Термокабель с подтверждением температуры срабатывания

Статья опубликована в журнале "Технологии защиты", № 1, 2016 г.

Игорь Неплохов, к.т.н.,

технический директор ГК «Пожтехника» по ПС

Антон Анненков,

исполнительный директор ГК «Пожтехника»

 ермокабель незаменим на объектах с тяжелыми условиями эксплуатации, в химически агрессивной среде, при повышенной или пониженной температуре, с высокой влажностью, загрязнением и во взрывоопасных зонах. Он широко используется для противопожарной защиты кабельных сооружений, высоковольтных трансформаторов, автомобильных и железнодорожных тоннелей, автомобильных парковок, транспортеров угледобывающих и углеобогатительных и цементных предприятий. Термокабель защищает технологические установки предприятий нефтегазового комплекса, металлургических и химических производств, предприятий по переработке древесины и т.д.

Широкое распространение термокабель так же получил благодаря высокой надежности работы в тяжелых условиях, простоте монтажа, отсутствию затрат на техническое обслуживание и рекордному сроку службы. Первые серийные образцы термокабеля эксплуатируются уже более 70 лет. В отличие от других пожарных извещателей термокабель позволяет защитить оборудование при непосредственном контакте с объектом в том числе и при защите наружных установок и стеллажей в помещениях складов. При правильно выбранной температуре срабатывания термокабель обеспечивает полное отсутствие ложных срабатываний, но за исключением короткого замыкания проводников при механическом воздействии. При натяжении и обрыве термокабеля происходит продавливание термочувствительной изоляции проводников и их замыкание, соответственно, с формированием ложной тревоги. И вот спустя 80 лет после изобретения классического пожарного термокабеля, в XXI веке был изобретен термокабель без ложных срабатываний при коротком замыкании в отсутствие пожара (патент № US8096708 B2).

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАДИЦИОННОГО ТЕРМОКАБЕЛЯ

Конструктивно традиционный термокабель состоит из двух идентичных проводников из стали длиной до 2 – 3 км, изолированных по всей длине термочувствительным полимером в защитной оболочке, свитых по длине (рис. 1). При его нагреве до температуры срабатывания термочувствительный полимер плавится, проводники замыкаются, изменяется сопротивление цепи, за счет чего обнаруживается очаг. За прошедшие десятилетия термокабель значительно продвинулся в спектре используемых технологий и материалов. В зависимости от типа термочувствительного полимера может быть получена температура сработки термокабеля равная 57°С, 68°С, 88°С, 105°С, 138°С и даже 180°С. Выпускается трехжильный термокабель на два порога срабатывания: на температуру 68°С и 93°С.

Рис. 1. Конструкция традиционного термокабеля

Тип наружной защитной оболочки определяет допустимые условия эксплуатации по диапазону температур окружающей среды, по воздействию химических реагентов, ультрафиолета и т. д. В настоящее время выпускается термокабель с ПВХ оболочкой, полимерной оболочкой, оболочкой из полипропилена и фторполимерной оболочкой. Возможность эксплуатации термокабеля в химически агрессивных средах проверяется при ускоренных испытаниях при высоких концентрациях химических реактивов. Наилучшими эксплуатационными характеристиками обладает термокабель с высококачественной огнестойкой оболочкой из фторполимера с низким дымо- и газовыделением. Если термокабель с ПВХ, полимерной или полипропиленовой оболочкой необходимо выбирать в зависимости от возможных воздействий тех или других химических соединений, то термокабель с фторполимерной оболочкой может применяться практически в любых агрессивных средах. Термокабель с ПВХ оболочкой имеет слабую устойчивость к ультрафиолетовому излучению и может использоваться только в помещениях, с полимерная и полипропиленовая оболочки имеют приемлемую устойчивость к УФ излучению, абсолютную устойчивость к УФ излучению имеет только фторполимерная оболочка. По температуре эксплуатации наилучшие характеристики также имеет термокабель с фторполимерной оболочкой, он обеспечивает работоспособность даже в экстремально низких температурах до -60°С, термокабель полимерной оболочкой – до -51°С, с ПВХ оболочкой и с полипропиленовая оболочкой только до -40°С. Каждый тип термокабеля имеет определенный цвет оболочки и текстовую маркировку с указанием завода изготовителя, серии, температуры срабатывания и надписи «не красить» (рис. 2).

