Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности

Надежность систем пожарной сигнализации

Основные характеристики противопожарных систем – надежность и достоверность обнаружения пожароопасной ситуации. Без учета этих характеристик невозможно спроектировать работоспособную систему и обеспечить реальную защиту объекта от пожара. В действующих нормативных документах приводятся требования к надежности только пожарных извещателей и приемно-контрольных приборов. Эти требования настолько низкие, что их выполнения недостаточно для того, чтобы обеспечить достаточную надежность системы.

Нормативные требования к надежности

Надежность приемно-контрольных приборов

В НПБ 75-98 Приборы приемо-контрольные пожарные. Приборы управления пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний указано, что приборы приемно-контрольные пожарные (ППКП) должны быть восстанавливаемыми и обслуживаемыми изделиями, средняя наработка на отказ должна составлять на шлейф не менее 40 000 часов (ч) для ППКП малой емкости (до 5 шлейфов сигнализации) и не менее 30 000 ч – для ППКП средней (от 6 до 20 шлейфов сигнализации) и большой (свыше 20 шлейфов сигнализации) емкости. Вероятность возникновения отказа, приводящего к ложному срабатыванию, за 1000 ч работы не должна превышать значения 0,01, среднее время восстановления – не более 6 часов, средний срок службы – не менее 10 лет.

Значит, если прибор имеет 20 шлейфов, то допускается появление отказов в среднем через 1500 ч, то есть примерно каждые 2 месяца, а если 60 шлейфов – то один раз в 3 недели. За 10 лет 20-шлейфный прибор может потребовать 60 ремонтов, а 60-шлейфный – 175 ремонтов.

Надежность дымовых пожарных извещателей

Согласно НПБ 65-97 Извещатели пожарные оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний средняя наработка на отказ оптических извещателей должна быть не менее 60 000 ч, а средний срок службы извещателя должен быть не менее 10 лет. Примем плотность распределения вероятности отказа извещателя постоянной, тогда исходя из средней наработки на отказ одного пожарного извещателя, равной Т_ср1=60 000 ч, его максимальная наработка на отказ составит Т_макс1=120 000 ч (рис. . В данном случае вероятность отказа одного извещателя за 10 лет равна Р_отк1=0,73, то есть из 100 извещателей через 10 лет работоспособными останутся только 27 штук.



Рис. Распределение плотности вероятности отказа 1 и 2-х дымовых извещателей

Для повышения надежности с давних времен в России введено требование установки в каждом помещении не менее 2 извещателей на случай отказа одного из них. Однако, если используется ненадежная техника, то ситуация при этом улучшается незначительно. При вероятности отказа одного извещателя Р_отк1=0,73 за 10 лет, вероятность отказа 2-х извещателей снизится всего лишь до Р_отк2=0,73x0,73=0,5329, т.е. только в 1,37 раза. Таким образом, если вероятность отказа 2 извещателей в течение 10 лет (то есть 87 600 часов) равна Р_отк2=0,5329, то вероятность отказа, равная 1, будет достигнута через Т_макс2=164 383 ч, следовательно, средняя наработка на отказ повысится с Т_ср1=60 000 ч всего лишь до Т_ср2=164 383/2=82 191,5 ч. Причем и эти значения будут достигнуты только при условии независимости отказа каждого извещателя, что, конечно, не всегда выполняется. Если используется элементная база или схемотехнические решения, обуславливают нарушение работоспособности извещателя в определенных условиях, то произойдет одновременный отказ всех извещателей, и система станет полностью неработоспособной, несмотря на резервирование.

Совершенно непонятно, почему были заложены такие низкие требования по надежности пожарных извещателей и приемно-контрольных приборов. Причем по НПБ 66-97 Извещатели пожарные автономные. Общие технические требования. Методы испытаний, автономные дымовые извещатели также должны иметь среднюю наработку на отказ не менее 60 000 ч, хотя они устанавливаются по одному на помещение.

Надежность тепловых пожарных извещателей

Согласно НПБ 76-98 Извещатели пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний средняя наработка на отказ для тепловых пожарных извещателей, не потребляющих электрический ток, то есть для контактных извещателей, должна быть не менее не менее 200 000 ч, и средний срок службы также должен быть не менее 10 лет. В этом случае Т_ср1=200 000 ч уже составляет 22,83 года, все извещатели откажут через Т_макс1=45,66 года, и в течение срока службы за 10 лет только 21,9% извещателей могут потребовать замены.

