В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Статья продолжает цикл публикаций, в котором впервые удалось охватить большинство вопросов по ложным срабатываниям в системах пожарной сигнализации, так или иначе обсуждавшихся специалистами на протяжении последних нескольких лет. Надеемся, что объединение всех наработок по этой проблематике в один материал поможет определить пути решения и аргументировать необходимость внесения соответствующих изменений в нормативную базу в области пожарной безопасности.
А.В. Зайцев
Cоветник президента Ассоциации индустрии безопасности
И.Г. Неплохов
Технический директор компании "Центр-СБ", к.т.н.
В европейских стандартах по системам противопожарной защиты серии EN 54 в требованиях по электромагнитной совместимости (ЭМС) дана ссылка на стандарт EN 50130-4 "Системы сигнализации. Часть 4: Электромагнитная совместимость - Требования по помехоустойчивости для компонент систем безопасности". Таким образом, все компоненты пожарной сигнализации, сертифицированные в Европе, должны соответствовать требованиям этого стандарта и нормально функционировать в условиях современной электромагнитной обстановки. Кроме того, ведущие европейские сертификационные центры LPCB и VdS еще в 2000 г. установили более высокие сертификационные требования для точечных дымовых пожарных извеща-телей (Agreement Document for Point Smoke Detectors LPCB/VdS AD1.1. 2000-07-05): диапазон частот радиосигналов был расширен до 2 ГГц, а в двух поддиапазонах (предназначенных для мобильной сотовой связи) повысили напряженность поля до 30 В/м, что соответствует 4-й степени жесткости по ГОСТ Р 51317.4.3-99 "Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний". Напомним, что в недавно вступившей в действие на территории РФ нормативной базе по пожарной безопасности, к сожалению, остались требования на соответствие пожарной автоматики лишь 2-й степени жесткости (см. табл. 1). Технически выполнить установленные LPCB и VdS требования вполне возможно, более того - ведущие зарубежные и российские производители, сертифицировавшие свою продукцию в Европе, обеспечивают технологический запас и проводят испытания в диапазонах сотовой связи 864-960 МГц и 1709-1967 МГц при напряженности поля 60 В/м и с соответствующими типами модуляции. Для выявления возможных резонансов в извещателе перестройка по частоте производится в нижнем поддиапазоне через 1 МГц, а верхнем поддиапазоне через 4 МГц. Причем используется только импульсная модуляция, но с различными параметрами для имитации радиосигналов разных типов мобильной связи. Используются частоты модуляции 500, 217 и 100 Гц, скважности 8/7, 2, 8, 12, 24 и 48. Соответственно длительность радиоимпульсов и паузы между ними также изменяются в широких пределах: импульсы 0,25, 1,0, 0,567, 2,3, 4,03, 5,0, 0,417 и 0,208 мс, паузы -1,75, 1,0, 4,03, 2,3, 0,576, 5,0, 9,176 и 9,792 мс (табл. 2).
