Инновационная система обнаружения пожаров в тоннелях, метро и на паркингах

Статистика чрезвычайных ситуаций в тоннелях показывает, что тоннели являются объектами повышенного риска. Особую опасность на подземных объектах мегаполисов представляют пожары. Они сопровождаются  быстрым ростом температуры, выделением газовоздушных смесей, потерей видимости. Обрушение конструкций и блокирование  путей из подземных сооружений может препятствовать эвакуации людей и автотранспортных средств, а также эффективной работе специальных подразделений. Совершенствование системы безопасности подземной  инфраструктуры города направлено на снижение риска возникновения техногенных катастроф и пожаров, которые могут привести к массовой гибели людей, выходу из строя систем жизнеобеспечения и транспортных коммуникаций города. Повышенная опасность и трудности эвакуации людей из городских подземных транспортных систем и объектов метрополитена требуют наличия противопожарных систем, которые должны обладать высоким быстродействием,  высокой эффективностью и безопасностью для пассажиров, обслуживающего персонала и окружающей среды.

Пожар в объединенной сети тоннелей метрополитена, в котором суточный пассажиропоток достигает 40% населения города, может привести к катастрофическим последствиям: от остановки поезда в тоннеле и эвакуации его пассажиров до транспортного коллапса мегаполиса.

Также важнейшей задачей обеспечения устойчивого функционирования и развития мегаполиса является повышение противопожарной защиты коммуникационных коллекторов. В коллекторах размещаются такие важные для системы жизнеобеспечения города коммуникации,  как силовые электрические кабели, кабели систем связи и телекоммуникаций.

Опыт эксплуатации автотранспортных тоннелей, особенно расположенных в пределах города, указывает на высокую вероятность аварий и дорожно-транспортных происшествий, сопровождающихся пожарами. Вероятность пожара на транспортном средстве считается наиболее опасной из всех видов опасности в тоннеле. По данным статистических исследований, ДТП в тоннелях в 1,4 раза чаще приводят к пожарам, чем на скоростном шоссе.

Необходимо отметить, что возгорания в коммуникационных коллекторах происходят ежегодно,  при этом общая протяженность коллекторов в г. Москве составляет почти 700 км и продолжает увеличиваться. Поэтому особенно актуальным является применение системы, способной в максимально короткий срок выявить пожар, проинформировать диспетчера и пожарную команду о его характеристиках (величина, направление распространения) и принять меры по его скорейшему предотвращению. Анализ показал, что в качестве таких систем могут быть использованы системы на базе контроллеров серии OTS, производства компании LIOS Technology GmbH. Требования, предъявляемые к оборудованию обнаружения пожара в тоннелях, метро и на паркингах, мотивировали  нас создать интеллектуальную, максимально надежную и эффективную систему, ориентированную  на индивидуальные требования Заказчика.
Наша система может взаимодействовать с современными системами подавления пожара. Она способна в автоматическом режиме  запускать системы пожаротушения локально,  в зависимости от местоположения и продвижения огня, контролируя, таким образом,  ситуацию и информируя диспетчера о происходящем (направление, сила пожара и т.д.). Как следствие, система упрощает пожарной бригаде работу по тушению пожара, а также позволяет максимально уменьшить возможные разрушения, причиняемые пожаром. При использовании систем пожаротушения, распыляемые вещества никаким образом не оказывают влияние на работу датчика. А варианты исполнения датчика в негорючей оболочке и сам факт того, что датчиком является – кварцевое стекло – говорит о его способности выдерживать самые жесткие внешние условия. Таким образом, наша система способна точно и своевременно локализовать пожар, получить его характеристики и в дальнейшем отслеживать его стояние вплоть до прибытия пожарной бригады.
В течение 15 лет мировым лидером по производству  систем мониторинга распределенной температуры является компания LIOS Technology GmbH. В основе системы распределенного измерения температуры лежат разработанные компанией контроллеры серии OTS. Область применения данных контроллеров обширна:
— изучение нефтяных месторождений;
— мониторинг состояния нефте- и газохранилищ;
— мониторинг утечек на нефте-, газо- и водопроводах;
— мониторинг состояния силовых кабельных линий (КЛ);
— мониторинг состояния воздушных линий электропередач (ВЛЭП);
— мониторинг состояния процессов на плавильных заводах;
— обеспечение пожарной безопасности в тоннелях;
— обеспечение пожарной безопасности в метро и т.д.

Принцип работы системы

Оптоволокно — диэлектрический волновод, который проводит свет. Он состоит из сердцевины, оболочки и защитного внешнего слоя. Оболочка в качестве отражающего слоя помогает удерживать световой сигнал в сердцевине. Оптические волокна изготавливаются из легированного кварцевого стекла, которое состоит из двуокиси кремния (SiO₂) с аморфной твердой структурой. Оптоволокно было изобретено в 70-х годах прошлого  столетия и первоначально применялось в основном для передачи данных на дальние расстояния с высокой скоростью.

