Рубрикатор

Резервирование пожарных извещателей или … контактов?! Часть 2. Отечественные и зарубежные стандарты

Опубликовано пользователем Юлия Сивкова,
Алгоритм безопасности

В рамках курса статей "Основы построения пожарной сигнализации. Обзор статей. Устойчивость СПС и ее компонентов. Надежность и живучесть"

Игорь Неплохов, к.т.н., технический директор по ПС компании «ПОЖТЕХНИКА»

В первой части статьи [1] были рассмотрены теоретические и практические вопросы надежности пожарных изеещателей. Была вычислена величина наработки на отказ одного и двух извещателей. Приведены результаты исследований надежности извещателей и вероятностей ложных срабатываний на атомных электростанциях [2]. Реальные значения наработки на отказ пожарных извещателей достигают десятков миллионов часов, что несопоставимо с нормативными 60 000 ч [3]. Во второй части статьи рассматриваются проблемы резервирования, приводятся результаты вычислений надежности одного, двух и трех извещателей.

НОРМАТИВНАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ ОТКАЗА 1-2-3 ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ

В первой части статьи [1] было подсчитано, что при среднем времени наработки на отказ извещателя То = 60 000 час. вероятность его отказа Q(t0) за один год составляет 0,136, за три года уже 0,355, за 5 лет превышает 0,5. При достижении среднего срока службы извеща-телей - 10 лет вероятность отказа увеличивается до 0,768. Если извещатели эксплуатировать в течение 15 лет, то вероятность отказа возрастает до 0,9. При использовании двух извещателей по логике «ИЛИ» вероятность отказа обоих извещателей равная Q2(t0) в течение первого года получается значительно ниже отказа одного извещателя и равна 0,0185. Но за три года вероятность отказа обоих извещателей возрастает до 0,1260, за четыре года - до 0,195, за пять лет - до 0,268. А за время, равное стандартному среднему сроку службы извещателей, за 10 лет вероятность отказа двух извещателей увеличивается уже до 0,59 (табл. 1). Таким образом, для обеспечения обнаружения пожара с вероятностью 0,8 в соответствии с Методикой определения расчетных величин пожарного риска [5] при использовании пожарных извещателей со средней наработкой на отказ, равной 60 000 ч, требуется замена всех извещателей каждые 4 года на новые.

Однако уже более 10 лет в НПБ 88-2001* [6] и далее в Своде Правил СП 5.13130.2009 [7] в общем случае в каждом помещении требуется установка не менее трех извещателей с формированием сигнала «Пожар» при активизации не менее двух извещателей. В этом случае работоспособность сохраняется при отказе одного из извещателей из трех, а не из двух и за счет этого надежность системы значительно снижается по сравнению с двумя извещателями с логикой «ИЛИ».

Вероятность отказа одного извещателя Q(t0) и двух извещателей Q2(t0) при среднем времени наработки на отказ То = 60 000 ч для различных сроков эксплуатации были определены первой части статьи [1]. Вероятность отказа системы из трех извещателей равна суммарной вероятности отказа любых двух извещателей из трех, и вероятности отказа трех извещателей [8] может быть рассчитана по формуле:

Рис. 1. Зависимость вероятности отказа извещателей в процессе эксплуатации 1 - одного извещателя; 2 - двух извещателей; 3 - двух извещателей из трех
Рис. 1. Зависимость вероятности отказа извещателей в процессе эксплуатации    1 - одного извещателя; 2 - двух извещателей; 3 - двух извещателей из трех

Результаты вычислений вероятности отказа системы из трех извещателей Q3(t0) по формуле (1) приведены в таблице 1. Вероятность отказа за один год Q3(t0)  составляет 0,0505, что в 2,7 раза меньше по сравнению с вероятностью отказа Q(t0)  одного извещателя, но в 2,73 раза выше по сравнению с вероятностью отказа Q2(t0)  двух извещателей. После 5 лет эксплуатации вероятность отказа Q3(t0)  системы из трех извещателей становится больше, чем вероятность отказа Q(t0)  одного извещателя (рис. 1). К 10 годам эксплуатации вероятность отказа Q2(t0)  двух извещателей возрастает до 0,59, одного извещателя Q(t0) - до 0,768, а вероятность отказа системы Q3(t0) из трех извещателей становится равной 0,863.

