Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния системы противопожарной защиты в интегрированной асутп АЭС 12
1.1. Анализ пожарной опасности промышленных объектов АЭС 12
1.2. Характеристика интегрированной АСУПЗ АЭС 31
1.3. Анализ современного состояния средств обнаружения пожара, используемых на АЭС 40
Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. Теоретические основы повышения эффективности системы противопожарной защиты АЭС 47
2.1. Метод оценки эффективности функционирования АСУПЗ промышленных предприятий 48
2.2. Синтез структуры построения и состава технических средств АСУПЗ АЭС 64
2.3. Современное состояние и тенденции развития систем пожарной сигнализации промышленных объектов 72
2.4. Анализ направлений совершенствования средств и систем обнаружения пожара 81
Выводы по главе 2 91
ГЛАВА 3. Разработка принципов построения и алгоритмов функционирования средств обнаружения пожара 93
3.1. Применение дополнительных информационных признаков для повышения эффективности обнаружения пожара 93
3.2. Анализ принципов построения извещателей пожарной сигнализации с использованием дополнительных информационных признаков 99
3.3. Тепловой пожарный извещатель с повышенной стабильностью инерционности обнаружения 111
3.4. Обнаружение пожара по нескольким сопутствующим факторам 120
3.5. Комбинированный пожарный извещатель с уменьшенной инерционностью обнаружения 123
Выводы по главе 3 133
Заключение 135
Литература 140
Приложение 1 154
- Анализ пожарной опасности промышленных объектов АЭС
- Метод оценки эффективности функционирования АСУПЗ промышленных предприятий
- Анализ направлений совершенствования средств и систем обнаружения пожара
- Применение дополнительных информационных признаков для повышения эффективности обнаружения пожара
Введение к работе
Актуальность и степень научной проработки темы исследования.
Промышленные объекты ядерной энергетики имеют высокую потенциальную опасность, связанную с возможностью массового поражения людей в случае возникновения крупных аварий и пожаров. Авария и пожар на Чернобыльской АЭС явились убедительным подтверждением того, что недостаточная защищенность таких объектов приводит к губительным последствиями для населения не только конкретного региона, на территории которого расположен аварийный объект, но и огромных окружающих территорий. Поэтому повышение пожарной безопасности АЭС является одним из наиболее важных направлений обеспечения безопасности не только данных промышленных объектов, но и техносферы в целом.
Статистика пожаров, взрывов и других аварий на АЭС показывает, что пожарная безопасность АЭС не удовлетворяет современным требованиям,! предъявляемым к безопасности АЭС в целом. Интенсивность возникновения пожаров на АЭС значительно выше, чем интенсивность возникновения других аварийных ситуаций, таких, как, например, разгерметизация первого контура, паропровода или трубопровода питательной воды и др. Согласно имеющимся данным, на АЭС мира происходит от 35 до 50 пожаров и взрывов в год. Эта статистика свидетельствует о том, что обнаружение пожаров и взрывов на АЭС является недостаточно эффективным.
Таким образом, в настоящее время существует настоятельная необходимость совершенствования интеграции АСУТП предприятий атомной энергетики с системами противопожарной защиты, что и определяет актуальность диссертационной работы.
В предыдущие годы при решении проблемы автоматизации систем пожарной безопасности АЭС основное внимание уделялось, как правило, автоматизации пожарной охраны. В настоящее время сложились предпо сылки для автоматизации системы пожарной безопасности всей совокупности промышленных объектов АЭС на основе интеграции ее с другими системами управления.
Повышение пожарной безопасности АЭС требует использования новых организационных, информационных и коммуникационных технологий, реализуемых на современных программно-технических средствах сбора, передачи, обработки и отображения информации, использования новых технических средств обнаружения пожара, его локализации и тушения, защиты людей, сооружений и окружающей среды.
