Тепловые пожарные извещатели.

26 Июнь 2012

В. Баканов, главный конструктор ЧП «Артон»,

И. Неплохов, к.т.н., технический директор ООО «ЦЕНТР-СБ»

Часть 1. Клубок нормативных противоречий

Исторически сложилось так, что во всем мире самыми массовыми извещателями в системах пожарной сигнализации были тепловые извещатели. Это было обусловлено их простотой конструкции, неприхотливостью в обслуживании, а главное, дешевизной. В таких из-вещателях использовались тепловые сенсоры, построенные на широко известных физических законах и закономерностях, таких как изменение линейных размеров от температуры, закон Кюри для ферромагнетиков, температурные зависимости фазовых состояний некоторых материалов, температурные зависимости сопротивления полупроводников и т.д.

Выбор типа сенсора для пожарного извещателя определяется в первую очередь пороговой температурой срабатывания и инерционностью этого элемента пожарного извещателя. ГОСТ 26342 [1] именно эти параметры пожарного теплового извещателя определял как параметры назначения, кроме того в этом документе выделялся отдельный класс тепловых пожарных извещателей - дифференциальные извещатели. Так, в разделе «Основные параметры пожарных извещателей» для тепловых извещате-лей были определены численные значения параметров следующим образом:

«3.1.1. Номинальное значение температуры контролируемой среды, вызывающее срабатывание извещателя (пороговую температуру срабатывания), выбирают из следующего ряда: 50; 60; 70; 80; 90; 100; 120; 140; 160; 180; 200; 250° С.

Допускаемые отклонения данного параметра при необходимости устанавливают в стандартах и технических условиях на извещатели конкретных типов.

3.1.2. Дифференциальный извеща-тель должен срабатывать при воздействии скорости нарастания температуры контролируемой среды, выбираемой из следующего ряда: 3; 5; 10; 20; 30° С/мин, или при воздействии ступенчатого изменения температуры контролируемой среды, выбираемого из следующего ряда: 30; 50; 100° С.

Допускаемые отклонения от номинального значения ступенчатого изменения температуры контролируемой среды при необходимости устанавливают в стандартах и технических условиях на извещатели конкретных типов.

3.1.3. Максимальное значение инерционности срабатывания тепловых извещателей выбирают из следующего ряда: 5, 10; 30; 60; 90; 120 с.

Допускаемые отклонения данного параметра при необходимости устанавливают в стандартах и технических условиях на извещатели конкретных видов».

После распада Советского Союза в Российской Федерации, в Украине и в Республике Беларусь были созданы свои нормативные документы, определяющие требования к тепловым пожарным извещателям, соответственно: НПБ 85-2000 [2], ДСТУ EN 54-5: 2003 [3] и НПБ 103-2005 [4]. Прототипом для этих документов стал европейский норматив из серии EN 54, но если украинский государственный стандарт стал аутентичным переводом соответствующей части европейского документа, то российский и белорусский стандарты существенно отличаются от прототипа.

В зависимости от контролируемого характера изменения температуры, свидетельствующего о появлении пожара, российский НПБ 85 различает ТПИ максимальные, дифференциальные, максимально дифференциальные и с дифференциальной характеристикой. Максимальные ТПИ [5] формируют извещение о пожаре при превышении температурой окружающей среды установленного порогового значения. Дифференциальные ТПИ срабатывают при превышении скоростью нарастания температуры установленного порогового значения. Максимально-дифференциальные ТПИ совмещают функции максимального и дифференциального извещателей. ТПИ с дифференциальной характеристикой имеют температуру срабатывания, зависящую от скорости повышения температуры окружающей среды.

Извещатели максимальные, максимально-дифференциальные и с дифференциальной характеристикой в зависимости от температуры и времени срабатывания подразделяются на десять классов: А1, А2, A3, В, С, D, E, F, G, Н. Дифференциальные извещатели выделены отдельным классом, и им присваивают специальный индекс R1. Максимально-дифференциальные извещатели в зависимости от температурного класса должны обозначаться совмещенными индексами, например, A3 R1. Извещателям с дифференциальной характеристикой дополнительно присваивают индекс R, например, ВR. Количественные характеристики по значению температуры (скорости повышения температуры) и связанному с ними допустимому диапазону времени срабатывания приведены в НПБ 85. Необходимо отметить, что минимальное значение температуры срабатывания (для классов А1, А2) составляет 54° С, а не (50±2,5)° С, как предписывал ГОСТ 26342. А значение времени срабатывания для ТПИ всех температурных классов и видов при скорости нарастания температуры до 30° С/мин не должно быть менее 20 с. Таким образом, ТПИ с инерционностью 5 или 10 секунд просто не может существовать в принципе.

