Один на всех: как разорвать замкнутый круг сложностей при разработке коробочного продукта Один на всех: как разорвать замкнутый круг сложностей при разработке коробочного продукта
Смарт-часы, умный дом, умный город: как интернет вещей меняет будущее Смарт-часы, умный дом, умный город: как интернет вещей меняет будущее
Глубокий расчет. Как 3D-технологии помогают считать людей и делают жизнь проще? Глубокий расчет. Как 3D-технологии помогают считать людей и делают жизнь проще?
Пять вопросов по передаче видеосигнала Пять вопросов по передаче видеосигнала
Сверхраннее обнаружение пожароопасной ситуации: минимизация материального ущерба Сверхраннее обнаружение пожароопасной ситуации: минимизация материального ущерба
Главная » Библиотека » Статьи по безопасности » Пожарные извещатели на железной дороге

Пожарные извещатели на железной дороге

Пожарные извещатели на железной дороге

13.10.2017


Статья опубликована в журнале "Системы безопасности№1, 2017

Неплохов Игорь Геннадьевич, Технический директор ГК "Пожтехника" по ПС, к.т.н.

Требования к обеспечению противопожарной защиты пассажиров и обслуживающего персонала в железнодорожном вагоне повысились в соответствии с увеличением скоростей поездов, которые уже превышают 300 км/ч. Эффективность пожарной системы безопасности определяется тем, насколько рано и достоверно обнаруживаются признаки пожарной опасности

Основу решения противопожарной защиты объектов железнодорожного транспорта составляют пожарные извещатели. Об их историческом развитии и пойдет речь в этой статье.

Первые тепловые извещатели

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 4 регулировалась температура срабатывания извещателя.

Пожарные извещатели на железной дороге

 

Рис. 1. Первый автономный тепловой пожарный извещатель

 Дымовые радиоизотопные извещатели

 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. 2 а, б), 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.

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 2. Принцип действия радиоизотопного пожарного извещателя

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).

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 3. КИК и бескамерные детекторы FAP-O 520 в тестовом помещении

Первые оптические извещатели

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 №3863076).

В дымовой камере черного цвета формировались оптические лучи при помощи линз (26, 29) и специальных каналов под углом 60°, 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.

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 4. Конструкция оптического детектора дыма

 Пожарные извещатели на железнодорожном транспорте

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:

1) вагонах дизель-электропоездов:

  • пассажирских салонах;
  • кабинах машиниста;
  • дизельных помещениях;
  • отсеках высоковольтного оборудования;
  • шкафах и подвагонных ящиках с электрооборудованием;
  • отсеках с вентиляционным оборудованием и других пожароопасных местах;

2) пассажирских вагонах:

  • шкафах (пультах) управления электроснабжением вагонов;
  • служебных и пассажирских купе;
  • котельных отделениях;
  • кухнях для приготовления пищи;
  • багажных и почтовых отделениях.

По стандарту СТО ОПЖТ 8-2009, п. 6.2, пожарные извещатели должны обеспечивать контроль:

1) наличия признаков пожара в помещениях вагона;

а) задымления - увеличения оптической плотности воздуха более чем на 0,2--0,3 дБ/м;

б) повышения температуры воздуха более чем:

  • на 58 °С (10%) - в купе и пассажирских салонах;
  • на 90 °С (10%) - в котельном отделении;

в) увеличения скорости роста температуры воздуха более чем:

  • на 5 °С/мин. - в купе и пассажирских салонах;
  • на 10 °С/мин. - в котельном отделении.

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).

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 5. Работоспособные дымовые извещатели в электропоезде

 Для защиты железнодорожных вагонов сегодня используют адресные пожарные извещатели (рис. 6).

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 6. Адресный пожарный дымовой-тепловой извещатель в поезде

Зарубежные пожарные извещатели имеют такой высокий уровень защиты от электромагнитных помех, что допускают их размещение в электрических шкафах поездов (рис. 7).

