Раннее обнаружение пожара на АЭС с применением термомагнитного датчика кислорода Крупин Михаил Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Анализ пожарной опасности аэс и задачи совершенствования систем автоматической пожарной сигнализации 11

1.1 Анализ пожарной обстановки на объектах АЭС 11

1.2 Анализ перспективных направлений применения автоматических средств обнаружения пожара 16

1.3 Основы раннего обнаружения пожара 19

1.4 Анализ основных методов измерения содержания кислорода в газовых смесях 24

1.5 Выводы по главе 1 31

ГЛАВА 2 Разработка методов совершенствования термомагнитных датчиков кислорода 33

2.1 Обоснование применения термомагнитного датчика кислорода для раннего обнаружения пожара 33

2.2 Обоснование конструктивных параметров термомагнитного датчика с различными магнитными системами 37

2.3 Аналитическая оценка базового варианта магнитной системы 53

2.4 Расчет варианта магнитной системы с вогнутой поверхностью 60

2.5 Расчет варианта магнитной системы с выпуклой поверхностью 64

2.6 Обоснование конструктивных параметров термомагнитного датчика кислорода 68

2.7 Выводы по главе 2 71

ГЛАВА 3 Методика и результаты экспериментальных исследований термомагнитного датчика кислорода 73

3.1 Анализ погрешностей измерения концентрации кислорода 73

3.1.1 Температурные погрешности 73

3.1.2 Барометрическая погрешность 84

3.1.3 Погрешность, вызванная изменением состава сопутствующих компонентов 85

3.1.4 Обобщенный алгоритм коррекции погрешностей газоанализатора 87

3.2 Анализ результатов экспериментальных исследований термомагнитного датчика кислорода 88

3.2.1 Конструкция датчика кислорода 89

3.2.2 Устройство испытательного стенда 90

3.2.3 Экспериментальные исследования датчика 94

3.3 Выводы по главе 3 106

ГЛАВА 4 Обоснование применения комплексной системы автоматического беспроводного мониторинга окружающей среды на объектах энергетики 108

4.1 Постановка задачи исследования по использованию датчика кислорода в системах пожарного мониторинга объектов энергетики 108

4.2 Комплексная система адресного мониторинга раннего обнаружения пожаров 109

4.3 Радиоканальная система мониторинга пожарной безопасности объектов ПАК «Стрелец-Мониторинг» 112

4.4 Структура ПАК «Стрелец-Мониторинг» 116

4.5 Разработка предложений по расширению функциональных возможностей термомагнитного датчика кислорода в ПАК «Стрелец-Мониторинг» 118

4.6 Выводы по главе 4 123

Заключение 124

Список литературы .

• Основы раннего обнаружения пожара
• Расчет варианта магнитной системы с вогнутой поверхностью
• Погрешность, вызванная изменением состава сопутствующих компонентов
• Радиоканальная система мониторинга пожарной безопасности объектов ПАК «Стрелец-Мониторинг»

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Стратегической целью государственной энергетической политики в сфере обеспечения энергетической безопасности является повышение устойчивости энергетического сектора к внешним и внутренним угрозам, надежному энергообеспечению. Существенный вклад в производство электроэнергии вносят десять атомных электростанций (АЭС). Аварии, поломки, выходы из строя любого объекта энергетики являются причиной многомиллионных потерь из-за упущенной выгоды, а также угрозой массовой гибели людей при возникновении крупных пожаров и аварий. Поэтому одним из важнейших направлений обеспечения безопасности энергетической отрасли является повышение пожарной безопасности АЭС.

Развитие пожаров до крупных размеров можно предотвратить созданием эффективной системы их обнаружения. Одним из перспективных направлений повышения эффективности систем автоматической пожарной сигнализации (АПС) является контроль изменений газового состава окружающей среды для более раннего обнаружения начальной фазы развития пожара при низкой вероятности ложных срабатываний. В настоящее время такой контроль осуществляется с помощью газовых пожарных извещателей, контролирующих концентрацию углекислого (СО₂) и угарного (СО) газов. Благодаря современному развитию технологий появляются новые датчики газового состава, что позволяет использовать новые способы обнаружения пожара, например, контроль концентрации кислорода в окружающей среде.

Существуют различные методы определения концентрации кислорода в газовых средах. Но несмотря на значительный вклад ученых в решение этой задачи, проблема до конца так и не решена. Существующие методы или не совсем точны, или очень громоздки в аппаратурном оформлении. Для контроля концентрации кислорода в технологических помещениях объектов энергетики наиболее эффективен термомагнитный газоанализатор кислорода.