Внутримолекулярные вибрации, возникающие в оптоволокне под влиянием температуры, давления или растягивающих усилий, могут локально изменять характеристики пропускания света. Зная скорость распространения света в однородном кварцевом стекловолокне, а также математическую зависимость его затухания во времени, можно определить температуру в любой точке оптоволоконного кабеля. Ключевым элементом системы является контроллер серии OTS. Основными функциями контроллера являются: получение, обработка и выдача требуемой информации на связанные устройства. Программирование контроллера происходит при помощи подсоединяемого компьютера. При программировании производится настройка следующих основных параметров:
— зонирование – программное деление диагностируемой длины на требуемые сектора с различными условиями или техническими характеристиками (128 зон и 640 подзон);
— настройка индивидуальных параметров зон/подзон (граничная температура срабатывания системы, скорость возрастания температуры, определение  направления распространения,  привязка  зоны к цифровым и аналоговым выходам и прочее);

— настройка частоты проведения измерений (может быть задана скорость опроса соизмеримая, а порой даже выше скорости опроса применяемых сегодня одиночных датчиков);
— настройка параметров сохранения полученных  данных (количество, место расположения, время хранения и прочее);
— настройка цифровых и аналоговых вх./вых. сигналов (сигналы, запускающие устройства тушения для конкретной зоны/подзоны, формат данных для диспетчерского пункта и прочее);
— также настраиваются и другие дополнительные параметры. После программирования контроллер способен работать в автономном режиме. В качестве датчика обнаружения пожара используется оптоволоконный кабель. Оптоволоконный  кабель удобен при монтаже и эксплуатации. С помощью такого датчика может быть организована надежная и устойчивая работа даже в экстремальных условиях окружающей среды (пыль, грязь, выхлопные газы и т.д.). Для обнаружения пожара в тоннелях оптоволоконный  кабель может прокладываться в верхней точке тоннеля и/или в местах прохождения силового кабеля. Для повышения надежности системы обнаружения пожара оптоволоконный  кабель–датчик прокладывается ”петлей” вдоль тоннеля: выходя из одного канала  контроллера, проходит до конца измеряемого тоннеля вдоль одной стены, меняет направление и подключается ко второму каналу контроллера после прохождения по другой стороне тоннеля. При таком способе прокладки  система остается рабочей даже при повреждении (обрыве) оптоволоконного кабеля. Основным компонентом оптоволоконного кабеля является трубочка с оптоволокнами. Оболочка и конструкция оптоволоконного кабеля подбирается под условия эксплуатации и зависит от внешних условий прокладки (температура, давление, устойчивость к механическим воздействиям и т.д.). Для среды с возможными механическими воздействиями рекомендуется использовать металлический модуль. Для условий с большим количеством электромагнитных  помех и для предотвращения дополнительных наводок рекомендуется использовать  конструкцию, не содержащую металл, при таком исполнении в кабеле не присутствует электрических составляющих.

Оптоволоконный датчик является абсолютно пассивным элементом по всей своей протяженности и может быть применен в местах с повышенной опасностью. Наша система сертифицирована  в соответствии со стандартом ATEX (группа II категория 1GD) и может применяться во взрывоопасных районах.
Выявление пожара происходит следующим образом: оптоволоконный кабель-датчик подключается к одному каналу контроллера, контроллер с помощью излучателя посылает пучок света в оптоволоконный кабель, по мере его прохождения вдоль оптоволокна появляется рассеяние, которое возвращается к контроллеру. Контроллер регистрирует и обрабатывает поступивший сигнал. После чего выдает результат на связанные с ним устройства.
Значения температур регистрируются по всей длине сенсорного кабеля, как непрерывный график с шагом до 0,5 м и точностью до 1°С. Высокая точность измерения температур достигается  даже на дальних расстояниях и с большой скоростью.

Таким образом, благодаря своей длине, один оптоволоконный датчик сравним с сотнями или даже тысячами одиночных сенсоров, устанавливаемых сегодня для обнаружения пожара, для каждого из которых необходимо организовать питание и канал передачи данных, а при их повреждении требуется демонтаж, монтаж и, возможно, новая организация канала связи и питания. Для ремонта оптоволоконного кабеля необходимо специальным устройством соединить разъеденные участки и защитить место соединения от физических воздействий  специальной муфтой. Система на базе контроллера серии OTS легко может быть интегрирована в существующие системы SCADA или управлять пожарными панелями/огнетушителями/вентиляцией напрямую в автономном  режиме. При помощи Ethernet соединения  все контроллеры OTS, используемые для диагностики объекта, могут быть подключены к одной локальной сети и управляться  при помощи одного головного устройства в диспетчерском пункте.