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 7. Зарубежный адресно-аналоговый извещатель и термокабель в электрическом шкафу

Требования стандарта EN 45545

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:

1. Общие положения.

2. Требования к огнестойкости материалов и комплектующих изделий.

3. Требования к огнестойкости противопожарных барьеров.

4. Требования пожарной безопасности для железнодорожного подвижного состава по конструкции.

5. Требования пожарной безопасности для электрического оборудования, в том числе троллейбусов, трамваев и транспортных средств на магнитной подушке.

6. Пожарные системы контроля и управления.

7. Требования пожарной безопасности для установок с легковоспламеняющимися жидкостями и газами.

Стандарт EN 45545 определяет меры противопожарной защиты для железнодорожного транспорта и методы проверки этих мер. Защита пассажиров и обслуживающего персонала в основном базируется на:

  • предотвращении пожаров, возникающих из-за технических неисправностей и из-за конструкции оборудования или компоновки транспортного средства (части 1, 4, 5 и 7);
  • сведении к минимуму возможности воспламенения материалов, используемых на железнодорожном транспорте из-за аварий или вандализма (части 1 и 2);
  • обнаружении очага, если он возникнет (часть 6);
  • ограничении распространения очага по спецификации материалов в соответствии с их оперативными категориями (часть 2) и мер сдерживания (часть 3);
  • сведении к минимуму последствий пожара с точки зрения воздействия тепла, дыма и токсичных газов на пассажиров или персонал через спецификацию материалов, используемых  на железнодорожном транспорте (часть 2);
  • пожарном контроле и управлении, например посредством обнаружения очага, тушения и/или аварийного отключения энергопотребителей (часть 6).

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.

Пожарные извещатели по EN 45545-6

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. 8).

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 8. Расположение пожарных извещателей в вагоне:
1) пожарная панель; 2) точечный извещатель; 3) аспирационный извещатель;
4) термокабель; 5) адресный модуль; 6) насадок; 7) дисплей

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.

Аспирационные извещатели

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.

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 9. Время обнаружения пожарной опасности

На рис. 9 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.

Точечные извещатели

Наверное, при виде устройств, изображенных на рис. 10, 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.

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 10. Железнодорожный пожарный детектор

 

Таблица 1. 19-контактный разъем

 

Контакт

Цепь

A

Тест Вх.-

B

Тревога Вых. В

C

Тревога Вых. С

D

Противопожарная защита Вых. D

E

Неисправность Вых. Е

F

Вх.2+ (термокабель, ИПР…)

G

Универсальный контролируемый Вх.+

H

Универсальный контролируемый Вх.-

J

Питание Вх.+

K

Питание Вых.+

L

Заводской доступ Вх.

M

Тест Вх.+

N

Вх.1+ (термокабель, ИПР…)

P

Противопожарная защита Вых. P

R

Неисправность Вых. R

S

Вх.2- (термокабель, ИПР…)

T

Питание Вх.-

U

Питание Вых.-

V

Вх.1- (термокабель, ИПР…)

Таблица 2. 9-контактные разъемы

Контакт

Цепь

Описание

1

-

-

2

CAN_L

Линия шины CAN_L (доминантная низкая)

3

CAN_GND

Заземление CAN

4

-

-

5

(CAN_SHLD)

Опционально: экран CAN

6

(GND)

Опционально: заземление CAN

7

CAN0_H

Линия шины CAN_H (доминантная высокая)

8

-

-

9

(CAN_V+)

Опционально: внешнее питание

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. 11). 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.

Пожарные извещатели на железной дороге

Рис. 11. Возможности подключения железнодорожных пожарных детекторов

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.

Перейти к обсуждению на Форуме Пожарные извещатели на железной дороге

Все статьи автора: Неплохов И.Г.

Другие статьи рубрики Пожарные сигнализации

Все статьи раздела: Пожарные сигнализации



 

Регистрация

Рассылка

Подпишитесь на электронную газету: она будет приносить новости на Ваш компьютер.
Охранные системы

Ближайшие выставки по безопасности

    Календарь выставок
    закрыть