Вопросам интеграции различных АСУ посвящено большое количество опубликованных работ. Однако разработка теоретических основ создания интегрированных систем безопасности и технического жизнеобеспечения промышленных объектов началась сравнительно недавно (первые публикации появились в начале 90-х годов прошлого века). Значительный вклад в этом направлении внесли российские ученые Топольский Н.Г., Блудчий Н.П., Федоров А.В., Иванников В.Л., и др. Вместе с тем, доля научных публикаций в области повышения эффективности интегрированных АСУПЗ на промышленных объектов в общем количестве публикаций пока незначительна. До настоящего времени не рассмотрены важные вопросы повышения эффективности технических средств пожарной сигнализации интегрированной АСУПЗ с учетом специфики технологического процесса на нем, модульного построения подсистемы сбора и обработки тревожной информации.
Объектом исследования является АСУПЗ АЭС, а предметом исследования - процесс создания и функционирования модульных систем сбора и обработки данных в АСУПЗ.
Целью диссертационной работы является разработка научно-технических основ повышения эффективности АСУПЗ промышленных объектов АЭС на основе совершенствования средств сбора и обработки данных о пожарном состоянии объекта. Достижение цели исследования позволит на основе научно обоснованной технической разработки обеспечить решение важной для экономики прикладной задачи - повышение пожарной безопасности промышленных объектов АЭС.
Для достижения цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
- анализ современного состояния АСУПЗ АЭС и входящей в ее состав системы сбора и обработки данных о пожарном состоянии объекта;
- разработка и анализ математической модели эффективности АСУПЗ с учетом динамических характеристик функционирования составляющих ее подсистем;
- синтез модульной структуры построения системы сбора и обработки данных а АСУПЗ;
- разработка математических моделей обнаружения пожара точечными пожарными извещателями при использовании дополнительных инфор-.,: мационных признаков;
- разработка алгоритмов функционирования и структурных схем пожарных извещателей с повышенной эффективностью обнаружения пожара.
Для решения указанных задач были использованы следующие основные методы исследований: системный анализ, теория вероятностей и математическая статистика, методы математического моделирования и анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана математическая модель, характеризующая зависимость прямого ущерба от параметров функционирования подсистем, составляющих АСУПЗ. На основе анализа этой модели определены условия, которые определяют экономическую эффективность повышение быстродействия подсистем пожарной сигнализации АСУПЗ потенциально опасных объектов;
- теоретически обоснована возможность и основные направления совершенствования средств обнаружения пожара при использовании дополнительных информационных признаков;
- разработан алгоритм функционирования и структурная схема точечного теплового пожарного извещателя с повышенной стабильностью инерционности обнаружения пожара;
- разработан алгоритм функционирования и структурная схема комбинированного тепло-дымового пожарного извещателя с уменьшенной инерционностью обнаружения пожара.
Практическая ценность и значимость работы заключается в следующем:
- разработано и защищено патентом на изобретение №2275687 Российской Федерации устройство теплового пожарного извещателя, в котором достигается стабилизация инерционности при изменении температуры. окружающей среды;
- разработано и защищено патентом на изобретение №2275688 Российской Федерации устройство комбинированного пожарного извещателя с повышенной надежностью обнаружения пожара;
- разработана методика выбора точечного теплового пожарного извещателя по температуре срабатывания.
- разработана методика расчета параметров тепловых преобразователей пожарного извещателя.
Основные результаты работы отражены в опубликованных статьях, докладах на международных и отечественных научно-практических конференциях.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы:
Результаты диссертационной работы использованы:
- в научных исследованиях Академии ГПС МЧС России по совершенствованию подсистем пожарной сигнализации АСУПБ АЭС;
- при разработке перспективных извещателей пожарной сигнализации ЗАО "Аргус - Спектр М" г. Москва;
- в плане модернизации систем автоматической пожарной сигнализации Ленинградской АЭС;
- в учебном процессе в Академии ГПС МЧС России при подготовке специалистов пожарной безопасности.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них 2 индивидуальных. Получено два патента Российской Федерации на изобретение.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на восьми следующих конференциях:
научно-технических конференциях "Системы безопасности" (Москва, АГПС МЧС России, 2003,2004,2005 гг.);
научно-практической конференции "Пожарная безопасность XXI века" (Москва, ВВЦ, 2005 г.);
XIX научно-практической конференции "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков" (Москва, ВНИИПО МЧС России, 2003, 2005 гг.);
International Workshop "Built Heritage: Fire Loss to Historic Buildings" (Varna, 2004 r);
Халкаро мутахассислар иштирокидаги Илмий амалий конференция материаллари (Ташкент, 2003 г).