Согласно ДСТУ EN 54-5, все виды ТПИ могут быть только восьми классов: А1, А2, В, С, D, E, F или G. Эти классы характеризуются следующими показателями:

- нормальная температура использования;

- максимальная температура использования;

- минимальная статическая температура срабатывания;

■ максимальная статическая температура срабатывания.

Как видно, здесь отсутствуют температурные классы А3 и Н, но допускается существование ТПИ с дополнительными индексами R и S. Причем извещатели с дополнительным индексом R по табличным значениям параметров полностью соответствуют извещателям с дифференциальной характеристикой по российским НПБ 85. А извещатели с дополнительным индексом S являются прямыми антиподами извещателей с индексом R, так как они не должны срабатывать при быстрых перепадах температуры, но не превышающих максимальную температуру использования. ТПИ класса S идеально подходят для применения в таких помещениях, как котельные и кухни, которым свойственны высокие скорости повышения температуры в течение длительного времени. Но в государственном стандарте Украины, как и в европейском документе, отсутствуют названия для разных видов тепловых извещателей.

Зато названия ТПИ даны в стандарте НПБ 103 Республики Беларусь. В п. 9 этого документа говорится:

Рис. 1

Рис. 2

«По способу определения факторов пожара ТПИ делятся на классы в соответствии с СТБ 11.16.01 и обозначаются в этих Нормах следующими большими латинскими буквами:

- максимальный ТПИ- «М»;

- разностный ТПИ- «R»;

- дифференциальный ТПИ- «S». Каждый из классов ТПИ по температуре или инерционности срабатывания в этих Нормах условно делится на 8 типов с присвоением одной из буквенно-цифровых индексов: A1; A2; B; C; D, E; F; G».

Как мы видим, названия и обозначения ТПИ дополнительными индексами в этом документе свои оригинальные, хотя температурные классы извещателей полностью соответствуют EN 54-5.

Детальный анализ технических требований свидетельствует, что табличные цифры инерционности максимальных извещателей и извещателей с дополнительным индексом «R» по НПБ 103 соответствуют техническим требованиям точечных тепловых извеща-телей соответствующих классов A1; A2; B; C; D, E; F; G и A1R; A2R; BR; CR; DR; ER; FR и GR украинского стандарта ДСТУ EN 54-5. Но извещатели с индексом «S» в этих стандартах имеют совсем противоположные технические свойства. Тепловой извещатель с индексом «S» по белорусскому нормативному документу имеет инерционность, которая зависит только от скорости роста температуры и не зависит от температурного класса извеща-теля, а также такой извещатель не имеет параметра «статическая температура срабатывания», что подтверждает только дифференциальный характер параметров такого извещателя.

Таким образом, главным и существенным отличием российского и белорусского стандартов от европейских и украинских документов является сохранение отдельным видом дифференциальных извещателей, как бы принимая эстафету от советского ГОСТ 26342.

По новому российскому стандарту ГОСТ Р 53325 [6] точечные тепловые пожарные извещатели подразделяются по характеру реакции на контролируемый признак пожара в соответствии с п. 4.1.1.4 на:

- максимальные;

- дифференциальные;

- максимально - дифференциальные.

А по п. 4.5.1.1 указанного стандарта максимальные извещатели в зависимости от температурного класса маркируют символами: A1; A2; А3, B; C; D, E; F; G, Н. Как видим, в новом российском стандарте сохранились дополнительные температурные классы: A3 и Н, а вот ТПИ с дифференциальной характеристикой просто исчезли как класс.

В то же время остались в стандарте чисто дифференциальные извещате-ли, которые маркируют уже индексом «R», а не R1, как было предусмотрено НПБ 85. А вот существование извеща-телей с маркировкой «S» в этом документе вовсе не предусмотрено. Надо добавить, что параметры максимальных извещателей соответствующих классов по российскому ГОСТу несколько отличаются от параметров извеща-телей соответствующих классов по белорусскому НПБ 103 и по украинскому ДСТУ EN 54-5.

Табл. 1.1. Температуры стабилизации и воздушного потока, °С

Класс извещателя	Температура стабилизации	Температура воздушного потока
A2S	5±2	50±2
BS	20±2	65±2
CS	35±2	80±2
DS	50±2	95±2
ES	65±2	110±2
FS	80±2	125±2
GS	95±2	140±2

Зависимости температуры срабатывания максимальных тепловых извеща-телей класса А2 от скорости роста температуры по ГОСТ Р 53325 представлены на рисунке 1. Такие же зависимости по НПБ 103 и ДСТУ EN 54-5 представлены на рисунке 2. Российский стандарт не разрешает максимальным извещателям упреждающих срабатываний при скорости роста температуры более чем 1° С в минуту, т.е. пока температура окружающего воздуха не достигнет значения минимальной статической температуры сработки для соответствующего класса извещателя - в данном случае 54° С. Именно такие температурные зависимости предусмотрены в европейском стандарте для извещателей класса S, но согласно п.6.1 EN 54-5 для таких извещателей предусмотрены дополнительные испытания.

