Ложные срабатывания в системах пожарной сигнализации

Почему так сложно убедить заказчика оборудовать объект качественной, эффективной системой пожарной сигнализации? Конечно, из-за недоверия, что такие системы вообще могут быть, и из-за надежды на "авось пронесет". Какова вероятность возникновения пожара на конкретном объекте? Сразу надо сказать - очень и очень небольшая. Казалось бы, зачем тогда идти на значительные затраты? Так, по минимуму, без особых изысков. Подрядной организации ставят задачу найти самое дешевое оборудование и с наименьшими трудозатратами выполнить работы.

Далее этот самый экономичный вариант начинает всех "доставать" тревогами на пустом месте. Они уже считаются неотъемлемой частью систем противопожарной защиты, как реклама на телевидении. В конечном счете к заказчику приходит удовлетворение от того, что он не так дорого заплатил за эту никчемную "обязаловку".
Круг замкнулся, и выйти из него сложно. Спрос, как известно, рождает предложение. Масса неподготовленных специалистов рванулась монтировать эти экономичные системы пожарной сигнализации. На рынке появилось очень дешевое оборудование. У добросовестных производителей просто нет аргументов, чтобы доказать, что за такие деньги невозможно получить качественные системы.

С чего начать искать выход из замкнутого круга? Единственный вариант - с минимизации вероятности ложных срабатываний. Именно они являются лакмусовой бумажкой при оценке принятых технических решений и выборе оборудования. Что интересно, в некоторых европейских стандартах, в частности в английских, есть нормируемая величина вероятности ложных тревог, и если это значение на объекте превышено, то обслуживающая организация должна привести его в соответствие.

Объективные причины ложных срабатываний в системах пожарной сигнализации

Таких причин всего пять:

  • конструктивные особенности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя;
  • отсутствие эксплуатационного контроля текущей запыленности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя;
  • наведенные электромагнитные помехи на входные каскады точечных дымовых извещателей;
  • наведенные электромагнитные помехи на выходные каскады извещателей;
  • наведенные электромагнитные помехи на   входные   каскады   приемно-контрольных приборов.

Конструктивные особенности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя

Задача пожарного извещателя - своевременно обнаружить присущие любому возгоранию опасные факторы пожара. Чаще всего это дым. Дымовой извещатель характеризуется чувствительностью к различным типам дымов: от тления древесины или хлопка, от горения древесины и синтетических материалов до легковоспламеняющейся жидкости. Не вдаваясь в подробности, следует отметить: частички дыма можно представить в виде углеродосодержащих молекул, сцепленных между собой и имеющих на концах этих цепочек одноименные потенциалы. Под воздействием тепловых конвекционных потоков они поднимаются вверх и, перемещаясь уже горизонтально под потолком помещения, заполняют все больший и больший его объем.
Теперь представьте себе, что у дымовых извещателей за весь период нахождения на потолке настолько наэлектризованы корпуса, что часть летящих радикалов дыма получает ускорение, встретившись с одноименными зарядами, и пролетает мимо этих извещателей, а другая часть – стремится прилипнуть к корпусу прибора. И только самое малое количество частичек дыма может чисто случайно попасть внутрь извещателя, в его дымовую камеру и при удачном стечении обстоятельств отразить часть световой энергии на чувствительный элемент прибора, пролетая в зоне облучения встроенного в дымовую камеру источника света.
Для того чтобы частички дыма попали в дымовую камеру, она должна иметь хорошую вентилируемость, то есть низкое аэродинамическое сопротивление. Но этому мешают внутренние перегородки, предназначенные для исключения попадания на чувствительный элемент света, отраженного от стенок камеры (рис. 1). Именно стенки дымовой камеры являются источником собственных шумов извещателя, однако если и перегородки, и стенки убрать вовсе, то на чувствительный элемент дополнительно будет еще попадать свет от внешних источников.