В настоящее время значение результатов диагностики как источника объективной информации о качестве производственных процессов возросло. В связи с этим к измерительным приборам предъявляются повышенные требования по точности измерений, быстродействию, надежности, массе и габаритным размерам, экономичности питания. Принципы действия основной массы измерительных приборов базируются на работе первичных преобразователей, которые в основном определяют конструкцию прибора, надежность и точность измерений.

Поэтому разработка новых и усовершенствованных первичных преобразователей, датчиков и измерительных приборов, работающих на их основе, является актуальной проблемой, особенно для АЭС, где раннее обнаружение пожароопасной ситуации служит для предотвращения пожара или взрыва, который может вызвать экологическую катастрофу, гибель людей или большой материальный ущерб.

Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в разработку теоретических основ и решение прикладных задач в области пожарной безопасности промышленных объектов энергетики в последние годы внесли такие российские ученые и специалисты, как Смелков Г.И., Микеев А.К., Алешков М.В., Топольский Н.Г., Федоров А.В., Членов А.Н. и др.

В России разработка магнитных газоанализаторов ведется с 1947 г. Первые
промышленные образцы газоанализаторов были созданы в 1949 г.

М.М. Файнбергом. В дальнейшем были проведены разработки термомагнитных газоанализаторов в специальном конструкторском бюро аналитического приборостроения АН СССР Д.М. Шейниным, Б.Б. Ершовым и Ф.М. Холовым под руководством В.А. Павленко. В настоящее время термомагнитные датчики кислорода используются в основном в стационарных газоанализаторах. В связи с этим требуется проведение дальнейших теоретических и экспериментальных исследований для внедрения термомагнитных датчиков в системы мониторинга окружающей среды.

Целью работы являлось создание термомагнитного датчика кислорода для повышения эффективности раннего обнаружения пожара системой автоматической пожарной сигнализации в помещениях АЭС.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Проведен анализ пожарной опасности АЭС и методов повышения
эффективности и надежности АПС;

1. Предложен метод совершенствования термомагнитного датчика кислорода для газовых пожарных извещателей АПС;

2. Создан экспериментальный стенд для исследования параметров термомагнитного датчика кислорода;

3. Разработана структура построения комплексной системы автоматического радиоканального мониторинга окружающей среды для раннего обнаружения пожара на АЭС с использованием нового термомагнитного датчика кислорода.

Объектом исследования являлась система автоматической пожарной сигнализации на АЭС, а предметом исследования – параметры термомагнитного датчика кислорода газовых пожарных извещателей.

Научная новизна работы заключается в развитии принципов построения и применения АПС на объектах АЭС, реализуемая посредством:

– разработки физико-математической модели термомагнитного датчика кислорода;

– создания экспериментального стенда и разработки методики проведения испытаний термомагнитных датчиков кислорода;

– обоснования возможности интеграции газовых пожарных извещателей на базе термомагнитного датчика кислорода в систему автоматического радиоканального мониторинга окружающей среды.

Теоретическая значимость исследования обоснована тем, что доказана возможность применения полученных математических моделей для разработки термомагнитного датчика кислорода и его использования в системе раннего обнаружения пожара на объектах АЭС.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

– усовершенствована система раннего обнаружения пожара за счет обеспечения газового контроля окружающей среды на АЭС;

– разработан новый термомагнитный датчик для детектирования кислорода в газовой среде в технических средствах контроля АЭС;

– установлено влияние различных факторов (температуры, давления, положения в пространстве) на метрологические, эксплуатационные и другие характеристики термомагнитного датчика при его использовании в системе мониторинга пожарной безопасности объектов энергетики;

– разработанный термомагнитный датчик кислорода нашел применение при создании газоаналитических приборов, что позволяет повысить уровень пожарной безопасности на АЭС.

Методология и методы исследования. Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных исследований. В процессе разработки принципа работы и применения термомагнитного датчика кислорода проводились разносторонние исследования с применением суперпозиции многих методов: теории вероятностей, математической статистики, математического анализа, теории автоматического управления, методов моделирования с применением программных комплексов FDS (Fire Dynamic Simulator), ANSYS, EXEL.

Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные, правовые и нормативные источники, материалы расследования аварий и пожаров, материалы научно-исследовательских работ по тематике пожарной безопасности.