Для проведения испытаний необязательно применять дорогостоящие безэховые камеры больших размеров. Пример довольно компактной установки приведен на рис. 1. Электромагнитное поле с заданными параметрами создается в рупоре соответствующих размеров. Его торцевая стенка изнутри закрыта радиопоглотителем, который выполняет роль согласованной нагрузки. Управление генератором и контроль работы извещателя производятся посредством компьютера по соответствующим программам, с использованием необходимых согласующих устройств и фильтров. Для обеспечения устойчивого положения извещатель располагают внутри кубика из радиопрозрачного материала, например из пенопласта. Испытания проводятся при горизонтальной и вертикальной поляризации сигналов, в 4 положениях из-вещателя на каждой поляризации. Причем напряженность поля 60 В/м выдерживают не только неадресные пороговые извещатели, но и адресно-аналоговые: они проходят данные испытания без нарушения протокола обмена информации и без искажения передаваемой аналоговой величины контролируемого фактора (-ов). Наилучшие же результаты в подобных испытаниях показывают беспроводные извещатели. Конечно, для обеспечения таких высоких требований необходимы проведение большого объема экспериментальных исследований, разработка новых технологических процессов и т.д., что приводит к удорожанию изделия, но гарантирует отсутствие ложных срабатываний при воздействии электромагнитных помех. Благодаря развитию микроэлектроники и использованию SMD-элементов стало возможным выполнять все электрические соединения в одном слое печатной платы, используя второй слой в качестве экрана. Для экранировки наиболее чувствительных элементов может использоваться напыление на пластиковые конструктивные элементы (рис. 2), что позволяет повысить уровень защиты по сравнению с традиционными экранами, уменьшить габариты и трудоемкость изготовления извещателя. Различие российских и европейских нормативных требований определяет основные конструктивные и схемотехнические решения, которые используются в зарубежных и отечественных извещателях. Даже при "копировании" конструкции европейских образцов в отечественных извещателях автоматически исключается экранировка и вообще, как правило, максимально снижается стоимость в ущерб работоспособности.
Обратимся вновь к ГОСТ Р 51317.4.3-99, определяющему степени жесткости испытаний технических средств на устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. В стандарте подробно рассматривается излучение радиотелефонов сотовой связи, но не упоминается о работе базовых станций, которые также располагаются в огромных количествах в любом населенном пункте. В соответствии с п. 5.2 этого ГОСТа испытания должны проводиться в диапазонах 800-960 МГц и 1,4-2 ГГц; напряженность поля зависит от степени жесткости испытаний и имеет те же значения (табл. 3). Таким образом, при проведении испытаний на 2-ю степень жесткости напряженность поля составляет всего 3 В/м, воздействие импульсных сигналов не добавляется - используется только тот же амплитудно-модулированнный сигнал с глубиной модуляции 80% синусоидальным сигналом частотой 1 кГц. По сути, к испытаниям на частотах 80-1000 МГц добавляются испытания в поддиапазоне частот 1,4-2 ГГц. В приложении Е стандарта даны рекомендации по выбору степеней жесткости испытаний средств, рассчитанных на работу при наличии цифровых радиотелефонов. Отмечается, что чаще всего радиотелефоны стандарта GSM имеют максимальную эффективную излучаемую мощность 2 Вт, хотя есть и телефоны с мощностями 5 и 8 Вт. Далее в приложении Е отмечается, что "при выборе степеней жесткости испытаний необходимо принимать во внимание последствия отказов в работе технического средства. Если последствия отказов в работе могут быть значительными, устанавливают более высокие степени жесткости испытаний".
Таким образом, указанная в нормативных документах по пожарной безопасности 2-я степень жесткости обеспечивает работу прибора на расстоянии более 1,8 м от 2-ваттного радиотелефона и на расстоянии более 3,7 м от 8-ваттного! Согласитесь, точно соблюсти такие расстояния сегодня не представляется возможным. 3-я степень жесткости дает более приемлемые результаты: 0,6 м от 2-ваттного радиотелефона и 1,1 м от 8-ваттного, в то время как 4-я степень жесткости обеспечивает работоспособность прибора при воздействии излучения радиотелефонов на расстояниях до 0,4 м.