Причем вероятность отказа Q3(t0) ) системы из трех пожарных извещателей со средней наработкой на отказ 60 000 ч, равная 0,2, достигается всего лишь за 2 с небольшим года. Таким образом, для обеспечения обнаружения пожара с вероятностью 0,8 в соответствии с Методикой определения расчетных величин пожарного риска [5] требуется замена таких пожарных извещателей каждые 2 года!

Табл. 1. Вероятность отказа одного извещателя Q(t0), двух Q2(t0) и двух из трех Q3(t0) с наработкой на отказ по 60 000 ч

Табл. 1. Вероятность отказа одного извещателя Q(t0), двух Q2(t0) и двух из трех Q3(t0) с наработкой на отказ по 60 000 ч

НОРМАТИВНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ 3-Х ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ И РЕЗЕРВИРОВАНИЕ

По требованиям Свода Правил СП 5.13130.2009 п. 14.1 «...Формирование сигналов на управление в автоматическом режиме установками пожаротушения или дымоудаления, или оповещения, или инженерным оборудованием должно осуществляться при срабатывании не менее двух пожарных извещателей, включенных по логической схеме «И». Расстановка извещателей в этом случае должна производиться на расстоянии не более половины нормативного, определяемого по таблицам 13.3-13.6 соответственно» [7].

Однако совершенно очевидно, для срабатывания двух извещателей должен обеспечиваться двойной контроль каждой точки защищаемого помещения, а для обеспечения работоспособности при отказе одного извещателя соответственно тройной контроль. В отечественной нормативной базе отсутствует понятие защищаемой площади в отличие от зарубежных стандартов, где это основополагающее понятие. Подробно этот вопрос был рассмотрен в части 1 статьи [1]. При расстановке извещателей по квадратной решетке с шагом 9 м, радиус площади, контролируемой точечным извещателем, равен 6,36 м. Практически такая же величина радиуса защищаемой площади 6,3 м определена в американском стандарте NFPA72 [9] для дымовых детекторов, и несколько большее значение 7,5 м дано в европейском стандарте BS 5839. При этом дымовые извещатели обнаруживают тестовые очаги размером 0,25 м2 при оптической плотности до 2 дБ/м с расстояния три метра! При таком уровне задымленности видимость сокращается до 5 метров, что в 4 раза меньше значения ОФП, по видимости, равного 20 м. Так что обнаружение очага с расстояния более 6-7 метров происходит при значительных размерах очага (более 1 м2), и пожарная сигнализация не обеспечивает выполнения функции раннего обнаружения пожара.

На рисунке 2 показана расстановка трех извещателей на расстоянии, равном половине нормативного, в помещении размером 9х18 м. В этом случае двойной контроль всей площади не обеспечивается, даже если все извещатели работоспособны. Из всей площади 162 м2одновременно двумя извещателями контролируется только 104 м2 площади в центральной части помещения, те есть только 64%, что составляет менее 2/3 площади!

При отказе одного из крайних извещателей площадь обнаружения пожара, которая контролируется двумя оставшимися работоспособными извещателями, сокращается до 63,5 м2, что составляет менее 40 % площади помещения (рис. 3). А при отказе центрального извещателя площадь обнаружения пожара сокращается до 23 м2, что составляет всего лишь 14% общей площади помещения (рис. 4).

В последнее время появилась тенденция к извещателям, установленным на нормативных расстояниях и включенным по логике «ИЛИ», добавлять резисторы для формирования сигнала «Пожар» по логике «И» по двум извещателям, якобы для защиты от ложных срабатываний. При использовании такого «ноу-хау» система становится неработоспособной и без отказов извещателей. В этом случае каждый извещатель защищает только свою часть площади, а для логики «И» должен обеспечиваться контроль каждой точки одновременно двумя извещателями. При проверке это элементарно обнаруживается по отсутствию включения оповещения при активации одного извещателя, за этим следует оформление такого штрафа, что можно было бы установить реально работающую АУПС.

