В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Основу решения противопожарной защиты объектов железнодорожного транспорта составляют пожарные извещатели. Об их историческом развитии и пойдет речь в этой статье.
Почти 130 лет назад, в 1890 г., изобретатели Фрэнсис Аптон и Фернандо Диббл запатентовали портативную электрическую пожарную сигнализацию (патент № US2446794). По сути это был первый автономный тепловой пожарный извещатель (рис. 1), который содержал батарею (1), электрический звонок (2) и тепловой сенсор (13), выполненный в виде биметаллической спирали.
При повышении температуры спираль удлинялась, поворачивала контакт (12), который замыкался с винтом контакта 9, что приводило к включению электрического звонка, в современной терминологии – пожарного оповещателя. Поворотом винта в контакте 9 регулировалась температура срабатывания извещателя.
Удивительна история изобретения дымового радиоизотопного детектора. В конце 1930-х гг. физик Вальтер Йегер занимался разработкой ионизационного датчика для обнаружения отравляющего газа. Он полагал, что ионы молекул воздуха, образованные под действием радиоактивного элемента (рис. 2а, 2б), будут связываться молекулами газа и за счет этого будет уменьшаться электрический ток в цепи прибора. Однако небольшие концентрации ядовитого газа не оказывали никакого влияния на проводимость в измерительной ионизационной камере датчика. Вальтер с расстройства закурил и вскоре с удивлением заметил, что микроамперметр, подключенный к датчику, зафиксировал падение тока. Оказалось, что частицы дыма от сигареты воспроизвели тот эффект, который не смог обеспечить отравляющий газ (рис. 2 в). Этот эксперимент Вальтера Йегера проложил путь для создания первого детектора дыма.
Несмотря на простоту принципа обнаружения дыма в радиоизотопном извещателе, практическая реализация потребовала значительных технических усложнений. Вскоре обнаружилось, что изменение ионизационного тока вызывает не только дым, но и частицы влаги, и даже воздушные потоки, которые просто выдувают образующиеся ионы, что приводит к снижению тока так же, как при наличии дыма. Но главные проблемы были с реализацией извещателя на элементной базе того времени в приемлемых размерах и при ограничении энергопотребления. Таким образом, первые серийные пожарные дымовые ионизационные детекторы были выпущены в Соединенных Штатах только в 1951 г. Испытания показали значительно более раннее обнаружение очагов по сравнению с тепловыми детекторами, но из-за больших размеров и высокой стоимости долгое время они использовались только на заводах, складах и в общественных зданиях. Первый доступный по цене детектор дыма для жилого сектора был разработан лишь в 1965 г. Он уже не требовал сетевого питания, а имел отдельный батарейный блок, который мог быть легко установлен, было уменьшено потребление питания и была снижена активность радиоизотопа. 1100 таких дымовых пожарных извещателей были установлены на океанском лайнере.
Дальнейшее развитие технологии в начале 1970-х гг. позволило заменить вакуумные усилители на миниатюрные твердотельные полупроводниковые, что значительно уменьшило размеры детекторов и дало возможность контролировать срок службы батареи. Были разработаны более эффективные сирены, которые не требовали специальных батарей, а позволяли использовать широко доступные батареи стандартных размеров. Для ионизации молекул воздуха применялся радиоактивный изотоп америций-241 (Am-241) с периодом полураспада, равным 458 годам. Он располагался в герметичном корпусе из золотой и серебряной фольги. Уровень радиации от такого элемента не больше, чем от гранитного камешка, и практически не влияет на фоновый уровень радиации. Была изменена конструкция измерительной камеры для более эффективной работы, благодаря чему в несколько раз сократилась высота корпуса детектора дыма. Новые схемотехнические решения дали возможность контролировать снижение напряжения батареи с формированием сигнала для ее замены.
Внедрение новых разработок в течение следующих 5 лет обеспечило снижение стоимости детекторов на 80% и повышение продаж до 8 млн в 1976 г. и 12 млн в 1977 г. Широкое применение автономных дымовых детекторов в жилом секторе позволило спасти за несколько лет десятки тысяч людей на пожарах и обеспечило общее снижение числа жертв пожаров примерно в 3 раза.