На защиту выносятся:

1. Физико-математическая модель термомагнитного датчика кислорода;

2. Результаты экспериментальных исследований параметров новой конструкции термомагнитного датчика кислорода и его оптимизации;

3. Методика интеграции газовых пожарных извещателей на базе термомагнитного датчика кислорода в систему автоматического радиоканального мониторинга окружающей среды для раннего обнаружения пожара на АЭС.

Степень достоверности полученных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований; использованием современных поверенных измерительных приборов и измерительной аппаратуры, обеспечивающих высокую точность измерения; применением для обработки полученных экспериментальных данных апробированных методов статистического анализа.

Материалы диссертации использованы:

– при разработке проектной документации раздела «Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности» по системам автоматической противопожарной защиты отдельных зданий и помещений по реализации функции мониторинга газовой среды в целях раннего обнаружения пожара при низкой вероятности ложных срабатываний пожарных извещателей, входящих в систему контроля и управления противопожарной защитой энергоблока АЭС;

– при выполнении научно-исследовательской работы по решению Ученого Совета Академии ГПС от 12.12.2013 г. «Обоснование параметров термомагнитного газоанализатора кислорода в системе пожарного мониторинга объектов энергетики», Академия ГПС МЧС России, 2014 г.;

– при разработке предложений по использованию термомагнитного датчика кислорода в радиоканальной системе «Стрелец-Мониторинг» для мониторинга пожарной безопасности на объектах энергетики в различных городах России;

– в проектно-конструкторской деятельности НПЦ Дельта-5 ОАО «НПП «ДЕЛЬТА» и ООО «СанТан-М» для разработки газоанализатора кислорода с высокими эксплуатационными характеристиками;

– в учебном процессе Академии ГПС МЧС России при совершенствовании дисциплины «Электротехника и электроника».

Основные результаты работы доложены на:

– 21-й Международной научно-технической конференции «Системы безопасности – 2012» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2012 г.);

– I-й Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем, РАДИОИНФОКОМ – 2013» (г. Москва, 2013 г.);

– Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения, INTERMATIC – 2013» (г. Москва,

2013 г.);

– III-й Научно-практической конференции «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014 г.);

– Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения, INTERMATIC – 2014» (г. Москва,

2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Содержание работы изложено на 157 страницах текста, включает в себя 71 рисунок, 35 таблиц, список литературы из 140 наименований, приложения на 19 страницах.

Основы раннего обнаружения пожара

Одним из эффективных методов предотвращения и ликвидации пожаров на АЭС является применение таких систем пожарной автоматики, как автоматические системы обнаружения пожара (пожарная и охранно-пожарная сигнализация) и автоматические установки пожаротушения. В настоящее время такого рода системы развиваются в направлении их интеграции, создания многофункциональных программно-аппаратных комплексов, предназначенных для отображения информации о параметрах окружающей среды, автоматического включения или выключения исполнительных устройств по заданным программам [26, 42].

Система автоматической пожарной сигнализации входит в состав АСПЗ как автономная система, реализуемая на единых с ней программно-технических средствах. АПС в общем случае выполняет информационные, управляющие и вспомогательные функции [21, 39, 61].

К информационным функциям АПС относятся [39]: – сбор и обработка информации от первичных средств обнаружения пожара, регистрация и документирование информации о времени и месте загорания; – обеспечение персонала объекта и диспетчера службы безопасности требуемой информации о пожаре для принятия решений по его ликвидации и спасения людей; – предоставление информации персоналу объекта о работоспособности системы сигнализации, о возникновении нештатных ситуаций в системе сигнализации, командах управления, результатах контроля и профилактических работах; – обмен информацией с АСУТП и другими автоматизированными системами, входящими в состав АСПЗ.

К управляющим функциям АПС относятся [39]: – формирование команд управления на включение АУПТ; – управление техническими средствами сигнализации и оповещения. К вспомогательным функциям АПС относятся [39]: – установление и корректировка порогов срабатывания пожарной сигнализации; – передача команд на отключение отдельных датчиков и переключение направлений сигнализации на резервные; – диагностика комплекса технических средств пожарной сигнализации; – автоматическая реконфигурация структуры системы пожарной сигнализации при возникновении неисправностей.

Основными направлениями развития АПС являются разработка и усовершенствование пожарных извещателей для раннего обнаружения пожара и появления времени для своевременного оповещения людей о пожаре, включения систем дымоудаления и пожаротушения.