При резервировании вероятность отказа 2-х извещателей за 10 лет снижается более, чем в 4,5 раза до Р_отк2=0,04 То есть из 100 пар извещателей неработоспособными окажутся только 5, а средняя наработка на отказ пары тепловых извещателей превышает 100 лет.



Рис. Распределение плотности вероятности отказа 1 и 2-х тепловых извещателей

Реальная надежность пожарного извещателя

Надежность любого электронного устройства зависит от уровня разработки, от надежности каждого электронного компонента и их числа, от технологии сборки, тестирования и других факторов. Сложность контроля этого параметра и специфика формирования рынка противопожарных систем объясняет присутствие в нем наряду с высоконадежными устройствами таких извещателей, вероятность отказа которых на входном контроле составляет более 10%, а через год может превышать 50%.



Рис. Распределение плотности вероятности отказа аппаратуры

На рис. 3 кривая 1 – это типовое распределение плотности вероятности отказа электронной аппаратуры. Можно выделить три области: I – приработка изделий, на этом этапе происходит отказ ненадежных элементов, выявление некачественной пайки и т.д.; II – период времени, соответствующий наименьшей вероятности отказа изделия; III – этап отказов элементов изделия в результате старения.

Такая зависимость характерна для низкокачественной радиоэлектронной аппаратуры. В наихудшем случае кривая 1 может трансформироваться в кривую 2, где этап приработки и старения практически совмещены. Этот случай соответствует изделиям с недопустимо низкой надежностью – примерно за год происходит отказ всех изделий. Так как в любом случае площадь под кривой распределения плотности вероятности равна 1, то положение кривой 2 намного выше среднего уровня кривой 1.

Характер зависимости может существенно отличаться от приведенных примеров. Использование кустарных способов изготовления изделия, электронных элементов с истекшим сроком хранения, печатных плат с окислившимися проводниками наряду с другими подобными обстоятельствами определяют характерный всплеск отказов извещателей после 0,5 - 1 года эксплуатации, которые происходят из-за коррозии соединений навесных элементов. Именно этими причинами объясняются короткие сроки гарантии некоторых производителей. Только при обеспечении высокого уровня производства и использовании современных технологий и высококачественной специализированной элементной базы можно обеспечить высокую надежность извещателя и дать гарантию на 3 - 5 лет.

Кривая 3, изображенная на рис. 3, обозначает распределение плотности вероятности отказа высококачественной электронной аппаратуры: этап приработки отсутствует благодаря проведению компьютерных тестов с максимальной глубиной (до номинала каждого элемента и до каждой цепочки алгоритма) и электрической тренировке извещателя. Средняя наработка на отказ высококачественного извещателя составляет 500 000 - 700 000 часов, то есть может достигать 80 лет. Следовательно, этап старения начинается за пределами всех разумных сроков эксплуатации извещателя. Таким образом, кривая 3 плотности распределения вероятности отказа качественного извещателя на всем этапе срока эксплуатации имеет вид прямой, располагающейся практически на нулевом уровне.

Расчет средней наработки на отказ

Исходными значениями для расчета являются средние вероятности отказа каждого элемента в час с коэффициентом 10^-9 (то есть в миллиардных долях), эти значения для различных режимов работы предоставляют все ведущие производители электронных компонентов.

В зависимости от выбранной элементной базы можно получить одно и то же изделие с различной надежностью. Например, средняя вероятность отказа в час SMD-резисторов и конденсаторов различного типоразмера равна 5 x 10^-9, и при использовании 30 таких элементов средняя вероятность отказа в час любого из них увеличится в 30 раз и составит 150 x 10^-9.

Более сложные элементы могут иметь более высокие значения, например, средняя вероятность отказа в час интегральной микросхемы равна 300х10^-9. В сумме для европейского дымового пожарного извещателя 2351Е (аналог российских извещателей ИП 212-73 и ИП 212-60А) средняя вероятность отказа за час составляет 2050 x 10^-9, за год 8760 x 2050 x 10^-9=0,017959, следовательно, средняя наработка на отказ превышает 55 лет.

Расчетные характеристики подтверждаются реальной статистикой: число возвратов извещателей ИП 212-73 составляет в среднем один на более чем 30 000 поставляемых извещателей. Качественные надежные извещатели не требуют резервирования и во всем мире ставятся по одному на помещение, при обеспечении контроля всей его площади. По европейским нормам дымовой извещатель контролирует площадь в виде круга радиусом 7,5 м, тепловой – радиусом 5,3 м.