В отечественных радиоизотопных извещателях использовался радиоактивный изотоп плутония-239 (Pu-239) с периодом полураспада более 24 тыс. лет, радиоактивное излучение от такого извещателя примерно в 10 раз превышало уровень фона, в связи с чем эти извещатели входили в первую группу потенциальной радиационной опасности.
Не так давно в поездах дальнего следования эксплуатировались дымовые радиоизотопные пожарные извещатели чешского производства. Современные радиоизотопные пожарные извещатели внешне ничем не отличаются от оптических дымовых пожарных извещателей, имеют совершенно одинаковые габариты и значительно более простую конструкцию дымовой камеры, но сегодня они по известным причинам практически не применяются. Исключение – контрольная ионизационная камера (КИК) с изотопом америция-241 будет еще долгое время использоваться во всех тестовых помещениях для измерения концентрации продуктов горения при проведении огневых испытаний пожарных извещателей (рис. 3).
В 1950-х гг. были запатентованы оптические дымовые детекторы, предназначенные в том числе и для обнаружения присутствия дыма в различных отсеках или помещениях воздушных и морских судов и железнодорожных вагонов, например патент № US2537028. Однако в них использовались примитивные конструкции дымовых камер, что определяло низкую чувствительность по сравнению с радиоизотопными детекторами. Прототипом современных приборов можно считать запатентованный в 1975 г. оптический детектор дыма (патент № US3863076).
В дымовой камере черного цвета формировались оптические лучи при помощи линз (26, 29) и специальных каналов под углом 60 град., как в современных дымовых извещателях (рис. 4). Каналы (24, 27) имели насечки для снижения переотражений при накоплении пыли. Дефлекторы (51, 53, 54, 56) уменьшали проникновение окружающего света в дымовую камеру и одновременно снижали уровень отражения от лампы (13) в направлении фотоэлемента (14). Максимальный уровень освещения обеспечивался в зоне Z, на пересечении оптических осей лампы и фотоэлемента. При появлении сравнительно небольшого задымления в зоне Z за счет рассеяния света на частицах дыма происходила засветка фотодиода, и формировался сигнал "Пожар".
В соответствии со стандартом СТО ОПЖТ 8-2009 "Системы сигнализации и пожаротушения на пассажирском подвижном составе железнодорожного транспорта", п. 4.5, размещение пожарных извещателей должно предусматриваться во всех потенциально пожароопасных помещениях (отсеках) пассажирского подвижного состава:
По стандарту СТО ОПЖТ 8-2009, п. 6.2, пожарные извещатели должны обеспечивать контроль:
Соответственно, в купе и пассажирских салонах используются комбинированные дымовые-тепловые максимально-дифференциальные, а котельных отделениях – тепловые максимально-дифференциальные извещатели.
Условия эксплуатации пожарных извещателей в подвижном составе определяют более высокие требования прежде всего по защите от электромагнитных помех. Далеко не каждый отечественный пожарный извещатель может работать без ложных тревог в вагоне электрички и электропоезда.
По отечественным требованиям пожарные извещатели испытываются при воздействии электромагнитных помех при напряженности поля всего лишь 3 В/м, в отличие от зарубежных стандартов, по которым испытания проводятся при напряженности поля 30 В/м. Зарубежные производители выпускают детекторы, обеспечивающие нормальную работу при электромагнитных помехах 60 В/м. Только извещатели с высоким уровнем экранировки и с защитой от электромагнитных помех применяются в электропоездах. Например, более 10 лет электрички защищаются дымовыми неадресными извещателями (рис. 5). В первом извещателе один слой печатной платы является экраном, а также заэкранирован фотодиод (рис. 5а), во втором роль экрана выполняет металлическая защитная сетка, которая полностью закрывает дымовую камеру (рис. 5б).
Для защиты железнодорожных вагонов сегодня используют адресные пожарные извещатели. Зарубежные пожарные извещатели имеют такой высокий уровень защиты от электромагнитных помех, что допускают их размещение в электрических шкафах поездов (рис. 6).
Требования по обеспечению пожарной защиты современных железнодорожных поездов приведены в принятом в 2013 г. европейском стандарте EN 45545 "Железные дороги. Защита от пожара на железнодорожном транспорте", который содержит 7 частей:
Стандарт EN 45545 определяет меры противопожарной защиты для железнодорожного транспорта и методы проверки этих мер. Защита пассажиров и обслуживающего персонала в основном базируется на:
Конечная цель в случае возникновения пожара в вагоне – обеспечить эвакуацию пассажиров и сотрудников железнодорожного транспортного средства в безопасное место.