В ГОСТ Р 51317.4.3-99 в примечании к п. 5.2 указано, что "на частотах выше 800 МГц возможность помехоэмиссии связана главным образом с радиотелефонными системами. Другие системы, работающие в этой полосе частот, имеют в основном крайне малую мощность, и поэтому маловероятно, чтобы они представляли серьезные проблемы". Однако в настоящее время, в связи с появлением сети WiMAX, работающей на частотах 2,5-2,7 ГГц, которая бурно развивается в России и за рубежом, данное положение потребует корректировки. Технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) обеспечивает высокую скорость беспроводного доступа в Интернет (до 10 Мбит/с) для рабочих станций, портативных компьютеров и мобильных телефонов в любой точке города и даже при движении на скоростях 
до 120 км/ч. Сеть WiMAX строится аналогично традиционным GSM-сетям, с использованием базовых станций, расположенных на расстояниях до десятков километров, установленных на крышах домов и вышках. Однако необходимо заметить, что для обеспечения скоростей порядка 7,5-10 Мбит/с, которые требуются для просмотра онлайн-видео-роликов и телепередач, необходим высокий уровень сигнала. Величина СINR (Carrier to Interference Plus Noise Ratio) - отношение сигнал/шум с учетом уровня интерференции -должна быть не менее 20 - 30 дБ. При снижении уровня сигнала базовой станции WiMAX в точке приема или при высоком уровне интерференции, что нельзя исключать в условиях городской застройки, соответственно уменьшается скорость доступа в Интернет. Например, при значении СINR = 9,94 дБ скорость снижается до 1,24 Мбит/с, а при значении СINR = 3,81 дБ падает до 0,48 Мбит/с и по эффективности приближается к EDGE, который в сетях GSM обеспечивает передачу данных со скоростью до 474 кбит/с.
В связи с этим можно предположить необходимость использования более высоких мощностей сигналов базовых станций в сети WiMAX, по сравнению с GSM-сетями, либо их более плотное размещение, либо то и другое одновременно. Необходимо также иметь запас по уровню сигнала для компенсации затухания внутри зданий и с учетом стоячих волн, образующихся в любом помещении, чтобы не требовалось искать место размещения компьютера для получения приемлемого уровня сигнала. Таким образом, в условиях воздействия радиочастотных электромагнитных полей технические средства систем противопожарной защиты должны обладать минимум 3-й степенью жесткости, а с учетом отсутствия испытаний на воздействие сигналов с импульсной модуляцией - 4-й степенью жесткости. Кроме того, необходимо учитывать влияние на технические средства одновременной работы нескольких радиотелефонов, базовых станций нескольких сотовых операторов, сетей WiFi, WiMAX, подвижной радиосвязи и т.д.
Высокие европейские требования к электромагнитной совместимости обеспечивают системам пожарной автоматики технологический запас, который абсолютно необходим в течение срока их службы - не менее 10 лет, ведь прогресс не стоит на месте, и электромагнитная обстановка меняется очень быстро. В отличие от европейских обязательных требований, российский ГОСТ Р 53325-2009, к сожалению, содержит всего лишь указание в приложении М, п. М.1.3: "В техническую документацию пожарной автоматики должно быть внесено предупреждение пользователю о том, что качество функционирования пожарной автоматики не гарантируется, если электромагнитная обстановка не соответствует условиям эксплуатации пожарной автоматики. В техническую документацию пожарной автоматики могут быть внесены рекомендации пользователю по защите пожарной автоматики для того, чтобы уровни помех не превышали установленных уровней помехоустойчивости".
Для сравнения давайте обратимся к требованиям по электромагнитной совместимости в смежной области - охранной сигнализации, которую устанавливают так, чтобы система действительно работала и оправдывала вложенные в нее средства. Хотя, заметим, что ее ложное срабатывание не потребует ни эвакуации сотрудников, ни остановки производственного цикла. Несмотря на то что и охранные и пожарные системы эксплуатируются на одних и тех же объектах в одних и тех же условиях, необходимо отметить существенные различия в нормативных требованиях по защите от электромагнитных помех, предъявляемые к этим системам. В 2001 г. был введен в действие ГОСТ Р 51699-2000 "Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств охранной сигнализации. Требования и методы испытаний", который "содержит аутентичный текст европейского стандарта EN 50130-4 (1995-12) (исключая системы пожарной сигнализации)", про который мы уже говорили ранее как о базовом европейском документе по ЭМС всех составляющих систем безопасности. В отличие от Свода правил СП5.13130.2009, где указано общее требование: "Степень жесткости воздействий должна соответствовать требованиям технической документации на пожарную автоматику конкретных типов, но не менее 2-й", в ГОСТ Р 51699-2000 приведены конкретные значения по каждому параметру. Например, испытания на устойчивость к электростатическим разрядам проводятся с напряжениями при контактном разряде 2, 4 и 6 кВ, при воздушном разряде 2, 4 и 8 кВ, что соответствует 3-й степени жесткости по ГОСТ Р 51317.4.2-99.
