CTI – РЕВОЛЮЦІЯ У СВІТІ ТЕРМОКАБЕЛЮ

Сповіщувач пожежний тепловий лінійний або термокабель вже понад 70 років забезпечує високоефективний протипожежний захист у зонах з важкими умовами експлуатації, з підвищеною або зниженою температурою, з хімічно агресивним середовищем, високою вологістю та забрудненням, у вибухонебезпечних зонах, а також для захисту протяжних, до декількох кілометрів, споруд та зовнішніх установок. Це підприємства нафтогазового комплексу, металургійні та хімічні виробництва, підприємства з переробки деревини, цементні та вуглезбагачувальні підприємства, електростанції, потужні трансформатори та кабельні споруди, автомобільні та залізничні тунелі. На відміну від інших типів пожежних сповіщувачів, конструкція лінійного теплового сповіщувача у вигляді термокабелю дозволяє захищати обладнання шляхом контролю підвищення його температури при безпосередньому контакті з об’єктом.

В даний час лінійний тепловий сповіщувач набув широкого поширення завдяки своїй незамінності та високій надійності роботи у важких умовах, простоті монтажу, відсутності витрат на технічне обслуговування та рекордному терміну служби – понад 25 років. Добре відомий і недолік термокабелю, який визначається його конструкцією: коротке замикання провідників при механічному пошкодженні викликає хибне спрацьовування. Так ось, через 80 років після винаходу класичного пожежного лінійного теплового сповіщувача було винайдено термокабель без помилкових спрацьовувань при короткому замиканні при відсутності пожежі.

1 – звиті провідники;

2 – термочутливий полімер;

3 – внутрішня оболонка;

4 – зовнішня захисна оболонка

Конструктивно традиційний лінійний тепловий сповіщувач складається з двох ідентичних провідників із сталі довжиною до 2 – 3 км, ізольованих по всій довжині термочутливим полімером у захисній оболонці, звитих по довжині. При нагріванні до температури спрацьовування термочутливий полімер плавиться, провідники замикаються, змінюється опір кола, за рахунок чого виявляється осередок. За минулі десятиліття термокабель значно просунувся у спектрі, технологій та матеріалів, які використовуються. Залежно від типу термочутливого полімеру, може бути отримана температура спрацювання термокабелю ­­­–57°С, 68°С, 88°С, 105°С, 138°С та навіть 180°С.

Тип зовнішньої захисної оболонки визначає допустимі умови експлуатації щодо діапазону температур навколишнього середовища, впливу хімічних реагентів, ультрафіолету і так далі. В даний час випускається термокабель із ПВХ оболонкою, полімерною оболонкою, оболонкою з поліпропілену та фторполімерною оболонкою. Можливість експлуатації термокабелю у хімічно агресивних середовищах перевіряється прискореними випробуваннями при високих концентраціях хімічних реактивів. Найкращі експлуатаційні характеристиками має лінійний тепловий сповіщувач з високоякісною вогнестійкою оболонкою з фторполімеру з низьким димо- та газовиділенням.

Маркування лінійного теплового сповіщувача визначає тип оболонки та температуру спрацювання

Якщо термокабель з ПВХ, полімерною або поліпропіленовою оболонкою необхідно вибирати в залежності від можливих впливів тих чи інших хімічних сполук, то термокабель з фторполімерною оболонкою може застосовуватися практично у будь-яких агресивних середовищах. Термокабель з оболонкою ПВХ має слабку стійкість до ультрафіолетового випромінювання і може використовуватися тільки всередині приміщень. Сповіщувачі з полімерною і поліпропіленовою оболонками мають прийнятну стійкість до УФ випромінювання. Абсолютну стійкість до УФ випромінювання має тільки фторполімерна оболонка. За температурою експлуатації найкращі характеристики також має термокабель з фторполімерною оболонкою, він забезпечує працездатність навіть у екстремально низьких температурах до -60°С, термокабель з полімерною оболонкою – до -51°С, з ПВХ та поліпропіленовою оболонкою лише до -40°С.

