-, газо- и прочие трубопроводы.

• защита промышленных объектов;
• многоуровневые парковки;

Учитывая возможность прокладки в непосредственном контакте с пожарной нагрузкой и конструктив извещателя, к этим объектам добавляются:

• кабельные каналы, коллекторы;
• хранилища материалов, склонных к самовозгоранию (зерно, уголь, опилки, птичий помёт и пр.);
• мусоропроводы.

Если извещатель обеспечивает условия взрывозащиты (как правило, это искробезопасная цепь i по ГОСТ 30852.10-2002) возможно применение на таких же объектах во взрывоопасных зонах.

В том случае, если кабельный ИП обеспечивает адресацию места пожара, то возможно применение в тех областях, где используются точечные адресно-аналоговые ИП.

Достоинства кабельных извещателей пожарных:

• определение температуры или иного фактора пожара на всем протяжении чувствительного элемента;
• незаменимы при защите труднодоступных мест (кабельных коллекторов, шахт, тоннелей, мусоропроводов, лифтовых шахт);
• чувствительный элемент может быть проложен в непосредственной близости от защищаемых объектов.

Рассмотрим примеры некоторых подходов к конструкциям кабельных ИП. Структура изложения будет в следующем порядке: принцип действия, монтаж чувствительного элемента, поиск и устранение неисправностей, особенно неисправностей ЧЭ, как наиболее подверженному внешним воздействиям.

Термокабель.

Это название стало нарицательным для ИПТЛ контактного принципа действия, который основан на измерении скачкообразного увеличения протекающего по кабелю тока при разрушении чувствительного элемента в случае превышения определённого порога температуры.

Кабель состоит из двух свитых проводников, которые покрыты полимерным изолятором. Покрывает термокабель защитная оболочка, предохраняющая его от неблагоприятных факторов внешней температуры полимер изолятора среды. При нагреве до определённой жилы разрушается, проводники соединяются. В результате этого в точке разрушения появляется короткое замыкание, факт которого легко определяется по изменению протекающих токов. При использовании интерфейсного модуля применяется метод измерения длины кабеля, в результате чего определяется место возникновения короткого замыкания, т.е. пожара.

Поскольку контролируется протекание тока по чувствительному элементу, то необходимо подключение оконечного элемента, соответствующего требованиям ПКП или интерфейсного модуля.

Для различных температур сработки и условий применения выпускаются термокабели, которые отличаются материалом оболочки кабеля, а также температурой плавления изолятора жил.

На сегодняшний день доступны различные виды термокабелей. Наиболее популярны три вида термокабеля:

• Protectowire «PHSC» [7];
• Proline «TH» [8];
• Спецприбор «GTSW» [9].

При одинаковом принципе работы данные извещатели имеют различное погонное сопротивление пары жил:

• Protectowire «PHSC» — 0,598 Ом/м
• Proline «TH» — 0,18 Ом/м
• Спецприбор «GTSW» — 0,6 Ом/м

Меньшее погонное сопротивление Proline «TH» позволяет организовывать шлейфы большей длины (до 4000м). У PHSC и GTSW до 2000 м без определения точки срабатывания и до 1500 м с определением точки срабатывания.

До определённой длины термокабель можно включить непосредственно в шлейф сигнализации ПКП, который воспримет замыкание «контактов» извещателя как сигнал «Пожар» без указания месторасположения сработки. В этом случае извещатель является БЕЗАДРЕСНЫМ.

Применение интерфейсного модуля (блок обработки не кумулятивного действия) значительно увеличивает возможности термокабеля, можно увеличить длину чувствительного элемента, а также можно определить место пожара. Точность определения точки срабатывания 1 м, что для систем пожарной сигнализации вполне достаточно.

В этом случае извещатель становится АДРЕСНЫМ.

Для определения места срабатывания используется DC – метод.