На защиту выносятся:
- математическая модель эффективности функционирования АСУ противопожарной защитой АЭС, характеризующая зависимость прямого ущерба от характеристик обнаружения подсистемы пожарной сигнализации;
- математические модели обнаружения пожара извещателем с использованием дополнительных информационных признаков;
- алгоритмы функционирования и структурные схемы теплового и комбинированного точечных пожарных извещателей с улучшенными характеристиками обнаружения пожара.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Объём диссертации: 162 страницы текста с 14 таблицами и 38 рисунками и списка литературы из 117 наименований.
Анализ пожарной опасности промышленных объектов АЭС
Современные атомные электростанции (АЭС) можно классифицировать по следующим признакам [2.1]: - параметрам и типу паровых турбин - с турбинами на насыщенном и перегретом паре (одного или двух давлений) и др.; - числу контуров теплоносителя - одноконтурные, двухконтурные, не полностью двухконтурные, трехконтурные; - конструктивным особенностям и типу реактора, например, с реакторами канального и корпусного типа; кипящим с естественной и принудительной циркуляцией и др.; - типу замедлителя - графитовым, легководным, тяжеловодным и др. - способу перегрева пара - с ядерным перегревом, с "огневым" перегревом и пр.; - параметрам и типу теплоносителя - с газовым теплоносителем, теплоносителем "вода под давлением", жидкометаллическим и органическим; Более глубокие (физические) характеристики при классификации АЭС рассматривать не целесообразно, так как они не находят своего отражения в работе станции и специфике ее противопожарной защиты. Кроме того, существует деление ядерных энергетических установок по функциональному назначению. ЯЭУ, предназначенные только для производства электроэнергии, называют атомными электростанциями (АЭС). Если кроме электроэнергии ЯЭУ дает промышленное тепло, то она носит название атомной теплоэлектроцентрали (АТЭЦ). Совместно с производством электроэнергии ЯЭУ может выполнять и другие функции, например, опреснение морской воды (Шевченковская АЭС). Осуществляются проекты, направленные на использование ядерных энергетических установок в качестве источников теплоснабжения (АСТ-500) и источников высокопотенциального тепла в металлургии и химическом производстве. Особая опасность пожаров и взрывов на АЭС определяется двумя факторами: даже незначительный пожар на атомном реакторе станции может привести к неконтролируемому выходу радиоактивных материалов в атмосферу; контакт с водой для некоторых конструкционных и расщепляющихся материалов в активной зоне реактора может не только усилить горение, но и привести к взрывам и катастрофическим последствиям. Повышенную опасность пожаров и взрывов на АЭС создают: - большие количества смазочных масел, обращающихся в производстве при температурах около 200 С, превышающих температуру самовоспламенения; - электрические кабели, объединенные в крупные потоки и имеющие чаще всего горючую изоляцию; - водородная система охлаждения турбогенератора; - применяемые в некоторых типах реакторов пирофорные и самовоспламеняющиеся при контакте с водой жидкометаллические теплоносители. Весьма опасными являются помещения, в которые возможно аварийное поступление водорода и взрыв его смеси с воздухом. К таким помещениям относятся реакторное отделение, машинный зал, электролизная и аккумуляторная. В машинном зале в случае разуплотнения сальников генератора и выхода водорода за его пределы воспламенение, взрыв могут произойти от искрящих электротехнических устройств или (в аварийных ситуациях) от первичных очагов горения. На АЭС может взрываться и водород (его смесь с воздухом), выделяющийся при нормальных режимах работы станции и в аварийных ситуациях горючими веществами на АЭС также являются: - натрий, применяемый в качестве теплоносителя; трансформаторное и турбинное масла; - дизельное топливо и мазут, применяемые в