В состав АПС входят следующие элементы: пожарные извещатели, приборы приемно-контрольные пожарные, приборы управления пожарные, шлейфы пожарной сигнализации, оборудование центров мониторинга, приборы и системы передачи данных извещений о пожаре, линии и каналы связи, комплексы аппа-ратно-программных средств, автоматизированные рабочие места операторов пожарных постов, приборы и системы гарантированного электроснабжения [26].

Пожарные извещатели (ПИ) классифицируются по целому ряду параметров [31, 79]. По виду контролируемого признака пожара различают тепловые, дымовые, пламени, газовые и комбинированные ПИ. По виду контролируемой зоны имеются точечные, линейные, объемные и комбинированные извещатели. По виду порога срабатывания существуют максимальные, дифференциальные и максимально -дифференциальные извещатели.

Наибольшее распространение в системах автоматической пожарной сигнализации получили тепловые и дымовые ПИ. Это объясняется как спецификой начальной фазы процесса горения большинства пожароопасных веществ, так и относительной простотой схемных и конструктивных решений этих извещате-лей [20, 41]. В помещениях складского и производственного назначения все чаще применяются дымовые извещатели, использующие принцип принудительного отбора воздуха для обнаружения дыма. Такие извещатели называются аспирационными ПИ. Забор воздуха в них может осуществляться с помощью специальных труб с отверстиями или тонкими трубчатыми насадками непосредственно из мест, где возможно дымообразование при возникновении возгорания. Это существенно ускоряет обнаружение пожара, но требует детального анализа и расчета параметров заборного устройства при проектировании. Аспирационный принцип построения системы обнаружения является универсальным и может быть использован не только для обнаружения пожара по появлению дыма, но и других сопровождающих факторов, что и наблюдается на практике [118]. Дымовые пожарные извещатели аспирационного типа являются серьезным дополнением в комплексе мер по обеспечению безопасности помещений, наряду с традиционными пожарными извещателями [40].

Извещатели пламени используют в производственных помещениях, в которых применяются легковоспламеняющиеся вещества. Извещатель пламени реагирует на оптическое излучение инфракрасного или ультрафиолетового диапазона. Основное достоинство такого извещателя – малая инерционность [57]. Из-за высокой цены извещатели пламени в основном используются в сфере производства и хранения нефтепродуктов и легковоспламеняющихся химических веществ. Данные извещатели могут быть использованы на открытых площадках или зонах со значительным теплообменом, где невозможно использовать дымовые и тепловые пожарные извещатели.

Газовые пожарные извещатели (ГПИ) реагируют на газы, выделяющиеся при тлении или горении материалов. Основным элементом ГПИ является сенсор, преобразующий значение концентрации в атмосфере контролируемого газа в электрический сигнал. В настоящее время в пожарных извещателях с газовым каналом применяются сенсоры двух типов – электрохимические и полупроводниковые. Основным недостатком электрохимических сенсоров является небольшой срок эксплуатации. Полупроводниковые сенсоры могут быть «отравлены» в процессе эксплуатации некоторыми химическими веществами [101, 112]. Практически все ГПИ отечественного производства являются пороговыми извещатели с полупроводниковым газовым сенсором, а большие токи потребления требуют использование отдельного шлейфа питания.

Повышенная помехоустойчивость наряду с высокой обнаружительной способностью являются основными требованиями к ПИ. Поиск компромисса между этими противоречивыми требованиями определяется техническими возможностями извещателя, а также правильным выбором его вида и принципа действия, что является непростой задачей [118].

Существенно расширить возможности пожарной сигнализации позволяют комбинированные ПИ. Основным направлением их развития до недавнего времени было сочетание нескольких (как правило двух) каналов обнаружения различных факторов пожара, и простого объединение их по логической схеме «ИЛИ». В настоящее время значительное внимание при построении комбинированного ПИ уделяется увеличению числа каналов и их активному взаимодействию между собой, что позволяет повысить достоверность обнаружения пожара, то есть одновременно улучшить характеристики обнаружения и помехоустойчивости. Таким образом, в последние годы наблюдается существенный прогресс в разработке ПИ, направленный на повышение качественных характеристик существующих и создании новых, более эффективных видов технических средств обнаружения пожара [42, 100, 118].

Расчет варианта магнитной системы с вогнутой поверхностью

Для научного обоснования конструктивных параметров термомагнитного датчика с различными магнитными системами для оценки концентрации кислорода в газовых смесях необходимо провести экспериментальные и теоретические исследования с целью оптимизации вариантов конструкции магнитной системы. При этом необходимо сформулировать целевую функцию обоснования конструктивных параметров термомагнитного датчика с различными магнитными системами, обладающих максимумом оптимизации и выбрать количественный параметр для аналитической оценки проведения оптимизации.