При использовании DC — метода из модуля по соединившимся в результате разрушения изоляции жилам кабеля пропускается заданный ток, измеряется сопротивление жилы и на основе значения погонного сопротивления жилы (или её диаметра, материала проводника) рассчитывается длина этого кабеля при существующей температуре. Для получения места срабатывания измеренное значение нужно поделить на 2.

Большое влияние на погрешность измерения кабеля DC-методом оказывает погрешность качество образовавшегося контакта, а также уход температуры (1ºС даёт погрешность 0,4%).

Для реализации принципа двойного срабатывания, необходимого для систем АСПТ, используются двухканальные модули, к которым подключаются два термокабеля с одинаковой температурой срабатывания, либо термокабели с разными, но близкими температурами срабатывания (например, 68 и 88°С).

Размещение термокабеля

В соответствии с требованиями раздела 13.7 свода правил СП 5.13130.2009 с изменениями № 1 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования», термокабель должен располагаться под перекрытием либо в непосредственном контакте с пожарной нагрузкой, максимальное расстояние между частями термокабеля не должны превышать 4–5 м, а расстояния от стен – соответственно, 2–2,5 м в зависимости от высоты защищаемого помещения, и расстояние от чувствительного элемента извещателя до перекрытия должно быть не менее 25 мм, при стеллажном хранении материалов допускается прокладывать чувствительный элемент извещателей по верху ярусов и стеллажей.

В случае плоского горизонтального перекрытия, при отсутствии препятствий для распространения воздушных потоков каждый тепловой точечный извещатель, как и точечный извещатель, защищает площадь в виде круга в горизонтальной проекции. При расстановке чувствительных элементов через 5 м в помещении высотой до 3,5 м, средняя площадь, контролируемая одним сенсором, составляет 25 кв. м, а радиус защищаемой площади равен 2,5 м х √2 = 3,54 м (рис. 6).

Рис. 6. Точечный тепловой извещатель защищает площадь радиусом 3,54 м максимум

Рис. 7. Линейный тепловой извещатель защищает площадь шириной 7 м

У линейного теплового извещателя каждая точка на всей его протяженности является чувствительным элементом. Соответственно, линейный тепловой извещатель защищает зону, ширина которой в √2 больше шага расстановки точечных извещателей. В наших нормах это положение не учитывается, и при размещении термокабеля на нормативных расстояниях защищаемые площади соседних участков накладываются (рис. 7). Можно также отметить, что зарубежные стандарты определяют значительно большую площадь, защищаемую линейными тепловыми извещателями: например, по американскому стандарту UL ширина защищаемой термокабелем площади равна 15,2 м, по требованиям FM – 9,1 м.

При защите термокабелем помещений, подпадающих под действие свода правил СП 5.13130.2009 его длина не может превышать порядка 400 – 500 м поскольку в разделе 13.2 «Требования к организации зон контроля пожарной сигнализации» определено требование: «одним шлейфом пожарной сигнализации с пожарными извещателями … не имеющими адреса, допускается оборудовать зону контроля, включающую: … до десяти изолированных и смежных помещений суммарной площадью не более 1600 м2…». Однако при достаточно точном определении расстояния до очага по сути обеспечивается выполнение требования адресности участков термокабеля, что позволяет увеличить длину термокабеля на одном шлейфе ППКП до нескольких километров.

Монтаж чувствительного элемента.

Прокладку термокабеля желательно вести цельным куском, однако при невозможности это сделать кабель прокладывается отдельными кусками, сращиваемыми на стыках.

При использовании термокабеля вне помещений, все соединения методом сращивания или через клеммы выполняются в соответствующих соединительных коробках. Если кабель устанавливается в условиях высокой влажности, все соединения производятся методом сращивания с использованием изоляционных трубок и изоляционной ленты.

Рис. 8 – Вариант соединения отрезков термокабеля.