Во время испытаний образец извещателя должен быть стабилизирован при температуре, указанной в таблице 1.1 в соответствии с температурным классом. После стабилизации образец должен быть перемещен за время, не превышающее 10 с, в поток воздуха со скоростью 0,8 м/с (массовый эквивалент при 25° C) и с температурой, указанной в таблице 1.1. Образец должен быть в потоке воздуха не менее 10 мин, регистрируют любое срабатывание образца за это время или в течение перемещения. Извещатель данного класса не должен срабатывать при этих испытаниях.

К тому же извещатель с индексом «S» должен быть самым инерционным среди максимальных тепловых извещателей, поскольку нижние пределы времени срабатывания для этих извещателей соответствуют минимальному превышению температуры воздушного потока над температурой стабилизации на 29° С.

Таким образом, мы видим, что максимальные ТПИ по российскому и белорусскому нормативам могут иметь разные основные технические параметры. Изве-щатели с индексами R имеют одинаковые технические параметры, но по-разному называются. Извещатели с индексами S по белорусскому нормативу имеют прямо противоположные технические параметры по сравнению с извещателями, имеющими такую же маркировку, но уже по украинскому стандарту. В EN 54-5 вообще отсутствуют чисто дифференциальные извещатели как класс. Ведь чисто дифференциальные тепловые извещатели не имеют права на существование потому, что они не позволяют выявить пожары, которые развиваются очень медленно. Пожалуй, вообще невозможно найти такой объект, который требует для защиты только дифференциальные тепловые из-вещатели. Вероятность постепенного развития пожара на большинстве объектов очень высока, а это требует использования максимально-дифференциальных тепловых пожарных извещателей.

Подводя итоги, можно сказать, что при использовании ТПИ нужно внимательно изучать не только паспортные данные, но и сертификаты соответствия, чтобы знать, по каким стандартам проходили сертификацию эти изделия. Хотелось бы, чтобы специалисты отрасли, обсуждая ТПИ, пользовались единой терминологией, но это уже тема для отдельного обсуждения.

Часть 2. Проблемы приминения

Тепловые извещатели, как и другие автоматические пожарные извещатели, - это первичный источник информации для систем пожарной сигнализации, пожаротушения и других средств пожарной автоматики. А от эффективности выявления извещателями пожара на ранней стадии зависит эффективность системы в целом.

Одной из важнейших характеристик теплового извещателя является время задержки срабатывания (инерционность). То есть это время, которое проходит в процессе роста температуры от момента достижения температуры окружающей среды значений статической температуры срабатывания до фактического срабатывания извещателя [1]. Время срабатывания (tср) включает в себя время (Dtj), в течение которого с заданной скоростью повышается температура окружающей среды, и время задержки (Dt2), затрачиваемого на прогрев чувствительного элемента, то есть = + Dt2.

Например, по ГОСТ Р53325-2009 для максимальных извещателей класса А2 статическая температура срабатывания должна находиться в диапазоне от +54 до +70 °С. При повышении температуры со скоростью 30 °С/мин от условно нормальной температуры использования 25 °С до минимальной статической температуры срабатывания 54 °С проходит время, равное 58 с. А при достижении температуры 70 °С - максимальной статической температуры срабатывания пройдет 90 с. А так как максимальное значение тхр определено стандартом как 144 с, то в зависимости от конкретного значения температуры срабатывания время на прогрев Dt2 может находиться в пределах от 54 до 86 с.

Но кроме задержки срабатывания тепловой извещатель класса А2 по европейскому стандарту EN 54-5 [2] имеет возможность срабатывать еще до достижения минимальной статической температуры срабатывания 54° С, если скорость роста температуры превышает 1° С/мин. Графики зависимости температуры срабатывания максимальных тепловых изве-щателей класса А2 от скорости роста температуры для разных нормативных документов приведены на рисунках 1 и 2. Красным цветом указаны допустимые зоны времен срабатывания, а горизонтальные черные линии отделяют зону статических температур срабатывания. Если считать, что тепловой извещатель тем лучше, чем меньше его инерционность, то ГОСТ Р 53325-2009 запрещает применение на территории России более эффективных тепловых пожарных извещателей, соответствующих европейскому, белорусскому или украинскому национальным стандартам. Конечно, все известные тепловые сенсоры обладают инерционностью в большей или меньшей степени. Для обеспечения надлежащей работы максимальных тепловых извещателей необходимо в них применять малогабаритные тепловые сенсоры, имеющие малую массу и габаритные размеры, а значит, и меньшее время прогрева, и, как следствие, меньшую инерционность. Наибольшее распространение получили тепловые сенсоры на основе биметаллов, с эффектом «памяти формы», полупроводников и т.д.