Таким образом, конструкция дымовой камеры – уникальное компромиссное решение между уровнем собственных шумов, внешних шумов и минимального аэродинамического сопротивления. Самое главное, что все это должно работать в широком диапазоне для обеспечения одинаковой чувствительности к различным дымам.
Как это проверить? Только в результате проведения огневых испытаний, предусмотренных в новой нормативной базе в приложении Н к ГОСТ Р 53325-2009 (раньше эти требования находились в ГОСТ Р 50898-1996). Предусмотренные в данных документах тестовые пожары (ТП2-ТП5) являются самой важной и единственной проверкой качества дымовой камеры извещателя. К сожалению, в нашей стране до сих пор нет ни одной установки для проведения таких испытаний. Когда у извещателя высокое аэродинамическое сопротивление, для обеспечения работоспособности у него повышают коэффициент усиления тракта обработки, а заодно и уровни шумов, вызванных отражением от стенок и внешних источников света. С этого момента извещатель становится постоянным источником ложных тревог.
Для того чтобы пройти сертификацию, можно с помощью некоторых ухищрений добиться требуемой чувствительности из-вещателя к тлению хлопка (0,05-0,2 дБ/м) и при недостаточной вентилируемости дымовой камеры, но хлопок в нашей стране не является основной пожарной нагрузкой, а вот чувствительность к остальным типам дымов остается неизвестной. В результате нет уверенности, что такие дымовые извещатели смогут обнаружить реальные пожары, но при этом они постоянно будут формировать ложные тревоги. Необходимо отметить, что в отличие от нашей страны за рубежом появление новой дымовой камеры происходит не каждый год и является большим событием.

Контроль запыленности дымовой камеры точечного оптико-электронного извещателя

То, что дымовые камеры постепенно заполняются пылью, ни у кого сомнения не вызывает, а вот надо ли поддерживать их чистоту - этот вопрос еще может обсуждаться. В положениях по техническому обслуживанию написано, что периодичность работ по очистке извещателя должен устанавливать производитель. Как правило, для пороговых извещателей указывается срок 6 месяцев. Какова же действительность, проводятся ли эти регламентные работы?
Как ведет себя необслуживаемый дымовой извещатель? Взвеси пыли, скопившейся в дымовой камере, под механическим воздействием или из-за сильных сквозняков вызывают ложные срабатывания. Особенно ярко это выражено со второго по четвертый-пятый год эксплуатации. Потом это "безобразие" постепенно заканчивается, так как загрязненная оптопара вообще теряет способность на что-либо реагировать.
В последние годы активно обсуждались вопросы о компенсации загрязненности дымовой камеры. Механизм компенсации предназначен для борьбы с частичным загрязнением камеры или другими долгоcрочными эффектами, такими как старение. В соответствии с зарубежными нормами диапазон компенсации должен быть ограничен таким образом, чтобы механизм самокомпенсации не привел к превышению начального значения порога срабатывания по чувствительности более чем в 1,6 раза. Очень важно, чтобы эта компенсация не ухудшала чувствительность к медленно развивающимся пожарам. В отечественной нормативной базе нет требований к механизму компенсации, а он используется многими производителями. Поэтому извещатели необходимо чистить с указанной производителем периодичностью, а затем проверять их работоспособность.
Намного легче, когда технический персонал может прямо на приемно-контрольном приборе оценить уровень запыленности каждого извещателя. Такая возможность есть только в адресно-аналоговых системах. Таким образом, эксплуатационная причина ложных срабатываний может быть легко устранена при применении адресно-аналоговых систем, в том числе и беспроводных, которые должны быть таковыми на основании требований ГОСТ Р 53325. Это и объясняет популярность данных систем за рубежом.
Кстати, давно подмечено, что когда производитель начинает выпускать адресно-аналоговые извещатели и соответствующие приемно-контрольные приборы к ним, то начинает по-новому подходить к качественным характеристикам конструкции дымовой камеры. В адресно-аналоговых системах спрятать огрехи не так просто, как в пороговых.

Наведенные электромагнитные помехи на входные каскады извещателей

Чувствительность входного каскада извещателя должна обеспечить фиксирование изменения оптической плотности среды на расстоянии 1 м от источника света до приемника всего на 1% (0,05 дБ/м) и принять однозначное решение о тревоге. Канал обработки, как правило, включается только на момент проведения измерений. Это защитная мера. Но если в момент измерения на шлейф сигнализации, который одновременно является и шиной питания, будет наведена помеха, то, естественно, извещатель сформирует ложное срабатывание. Отечественные извещатели редко оснащаются устройствами защиты от этих наведенных помех. В зарубежных же они обязательно используются, и, более того, иностранные производители идут даже на экранирование входных цепей (рис. 2). Да, все это стоит денег, и платит конечный заказчик. Наши заказчики пока не готовы отдавать за это деньги. Пускай сирены орут целый день, их проще отключить.