Тип оболочки термокабеля

В зависимости от условий эксплуатации используется термокабель с оболочкой из различного материала: ПВХ, полимерная оболочка, оболочка из полипропилена и фторполимерная оболочка. Возможность эксплуатации термокабеля в химически агрессивных средах проверяется при ускоренных испытаниях при высоких концентрациях химических реактивов. Наилучшими эксплуатационными характеристиками обладает термокабель с высококачественной огнестойкой оболочкой из фторполимера с пониженным дымо- и газовыделением (Таблица 2). Если термокабель с ПВХ, полимерной или полипропиленовой оболочкой необходимо выбирать в зависимости от возможных воздействий тех или других химических соединений, то термокабель со фторполимерной оболочкой может применяться практически в любых агрессивных средах, при наличии ультрафиолетового излучения и в условиях экстремально низких температур до — 60 °С.

Таблица 3.
А – абсолютная устойчивость;
B – приемлемая устойчивость;
С – слабая устойчивость;
D – не рекомендуется к применению.

Очевидно, что технические и эксплуатационные характеристики термокабеля определяются как типом оболочки, так и материалом проводников. И в заключение необходимо отметить еще одну специфическую особенность – принцип действия термокабеля определяет необходимость сохранения упругости проводников в течении всего срока службы. Потеря упругости пары проводников – это отказ термокабеля: слабое сдавливание термочувствительного полимера, не обеспечит замыкания проводников при достижении температуры срабатывания. Но эта важнейшая характеристика – надежность – у новых типов термокабеля будет определена только в процессе эксплуатации в ближайшем будущем. И хорошо, если отказ обнаружится при тестировании, а не при пожаре.

Подключение термокабеля к ППКП

Не рекомендуется, а во многих случаях не допускается, подключать термокабель непосредственно к приемно-контрольному прибору (ППКП). Во-первых, необходимо обеспечить корректную работу шлейфа ППКП при срабатывании термокабеля. При срабатывании термокабеля вблизи прибора, из-за малого сопротивления термокабеля прибор будет фиксировать неисправность, как при коротком замыкании шлейфа, а при срабатывании термокабеля на большом расстоянии из-за значительного сопротивления термокабеля шлейф может остаться в дежурном режиме. Для согласования термокабеля с ППКП на практике используются специальные интерфейсные модули, которые, кроме того, еще обеспечивают защиту от электромагнитных помех и гальваническую развязку между термокабелем и шлейфом ППКП, что особенно важно при защите оборудования с высокими уровнями электромагнитных полей, например, при защите мощных высоковольтных трансформаторов, генераторов, кабельных сооружений и просто при значительной длине термокабеля или при наружном размещении. По требованиям п. 13.15.14 СП 5.13130.2009 «Не допускается совместная прокладка шлейфов пожарной сигнализации … с линиями напряжением 110 В и более в одном коробе, трубе, жгуте, замкнутом канале строительной конструкции или на одном лотке», следовательно, при защите силовых кабелей использование интерфейсных модулей для защиты шлейфа ППКП обязательно.

В простейшем варианте интерфейсный модуль обеспечивает светодиодную индикацию режима работы одного линейного теплового извещателя и формирует на ППКП сигналы «Пожар» и «Неисправность» посредством переключения контактов реле (рис. 9). Более сложные модули позволяют подключить два термокабеля и индицируют расстояние до очага вдоль термокабеля в метрах, которое определяется по сопротивлению до точки короткого замыкания термокабеля (рис. 10). Соответственно, точность локализации очага определяется не столько характеристиками измерителя сопротивления модуля, но в большей степени нестабильностью сопротивления термокабеля и соединительного кабеля при изменении условий окружающей среды.

Рис. 9. Интерфейсный модуль с реле и со светодиодной индикацией

Рис. 10. Интерфейсный модуль с индикацией длины термокабеля до очага в метрах

На сегодняшний день в России около 85% рынка занимает оригинальный термокабель с проводниками из специального сплава стали, примерно 15% делят изделия из самых разных стран, от Великобритании до Китая, использующие сходный принцип срабатывания – замыкание двух проводников при нагреве полимерной оболочки при достижении заданной температуры. Характерно, что практически все изготовители этих изделий утверждают, что «добились значительного снижения удельного сопротивления» своих версий термокабеля, за счет применения различных сплавов и комбинаций металлов, чаще всего, меди и никеля. При этом производитель оригинального «родного» термокабеля зачем-то применяет стальной сплав с высоким удельным сопротивлением. Случайно ли это? Очевидно, что нет. Чтобы разобраться – перейдем к «физике процесса».