В то же время сенсоры на термореле, использующие зависимость величины магнитной индукции от температуры, с применением геркона все меньше появляются на рынке, потому что такие сенсоры имеют значительную инерционность. Большую инерционность имеют также тепловые сенсоры на основе проволочных термометров сопротивления.

Более сложные тепловые извещате-ли, в которых применяются в качестве сенсора миниатюрные терморезисторы и другие полупроводниковые элементы, а для обработки сигнала - электронные блоки с температурной компенсацией или микроконтроллеры, имеют возможность срабатывания с упреждением в соответствии с EN 54-5, оставаясь при этом максимальными тепловыми извещателями. С другой стороны максимально-дифференциальные тепловые пожарные извещатели, которые по определению должны срабатывать с упреждением, при первичной проверке на соответствие температурному классу могут иметь инерционность, допускающую сработку извещателя после прогрева воздуха на 20° С от начальной температуры, если скорость роста температуры не менее 10° С/мин. Для проверки дифференциального канала таких из-вещателей в EN 54-5 предусматривается дополнительная проверка параметров для скоростей роста температуры 10, 20 и 30° С/мин, а начальной выбирается температура 5° С для извещателей класса

A2R. Зависимости температуры срабатывания максимально-дифференциальных тепловых извещателей класса А2R от скорости роста температуры приведены на рисунке 3.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Как видно из графиков, представленных на рисунке 3, максимально-дифференциальный тепловой пожарный изве-щатель может сработать, если температура окружающего воздуха в охраняемом помещении за время меньше чем 2 минуты растет на 20° С (с 5 до 25° С). Но остается открытым вопрос: допускается ли сра-ботка такого извещателя, если за то же время температура изменится от минус 10° С до 10° С?

По верхнему временному пределу инерционность срабатывания максимально-дифференциальных тепловых извеща-телей ограничена временем достижения температурой окружающего воздуха значения, равного максимальной статической температуры срабатывания для выбранного температурного класса и соответствующей скорости возрастания температуры.

На рисунке 4 представлены зависимости температуры срабатывания максимально-дифференциальных тепловых из-вещателей класса А2R от скорости роста температуры по ГОСТ Р 53325-2009.

Рис. 4

Из представленных графиков видно, что температура срабатывания максимально-дифференциального извещателя при определенных скоростях возрастания температуры должна будет находиться в более узких пределах, чем между минимальной и максимальной температурами сработки по соответствующему температурному классу, как это предписывает п. 4.5.1.2 указанного стандарта. Кроме того, российским нормативом допускается сработка таких извещателей при повышении температуры окружающего воздуха только на 10° С (с 25 до 35° С) при тех же скоростях возрастания температуры.

Если исходить из выявленной тенденции, то при старте с температуры окружающего воздуха 45° С должна ли уменьшиться еще в два раза температура нагрева воздуха, чтобы минимальная температура срабатывания извещателей стала 50° С? И при старте с отрицательной температуры, например, -15° С, должна ли возрасти температура так, чтобы минимальная температура срабатывания из-вещателей стала 15° С?

На эти вопросы нет ответов ни в российском, ни в европейском нормативных документах. И если задаться целью создания максимально-дифференциального извещателя с минимальной инерционностью, то придется делать извещатели с разными значениями времени минимальной инерционности в зависимости от региона поставки.

Несмотря на выявленные отличия, максимально-дифференциальные извещатели по ГОСТ Р 53325-2009 очень близки по параметрам к максимально-разностным извещателям по белорусскому НПБ 103 и к извещателям классов MR, А2R, GR по украинскому ДСТУ EN 54-5. «Тепловые пожарные извещатели динамического типа», о которых идет речь в украинском стандарте ДСТУ-Н CEN / TS 54-14 [3], по существу являются теми же самыми максимально-дифференциальными извеща-телями. Отличие тепловых извещателей динамического типа, как и извещателей «с дифференциальной характеристикой» по НПБ 85-2000, от максимально-дифференциальных извещателей заключается в схемно-конструкторской реализации, а не в выполняемой функции.