Було б неправильно думати, що термокабель з будь-яких матеріалів забезпечує надійну роботу протягом тривалого часу в будь-яких умовах експлуатації. Тип термокабелю, матеріал його захисної оболонки і навіть спосіб його кріплення повинні відповідати умовам експлуатації. В іншому випадку можливі помилкові спрацьовування або відмови термокабелю, що призводить до суттєвих додаткових матеріальних витрат. Наприклад, у Сеульському метрополітені спочатку було прокладено близько 50 км низькоякісного термокабелю і вже через два роки експлуатації через потік хибних спрацьовувань була потрібна його повна заміна на якісний термокабель, тип якого відповідає умовам експлуатації. При експлуатації термокабелю в широкому діапазоні температур необхідно обов’язково враховувати не тільки діапазон робочих температур, але також величину зміни опору та довжини провідників термокабелю. Допустимо, що термокабель прокладається в нормальних умовах при температурі +25°С. При зниженні температури довжина провідників скорочується і для нормального функціонування термокабелю необхідно при прокладанні передбачити його прогин між точками кріплення. Величина прогину залежить від кроку кріплення термокабелю та від мінімальної температури експлуатації (табл.1), причому навіть короткочасної. Це дозволить виключити натяг термокабелю та його пошкодження за мінімальних температур експлуатації.

Величина прогину

Так, наприклад, якщо крок кріплення термокабелю дорівнює 1,5 м, при його прокладанні при температурі 25°С, в розрахунку на мінімальну температуру експлуатації -51°С, величина прогину повинна бути не менше 31,8 мм або 5/4 дюйма. Тоді при зниженні температури термокабелю до -51°С його довжина скоротиться і величина прогину зменшиться приблизно до 127 мм або 1/2 дюйма. Відповідно, при розрахунку довжини термокабелю для специфікації необхідно вводити відповідне її збільшення. Дані, наведені у табл. 1 відносяться тільки до термокабелю Protectowire з провідниками високоякісної сталі, для провідників, виконаних з іншого матеріалу величина необхідного прогину може значно відрізнятися.

Принцип дії традиційного термокабелю

Щоб зрозуміти, як працює технологія CTI, важливо мати чітке уявлення про те, як працює традиційний лінійний тепловий сповіщувач. Його серцевиною є кручена пара ідентичних пружних провідників з термопластичним покриттям, здатним розм’якшитися при температурі спрацьовування. Інтерфейсний модуль контролює струм у підключеному до нього колі, що складається з послідовно з’єднаних провідників термокабелю, розташованого в зоні, що захищається, і кінцевого резистора.

Коли сповіщувач піддається впливу тепла на якійсь ділянці, термопластичне покриття розм’якшується і провідники, що звиті між собою, продавлюють його і замикаються один з одним. Коротке замикання провідників сприймається інтерфейсним модулем, як сигнал «Пожежа», який передається на пожежний приймально-контрольний прилад (ППКП).

Випускаються інтерфейсні модулі різних типів: для підключення одного або двох термокабелів, з вимірюванням відстані до точки активації і більш прості модулі – без вимірювання відстані.

Залежно від опору підключеного до модуля кола він може бути в одному з трьох режимів: черговий режим, пожежа або обрив термокабелю. Наприклад, модуль PIM-120 при сумарному опорі термокабеля і кінцевого резистора 2,2 кОм в межах від 1,6 до 4 кОм знаходиться в черговому режимі. При короткому замиканні термокабелю опір має бути меншим за 1,6 кОм, щоб модуль сформував сигнал «Пожежа». Таким чином при порозі 1,6 кОм і питомому опорі термокабеля 0,6 Ом/м отримуємо максимальну довжину 2666 м. На практиці, з урахуванням розкиду величини опору кінцевого резистора і для підвищення стійкості до перешкод, виробник обмежує допустиму довжину термокабелю до 2000 м. При такій довжині термокабелю максимальний опір кола в черговому режимі дорівнюватиме 2000 м х 0,6 Ом/м + 2,2 кОм = 3,4 кОм, мінімальний 2,2 кОм. Запас від стану обриву та від режиму пожежі по 600 Ом.

У двоканальному модулі PIM-430D з вимірюванням відстані вздовж термокабелю до місця спрацьовування використовуються кінцеві резистори 4,7 кОм. Діапазон опорів, що відповідають черговому режиму, визначений у межах приблизно від 1,7 кОм до 7 кОм. Для цього модуля виробник обмежує допустиму довжину термокабелю також до 2 000 м. Максимальний опір кола в черговому режимі дорівнюватиме 2000м х 0, 6 Ом/м + 4,7 кОм = 5,9 кОм, мінімальний опір кола 4,7 кОм.