Размещение пожарных извещателей

Необходимо учитывать, что резервирование обеспечивается только при полном выполнении функций одного устройства другим. Начиная с 1984 г. в нормах указывается средняя площадь, контролируемая одним извещателем, а также максимальное расстояние между извещателями, извещателем и стеной в зависимости от высоты защищаемого помещения. По СНиП 2.04.09-84 Пожарная автоматика зданий и сооружений и по действующему в настоящее время НПБ 88-2001 Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования при высоте до 3,5 м расстояние между дымовыми извещателями не должно превышать 9 м, а от стены – 4,5 м (рис. . При этом в данных документах указывается средняя площадь, контролируемая пожарным извещателем, равная 85 м².



Рис. Размещение дымовых извещателей и радиус контролируемой площади

Общепринятая физическая модель определения пожара на первом этапе в большом помещении с горизонтальным перекрытием: поток дыма с теплым воздухом от очага поднимается к потолку и расходится в горизонтальной плоскости. С увеличением расстояния от очага быстро снижается удельная оптическая плотность среды (близко к обратно квадратичной зависимости) и одновременно падает температура за счет разбавления воздушной среды чистым холодным воздухом. Максимальное расстояние между извещателями определяет допустимое расстояние очага от пожарного извещателя. В нашем примере максимально удаленная от извещателей точка находится в центре квадрата, образованного 4 извещателями, на расстоянии 6,36 м от каждого из них. Отсюда можно заключить, что один дымовой извещатель защищает круг радиусом 6,36 м, площадью 127 м². Средняя площадь, контролируемая одним дымовым извещателем, в данном случае равна 9 x 9=81 м².

Понятно, что при такой расстановке резервирование практически отсутствует, площадь, контролируемая одновременно 2 извещателями, незначительна. Для обеспечения резервирования каждая точка помещения должна контролироваться одновременно 2 извещателями. Если они установлены в помещении размером 9 x 9 м, то резервирование есть, а если в помещении 9 x 18 м, то нет. В последнем случае площадь равна 162 м², и при установленной средней площади контроля одним извещателем, равной 85 м², требуется не менее четырех извещателей!



Рис. Равномерное распределение извещателей по площади

При этом равномерное распределение извещателей по площади не является наилучшим вариантом (рис. . При отказе крайнего извещателя часть помещения остается незащищенной. Лучшие результаты дает вариант расстановки извещателей попарно (рис. , в этом случае обеспечивается полное дублирование извещателей.



Рис. Обеспечение контроля каждой точки двумя извещателями

В НПБ 88-2001 п. 13.1 сказано: аппаратура системы пожарной сигнализации должна формировать команды на управление автоматическими установками пожаротушения или дымоудаления, или оповещения о пожаре, или управления инженерным оборудованием объектов при срабатывании не менее двух пожарных извещателей, расстояние между которыми в этом случае должно быть не более половины нормативного, определяемого по таблицам 5, 8 соответственно. И далее: Для формирования команды управления по п. 13.1 в защищаемом помещении или зоне должно быть не менее: трех пожарных извещателей при включении их в шлейфы двухпороговых приборов или в адресные шлейфы, или в три независимых радиальных шлейфа однопороговых приборов; четырех пожарных извещателей при включении их в два шлейфа однопороговых приборов по два извещателя в каждый шлейф.

Очевидно, что для формирования логики работы в 2-пороговом шлейфе сработка двух извещателей из трех недостаточно иметь три извещателя в помещении, а необходимо обеспечить контроль каждой точки площади помещения одновременно тремя извещателями, для чего в помещении 9 x 18 м необходимо ставить 6 извещателей.

Конечно, сложившаяся практика далека от теории, физический смысл требований в отечественных нормах не поясняется (в отличие от европейских стандартов), действует принцип нечего думать – надо выполнять. Требуется в помещении 2 извещателя – ставим два, по расстояниям проходит – требования выполнены (с учетом п. 13.2 НПБ 88-2001*). Вероятно, это и правильно, ведь как показывают приведенные выше расчеты, для безнадежных извещателей резервирование ситуацию существенно не изменяет, и все их через год придется заменять, а надежные и так будут работать.