резервных дизельных электростанциях и пусковых котельных; изоляция силовых и контрольных электрических кабелей; - горючие материалы, используемые в электротехнических устройствах и аппаратуре. Нельзя не учитывать и пожарную опасность применяемых на АЭС урана, плутония, тория, магния, циркония, графита, натрия, калия. Спецификой технологического процесса выработки электроэнергии на АЭС является в постоянное воздействие радиационного излучения на персонал и оборудование станции. В связи с этим на АЭС имеются полуобслуживаемые помещения, где пребывание персонала строго ограничено по времени, и необслуживаемые помещения, где пребывание персонала возможно только во время проведения ремонта на остановленной ядерной энергетической установке. Обязательными для АЭС требованиями (в отличии от других типов электростанций) являются обеспечение безопасной остановки реактора, исключающей выход радионуклидов за пределы АЭС, и поддержание его в подкритическом состоянии в различного рода аварийных ситуациях, в том числе и при пожарах. Для этих целей созданы специальные системы, предназначенные для безопасной остановки реактора в аварийных ситуациях: система аварийного охлаждения реактора (САОР), система аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) и другие, отказ которых может привести к возникновению тяжелой аварии, например, расплавлению активной зоны. Поэтому одним из специфичных для АЭС в обеспечении пожаровзрывобезопасности яв 15 ляется первоочередная защита систем обеспечивающих безопасную остановку реактора. Технологическое оборудование АЭС отличается высокой надежностью при нормальной эксплуатации, но, как показывает опыт, очень уязвимо в случае возникновения пожара и взрыва. Актуальным для АЭС вопросом является повышение надежности оборудования и системы пожаровзрывобезопасности АЭС в целом [2.3].
С учетом специфики объекта защиты и на основе анализа и обобщения накопленного опыта эксплуатации АЭС в последние годы в различных странах был издан ряд нормативных документов, в которых изложены основные принципы и методы противопожарной защиты АЭС. Так, например, в рамках программы NUSS, изданной Международной организацией по атомной энергии, в качестве одного из первых документов были разработаны директивы по противопожарной защите АЭС. Наиболее широко известными из зарубежных стандартов по пожарной безопасности являются стандарт "Основная противопожарная защита для АЭС", выпущенный в апреле 1976 г. Обществом по страхованию гражданской ответственности и имущества в атомной энергетике (NEL-PIA) (в настоящее время Американское общество по ядерному страхованию) и Объединением по взаимному перестрахованию в атомной энергетике (MAERP) и стандарт "Международные рекомендации по противопожарной защите АЭС", опубликованный Швейцарским объединением для страхования атомных рисков.
Метод оценки эффективности функционирования АСУПЗ промышленных предприятий
Генеральная цель, преследуя которую создается АСУПЗ промышленного предприятия, состоит в уменьшении потерь от пожара и обеспечения в результате дополнительного материального выигрыша.
Потери от пожара складываются из материальных, социальных и моральных. Материальные потери относительно легко поддаются количественной оценке и выражаются в денежной форме. Социальные потери при современных нормах общественной жизни также имеют денежный эквивалент, выражаемый системой компенсаций пострадавшим или их семьям. Моральные потери при пожарах пока не имеют строго фиксированного денежного эквивалента и состоят в основном в падении рейтинга предприятия, которое не может обеспечить пожарную безопасность и, следовательно, стабильность поставок продукции. При этом ссылки на пункты контракта, предусматривающие форс-мажор и страхование не имеют решающего значения, поскольку их реализация все равно связана с дополнительными затратами, увеличением стоимости продукции и, как следствие -с уменьшением конкурентоспособности продукции.