Для удобства монтажа термокабель прокладывается только в защищаемой зоне, а подключение к интерфейсному модулю производится стандартным медным кабелем с использованием коммутационных коробок (рис. 11). Причем, если при подключении к интерфейсному модулю без измерителя длины сопротивление соединительного кабеля может ограничиваться величиной 100 Ом, то при измерении длины его сопротивление должно быть значительно меньше. Например, если максимальное сопротивление кабеля равно 18 Ом, а удельное сопротивление термокабеля 0,6 Ом/м, то для юстировки «нулевой» точки отсчета длины термокабеля необходимо обеспечить возможность коррекции шкалы измерителя на величину равную 18 Ом : 0,6 Ом/м = 30 м, т.е. иметь диапазон корректировки от 0 до 30 м. Если используется низкоомный термокабель с удельным сопротивлением порядка 0,2 Ом/м, то диапазон корректировки должен быть увеличен до 90 м.

Но главное, при этом учитывается зависимость изменения сопротивления меди от температуры (Таблица 4). Повышение температуры на 10°С вызывает увеличение сопротивления медных проводников примерно на 4%, а изменение температуры на 50°С, например с +20°С до -30°С – уже на 20%. При сопротивлении соединительного медного кабеля 100 Ом, изменение его сопротивления при наружной прокладке может достигать 20 Ом. И если удельное сопротивление термокабеля равно 0,2 Ом/м, то ошибка измерения расстояния до места сработки термокабеля составит 100 м. Аналогичный эффект, только в гораздо больших масштабах, проявляется при использовании меди в проводниках самого термокабеля.

Рис. 11. Подключение термокабеля 1 к интерфейсному модулю 3 при помощи соединительного кабеля 2 и коммутационных коробок А и В

Таблица 4

Легко заметить, что высокоомные сплавы, например нихром, константан, манганин имеют слабую зависимость сопротивления от температуры. При изменении температуры на 10°С их сопротивление практически не изменяется, и даже при изменении на 50 °С отличается меньше, чем на 1% (Таблица 4). В противоположность у низкоомных металлов: никеля, меди, бронзы, серебра и обычной стали зависимость от температуры повышается в десятки раз что делает невозможным измерение расстояния сработки низкоомного термокабеля при изменении температуры. Для меди при изменении температуры на 50 °С (от +20°С до -30 °С), при длине проводников 3 км ошибка может достигать 600 м, а для никеля ошибка на 3 км составит 880 м (. ). Таким образом, низкоомный термокабель, с медью и никелем отличается высокой величиной погрешности измерения и не позволяет определить точное место срабатывания в протяженной зоне. По причинам максимальная длина термокабеля, независимо от удельного сопротивления, ограничивается величиной 3000 или 10000 футов.

Неисправности. Поиск и устранение.

Неисправностью чувствительного элемента может быть обрыв, либо короткое замыкание.

Если получен сигнал пожара, то это значит, что жилы кабеля замкнулись в результате перегрева кабеля или механического воздействия на кабель, вызвавших разрушение внутреннего теплоизолятора жил. Для поиска таких точек можно использовать комплекс оборудования поиска точек срабатывания.

Например, для термокабелей Protectowire при длинах обнаружения до 152 метров используется APL-90 (приставка к цифровому мультиметру) либо при длинах обнаружения до 3000 метров комплект MFL-92 (состоит из генератора тонального сигнала FDG-92 и поискового прибора FDR-92). Во втором случае необходим доступ поисковым прибором к кабелю по всей длине.

Для устранения повреждения чувствительного элемента нужно найти место повреждения, вырезать повреждённый участок термокабеля и вставить новый, идентичный повреждённому, изолировав место соединения.