Принцип работы термомагнитных газоанализаторов кислорода в газовой смеси основан на использовании явления термомагнитной конвекции кислородо-содержащего газа в неоднородном магнитном поле при наличии в нем температурного градиента [5, 129].

Как было показано в таблице 1.2 магнитная восприимчивость кислорода на два порядка выше магнитных восприимчивостей других наиболее распространённых газов, что в свою очередь вызывает термомагнитную конвекцию кислорода в неоднородном магнитном поле. Причем на единичный объём газовой смеси, содержащей кислород, действует сила термомагнитной конвекции Fм [5, 17, 88, 123], направленная в сторону падения напряженности магнитного поля Я: dFм=-(x1-%2)H — dV, (2.1) где ь 2 - объемные магнитные восприимчивости газовой смеси при температурах Т и Т2: Н - напряженность магнитного поля, А/м; градиент напряженности ds магнитного поля в направлении действия силы Fм; V - объем газа, м3. Для диамагнитных газов объемные магнитные восприимчивости определяются: Г02Р Т02Р Х1=СХ072-;Х2=СХ02, (2.2) где о - плотность при Т0 = 273 К и Р0 = 101325 Па; о - объемная магнитная восприимчивость при тех же условиях; С - относительная концентрация кислорода в смеси, % (об.); Р давление газовой смеси, Па. Подставляя i и 2 (2.2) в формулу (2.1) получаем: К=С%2 ( 1 - 1 ) Н . (2.3) 0 0 Т1 2 T 2 р0 ds Из формулы (2.3) видно, что Fм зависит от нескольких параметров, не имеет максимума, а наибольшее влияние на величину значения силы термомагнитной конвекции оказывает произведение HdH/ds. С помощью моделирования структуры магнитного поля постоянных магнитов, входящих в измерительную систему термомагнитного датчика кислорода необходимо решить две задачи [64, 99]: - определение оптимальной формы наконечников стальных и алюминиевых пластин магнитной системы; - определение оптимального расположения чувствительных элементов в магнитной системе, при котором сила термомагнитной конвекции достигает максимума и увеличивается чувствительность датчика кислорода.

Для целевой функции обоснования конструктивных параметров термомагнитного датчика кислорода с различными магнитными системами, обладающих максимумом оптимизации, в качестве количественного параметра оценки проведения оптимизации предлагается использовать произведения параметров HdH/ds.

Известные газоанализаторы [89] имеют в качестве чувствительных элементов датчики из платиновой проволоки в стеклянной оболочке длиной 10 - 12 мм, что требует для обеспечения чувствительности массивных магнитов и повышен 39 ного напряжения питания моста. С той же целью измерительная система выполняется по мостовой схеме с двумя чувствительными элементами (рабочим, помещенным в зазор магнитной системы, и сравнительным). Все это приводит к увеличению габаритов и массы прибора. Кроме того, данные газоанализаторы имеют сильно выраженную нелинейную характеристику, что затрудняет градуировку прибора.

Чувствительный элемент нового термомагнитного датчика кислорода представляет собой спираль из 5 – 6 витков, установленную в зазор между наконечниками магнитной системы. Спираль чувствительного элемента приваривается на токопроводящие проводники, установленные в транзисторные стойки [99] (см. рисунок 2.6). Такой чувствительный элемент имеет малые, почти точечные размеры, что позволяет устанавливать их в любое место магнитной системы.

Для обеспечения высокого уровня чувствительности сенсора необходимо найти такое расположение этих элементов в магнитном поле постоянных магнитов, в котором термомагнитная сила будет максимальной, и, следовательно, будет максимальная скорость движения потока кислорода, обтекающего чувствительный элемент. Поскольку аналитически определить конфигурацию наконечников стальных и алюминиевых пластин магнитной системы датчика, при которой достигается максимум целевой функции НdH/ds, не представляется возможным, то для определения наилучшей геометрии магнитов проводилось моделирование магнитного поля на ЭВМ для различных форм магнитов. В качестве постоянных магнитов использовались наиболее распространенные цилиндрические магниты на основе Nd-Fe-B толщиной 3 мм и диаметром 18 мм, на которые накладывались стальные наконечники соответствующей формы [5]. Сравнительный чувствительный элемент помещался в аэродинамические условия, аналогичные условиям рабочего элемента, но при отсутствии магнитного поля.