Еще более существенные различия присутствуют в требованиях по устойчивости к радиочастотным электромагнитным полям. По ГОСТ Р 51317.4.3-99 испытания на устойчивость проводятся в диапазоне от 80 до 1000 мГц с использованием только сигнала с амплитудной синусоидальной модуляцией, частотой 1 кГц, глубина модуляции 80%. Напряженность поля по 2-й степени жесткости составляет 3 В/м. Аналогичное требование в ГОСТ Р 51699-2000: напряженность электромагнитного поля должна быть 10 В/м, а это уже 3-я степень жесткости по ГОСТ Р 51317.4.3-99. Кроме того, испытания проводятся не только с синусоидально амплитудно-модулированными сигналами, но и с импульсной модуляцией, 1 Гц меандр - 0,5 с включен, 0,5 с выключен (рис. 3). Два вида модуляции имитируют более широкий класс устройств. Более высокие требования по воздействию радиосигналов определяют соответственно более высокую степень защиты охранных систем и на порядок более устойчивую их работу в современной электромагнитной обстановке. Некоторые производители охранной техники гарантируют нормальную работу извещателей при воздействии излучения 10-ваттного радиопередатчика, расположенного на расстоянии 1 м.
Сравнивая отечественную и европейскую нормативные базы по электромагнитной совместимости систем безопасности, находим сходство лишь в одном: минимальные требования к российским охранным системам и всем зарубежным средствам безопасности соответствуют как минимум 3-й степени жесткости по ГОСТ Р 51317.4.3-99, а не 2-й! Более того, в диапазоне частот мобильной связи требования по устойчивости к электромагнитному полю соответствуют 4-й степени жесткости. Очень жаль, что действующие требования пожарной безопасности не учитывают современную электромагнитную обстановку и отстают от европейских наработок в этой области. В Своде правил СП5.13130.2009 и ГОСТ Р 53325-2009 указано, что степень жесткости технических средств пожарной автоматики должна быть не ниже 2-й, что является морально устаревшим требованием. Однако подавляющее большинство российского оборудования соответствует лишь этой 2-й степени, и в результате конечные заказчики получают головную боль вместо надежной пожарной сигнализации. Именно недорогие пороговые неадресные системы больше всего страдают от ложных срабатываний -ведь чаще всего в них используются извещатели с непонятными характеристиками по обнаружению пожара, в которых нет возможности проводить эксплуатационный контроль запыленности дымовых камер и которые меньше всего защищены от электромагнитных наводок. В адресно-аналоговых и беспроводных системах намного проще реализовать 3-ю степень жесткости к наведенным электромагнитным помехам, они меньше всего подтверждены ложным срабатываниям. После вступления в силу новой нормативной базы в области пожарной безопасности уже наметились некоторые сдвиги в применении тех или иных современных технических решений. Связано это, в первую очередь, с необходимостью обеспечения огнестойкости систем пожарной автоматики, где беспроводные системы оказались вне конкуренции.
Мы уверены, что когда начнут проводиться сертификационные огневые испытания пожарных извещателей и будет решен вопрос электромагнитной совместимости (установлена жесткая эксплуатационная норма на вероятность ложных срабатываний пожарной сигнализации), то уровень качества обеспечения пожарной безопасности в нашей стране значительно повысится. И тогда наконец пожарная сигнализация перестанет быть "обязаловкой", с сопутствующими ей ложными тревогами, и станет надежной, эффективно выполняющей свои задачи системой жизнеобеспечения.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2009
Посещений: 14651
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