Есть ли объективный показатель чувствительности входных каскадов к наведенным помехам? Да, есть. Но об этом чуть позже.

Наведенные электромагнитные помехи на выходные каскады извещателей

Чувствительность выходных каскадов к наведенным помехам по шлейфу значительно меньше, чем у входных каскадов. Зато выходные всегда доступны для этих помех. При токе потребления в десятки микроампер в извещателях все цепи схемы обработки являются высокоомными и работают не по току, а по напряжению. В этом случае (при микротоковом потреблении) наведенная помеха может накапливаться за достаточно продолжительный период, что в итоге вызывает ложное срабатывание. Если нет эффективной защиты, то обслуживающий персонал долго будет искать его причину. Однако есть механизм инструментальной проверки, такой же, как и для входного каскада.

Наведенные электромагнитные помехи на входные каскады ПКП

В последние годы это одна из самых часто встречающихся причин ложных срабатываний. Связана она с возможностью приемно-контрольного прибора (ПКП) реагировать на помехи, наведенные в шлейфе сигнализации.
Большая длина шлейфа, высокое входное сопротивление самого прибора и оконечного резистора шлейфа, режим контроля состояния шлейфа не по току, а по напряжению на входе прибора – даже при наличии очень надежных извещателей будут происходить ложные срабатывания. Вместо пожарной сигнализации получился хороший детекторный приемник с чувствительной антенной. Щелкнули выключателем освещения – пошла тревога. Отключили насос – пошла тревога. Включили сварочный аппарат – пошла тревога. Особенно грешат этим приборы, когда их используют в режиме с различением сигналов "Пожар 1" и "Пожар 2". Такие системы придется выключить сразу после приема их в эксплуатацию.

Электромагнитная совместимость

Все три последние причины ложных срабатываний можно в принципе объединить в одну - вопрос электромагнитной совместимости. В новой нормативной базе требования по электромагнитной совместимости технических средств пожарной автоматики приведены в приложении М к ГОСТ Р 53325-2009. В соответствии с этим документом в паспорте на изделие в обязательном порядке должна указываться степень помехоустойчивости каждого устройства, чего раньше не было. Именно в этом приложении даны ссылки на базовые стандарты по электромагнитной совместимости:

  • ГОСТ Р 51317.4.1-99 – по устойчивости к динамическим изменениям напряжения сети переменного тока;
  • ГОСТ Р 51317.4.2-99 – по устойчивости к электростатическим разрядам;
  • ГОСТ Р 51317.4.3-99 – по устойчивости к радиочастотным электромагнитным полям;
  • ГОСТ Р 51317.4.4-99 – по устойчивости к наносекундным импульсам;
  • ГОСТ Р 51317.4.5-99 – по устойчивости к микросекундным импульсам;
  • ГОСТ Р 50648-94 – по устойчивости к магнитному полю с частотой питающей сети.

Самое главное заключается в том, что именно в этих базовых стандартах имеется классификация объектов, где используются технические средства пожарной автоматики, по уровню помех, а также перечислены условия эксплуатации на них технических средств по степени жесткости.

Прежде чем приступать к проектированию системы пожарной сигнализации, необходимо выяснить, какая степень жесткости должна быть у оборудования для использования на конкретном объекте. У кого-то на электроподстанции ни охранная, ни пожарная сигнализации просто не смогут работать, у кого-то даже в обычном студенческом общежитии по 10 раз в день включается оповещение о пожаре. Все делают вид, что ложные тревоги в пожарной сигнализации неизбежны, вместо того чтобы изучить рекомендации по применению оборудования в соответствии с имеющимися условиями эксплуатации.
Базовые стандарты по электромагнитной совместимости несколько раз изменялись, появились их новые редакции, но рекомендации по использованию технических средств остались неизменными, и это хорошо.