Часть 6 стандарта EN 45545 "Пожарные системы контроля и управления" определяет требования к системам пожарной сигнализации, пожаротушения, оповещения, аварийному освещению, информационным и коммуникационным системам, к отключению оборудования и аварийным тормозным системам.
Объем статьи, к сожалению, не позволяет подробно рассмотреть требования этого стандарта. Для наглядности результаты его внедрения будут продемонстрированы на примерах построения систем и пожарных извещателей в железнодорожных вагонах.
Контроль признаков пожарной опасности по дыму и повышению температуры обеспечивается широким спектром пожарных извещателей. В зависимости от типа защищаемой зоны используются дымовые аспирационные извещатели, линейные тепловые пожарные извещатели типа термокабель, мультикритериальные дымовые-тепловые извещатели и т.д. (рис. 7).
Для управления и приема внешних команд используются модули ввода и вывода. Диагностика системы пожарной сигнализации, контроль отдельных компонент и линий связи обеспечивают ее высокую надежность. Контроль загрязнения дымовой камеры извещателей позволяет определить строки проведения техобслуживания. Функции адаптации, алгоритмы автообучения оптимизируют параметры детекторов в соответствии с условиями эксплуатации в каждой зоне контроля, что дает возможность гарантированно обнаруживать загорания и сократить вероятность ложных тревог практически до нуля.
Дымовые аспирационные извещатели высокой чувствительности класса А+, с превышением класса А, обеспечивают максимальный уровень противопожарной защиты. Они обнаруживают более широкий спектр дымов и на несколько порядков меньшие уровни задымления, реагируют на мельчайшие частицы дыма в фазе, известной как пиролиз, – то есть до того, как дым становится видимым. За счет этого аспирационные извещатели класса А+ проводят сверхраннее обнаружение пожарной опасности.
На рис. 8 показано время обнаружения пожара различными пожарными извещателями. Аспирационный извещатель позволяет пресечь развитие пожароопасной ситуации в ее зародыше и минимизировать ущерб. Точечные дымовые извещатели обнаруживают возгорание при значительном задымлении, что затрудняет действия персонала по тушению очага, и остается мало времени до возникновения открытого очага с повышением температуры, когда срабатывают тепловые извещатели. На этой стадии блокировать дальнейшее развитие пожара может только система пожаротушения, персоналу находиться в зоне очага опасно для жизни из-за высокой концентрации ядовитых продуктов горения.
Аспирационные дымовые извещатели эффективно защищают пассажирские салоны высокоскоростных поездов и санузлы, где есть высокая вероятность возникновение очага вследствие курения. Для сохранения дизайна трубы аспирационного извещателя располагают за облицовкой, а забор воздуха производится через капиллярные ответвления.
Наверное, при виде устройства, изображенного на рис. 9, сразу же возникает вопрос – для чего столько разъемов с таким количеством золоченых контактов. Обычно в базе адресно-аналогового извещателя имеется 3 или 4 контакта: "+", "-" и "ВОС", с дублированием "+" при наличии встроенного изолятора короткого замыкания. В табл. 1 и 2 приведены наименования контактов разъемов пожарного извещателя для железной дороги.
Наличие этих разъемов позволяет соединять устройства и пожарную панель посредством петлевой шины CAN с промышленным стандартом и одновременно подключать локально ручные извещатели, термокабель, оповещатели и т.д. (рис. 10).
Такая структура обеспечивает высокий уровень надежности при длительной эксплуатации и при аварийных ситуациях (SIL1, SIL2 по IEC 61508). С другой стороны, такое построение системы дает возможность ее использования в поездах любой конфигурации.
Таким образом, современные пожарные извещатели (в первую очередь высокочувствительные аспирационные) обеспечивают высокий уровень защиты пассажиров и обслуживающего персонала на железнодорожном транспортном средстве в случае возникновения очага пожара и позволяют быстро принять эффективные меры противодействия. С другой стороны, эффективная противопожарная защита не только способствует снижению ущерба, нанесенного поездам и железнодорожной инфраструктуре, но и минимизирует потери от нарушения графика движения поездов.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2017
Посещений: 8806
Автор
| |||
В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