Для расчета напряженности магнитного поля в рассматриваемой магнитной системе решалась трехмерная задача магнитостатики. Постоянные магниты моделировались заданием коэрцитивных сил, противоположно направленных друг относительно друга; сталь и воздух – с помощью магнитной проницаемости. Стальные пластины и магниты (1 и 2 на рисунке 2.11) со всех сторон окружались воздухом. В программном комплексе ANSYS была выбрана модель, использующая в качестве степени свободы магнитный скалярный потенциал. Граничные условия задавались следующие: на плоскости симметрии магнитной системы – условие перпендикулярности магнитного потока; на всех внешних плоскостях трехмерной расчетной области – условие затухания магнитного поля на бесконечности. Для численного решения задачи в программном комплексе ANSYS строилась сетка из гексаэдральных конечных элементов [5, 8, 12]. Рисунок 2.12 – Вариант 1: «базовый»

Погрешность, вызванная изменением состава сопутствующих компонентов

Для анализа инструментальной температурной погрешности принимают допущение, что процесс теплообмена имеет установившийся характер. Инструментальные температурные погрешности вызываются изменением напряженности магнитного поля в рабочем зазоре и размеров магнитной системы, возникающих при отклонении температуры от нормальной [130].

Отклонение напряженности магнитного поля от нормального происходит вследствие изменения магнитных свойств материалов магнитной системы и геометрических размеров рабочего зазора при изменении температуры и приводит к отклонению от номинальной магнитной силы, действующей на газ.

При изменении температуры изменяются величины элементов электрической цепи. Это, в свою очередь, приводит к изменению величины разбаланса электрического моста [14].

Зависимость напряженности магнитного поля в рабочем зазоре от температуры обусловлена изменением индукции и величины рабочего зазора при изменении температуры. Обратимые изменения магнитной индукции могут быть определены из известного уравнения для первого линейного приближения: Вт = В0(1 + Т), (3.3) где Вт – значение индукции при температуре Т, Тл; В0 – значение индукции при исходной температуре Т0, Тл; – температурный коэффициент; Т = Т – Т0, К. Для магнитных материалов величина температурного коэффициента находятся в пределах от минус 110-4 до минус 510-4 1/C [58]. Откуда видно, что уменьшение напряженности магнитного поля при увеличении температуры незначительно и составляет сотые доли процента на 1 C. Изменение зазора между полюсными наконечниками вследствие температурного расширения происходит по известному закону: = 1(l1 + l2)Т, (3.4) где – зазор в магнитной системе, мм; l1, l2 – длина полюсных наконечников, мм; 1 – коэффициент линейного расширения. Коэффициент линейного расширения материала полюсных наконечников имеет величины 2 10-5 1/К.

Таким образом, увеличение напряженности магнитного поля при увеличении температуры из-за уменьшения рабочего зазора незначительно и составляет сотые доли процента. Оба эти эффекта частично компенсируют друг друга [122].

Влияние изменения сопротивлений R1 и R2 электрического моста (см. рисунок 2.52) от температуры определяется температурным коэффициентом сопротивления, который для резисторов типа С2-29В составляет 510-6 1/К. При выборе пары резисторов из ряда Е192 с допуском ± 0,05 % эту погрешность можно снизить до десятитысячных долей процента.

Для уменьшения температурной погрешности применяется термостатирование или термокоррекция [84, 88, 122]. При термостатировании необходимо обеспечить не только постоянство температуры датчика прибора, но и постоянство температуры исследуемой газовой смеси. Для этого внутри термостата размещают газоподводящую систему такой длины, чтобы при выбранном расходе газовая смесь успела приобрести температуру датчика. Это приводит к увеличению времени транспортного запаздывания, а также потребляемой электрической мощности из-за увеличения термостатируемого объема. Термостатирование позволяет поддерживать температуру с высокой точностью и практически устранить все вышеупомянутые погрешности измерения.

Однако применение термостатирования оправдано для газоанализаторов повышенной точности, в первую очередь образцовых стационарного типа, когда главным требованием к прибору является обеспечение повышенной точности измерения. Для малогабаритных переносных приборов с ограниченным потреблением электроэнергии целесообразно применить термокоррекцию.