Рис. 2. Три исправных извещателя обеспечивают обнаружение пожара только на 64% площади

Рис. 3. При отказе крайнего извещателя контролируемая площадь сокращается до 40%

Рис. 4. При отказе среднего извещателя контролируемая площадь сокращается до 14%

 Рис. 2. Три исправных извещателя обеспечивают обнаружение пожара только на 64% площади

 Рис. 3. При отказе крайнего извещателя контролируемая площадь сокращается до 40%

Рис. 4. При отказе среднего извещателя контролируемая площадь сокращается до 14%

 
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ

Оценка надежности пожарного извещателя производится по характеристикам электронных элементов, из которых он состоит. Ведущие производители приводят значения интенсивности отказов X, по которым определяется расчетная наработка на отказ устройства. В таблице2 приведены исходные данные для расчета наработки на отказ точечного дымового оптического пожарного извещателя.

Общее число электронных элементов извещателя составляет 55 шт., интенсивность отказов зависит от типа элемента: минимальное значение 5х10-9 отказов в час у SMD-резисторов, максимальное 300х10-9отказов в час естественно у микросхемы ASIC (табл. 2). Таким образом, интенсивность отказов дымового пожарного извещателя составляет 2045x10-9 отказов в час. Принимая в году 8760 часов, получаем величину интенсивности отказов в год, равную, 2045х10-9х8760 = 0,0179142. Обратная величина определяет расчетную величину средней наработки на отказ, которая равна соответственно 55,8 лет или 488 997 ч, что почти на порядок больше нашей нормативной величины 60 000 ч [3].

Табл. 2. Интенсивность отказов элементов дымового извещателя

Табл. 2. Интенсивность отказов элементов дымового извещателя

Табл. 3. Вероятность отказа одного извещателя с наработкой 470 000 ч Q1(t0), двух извещателей Q2(t0)  и двух из трех  Q3(t0)  с наработкой на отказ по 60 000 ч
Табл. 3. Вероятность отказа одного извещателя с наработкой 470 000 ч Q1(t0), двух извещателей Q2(t0)  и двух из трех  Q3(t0) с наработкой на отказ по 60 000 ч

Рис. 5. Зависимость вероятности отказа извещателей в процессе эксплуатации:    1 - одного извещателя с наработкой на отказ 470 000 ч;    2 - двух извещателей с наработкой на отказ 60 000 ч;    3 - двух извещателей из трех с наработкой на отказ 60 000 ч
Рис. 5. Зависимость вероятности отказа извещателей в процессе эксплуатации:

1 - одного извещателя с наработкой на отказ 470 000 ч;

2 - двух извещателей с наработкой на отказ 60 000 ч;

3 - двух извещателей из трех с наработкой на отказ 60 000 ч

 

По вероятности отказа за один год два пожарных извещателя с логикой работы «ИЛИ» с наработкой на отказ 60 000 ч примерно эквивалентны одному извещателю с наработкой на отказ, равной 470 000 ч, и равна 0,0185. Однако при увеличении срока эксплуатации обнаруживаются существенное различия, если у двух извещателей за 4 года вероятность отказа уже повышается до 0,195, то у одного извещателя только до 0,072. За десять лет эксплуатации вероятность отказа 2-х извещателей с наработкой на отказ 60 000 ч возрастает до 0,59, в тоже время у извещателя с наработкой на отказ, равной 470 000 ч, повышается только до 0,17! Таким образом, один извещатель с наработкой на отказ 470 000 ч не эквивалентен по надежности двум извещателям по «ИЛИ» с наработкой на отказ 60 000 ч, а в 3,5 раза надежнее, и в 5 раз надежнее, чем система из 3-х извещателей с наработкой на отказ 60 000 ч с формированием сигнала «Пожар» по сработке двух из трех (рис. 5).

Как показывают результаты эксплуатации, реальная величина наработки на отказ превышает теоретическую величину минимум на два-три порядка за счет работы элементов в щадящем режиме, при более низких нагрузках по сравнению с номинальным режимом, в климатических условиях, близких к нормальным, а не вблизи границ рабочих температур, при отсутствии механических воздействий и т.д. С другой стороны, при кустарном способе изготовления, как говорится «на коленке», с использованием некачественной элементной базы или с истекшим сроком хранения, выпускаются пожарные извещатели с низкой надежностью.