Факт повреждения интерфейсного модуля (блока обработки) выделяет приемно-контрольный прибор в том случае, если повреждение модуля приведёт к коммутации выходного реле «Неисправность». При подсоединении модуля через порт RS485 неисправность модуля можно идентифицировать по нарушению протокола обмена или при отсутствии обмена.

Устранение повреждения интерфейсного модуля (БО) производится заменой модуля. Поскольку все внешние соединения с модулем проводятся с помощью клеммников, то замена БО осуществляется достаточно быстро.

Достоинства:

• простота в монтаже и наладке;
• практически не требует технического обслуживания;
• высокая устойчивость к влажности, пыли, низким температурам и химическим реагентам;

• устойчив к электромагнитным помехам;

• применение во взрывоопасных зонах;
• экономичность, отсутствие расходов при эксплуатации;
• используется с любыми типами приемно-контрольных приборов;
• не требует обслуживания;
• срок службы более 25 лет.

Недостатки:

• разрушение чувствительного элемента необходимое условие для обнаружения пожара;
• извещатель однократного действия. Сработавший участок требует замены.
• участок термокабеля за сработавшим участком «выпадает» из мониторинга.

При пожаре и замыкании жил кабеля можно обнаружить точку пожара по появившемуся короткому замыканию. Если последующие пожары будут приближаться, разрушая кабель, то их можно обнаружить и зафиксировать. Если последующие пожары будут удаляться, то обнаружен будет пожар только в точке, ближайшей к началу.

• большой разрыв между рабочей температурой и температурой срабатывания (например, для PHSC-155-EPC, температура срабатывания 68,3°С, а максимальная температура окружающей среды 37,8°С).

Не ясно, к какому температурному классу относится термокабель. Например, кабель PHSC-155-EPC срабатывает при температуре 68,3°С, что может относиться к классу А2 (сработка в диапазоне 54-70°С) или к классу А3 (сработка в диапазоне 64-76°С). Вместе с тем максимальная рабочая температура этого кабеля составляет 37,8, что ниже максимальной нормальной температуры как для класса А2 (50°С), тем более для класса А2(60°С). Поэтому данный извещатель можно отнести к классу Н, с параметрами сработки, регламентируемыми техническими данными именно на этот конкретный тип извещателя.

• термокабель не проводит анализ скорости прироста температуры, поэтому является достаточно медленным устройством, срабатывающим при превышении порога температуры.
• невозможность изменения температуры срабатывания в процессе эксплуатации (необходима замена термокабеля), что не позволяет провести адаптацию извещателя при изменившейся условно-нормальной температуре.
• затруднён поиск обрыва чувствительного элемента.

Термокабель хорошее и надёжное устройство, простое и неприхотливое. Подходит для простых объектов, в которых нет жёстких требований по идентификации места нескольких пожаров и в которых можно достаточно просто заменить повреждённый чувствительный элемент.

Адресный тепловой сенсорный кабель.

По большому счёту термокабель похож на пороговый шлейф сигнализации, в который включены точечные тепловые пожарные извещатели. И в том, и в другом случае, возможности ограничиваются обнаружением одного-двух пожаров. Если в ШС обнаружение пожаров ограничивается приемно-контрольным прибором после сработки «два и больше», то сработка точки термокабеля, ближайшей к модулю, блокирует контроль над остатком кабеля. Поэтому область применения термокабеля сродни той, для которой предназначены неадресные ИПТ.

Однако кабельные ИПЛ, как правило, имеют длину сотни метров, и потеря наблюдаемости может стать критичной для контроля распространения пожара. Вследствие этого безадресный чувствительный элемент должен объединять однотипные смежные помещения, при обнаружении пожара действия по которым идентичны.

Адресный чувствительный элемент позволяет получать картину появления и распространения пожара в различных помещениях, в том числе не связанных между собой ни территориально, ни по назначению. Широкие возможности мониторинга, как же, как и в шлейфовых адресных системах, обеспечивает адресуемость к каждой точке наблюдения.