Цей дуже надійний метод виявлення вогнища загоряння використовувався понад 75 років у системах протипожежного захисту. Однак завжди існує можливість механічного пошкодження термокабелю, в результаті, якого виникне його коротке замикання, що призведе до помилкового спрацьовування. Тому в процесі проектування та під час монтажу необхідно вжити додаткових заходів, щоб прокласти термокабель у місцях, де він з найменшою ймовірністю може бути підданий механічному пошкодженню.

CTI (Confirmed Temperature Initiation) – це нова запатентована компанією Protectowire технологія виявлення тепла із підтвердженням температури активації. Це розвиток традиційного лінійного теплового сповіщувача із забезпеченням розпізнавання умов, у яких відбувається коротке замикання провідників термокабелю. Технологія CTI підтверджує термічну активацію лінійного теплового сповіщувача, перш ніж буде сформований сигнал «Пожежа», тим самим унеможливлюються помилкові тривоги, спричинені механічними пошкодженнями сповіщувача.

Конструкція мультикритеріального термокабелю CTI

Технологія CTI є розширенням стандартного режиму роботи лінійного теплового пожежного сповіщувача. Традиційний термокабель має лише один режим виявлення, а в термокабелі CTI додано другий режим виявлення. Цей другий режим виявлення використовує термоелектричний ефект для вимірювання температури у точці короткого замикання сповіщувача, щоб підтвердити стан тривоги. Термоелектричний ефект забезпечує утворення електрорушійної сили (ЕРС) у колі провідників, що складаються з двох різнорідних матеріалів. Коли два з’єднання провідників знаходяться під впливом різних температур, виникає різниця потенціалів, що відповідає величині різниці температур. За допомогою вимірювання величини цієї напруги проводиться визначення температури термопари. Відповідно термокабель CTI виготовлений з крученої пари різнорідних металевих пружинячих провідників у термопластичній ізоляції, яка розм’якшується при температурі спрацювання, як і в традиційному термокабелі.

Коли виникає коротке замикання в будь-якій точці термокабелю CTI інтерфейсний модуль виявляє зміну його опору, як і традиційного термокабелю. Далі автоматично вмикається режим вимірювання термопарою температури короткозамкнутої частини термокабелю. Якщо фіксується температура нижче встановленого порогу сигналізації, який дорівнює в цьому прикладі 138°С (280°F), то фіксується коротке замикання термокабелю з формуванням сигналу «Несправність», а не сигналу помилкової тривоги, як при використанні традиційного термокабелю.

Якщо при виникненні короткого замикання термокабелю, виміряна температура виявляється вищою за попередньо встановлений поріг сигналізації 138°С (280°F), як у цьому прикладі, негайно формується сигнал «Пожежа».

Цей мультикритеріальний лінійний тепловий сповіщувач з підтвердженням перевищення температури порога спрацьовування виключає можливість формування несправжніх тривог при механічних пошкодженнях термокабелю, внаслідок чого значно підвищується достовірність сигналів «Пожежа» порівняно з традиційним термокабелем.

Інтерфейсні модулі серії CTM-530

Для мультикритеріального лінійного теплового сповіщувача CTI розроблені інтерфейсні модулі серії СТМ-530 Protectowire (. До модуля підключається один термокабель, який може відповідати вимогам шлейфів класу А (стиль D) або класу B (стиль B). Максимальна довжина термокабелю CTI Protectowire до 1220 метрів (4000 футів).

На Рис. 13 наведені схеми підключення термокабелю CTI до інтерфейсного модуля CTM-530. У режимі шлейфу сигналізації класу B термокабель CTI конфігурується, як радіальний і підключається тільки до вихідних терміналів OUT інтерфейсного модуля CTM-530, а в кінці термокабелю встановлюється кінцевий елемент шлейфу у вигляді резистора (ELR). У режимі шлейфу сигналізації класу А термокабель CTI конфігурується як петлевий і підключається до терміналів «OUT» та «RET» без кінцевого елементу шлейфу.

У режимі класу А при обриві термокабелю або з’єднувального кабелю формується сигнал несправності «Обрив» і працездатність сповіщувача зберігається по всій довжині термокабелю CTI. У режимі класу В при обриві термокабеля або з’єднувального кабелю так само формується сигнал несправності «Обрив», але працездатність сповіщувача зберігається тільки на ділянці, що залишилася, підключеним до модуля CTM-530, тобто до обриву.

Термокабель серії CTI із захистом від короткого замикання знайде широке застосування на об’єктах з високою ймовірністю механічного пошкодження термокабелю в процесі експлуатації та на об’єктах з високими збитками від помилкового спрацьовування, наприклад, у системах автоматичного пожежогасіння.