НАДЕЖНОСТЬ ДВУХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ С ЛОГИКОЙ «И»

Сопоставление пожарных извещателей, например, с жесткими дисками, в которых двигатели, приводы, магнитные головки и более сложная электроника и на которые производители указывают среднюю наработку на отказ 2 000 000 ч, показывает, что нормативная величина 60 000 ч занижена на несколько порядков. Это подтверждается и экспериментальными исследованиями, отечественные точечные дымовые оптико-электронные пожарные извещатели на 10-ти АЭС за 5 с лишним лет показали наработку на отказ от 625 000 ч до 36 500 000 ч в зависимости от типа [1, 2]. По извещателям зарубежного производства наблюдались только единичные отказы, что не позволило вычислить по ним наработку на отказ. Становится очевидным, почему в зарубежных нормах в принципе нет требования резервирования извещателей. Минимальное число извещателей в помещении - ОДИН, даже если он неадресный и без автоматического контроля неисправности. Больше того, в системах пожаротушения требуется контроль каждой точки площади защищаемого помещения двумя извещателями, с формированием сигнала «Пожар 1» по первому извещателю и сигнала «Пожар 2» по второму извещателю с запуском пожаротушения [10].

Действительно, при наработке на отказ порядка 25 000 000 ч, вероятность отказа одного извещателя в течение года ничтожно мала, составляет примерно 0,00035, и вероятность отказа одного извещателя из 2-х при работе по логике «И» для запуска пожаротушения равна 0,0007. А за 10 лет эксплуатации эти значения увеличатся примерно в 10 раз, т.е. соответственно до 0,0035 и 0,007. Это соответствует отказу 3-4 извещателей на 1000 штук за 10 лет.

Теперь становится понятно, что надежная элементная база и высокий технологический уровень обеспечивают высокую надежность зарубежных извещателей, сертифицированных по европейскому стандарту EN 54-7 [4]. В следующей, третьей части данной статьи будут рассмотрены конкретные направления повышения надежности пожарных извещателей и в том числе их контактных элементов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Неплохов И. Г. Резервирование пожарных извещателей или... контактов?! Часть 1 // Алгоритм безопасности. 2014. № 1.
2. Фомин В. И., Буцынская Т. А., Журавлев С. Ю. Количественная оценка параметров устойчивости функционирования технических средств пожарной автоматики на АЭС России // Технологии техносферной безопасности, 2007. Выпуск № 3 (13), июнь.
3. ГОСТ Р 53325-2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний».
4. BS EN 54-7:2001 Fire detection and fire alarm systems. Smoke detectors. Point detectors using scattered light, transmitted light or ionization.
5. Изменения, вносимые в методику определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности, утвержденную приказом МЧС России от 30.06.2009 № 382 // Приказ МЧС России от 12.12.11 № 749.
6. НПБ 88-2001*. Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования.
7. СП 5.13130.2009. Свод Правил. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.
8. Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 1999.
9. NFPA 72 National Fire Alarm Code, 2002 Edition.
10. Неплохов И. Г. Газовое пожаротушение: требования британских стандартов // Системы безопасности. 2007. № 5.

Q2(t0)
  • Тушение распыленной водой горючих материалов с произвольным начальным распределением температуры / Совершенствование нормативных правовых актов для оперативного реагирования сил и средств МЧС России на пожары и чрезвычайные ситуации / Оценка целесообразности применения и проблемы создания образцов автономных беспилотных воздушных судов для проведения мониторинга и разведки в зонах ЧС

  • Любая система противопожарной защиты несет две основные функции: эвакуация людей и защита имущества от пожара. В части защиты складов в нашей стране сложилась интересная ситуация. Повсеместно используются спринклерные АУП. На сегодняшний день появилась реальная альтернатива для таких объектов — превентивная система защиты OxyReduct® в комбинации с системой раннего распознавания дыма TITANUS®. В статье рассмотрена эффективность осуществления двух основных функций противопожарной защиты при использовании OxyReduct®, компании WAGNER и системы спринклерного водяного пожаротушения.

  • Федеральным законом от 25.06.2002 № 73-ФЗ «Об объектах культурного наследия народов Российской Федерации» определена система мер по сохранению объектов культурного наследия. Но специальных норм пожарной безопасности под такие объекты не существует. В некоторых случаях разрабатываются специальные технические условия применительно к конкретному объекту. Но даже в них основную роль играют требования не по противопожарной защите памятника, а требования по возможности эксплуатации (вопросы режима, содержание путей эвакуации и т.п.). Интересное решение по данному вопросу есть у скандинавских коллег. Они провели практические испытания, на основе которых было выбрано оптимальные решения по противопожарной защите деревянных зданий.