Имеющиеся явные преимущества максимально-дифференциальных тепловых извещателей перед простыми максимальными извещателями никак не подтверждаются нормативными документами по применению тепловых точечных пожарных извещателей как по российскому своду правил СП 5.13130 [4], так и по украинскому ДБН В.2.5-56 [5]. Для всех типов тепловых точечных пожарных извещателей в этих документах установлена одинаковая нормативная величина площади охраняемого объекта. Причем эта площадь существенно меньше площади, охраняемой дымовым пожарным извещателем.

В украинском стандарте ДСТУ-Н CEN / TS 54-14 есть только замечание о том, что «тепловые пожарные извещатели динамического типа пригодны для применения в условиях, когда температура окружающей среды низкая или меняется лишь медленно, однако максимальные тепловые пожарные извещатели пригодны для использования в условиях, когда окружающая температура может быстро меняться в течение коротких промежутков времени». Никаких других преференций для тепловых точечных извеща-телей не имеется и в этом нормативном документе, хотя известно [б], что максимально-дифференциальные тепловые из-вещатели в силу их физического принципа действия в большинстве случаев в десятки раз (!) эффективнее, чем обычные максимальные тепловые извещатели. В некоторых случаях по эффективности они могут конкурировать с дымовыми пожарными извещателями хотя бы потому, что дым переносится тем самым конвективным потоком, на изменение температуры в котором и реагирует максимально-дифференциальный тепловой пожарный извещатель. Результаты расчетов приведены д.т.н., профессором Ф.И. Шароваром, автором известной монографии по компонентам и системам пожарной сигнализации [7] в статье [6]. В ней наглядно показаны преимущества максимально-дифференциальных тепловых пожарных извещателей по сравнению с максимальными. Например, 10 дифференциальных тепловых извещателей в помещении площадью 250 м2 обнаруживают загорание с тепловой мощностью не более 55 кВт, при этом площадь очага горения не превысит величины 0,5 м2 (0,7 м х 0,7 м). Тогда как 10 максимальных тепловых извещателей класса А2 обнаруживают очаг пожара с тепловой мощностью порядка 0,9 МВт, при этом необходимо учитывать, что тушение очагов пожара с тепловой мощностью более 1 МВт при помощи огнетушителей практически невозможно.

Для сравнения можно отметить, что дымовые пожарные извещатели обнаруживают тестовые очаги горения n-гепта-на и полиуретана площадью 0,25 м2 (0,5 м х 0,5 м), правда на расстоянии 3 м от очага, а не на максимальном 6,36 м. Не надо забывать и то, что существует категория помещений, где на протяжении довольно длительного промежутка времени может быстро изменяться температура, в то же время оставаясь в диапазоне температур использования. К таким помещениям относятся: кухни, котельные, чердачные помещения с металлическим покрытием и т.д. Здесь категорически нельзя применять максимально-дифференциальные извещатели из-за большой вероятности ложных сработок. Конечно, для этих помещений рекомендованными будут максимальные извещатели класса S по EN 54-5. Целесообразно таким извещателям дать свое название, например, «максимально-инерционные», тогда их легко будет отличить от дифференциальных извещателей по белорусскому НПБ103, которые обозначаются таким же индексом S.

Зависимость температуры срабатывания максимально-инерционных тепловых извещателей класса А2S от скорости роста температуры приведена на рисунке 5.

Рис. 5

При применении максимально-инерционных тепловых извещателей важно помнить, что они не должны срабатывать при резких перепадах температуры в пределах нормально-максимальной температуры среды. Но при таких перепадах температуры на кухнях и в подобных помещениях возможна конденсация влаги, а это в свою очередь приводит к новым требованиям по IP и по работе в условиях повышенной относительной влажности.

При выборе тепловых извещателей необходимо обращать внимание на то, чтобы оболочка извещателя обеспечивала свободное прохождение потока воздуха к тепловому сенсору. Важно также, чтобы конструкция изделия обеспечивала расположение теплового сенсора на расстоянии не менее 15 мм от монтажной поверхности извещателя, тогда воздушным потокам не будет мешать холодный слой воздуха у холодной поверхности, на которой смонтирован извещатель.

Подытоживая вышеизложенное, сформулируем требования к тепловым пожарным извещателям с учетом европейских норм.

1. Тепловые пожарные максимально-дифференциальные извещатели, которые формируют сигнал о пожаре при нарастании температуры в помещении со скоростью, превышающей 8-10 °С/мин, обладают универсальностью и способностью обнаружить очаг возгорания на ранней стадии его возникновения и являются более эффективными в применении для абсолютного большинства объектов, чем максимальные тепловые пожарные изве-щатели.