Общая идеология выбора объема противопожарных мероприятий на предприятии иллюстрируется рисунком 2.1 и состоит в следующем [2.41]. На каждом промышленном предприятии, в зависимости от его проектной и технологической конфигурации, существует возможность возгораний с последующим развитием их в пожары. Спектр возможных возгораний зависит от особенностей конфигурации и от объема противопожарных мероприятий, которые для наглядности изложения в представляемой работе условно выделяются из конфигурации. Приведенная стоимость этих мероприятий отложена по оси абсцисс рис. 2.1. По оси ординат этого рисунка отложено математическое ожидание ущерба, соответствующее данному объему противопожарных мероприятий (кривая 1). Из рис. 2.1. видно, что простейшие и недорогие противопожарные мероприятия не могут существенно снизить масштабы вероятного ущерба, средние по эффективности и стоимости системы могут дать существенный эффект. Дальнейшее наращивание объема противопожарных мероприятий может привести к практическому отсутствию их влияния на ожидаемый ущерб, поскольку при чрезмерном объеме средств защиты начинает сказываться естественная для больших систем ненадежность и отрицательные эффекты от ложных срабатываний. Разность между математическим ожиданием наибольших возможных потерь, соответствующих полному отсутствию средств защиты, и математическим ожиданием потерь, соответствующих данному объему этих средств, может являться мерой предотвращенного ущерба (зона над кривой 1). Наконец, разность между величиной предотвращенного ущерба и приведенной стоимостью соответствующего объема мероприятий характеризует абсолютную величину выигрыша, который дает применение противопожарных мероприятий на данном предприятии (кривая 2). Видно, что эта кривая имеет отчетливый максимум, соответствующий оптимальному объему средств защиты при заданной конфигурации предприятия.
Определение величины ожидаемого ущерба может быть произведена на базе укрупненной модели функционирования предприятия, охватывающей, основные характеристики его деятельности - баланс, маркетинг, структуру производства и технологию. Математическая интерпретация модели в этом случае может быть представлена в совокупности аналитических и логических операторов и баз данных, необходимых для выполнения процедур. Концептуальная сторона модели выглядит следующим образом.
Предприятие располагает основными фондами объемом W0$ с приведенным сроком службы Г0ф и выпускает продукцию с годовым приведенным объемом R в валовом исчислении. Приостановка на время Тв или прекращение поставок продукции приводит к прямым потерям в объеме RTh или Rm соответственно, где под /?ш понимается объем штрафных санк 50 ций, предусмотренных контрактом. Выпуск продукции R осуществляется на N производственных и иных площадках (помещениях), выход из строя каждого из которых приводит к потере HJI продукции предприятия. Суммирование потерь из-за их неаддитивности в общем случае производится с использованием функционально-структурной схемы предприятия (его технологической конфигурации), здесь же для наглядности предполагается, что для каждого варианта начала и завершения пожара суммарные потери продукции известны и определяются именно коэффициентом Нп. Для каждого помещения существует и считается известной априорная вероятность пожара Р„, отнесенная к расчетному периоду анализа - одному году.
Анализ направлений совершенствования средств и систем обнаружения пожара
Технические системы сигнализации являются основой систем пожарной безопасности. Они представляют собой совокупность совместно действующих технических средств для обнаружения признаков появления на защищаемом объекте пожара, передачи, сбора, обработки и представления информации в заданном виде пользователю. Кроме того, в функции систем пожарной сигнализации (СПС) могут быть включены формирование команд управления средствами пожаротушения, дымоудаления, управления инженерными сетями и технологического оборудования объекта. В этом случае СПС могут рассматриваться как информационно-управляющие системы, входящие в состав АСУ противопожарной защиты объекта. Элементами СПС являются технические средства пожарной сигнализации. Это прежде всего извещатели и приемно-контрольные приборы (ПКП). Именно они определяют основные тактико-технические характеристики всей системы [2.18]. Поэтому анализ тенденций рынка этих техническихсредств позволяет выявить основные направления развития СПС.
За последние годы в нашей стране произошли существенные изменения в области разработки и производства средств пожарной сигнализации. Основными факторами, вызвавшими эти изменения является технический прогресс и влияние рыночных отношений.
Технический прогресс привел к смене поколений радиоэлектронных компонентов, совершенствованию технологии изготовления средств автоматики - введению поверхностного печатного монтажа с применением безвыводных радиоэлементов, автоматической сборки, что послужило улучшению массогабаритных показателей, повышению надежности изделий. Применение малопотребляющих микроконтроллеров и микро ЭВМ позволило не только усложнить методы анализа и объемы обрабатываемой информации в приемно-контрольных приборах, но и перенести часть "интеллектуальных" свойств в технические средства обнаружения - извещате-ли.