А вот что хотелось бы изменить, так это то, что в Своде правил СП5.13130.2009 "Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования" прописана всего лишь вторая, а не третья степень жесткости. Пункт 13.14.2: "Приборы приемно-контрольные пожарные, приборы управления пожарные и другое оборудование, функционирующее в установках и системах пожарной автоматики, должны быть устойчивы к воздействию электромагнитных помех со степенью жесткости не ниже второй по ГОСТ Р 53325-2009". Правда, есть некоторое предостережение по выбору технических средств в пункте 13.14.1: "Приборы приемно-контрольные, приборы управления и другое оборудование следует применять в соответствии с требованиями государственных стандартов, технической документации и с учетом климатических, механических, электромагнитных и других воздействий в местах их размещения, а также при наличии соответствующих сертификатов". Но как воспользоваться такой "ценной" подсказкой?

Требования к средствам охранной сигнализации

Для сравнения хотелось бы выявить, как обстоят дела в смежной области - в охранной сигнализации? В общем, не так уж плохо, это и понятно, ведь охранную систему ставят, чтобы она реально работала и оправдывала вложенные в нее средства, а не создавала видимость защиты. Хотя ложное срабатывание охранной сигнализации не потребует ни эвакуации сотрудников, ни остановки производственного цикла.

Необходимо отметить существенное различие в нормативных требованиях по защите от электромагнитных помех, предъявляемых к этим системам, несмотря на то, что пожарные и охранные системы эксплуатируются на одних и тех же объектах в одних и тех же условиях. В 2001 г. введен в действие ГОСТ Р 51699-2000 "Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств охранной сигнализации. Требования и методы испытаний", который, как указано в предисловии, "содержит аутентичный текст европейского стандарта EN 50130-4(1995-12)"... (исключая системы пожарной сигнализации)...".
В отличие от Свода правил СП5.13130.2009, в ГОСТ Р 51699-2000 указаны конкретные значения по каждому параметру, и их значения никак не могут быть ниже третьей степени жесткости. Значит наши нормативные документы в области пожарной безопасности здесь уступают.

Электромагнитная совместимость: европейский опыт

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 компонентов систем безопасности". Таким образом, все компоненты пожарной сигнализации, сертифицированные в Европе, должны соответствовать требованиям этого стандарта и нормально функционировать в условиях современной электромагнитной обстановки.
Стандарт EN 50130-4 является в европейских странах базовым и определяет требования по электромагнитной совместимости для компонентов пожарных систем сигнализации и использован практически во всех европейских национальных стандартах. Как ни странно, но его требования распространяются также на видеокамеры и видеорегистраторы систем охранного телевидения и видеонаблюдения, системы контроля доступа и т.п., не говоря о пожарной автоматике и охранных сигнализациях, то есть на все виды и типы систем безопасности.
Кроме того, ведущие европейские сертификационные центры LPCB и VdS еще в 2000 г. установили более высокие сертификационные требования для точечных дымовых пожарных извещателей (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 четвертой степени жесткости по ГОСТ Р 51317.4.3-99 "Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний". Вот так у них обстоит дело с ЭМС.

Светлое будущее, или Подводя итоги

Сравнивая отечественную и европейскую нормативные базы по электромагнитной совместимости систем безопасности, находим поразительное сходство: минимальные требования к российским охранным системам и всем зарубежным средствам безопасности соответствуют как минимум третьей степени жесткости по ГОСТ Р 51317.4.3-99, а не второй! Более того, в диапазоне частот мобильной связи требования по устойчивости к электромагнитному полю соответствуют четвертой степени жесткости.
Очень жаль, что действующие требования пожарной безопасности не учитывают современную электромагнитную обстановку и отстают от европейских наработок в этой области. Предусмотренная в СП5.13130.2009 вторая степень жесткости технических средств пожарной автоматики на сегодняшний день является морально устаревшим требованием. Однако подавляющее большинство российского оборудования соответствует лишь этой степени, и то не всегда, 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, в том числе и беспроводных, системах намного проще реализовать третью 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, и вследствие их подорожания появилась некоторая возможность применять более качественное оборудование.
Есть определенная уверенность, что, когда начнут проводиться сертификационные огневые испытания пожарных извещателей и будет решен вопрос электромагнитной совместимости, а также установлена и нормативно закреплена жесткая эксплуатационная норма на вероятность ложных срабатываний пожарной сигнализации, 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.
Наши партнеры