2. Из всего многообразия максимальных тепловых пожарных извещателей наиболее целесообразно использовать изве-щатели с наименьшей инерционностью или даже с упреждающим срабатыванием при больших скоростях роста температуры, если в рабочем режиме в защищаемых помещениях не бывает резких изменений температуры.

3. Применение обычных двухрежим-ных максимальных тепловых пожарных извещателей целесообразно ограничить помещениями с высокой степенью огнестойкости и высотой потолка не более 3,5 м, содержащими малоценные материалы, которые имеют относительно малую линейную скорость распространения горения и малую массовую скорость выгорания, а также помещениями, в которых неприменимы ни дымовые извещатели (в связи с низким коэффициентом дымо-образования горючих материалов или при сильной технологической запыленности воздушной среды в помещении), ни тепловые максимально-дифференциальные извещатели (в связи с наличием в помещении нестационарных интенсивных тепловых потоков со скоростью более 10° С/мин).

4. Максимально-инерционные тепловые пожарные извещатели имеют свою область применения - кухни, котельные -то есть помещения со значительными перепадами температуры, повышенной влажностью воздуха и т.д.

Уникальные возможности максимально-дифференциальных тепловых пожарных извещателей реализуются при меньших затратах и большей эффективности. Однако для этого необходимо внести соответствующие коррективы в действующие нормативные документы.

Часть 3. Пути совершенствования.

В основу построения тепловых пожарных извещателей положены различные физические закономерности, в которых проявляются температурные зависимости. Например, зависимость от температуры линейных размеров, формы тела, магнитных свойств (закон Кюри), фазовых переходов материалов, сопротивления металлов и полупроводников и тому подобное.

В максимальном тепловом пожарном извещателе ИП-103-2 (ТРВ-2) применялся сенсор, который состоял из латунной трубки и инварового стержня [1]. Инвар (означает «неизменный») как сплав железа и никеля был изобретен в 1896 году швейцарским физиком Ш. Гийомом, за что он в 1920 году получил Нобелевскую премию. В диапазоне температур от -80 до +100° С коэффициент теплового расширения такого материала составляет 1,5х10-61/°С. Благодаря различным коэффициентам теплового расширения латуни и инвара, на размере сенсора около 250 мм достигается возможность управления упругими электрическими контактами, которые можно было настроить на срабатывание соответственно при температурах (70 ± 5)° С и (120 ± 5)° С. Такой извещатель, конструкция которого представлена на рисунке 1, выполнен во взрывобезопасном исполнении, что допускает его применение во взрывоопасных помещениях всех классов, в которых могут создаваться взрывоопасные смеси 1, 2, 3 категорий групп А, Б и Г включительно согласно ПУЭ. Усовершенствования для этого извещате-ля представлены в описании изобретения по авторскому свидетельству СССР №1357990. К недостаткам этого изделия можно отнести значительные габариты и большую инерционность даже при

незначительных скоростях роста температуры воздуха.

Рис. 1

Долгое время широко применялся тепловой пожарный невосстанавлива-емый извещатель ИП 104-1 благодаря простоте своей конструкции. Конструкция ИП 104-1 представлена на рисунке 2. Тепловой сенсор в этом изве-щателе состоит из двух упругих металлических пластин, которые спаяны между собой с помощью сплава Вуда. У этого сплава температура плавления составляет 68° С, и, когда температура окружающего воздуха превышала это значение, сплав переходил в жидкое состояние: упругие контакты размыкались и разрывали электрическую цепь шлейфа пожарной сигнализации. Усовершенствованию извещате-лей такого типа были посвящены изобретения по авторским свидетельствам СССР №№991461, 1177834,

118014, 1203563, 1229788, 1837341 и

по патенту России №2087035. Некоторые модели такого извещателя содержали диоды, которые подключались параллельно упругим контактам. С помощью этих диодов выявлялась разница между срабатыванием извещателя и обрывом знакопеременного шлейфа пожарной сигнализации. К недостаткам таких устройств следует отнести старение сплава, вызывающее повышение температуры срабатывания извещателя, а также невозможность проведения тестирования системы пожарной сигнализации с такими извещателями и самих извещателей.

Рис. 2

Наиболее известным на постсоветском пространстве был, а в некоторых странах все еще и остается извещатель тепловой магнитный ИП-105-2/1, конструкция которого представлена на рисунке 3. Чувствительным элементом этого извещателя является геркон [2] с закрепленной на нем магнитной системой, состоящей из постоянных магнитов, никель-цинковых ферритов с низкотемпературной точкой Кюри и латунных шайб - термоприемников. При нормальных условиях геркон под действием продольного магнитного поля, образованного постоянными магнитами и ферритами, стабилизирующими это поле, замкнут.