Рис. 2. Цветовая и текстовая маркировка оболочки термокабеля

Было бы неправильно думать, что термокабель из любых материалов обеспечивает надежную работу в течении длительного времени в любых условиях эксплуатации, тип термокабеля, материал его защитной оболочки и способ его крепления должны соответствовать условиям эксплуатации. В противном случае возможны ложные срабатывания или отказы термокабеля, что приводит к существенным дополнительным материальным затратам. Например, в Сеульском метрополитене первоначально было проложено около 50 км низкокачественного термокабеля, и уже через два года эксплуатации из-за потока ложных срабатываний потребовалась его полная замена на качественный термокабель, тип которого соответствует условиям эксплуатации.

Для обеспечения защиты ППКП от электромагнитных наводок термокабель подключается к шлейфу пожарной сигнализации через специальный интерфейсный модуль, который контролирует режим работы термокабеля. В дежурном режиме интерфейсный модуль контролирует ток в подключенной к нему электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных проводников термокабеля и оконечного резистора.

Рис. 3. Интерфейсный модуль в дежурном режиме

Когда термокабель нагревается до температуры срабатывания, термопластичное покрытие размягчается, свитые между собой проводники продавливают его и замыкаются друг с другом. При замыкании проводников шунтируется оконечный резистор, соответственно повышается ток шлейфа, что фиксируется интерфейсным модулем, который формирует сигнал «Пожар» (рис. 4). Далее сигнал «Пожар» по шлейфу передается на пожарный приемно-контрольный прибор (ППКП).

Рис. 4. Интерфейсный модуль в режиме пожар

Врожденный недостаток традиционного термокабеля – это формирование ложной тревоги при механическом повреждении. Независимо от причины, по которой возникнет короткое замыкание термокабеля, формируется сигнал «Пожар». Не всегда в процессе эксплуатации возможно обеспечить защиту термокабеля от натяжения, от обрыва и от сдавливания с коротким замыканием. Принцип действия термокабеля исключает возможность прокладки его в гофре или в трубах. Наибольшая вероятность повреждения термокабеля с формированием ложной тревоги отмечается на складах, на парковках, при защите наружных и внутренних установок. Исключительно важно обеспечить защиту от ложных срабатываний при запуске от термокабеля автоматической системы пожаротушения. Такая возможность появилась только что, с началом выпуска термокабеля ТПТС, который дополнительно контролирует температуру в точке замыкания термокабеля.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СРАБАТЫВАНИЯ

Дальнейшее развитие традиционного линейного теплового извещателя - это обеспечение распознавания условий, при которых происходит короткое замыкание проводников термокабеля. Активация линейного теплового извещателя только при повышении температуры в месте замыкания проводников позволяет исключить ложные тревоги, вызванные механическими повреждениями извещателя. Введен дополнительный режим, который может индицироваться отдельно от неисправности в виде обрыва и отдельное реле формирует сигнал неисправности «Короткое Замыкание» («КЗ»).

Таким образом, в термокабеле с подтверждением температуры срабатывания (ТПТС) добавлен второй критерий обнаружения - непосредственное обнаружение повышения температуры, соответствующее порогу срабатывания термокабеля. Для реализации второго критерия используется термоэлектрический эффект, который позволяет измерить температуру в точке замыкания проводников для подтверждения режима «Пожар» или деля обнаружения КЗ. Термоэлектрический эффект обеспечивает образование электродвижущей силы (ЭДС) в цепи проводников, состоящих из двух разнородных материалов. Когда два соединения проводников находятся под воздействием различных температур, возникает разность потенциалов, соответствующая разности температур. Посредством измерения напряжения термопары определяется температура в точке замыкания проводников (рис. 5). Одновременно измеряется длина термокабеля до места закоротки.

Рис. 5. Измерение температуры термопары

Соответственно термокабель ТПТС изготавливается из витой пары металлических пружинящих проводников в термопластичной изоляции, которая размягчается при температуре срабатывания, как и в традиционном термокабеле, но проводники имеют различное покрытие, медь и константан (рис. 6). Все соединения и разъемы так же используются с покрытием медь и константан (рис. 7).