В целом, по опубликованным экспертным оценкам, в последние годы наблюдается подъем и развитие российского рынка средств пожарной сигнализации как элемента общего рынка систем безопасности [3.37; 3.38].
Проведенный нами анализ динамики развития российского рынка СПС, показывает на существенные изменения его за последние годы. На рис.2.2 представлены сравнительные данные о технических средствах пожарной сигнализации, сертифицированных в России в 1996 и 2004 гг.
Из рис.2.7 следует, что за последние 8 лет общая номенклатура предлагаемых на рынке средств увеличилась примерно в 2 раза. При этом если для экспортируемых изделий она почти не изменилась, российские производители увеличили количество своих разработок почти в 4 раза и теперь лишь немного уступают по этому показателю зарубежным конкурентам. Произошло относительное выравнивание предложений различных видов средств сигнализации. При этом возросло количество комбинированных извещателей, извещателей пламени, ручных извещателей, приемно-контрольных приборов, оповещателей и блоков питания. Получил развитие новый вид технических средств - автономные пожарные извещатели.
Рассматривая внутреннюю структуру различных групп технических средств, можно также отметить ее значительное изменение за последние годы. В группе тепловых извещателей выросло количество моделей точечных максимально-дифференциальных а также линейных извещателей, правда, в основном импортного производства. В группе средств обнаружения дыма по-прежнему преобладают точечные оптико-электронные извещатели, хотя здесь и появились новые разработки линейных и ионизационных извещателей.
Наблюдается относительное усиление позиций отечественных прием-но-контрольных приборов охранно-пожарной сигнализации. При этом увеличилось количество приборов большой информационной емкости, составляющих основу интегрированных систем безопасности, в состав которых входит подсистема пожарной сигнализации. Появились универсальные
приборы, программируемые для систем охранной или пожарной сигнализации. Для приборов приемно-контрольных с радиальной структурой построения характерно производство серий приборов различной (малой и средней) информационной емкости. Представляет интерес появление приборов большой информационной емкости с распределенной структурой построения.
В группе пожарных приемно-контрольных приборов характерно появление отечественных универсальных средств контроля и управления, позволяющих использовать их как для сигнализации, так и управления системами пожарной автоматики [3.61].
Если ранее в группе оповещателей преобладали лишь простые звуковые средства оповещения (звонки, сирены), то теперь появились автоматические системы речевого оповещения, значительно увеличилось количество предложений световых и комбинированных оповещателей, причем отечественного производства.
Рассматривая качественную сторону сертифицированных в России изделий, нетрудно заметить, что значительная их часть зарубежного производства представляют собой элементы адресных или адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации. В номенклатуре российских изделий преобладают пока элементы безадресных систем.
В среднем наукоемкость импортной техники пока относительно более высока. На рынке присутствуют уникальные зарубежные разработки систем обнаружения пожара и извещатели, использующие новые технологии обнаружения, например линейные термокабели, точечные дымовые искровые, а также оптические извещатели, но использующие не отражение, а ослабление инфракрасного светового потока в дымовой камере. Есть положительные примеры наукоемких разработок и у российских производителей.
Следует отметить, что передовые российские производители, поддерживая тесный контакт с иностранными фирмами, адаптируют зарубежные изделия для нужд Российского рынка, участвуют в разработке перспективных систем сигнализации [3.13]. Появление зарубежных технических новинок стимулирует отечественных производителей повышать уровень качества своих изделий.
Номенклатура предлагаемых на рынке техничских средств ПС определяется применяемыми способами построения СПС, основными из которых являются безадресный, адресный и адресно-аналоговый.
Применение дополнительных информационных признаков для повышения эффективности обнаружения пожара
Одним из наиболее распространенных является тепловой пожарный извещатель ИП 105-2/1 (ИТМ), содержащий термочувствительный элемент в виде системы из кольцевых постоянных магнитов, имеющих точку Кюри вблизи 70 С, с установленными между ними металлическими теплопри-емниками, и формирователь извещения о пожаре в виде герметичного маг-нитоуправлемого электрического контакта.