В этом случае расстояние между точками наблюдения не должно превышать расстояние между смежными точечными пожарными извещателями.

Примером кабельного адресного извещателя пожарного теплового многоточечного может служить адресный тепловой сенсорный кабель MHD535 производства Securiton AG, Швейцария [10].

Рис. 12 – Адресный тепловой сенсорный кабель

Кабельный ИПТМ MHD535 предназначен для определения факта пожаров в сложных условиях окружающей воздушной среды.

В состав системы входит блок обработки Processor Unit PU, собственно кабель, в который через равные интервалы встроены датчики температуры, оконечное устройство Cable Terminator Module CTM 535.

Для получения данных от датчика система последовательно, начиная с первого, обращается к каждому из датчиков. Адресация и получение данных происходит с помощью аналоговых (. ) сигналов коммутации. Данные поступают в блок обработки Processor Unit PU, который и принимает решение о наличии пожара. После опроса последнего датчика активируется оконечное устройство Cable Terminator Module CTM 535, получив его сигнал, блок обработки проводит сброс шины и повторяет цикл опроса датчиков, начиная с первого.

Тот датчик, к которому обращается блок обработки, передаёт в аналоговом виде данные по температуре в Cable Terminator Module CTM 535. Данные представляют собой ток, пропорциональный температуре. Измеренный ток вычитается из опорного тока, вырабатываемого оконечным устройством и не зависящего от колебаний температуры. Полученный ток поступает в блок обработки.

Таким образом, значение температуры по датчику представляет разность тока, поступающего от датчика и опорного тока от оконечного устройства. То есть адресный тепловой сенсорный кабель MHD535 – это устройство аналоговой передачи данных от последовательно адресуемых температурных датчиков.

Получаемые данные позволяют выделить сработку по порогу (максимальные температурные классы А1,А2,В,С) или по скорости прироста температуры (дифференциальный класс).

Чувствительный элемент представляет собой восьмижильный плоский кабель, к которому подключены температурные датчики. Кабель является шиной данных извещателя. Датчики защищены внешней изоляцией.

Кабель имеет двойное покрытие. Внутренний слой препятствует проникновению влаги внутрь кабеля и придаёт ему жёсткость. Наружный слой обеспечивает прочность на растяжение, а также стойкость к химическому воздействию.

Кабель поставляется на бобинах как готовое к применению изделие MHD535FX.

Есть два варианта оболочки кабеля: полиуретан PUR или пластик ECTFE (сополимер этилена и трифторхлорэтилена).

Кабель выпускается с различным расстоянием между датчиками: 2 м, 4 м, 7 м, 10 м, и 20м. Общая длина кабеля зависит от количества датчиков, и расстояния между ними.

Стандартная длина кабеля составляет 500 м. Для объектов, требующих использование кабеля длины большей, чем 500 м, выполняется последовательное наращивание кабеля с использованием модуля Connection and Filter Module CFM 535.

Блок обработки Processor Unit PU сопрягается с верхним уровнем (ПКП, АСПС,ПК) с помощью беспотенциальных выходов реле, а также через порты RS422. Для связи через цифровые порты в руководстве по эксплуатации приводится система команд блока обработки.

Блок обработки программируется с помощью ASCII-файла, описывающего конфигурацию извещателя.

Адресный тепловой сенсорный кабель – устройство более сложное, нежели термокабель. В термокабеле возможны простые методы борьбы с ложными сработками в результате наведённых помех: увеличение тока и интервала принятия решения.

Для борьбы с наведёнными помехами в сенсорном кабеле формируются токи равной величины, но разного направления, поступающие от адресуемого датчика и в адресуемый датчик, а также оконечного устройства Cable Terminator Module CTM 535. В результате подавляются синфазные помехи, наведённые на кабель.

Шумы подавляются программно-аппаратными средствами, исходя из предположения, что в нормальной ситуации в передаваемом сигнале спектральная плотность шумов, содержащихся в передаваемом сигнале, имеет равномерное распределение. Такой шум называются белым.

Источник