Способы и схемы термокоррекции могут быть различными. Так для магнитомеханического компенсационного газоанализатора П.Л. Капицей для коррекции изменения магнитной восприимчивости от температуры было предложено вводить термозависимый резистор в качестве шунта обмотки компенсации. Д.И. Агейкиным предлагалась схема с термопарами для создания дополнительного момента, компенсирующего изменение магнитных свойств кислорода в зависимости от температуры.

В термомагнитном газоанализаторе, простое приведение данной погрешности к изменению чувствительности и коррекции путем изменения этой чувствительности с помощью термочувствительного устройства не дает ощутимого снижения температурной погрешности из-за многофакторности ее проявления и соизмеримости их абсолютных величин.

Считая отдельные методические и инструментальные составляющие температурной погрешности жестко коррелированными, оценку и расчет погрешности, а также выработку способа и алгоритма ее коррекции целесообразно проводить на имитационной модели газоанализатора. Изменяя значения параметров узлов модели в соответствии с требуемым диапазоном температур и законом изменения выбранного параметра от температуры получают значения выходного сигнала газоанализатора. Используя методику декомпозиции и композиции погрешностей измерительного устройства, определяют статистические погрешности и температурные коэффициенты газоанализатора [13].

На начальном этапе ограничиваются малыми значениями входных информативных сигналов и возмущающих воздействий, что позволяет обоснованно оперировать достаточно простыми нелинейными моделями, адекватно отражающими процессы измерительного преобразования. Основное функциональное уравнение измерительного устройства записывают в виде ограниченного ряда Тейлора с учетом характеристик составляющих погрешности – основных и дополнительных температурных составляющих [69, 110]: - выходной сигнал газоанализатора; С - измеряемая величина (процентное содержание кислорода); Т - осредненная температура устройства; Сн и Тн - номинально-заданный уровень входного сигнала и температуры устройства; у (Сн, Тн) - выходной сигнал газоанализатора, включающий исходные погрешности для заданного уровня.

Остальные члены уравнения (3.5) определяют функцию измерительного преобразования и возникающие погрешности, разделяемые на характерные составляющие.

Уравнение (3.5) переписывают в виде температурной зависимости: y(С,T) = y(С)(l + А(TJ\ (3.6) где У(С) = у(СМ- С Сн + \С Сн + ( С-С Сн)С-характеристика устройства при номинальной температуре Тн его градуировки, включающая аддитивные уа, мультипликативные ум погрешности и погрешности формы (нелинейности) уф зависимости; А = Аа + Ам + Аф - температурный коэффициент измерительного устройства, представленный суммой его характерных составляющих: аддитивной Аа = С ; мультипликативной Ам = /С С Т 2(С СнХ \д2у(т-тн) коэффициента формы температурной характеристики А ф =

Радиоканальная система мониторинга пожарной безопасности объектов ПАК «Стрелец-Мониторинг»

Объектовая станция обеспечивает следующие возможности: передачу извещений от объектового оборудования к пультовой станции; прием от пультовой станции команд управления объектовым оборудованием; ретрансляцию извещений на другие объектовые станции для доставки на пультовую станцию; отображение состояния станции [46].

К объектовым станциям подключается объектовое оборудование охранно-пожарной сигнализации, а также другие исполнительные устройства, поддерживающие интерфейс S2 ИСБ (РРОП-И, БШС8-И). После включения объектовая станция проводит процедуру регистрации в системе – нахождение маршрута к пультовой станции. Данная операция осуществляется автоматически и не требует вмешательство технического персонала.

Беспроводная система ПАК «Стрелец-Мониторинг» позволяет в полной мере с минимальными затратами выполнить требования новой нормативной базы, которые предъявляются к системам пожарной сигнализации и оповещения. В соответствии с Федеральным законом №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» системы пожарной сигнализации должны обеспечить повышенную защищенность от электромагнитных наводок. ПАК «Стрелец-Мониторинг» обеспечивает возможность оптимально выбирать рабочую частоту, а наличие динамической маршрутизации в системе позволяет использование резервных и обходных маршрутов (каналов) при отсутствии возможности передать сигнал о пожаре по основным маршрутам.

Новые требования Технического регламента в корне меняют ситуацию на рынке систем безопасности. Оснащение объектов надежными беспроводными системами сигнализации и оповещения не только быстрее, но и экономичнее, как при монтаже, так и при эксплуатации. Даже небольшая проектно-монтажная компания с ограниченным штатом специалистов может позволить себе больше заказов и более крупные объекты, обеспечив высокую оборачиваемость средств и гибкость ведения бизнеса [71].