При повышении температуры окружающей среды более 70° С магнитная проницаемость ферритов резко падает, что ведет к ослаблению магнитного поля и размыканию контактов. Исчезновение магнитных свойств ферритов при достижении температуры в «точке Кюри» объясняется тем, что энергия теплового движения становится больше, чем энергия, ориентирующая внутренние молекулярные поля. Такие изве-щатели не имели никакой настройки температуры срабатывания, были неремонтопригодны, а благодаря достаточно большой массе термочувствительного элемента имели еще и большую инерционность. При обдувании извещателя ИП-105-2/1 воздухом, нагретым до 90° С, срабатывание происходило через 120 с. Извещатель необходимо было устанавливать в помещениях и на элементах конструкций, не имеющих собственного магнитного поля. Благодаря высокому качеству герметичных магниточувствительных контактов, извещатель мог работать при высокой относительной влажности воздуха: 98% при 35° С. Применяется извещатель ИП-105-2/1 с ППКП, воспринимающими сигнал о размыкании или увеличении сопротивления шлейфа пожарной сигнализации.

Усовершенствованию тепловых магнитных извещателей были посвящены изобретения по авторским свидетельствам СССР №№830454, 1244686, 1260989, 1832905, по патенту России №2179350 и по патенту Украины №10810.

Параллельно входным клеммам из-вещателя устанавливался резистор, сопротивление которого суммировалось с сопротивлением конечного резистора при размыкании контактов геркона. Приемно-контрольный пожарный прибор такой ступенчатый рост сопротивления в шлейфе пожарной сигнализации оценивал как сигнал «Пожар».

Применение полупроводниковых терморезисторов в тепловых пожарных извещателях позволило не только существенно уменьшить инерционность, но и создать максимальные, дифференциальные и максимально-дифференциальные извещатели практически при одном и том же схемотехническом решении. В основу работы изделия ИП-101-20/1-70 положена зависимость величины сопротивления терморезистора от температуры. Основными узлами и элементами схемы, представленной на рисунке 4, является терморезистор, ре-зистивный мост, транзисторный компаратор, бистабильный элемент - узел памяти на двух транзисторах.

В дежурном режиме все транзисторы извещателя закрыты. Ток потребления в дежурном режиме мал и равен току через резистивный мост. При повышении температуры сопротивление терморезистора уменьшается, благодаря чему увеличивается разность потенциалов на входах транзисторного компаратора. При достижении температуры 70° С эта разность потенциалов становится достаточной для открывания транзисторов компаратора и включения бистабильного элемента. Извеща-тель формирует тревожное сообщение о пожаре путем ступенчатого снижения его внутреннего сопротивления, которое не зависит от величины напряжения в шлейфе в пределах от 3 до 30 В. Оптическая индикация повышения температуры в помещении осуществляется с помощью внешнего индикатора - све-тодиода. Кроме того, обеспечивается возможность работы нескольких изве-щателей с одним групповым выносным устройством оптической индикации.

Рис. 3

Дифференциальный тепловой из-вещатель, блок-схема которого приведена на рисунке 5, содержит два терморезистора в одном плече резис-тивного моста. Причем второй терморезистор находится в середине изве-щателя и защищен от прямого контакта с воздухом. При быстром повышении температуры сопротивление второго терморезистора не успевает уменьшиться, напряжение на входах компаратора возрастает и достигает порога открывания транзисторов этого компаратора при температуре ниже минимальной температуры срабатывания. При медленном повышении температуры сопротивления терморезисторов уменьшаются пропорционально друг другу, поэтому не будет увеличиваться разность потенциалов на входах компаратора. Такой извещатель может вовсе не сработать при квазистатическом росте температуры. Применение такого решения может обернуться трагедией, поэтому чисто дифференциальные тепловые из-вещатели нецелесообразно использовать.

Рис. 4

Рис. 5

Решить эту проблему и превратить дифференциальный извещатель в максимально дифференциальный может всего один лишь резистор, который нужно установить последовательно со вторым терморезистором. Блок-схема теплового максимально дифференциального извещателя ИП-101-2 представлена на рисунке 6.

Рис. 6

При медленном повышении температуры в таком извещателе сопротивление терморезисторов уменьшается пропорционально друг другу, как и в предыдущей схеме, но благодаря дополнительному резистору возрастает разность потенциалов на входах компаратора. Поэтому такой извещатель срабатывает при достижении заданного порога срабатывания и в случае быстрого нарастания температуры. К недостаткам можно отнести несогласованность схем, представленных на рисунках 4-6, с ППКП со знакопеременным напряжением в шлейфах пожарной сигнализации. При отсутствии напряжения питания даже на короткое время (10-50 мс) бистабильные элементы таких извещателей не сохраняют состояние пожарной тревоги, когда температура воздуха у сенсоров уменьшается до максимальной температуры использования.