  • Информационным поводом для этой статьи является, конечно же, громкая кража картины с выставки Куинджи. Директора Третьяковки наказали и призвали наказать подчиненных за нарушение приказа «Об утверждении типовых требований...». Это единственный нормативный документ, который, по прямому назначению, должен регламентировать защиту произведений искусства в залах музея. Ниже мы увидим, что прямое соблюдение этого документа в контексте конкретной кражи, либо невозможно, либо не привело бы к желаемому результату. А современный уровень техники и характер угроз требует новых подходов к проблеме.

  • Для формирования единого подхода к терминологии и основополагающим понятиям, определяющим состав беспроводных объектовых систем охранной сигнализации, функциональное назначение и классификацию устройств, входящих в состав таких систем, было решено разработать национальный стандарт ГОСТ Р «Системы беспроводные объектовые охранной сигнализации. Классификация. Общие положения». Данный стандарт призван стать первым основополагающим документом в линейке стандартов на беспроводные системы охранной сигнализации. В настоящее время проект стандарта прошел публичное обсуждение и готовится к публикации соответствующими уполномоченными органами Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.

  • Фундамент разработки межгосударственных стандартов, охватывающих требования к пожарной автоматике, уже заложен. Подготовлены первые редакции стандартов, содержащих требования к элементам системы пожарной сигнализации, системы передачи извещений о пожаре, управлению пожарной автоматикой. Разрабатываемые проекты межгосударственных стандартов будут использоваться на территории стран Евразийского экономического союза при разработке, производстве и подтверждении соответствия ИБЭ, СПИ, ТСОП, ППКП и ППУ требованиям ТР ЕАЭС 043/2017. Выполнение положений данных стандартов позволит обеспечить единый подход к техническим требованиям и к контролю качества.

  • МЧС России на постоянной основе проводится работа по актуализации действующих сводов правил. В настоящее время подготовлены изменения, проводится публичное обсуждение и экспертиза в технических комитетах сводов правил, устанавливающих требования к обеспечению огнестойкости объектов защиты, объемно-планировочным и конструктивным решениям, электрооборудованию, отоплению, вентиляции и кондиционированию, внутреннему противопожарному водопроводу. Особое внимание уделяется разработке сводов правил в области проектирования систем пожарной сигнализации и пожаротушения.

  • В продолжение обсуждения первой редакции проекта СП «Системы противопожарной защиты. Системы пожарной сигнализации и управления системами противопожарной защиты. Нормы и правила проектирования» автор обращает внимание специалистов и разработчиков СП на некоторые моменты для того, чтобы при проектировании практически не оставалось вопросов, которые придется согласовывать с надзорными органами или в процессе проектирования, или при сдаче объекта, чтобы правила были четкими, а рекомендации понятными.

  • В этом году, опираясь на многолетнее и конструктивное сотрудничество с ФГБУ ВНИИПО МЧС России, журнал «Алгоритм безопасности» совместно с порталом www.avtoritet.net предоставили специалистам новые возможности участия в формировании современной нормативной базы. В этом году удалось опробовать новый формат проведения общественного обсуждения: очный диалог профессионального сообщества с разработчиками документов. Реализация новой идеи прошла в формате двух конференций. Цель мероприятий — ответы на вопросы по практике применения новых нормативных документов. Результат – открытый протокол и сводная замечаний и предложений.

  • В данной статье речь пойдет о системе передачи извещений о пожаре (СПИ) в более широком смысле — о «пожарном мониторинге». Очевидно, что создание оператора связи только для целей пожарного мониторинга кажется излишним и экономически неэффективным решением. Но, прежде чем использовать каналы, предоставляемые операторами связи, стоит решить еще один из наиважнейших вопросов, а именно их отказоустойчивость. Чтобы выдвигать конкретные требования к отказоустойчивости каналов связи, надо соотнести возможные неисправности и отказы с наносимым при этом ущербом. А пока будет вестись вся эта работа, лучше не трогать то, что сейчас работает.