Адресные и адресно-аналоговые системы

Качественно более высокую надежность обеспечивают адресные системы с автоматическим контролем работоспособности извещателей и адресно-аналоговые системы, в которых исключен неконтролируемый отказ извещателей. По действующим нормам (п.п. 12.17, 13.2 НПБ 88-2001*) резервирование таких извещателей не требуется, а формирование сигналов оповещения 1-го, 2-го, 3-го типов по НПБ 104 и блокировку инженерных систем допускается производить при активизации одного извещателя. Несмотря на более высокую (по сравнению с неадресными системами) стоимость оборудования, за счет установки одного извещателя на помещение, разветвленного шлейфа с большим числом извещателей (более ста штук), включения запотолочных извещателей в ответвления, а не в отдельный шлейф, даже на небольшом объекте может быть обеспечена экономия общих затрат.

Однако большое число извещателей в одном шлейфе требует, в отличие от неадресных систем, дополнительных мер защиты от короткого замыкания, обрыва шлейфа, высоковольтных импульсов напряжения и иных факторов, хотя в действующие нормы эти требования не введены.

В современных адресных системах, как правило, используется петлевой шлейф (с возможностью ответвления) с устройствами изоляции короткого замыкания. Каждое устройство представляет собой 2 симметричных относительно входа и выхода электронных ключа, которые обеспечивают отключение короткозамкнутого участка при просадке напряжения в шлейфе. Петлевой шлейф автоматически преобразуется в 2 радиальных, и при обрыве работоспособность оборудования сохраняется полностью, а при коротком замыкании отключаются только устройства между соседними изоляторами короткого замыкания, которые встраиваются в базы, непосредственно в извещатели, в модули управления и контроля и т.д. Изоляторы КЗ обычно ставят не реже, чем через 20-30 устройств.

При использовании большого числа изоляторов необходимо при расчете общего сопротивления шлейфа учитывать вносимое ими сопротивление. Например, при сопротивлении одного изолятора 0,2 Ом последовательное сопротивление 100 изоляторов составит уже 20 Ом. Кроме управляемых ключей в состав изоляторов входят варисторы и разрядники для исключения высоковольтных импульсных помех (рис. .



Рис. Изолятор короткого замыкания, встраиваемый в базу извещателя

В системах с пожаротушением с оповещением 4-го и 5-го типов, управлением инженерными системами и т.д. в настоящее время в соответствии с разделом 13 НПБ 88-2001* независимо от типа системы требуется использовать не менее 3 извещателей. В связи с этим некоторые проектировщики считают, что, так как выигрыша в числе извещателей нет, можно ставить неадресную систему. При этом не учитывается, что использование адресных и адресно-аналоговых извещателей с автоматическим контролем работоспособности в системах с пожаротушением обеспечивает надежную работу при любой расстановке, соответствующей требованиям действующих норм, благодаря исключению неконтролируемого отказа извещателей. Кроме того, повышенная за счет интеллектуальной обработки достоверность сигналов Пожар, автоматическое формирование сигналов о необходимости технического обслуживания и т.д. обеспечивают в таких системах практически полное отсутствие ложных сигналов от извещателей. Разница в стоимости между адресно-аналоговыми и неадресными системами с большим запасом будет компенсирована за счет предотвращения ущерба даже от одного ложного запуска автоматического пожаротушения традиционной системой. Не стоит забывать и о том, что высокая вероятность отказа 2 неадресных извещателей из 3 может быть причиной отсутствия автоматического включения пожаротушения во время пожара.

К сожалению, это подтверждается статистикой: в 2000 г. на объектах, оборудованных пожарной автоматикой, было зарегистрировано 2388 пожаров, и только в 48% случаев произошло ее включение (Молчанов В.П. Пожарная автоматика – надежное средство защиты от пожаров, каталог Пожарная автоматика, 2001-200 .

Таким образом, только при использовании современной надежной интеллектуальной системы пожарной сигнализации пожарная автоматика действительно становится надежным средством защиты от пожаров.




Читайте далее:
Системы безопасности банка
17 - 23 сентября 2007 года
Видеокамера и зеркало много общего
Что выбрать аппаратный видеорегистратор или видеорегистратор на базе компьютера?
Открытие праздника_2007
2. компоненты системы
5. основные преимущества
7. заключение
Вопросы комплексирования механизмом защиты конфиденциальной информации в единую техническую систему
Кто предупрежден – тот защищен
Противодействуем внутренним it-угрозам
Противодействуем внутренним it-угрозам
Комплексный подход к решению задачи защиты компьютерной информации
Подсистема учета рабочего времени сотрудников предприятия на вычислительных средствах корпоративной
Сети передачи видео со студийным качеством