Таким образом, ПАК «Стрелец-Мониторинг» становится надежной альтернативой проводным системам охранно-пожарной сигнализации. При интеграции системы «Стрелец-Мониторинг» с находящейся в процессе опытной эксплуатации «Автоматизированной системой поддержки принятия решений и оперативного управления подразделениями гарнизона пожарной охраны» в субъекте РФ может быть позиционировано создание автоматизированной системы комплексной безопасности субъекта [48].

В состав радиосистемы ПАК «Стрелец-Мониторинг» входят полные аналоги проводных адресно-аналоговых извещателей и модулей: радиоканальные пожарные извещатели серии «Аврора», ручной пожарный извещатель ИПР-Р, входной модуль РИГ, исполнительные модули ИБ-Р, звуковой оповещатель «Сирена-Р».

Для интеграции газовых пожарных извещателей в ПАК «Стрелец-Мониторинг» необходимо и достаточно обеспечить сопряжение пожарного извещателя с приемно-контрольным устройством с помощью беспроводного интерфейса. В настоящее время в структуре ПАК «Стрелец-Мониторинг» в качестве оконечных устройств могут быть использованы следующие технологические детекторы: – пожарные извещатели различных типов; – детектор протечки воды; – температурный детектор; – детектор силового питающего напряжения; – кран шаровый с электроприводом; – устройство сопряжения с газовым сигнализатором «АВУС-КОМБИ». Бытовые газосигнализаторы «АВУС-КОМБИ» предназначены для автоматического непрерывного контроля концентрации горючих газов (метана и пропана) и угарного газа в воздухе жилых и коммунальных помещений с целью обнаружения превышения допустимых концентраций и своевременного принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности.

Структурная схема комплексной системы радиоканального мониторинга окружающей среды для раннего обнаружения пожара на АЭС представлена на рисунке 4.5.

Одним из параметров, контролируемых системой пожарного мониторинга на объектах энергетики, определяющих их пожарную безопасность, является содержание кислорода в воздухе рабочей зоны объекта энергетики. Проверка на кислород очень важна при работе в ограниченных или замкнутых пространствах, так как вход технического персонала без защиты органов дыхания (при условии, что нет никаких ядовитых воздействий) требует нормальных концентраций кислорода в воздухе для дыхания [48]. Назначение газоанализатора воздуха рабочей зоны – это обеспечение безопасных условий труда технического персонала. Подобные приборы позволяют проводить анализ объектов энергетики на предмет появления взрывоопасных концентраций горючих газов в помещениях объекта. Кроме того эти приборы пригодны для обнаружения в замкнутых пространствах объектов энергетики наличия горючих газов и воздуха для определения его пригодности для дыхания. Это необходимо, в первую очередь, для персонала, работающего в потенциально опасных замкнутых пространствах объектов энергетики: колодцах, шахтах, кабельных коллекторах и других помещениях объектов энергетики.

Для контроля концентрации кислорода в замкнутых пространствах объектов энергетики предлагается использовать термомагнитный газоанализатор кислорода, который войдет в структуру ПАК «Стрелец-Мониторинг» в качестве оконечного устройства.

Таким образом, ПАК «Стрелец-Мониторинг» обеспечивает выполнение информационных, управляющих и вспомогательных функций АПС. Широкий спектр пожарных извещателей позволяет грамотно подойти к вопросу выбора типа пожарного извещателя, которые подбираются в зависимости от параметров окружающей среды, ведь в состав АЭС входит большое количество разнообразных технологических помещений, в которых обращается большое количество горючих веществ. Только разумное сочетание различных типов пожарных извещателей позволит повысить пожарную безопасность АЭС, а использование комбинированных пожарных извещателей с несколькими каналами обнаружения различных факторов пожара позволяет многократно повысить эффективность АПС. Применение ПАК «Стрелец-Мониторинг» на АЭС с использованием газовых пожарных извещателей на базе термомагнитного датчика кислорода позволить полностью выполнить требования действующих норм к системе пожарной сигнализации, которые год от года только ужесточаются.

Такое крупное энергетическое предприятие, как АЭС, включает в себя большое количество элементов автоматической пожарной сигнализации, а гибкая структура ПАК «Стрелец-Мониторинг» позволяет объединить их в одну систему. Особенно это актуально для уже действующих АЭС при модернизации уже установленных и девствующих систем противопожарной защиты. ПАК «Стрелец-Мониторинг» позволяет объединить как проводную, так и радиоканальную систему противопожарной защиты в единую систему.