При работе извещатель включается последовательно в двухпроводную электрическую цепь (шлейф сигнализации), его нормально замкнутое состояние свидетельствует об отсутствии пожара на контролируемом объекте. Температура окружающего воздуха, равная точке Кюри, является пороговой температурой срабатывания теплового извещателя, при которой постоянно замкнутый магнитоуправляемый электрический контакт размыкается.
Недостатком теплового извещателя является значительная инерционность срабатывания, вызванная значительной тепловой инерционностью его термочувствительного элемента. При скорости нарастания 0,2 С/мин и менее пороговая температура максимальна и практически не изменяется. При большей скорости нарастания температуры (более 1 С/мин) время срабатывания (инерционность) несколько уменьшается, но все равно остается значительным. Например, для извещателя - прототипа при скачкообразном изменении температуры она составляет по нормам пожарной безопасности [1.3] до 120 с, а при скорости нарастания температуры среды 1 С/мин для извещателей этого типа может увеличиться до 2420 с.
Кроме этого, для пороговых тепловых извещателей характерна низкая стабильность их инерционности при различных исходных (средних) значениях температуры окружающей среды. В процессе эксплуатации средняя температура в месте установки извещателя может медленно изменяться в значительных пределах. Например, возможно медленное снижение температуры относительно условно нормальной (например, зимой в ночное время или при отключении отопления), что приводит к значительному увеличению разницы между исходной (средней) температурой среды и пороговой температурой. Это существенно увеличивает время срабатывания извещателя при возникновении пожара.
Возможно также увеличение исходной (средней) температуры окружающей среды и приближение к порогу срабатывания извещателя в жаркий летний день, например, под воздействием солнечного освещения, при работе теплоустановок и т.п. Это может привести к ложным срабатываниям извещателя при относительно кратковременных флуктуациях температуры среды в месте установки при отсутствии тепловых воздействий от пожара.
Именно поэтому в нормативной литературе не рекомендуют применять максимальные тепловые извещатели на объектах, где возможно значительное понижение температуры в месте установки извещателя [3] или его нагрев под действием солнечного и другого теплового излучения [4].
Частично указанные недостатки устранены в тепловых максимально-дифференциальных извещателях. В качестве термочувствительных элементов в таких извещателях обычно используются малогабаритные полупроводниковые терморезисторы, имеющие небольшую тепловую инерционность. В них извещение о пожаре для повышенной скорости нарастания температуры среды формируется при меньшей температуре, чем для медленного изменения температуры среды и, соответственно, за меньшее время.
В тепловых максимально-дифференциальных извещателях значение скорости нарастания температуры, при которой наблюдается эффективное уменьшение времени срабатывания, как правило, установлено не менее 6-8 С/мин [1.4]. Поэтому при пожарах, для которых скорость нарастания температуры имеет меньшее значение, извещатель работает только как максимальный с отмеченной выше недостаточной стабильностью инерционности при отклонениях рабочей температуры среды.
Стабилизация инерционности теплового извещателя может быть достигнута за счет адаптации температуры срабатывания при медленном изменении температуры окружающей среды в отсутствие пожара. Для этого должна быть введена дополнительная зависимость величины порога срабатывания от значения средней (исходной) температуры окружающей среды.
Тепловой извещатель работает следующим образом. Три термочувствительных элемента, выполненные на терморезисторах, из-за создаваемых различных условий теплопередачи имеют различную постоянную времени изменения сопротивления при изменении температуры (тепловую инерционность). Первый термочувствительный элемент 1 имеет минимальную тепловую инерционность. Второй термочувствительный элемент 2 имеет тепловую инерционность больше, чем первый. Третий термочувствительный элемент 3 имеет тепловую инерционность гораздо больше, чем первый 1 и второй 2 термочувствительные элементы. Иллюстрирующие данную особенность графики изменения напряжений, поступающих на входы компаратора при изменении температуры контролируемой среды с разной скоростью, приведены на рис. 3.7.