Интерфейсный модуль контролирует ток в подключенной к нему цепи, состоящей из последовательно соединенных проводников термокабеля, расположенного в защищаемой зоне, и оконечного резистора (рис. 8).

Рис. 8. Интерфейсный модуль в дежурном режиме

Когда возникает короткое замыкание термокабеля в какой-либо точке, интерфейсный модуль обнаруживает его по изменению сопротивления, как у традиционного термокабеля. Далее автоматически включается режим измерения термопарой температуры короткозамкнутой части термокабеля ТПТС.  Если фиксируется температура ниже установленного порога сигнализации, который равен в данном примере 68°С, то подтверждения температуры срабатывания нет и фиксируется короткое замыкание термокабеля с формированием сигнала «Неисправность» (рис. 9), а не сигнала ложной тревоги как при использовании традиционного термокабеля.

Рис. 9. Интерфейсный модуль в режиме «Короткое замыкание»

Если короткое замыкание проводников произошло в результате нагрева термокабеля, то измеренная температура оказывается примерно равна или выше запрограммированного порога срабатывания для данного типа термокабеля 68°С, то происходит подтверждение температуры срабатывания и формируется достоверный сигнал «Пожар» (рис. 10).

Рис. 10. Интерфейсный модуль в режиме «Пожар»

Таким образом, мультикритериальный линейный тепловой извещатель с подтверждением превышения температуры срабатывания ТПТС исключает возможность формирования ложных тревог при механических повреждениях термокабеля, в результате чего максимально повышается достоверность сигналов «Пожар» по сравнению с традиционным термокабелем.

ИНТЕРФЕЙСНЫЙ МОДУЛЬ ПИМ-530Д

Мультикритериальный линейный тепловой извещатель подключается к специально разработанному интерфейсному модулю ПИМ-530Д, который может дополнительно реализовать функцию измерения температуры термопары (рис. 11). К модулю подключается один термокабель, который может отвечать требованиям для шлейфов класса А (стиль D) или класса B (стиль B). Максимальная длина термокабеля при реализации функции подтверждения температуры срабатывания несколько меньше по сравнению с традиционным, но остается достаточно большой и на практике превышает 1200 метров.

Рис. 11. Интерфейсный модуль для мультикритериального термокабеля

На рис. 12, 13 приведены схемы подключения термокабеля с подтверждением температуры срабатывания ТПТС к интерфейсному модулю ПИМ-530Д. В режиме шлейфа сигнализации класса B термокабель ТПТС конфигурируется как радиальный и подключается только к выходным терминалам "OUT", а в конце термокабеля устанавливается оконечный элемент шлейфа в виде резистора Rок (рис. 11).  В режиме шлейфа сигнализации класса А термокабель ТПТС конфигурируется как петлевой шлейф и подключается к терминалам "OUT" и "RET" без оконечного Rок (рис. 12).

Рис. 12. Радиальное подключение термокабеля ТПТС (Класс В)

В режиме класса А при обрыве термокабеля или соединительного кабеля формируется сигнал неисправности «Обрыв» и работоспособность извещателя сохраняется по всей длине Термокабеля с Подтверждением Температуры Срабатывания.  В режиме класса В при обрыве термокабеля ТПТС или соединительного кабеля так же формируется сигнал неисправности «Обрыв», но работоспособность извещателя сохраняется только на участке, оставшемся подключенным к модулю, то есть до места обрыва. Интерфейсный модуль содержит 3 реле с полной группой контактов: реле «Пожар», реле «Неисправность» под током в дежурном режиме, реле «Короткое замыкание» для формирования сигналов на ППКП.

Рис. 13. Петлевое подключение термокабеля (Класс А)

Возможность использования мультикритериального Термокабеля с Подтверждением Температуры Срабатывания (ТПТС) с защитой от ложных тревог при коротком замыкании в нормальных условиях, максимально важно при защите объектов с высокой вероятностью механического повреждения термокабеля в процессе эксплуатации и на объектах с высоким ущербом от ложного срабатывания, например, в системах автоматического пожаротушения.