Для ТПИ разрабатывались и специальные интегральные микросхемы. Примером может служить микросхема датчика температуры для противопожарных систем УЗ1101ХП03, которая выполнена в металлическом корпусе КТ-1 с тремя выводами. Датчик рассчитан на температуру срабатывания в диапазоне от 62 до 70° С. Микросхема работает в широком диапазоне напряжений питания: от 3 до 30 В. Максимальный выходной ток в режиме пожарной тревоги 20 мА, а ток потребления в дежурном режиме не более 30 мкА. Недостатком этой микросхемы является отсутствие памяти сработки в знакопеременном шлейфе пожарной сигнализации. Схема подключения УЗ1101ХП03 приведена на рисунке 7.

Интересное схемотехническое решение было реализовано в максимальном ТПИ ИП 103-5/4, блок-схема которого приведена на рисунке 8. На транзисторном оптроне реализован элемент памяти - триггер. В дежурном режиме работы, когда контакты датчика температуры разомкнуты, ток потребления извещателя равен току утечки оптрона при максимальном напряжении 30 В. При срабатывании контактного датчика температуры скачкообразно увеличивается ток потребления, который ограничивается резистором. Начинают светиться индикатор и све-тодиод транзисторного оптрона. Открывается транзистор оптрона и закорачивает цепь датчика температуры. В таком состоянии ТПИ может находиться достаточно долго, даже если температура будет ниже максимальной температуры применения. В исходное состояние вернуть извещатель можно отключением питающего напряжения. Недостатком ИП 103-5/4 является то, что он не обеспечивает нормальную работу в знакопеременном шлейфе пожарной сигнализации. Даже очень кратковременные провалы питающего напряжения приводят к возврату изве-щателя в дежурный режим работы.

Рис. 7

Рис. 8

Однако время идет, меняются требования. В результате этого возникла необходимость в разработке новых тепловых извещателей, соответствующих современному уровню техники в пожарной сигнализации. Первым из новой когорты технических решений появился съемный восстанавливаемый точечный тепловой максимальный извещатель с дистанционным возвратом в исходное состояние - СПТ-2Б [3], блок-схема которого представлена на рисунке 9.

Рис. 9

Извещатель СПТ-2Б представляет собой автоматическое термоэлектрическое устройство, осуществляющее электрическую сигнализацию и оптическую индикацию при повышении температуры в помещении, а также оптическую индикацию дежурного режима работы. В качестве теплового сенсора у него был задействован специальный пленочный малоинерционный терморезистор с релейной температурной характеристикой, имеющей скачкообразное изменение сопротивления не менее, чем на три порядка при температуре фазового перехода этого полупроводника равной 68° С. Для еще большей стабилизации параметров сенсора его питание осуществлялось импульсным напряжением стабильной амплитуды.

Следующей серией технических решений стали извещатели ТПТ-2 и ТПТ-3 [4], [5], [6], [7]. Аналогичные извеща-тели с использованием указанных изобретений были сертифицированы в Республике Беларусь (СПТ-2А) и в Российской Федерации (Кадет-Т2, Кадет-Т3). Принципиальная электрическая схема извещателя ТПТ-2 (рис. 10) имеет минимальное количество электронных компонентов.

Рис. 10

Тепловым сенсором в этом извеща-теле было контактное тепловое реле на основе температурной памяти формы материала. Извещатели ТПТ-3 имеют дополнительную функцию - индикацию дежурного режима работы.

Дальнейшие исследования и изобретения [8], [9], [10], [11], [12] и соответствующие им патенты России №№2420809, 2351016, 2386175, 2372664, 2390850 открыли возможность создания новых серий пожарных тепловых максимальных извещателей практически на одной печатной плате различных температурных классов: А1, А2, A3, В, а также максимально инерционных извещателей классов A1S, A2S, BS. Микроконтроллерные максимально дифференциальные извещатели классов A1R, A2R, A3R, BR отличаются только программой, которая «прошивается» в микроконтроллерах этих извещателей.

Эти новейшие разработки с единым названием «Тепловой пожарный извещатель» завоевали почетное второе место в абсолютной номинации на Всеукраинском конкурсе «Лучшее изобретение 2010 года». Таким образом, можно справедливо утверждать, что новейшие решения, которые реализуются сейчас в компонентах пожарной сигнализации и в тепловых пожарных извещателях в частности, реально вышли на уровень высоких технологий и технических решений.