Обзор систем

Контроллеры OTS, применимые для обнаружения пожара, различаются по дальности измерения  (от 2 км — OTS2000, до 4 км — OTS4000) и количеству каналов (от 1 до 2 измерительных каналов). Конкретный контроллер подбирается под требования Покупателя. В данной  серии также присутствуют контроллеры, способные измерять распределенную температуру на расстояниях до 16 км или даже до 30 км по одному оптоволоконному датчику, но с большим шагом дискретизации (например, контроллер OTS160P имеет диапазон измерения до 16 км при одностороннем измерении по многомодовому оптоволокну, а контроллер OTS300P-SM имеет диапазон измерения до 30 км при одностороннем измерении по одномодовому  оптоволокну). Система может быть интегрирована в существующие системы SCADA посредством стандартизованных протоколов типа DNP3, IEC 60870-5, Modbus или XML-интерфейсов данных (например, POSC) и другие. Для соединения с пожарными панелями  либо устройствами верхнего уровня предусмотрены программируемые аналоговые выходы.

Основные технические характеристики контроллера, применяемого для обнаружения пожара:
— Длина датчика на 1 канал: до 4000 м.
— Электропитание: 24/115/230 В.
— Напряжение на аналоговых выходах: 20 B.
— Интерфейс для связи компьютер/SCADA: RS232, TCP/IP

Как дополнительная опция к контроллеру может быть присоединен компьютер для наглядного отображения зон и отображения дополнительной информации об исследуемом объекте.

Программное обеспечение

Программное обеспечение позволяет не только отображать диаграмму температурных измерений  по всей протяженности диагностируемого объекта.
Интерфейс ПО позволяет настраивать контроллер, управлять интерфейсами, обрабатывать входные данные и сохранять их, разбивать на зоны и задавать для каждой зоны индивидуальные  параметры срабатывания сигнализации, подкладывать карты города либо фотографии тоннеля и т.д.

Основные технические особенности ПО
— Отображения информации с нескольких контроллеров.
— Импортирование и экспортирование данных/файлов.
— Буферизация данных по измерениям для сохранения.
— Удобства просмотра изменения состояния во времени, событий от разных контроллеров.
— Индивидуальные настройки отображения информации (подложки, рисунки, фотографии и прочее).

Надежность системы

Надежность и качество контроллеров серии OTS достигается за счет использования стандартных телекоммуникационных компонентов. Например, срок работы применяемого источника лазерного излучения, в соответствии со стандартом Telcordia GR-468, составляет более 25 лет. Каждый образец продукции перед поставкой проходит длительные испытания, по результатам  которых составляется отчет о работоспособности данного прибора.
Успех повсеместного распространения контроллеров серии OTS определен стремлением к совершенствованию и разработке новых решений,  возможностей и доработке оборудования по требованию Заказчика.

Контроллеры серии OTS в России

На российском рынке контроллеры серии OTS начали применяется с 2006 г., в России и странах СНГ продукцию компании LIOS Technology GmbH представляет компания ООО «СистеК». Наибольшее распространение в России получило применение контроллеров серии OTS в области электроэнергетики, а именно в мониторинге температуры кабельных линий, что вызвало большой интерес эксплуатирующих компаний Москвы. На сегодняшний день реализовано более 20 проектов с использованием оборудования LIOS Technology GmbH. Один из проектов, реализованный  в 2008 г., — ПС “Магистральная”, снабжающая электричеством район Сити, в котором производится измерение 6 КЛ 110 и 220 кВ при помощи контроллеров OTS160P — 2 шт., OTS20P – 1 шт. Данные от контроллеров OTS в реальном времени поступают на диспетчерский пункт.
Мониторинг температуры КЛ посредством оптоволокна является на сегодняшний день единственным способом диагностики КЛ на всей ее протяженности. Информация о состоянии КЛ, собранная за определенные периоды времени (сезоны), позволяет более правильно и экономично эксплуатировать КЛ, а также минимизировать  возможные аварии в распределительных сетях мегаполисов.

Резюме

Первая система на базе контроллера серии OTS была анонсирована в 1997 г. и стала революционным  прорывом в обнаружении пожара. С этого времени были заданы новые стандарты надежности, скорости получения и обработки информации в области комплексной пожаробезопасности. Технология обнаружения очагов возгорания была успешно использована для определения мест возникновения пожара в автомобильных и железнодорожных тоннелях, на стоянках, в зданиях и на режимных объектах.

Системы серии OTS успешно применяются для мониторинга сотен километров автомобильных и железнодорожных тоннелей. Многолетний опыт в области оптических измерений, пожелания эксплуатирующих организаций и Покупателей, позволили создать удобный в монтаже  и эксплуатации максимально надежный и точный продукт. На сегодняшний день в мире более 2000 реализованных проектов с использованием  нашей системы, из которых 200 – в тоннелях, а общая протяженность измеряемых трасс составляет более 3000 км. Среди реализованных проектов: метро в г. Пекин, тоннель Монблан и другие.

Инновационная система серии OTS для обнаружения пожара в тоннелях и закрытых помещениях — это:
— Быстрота (минимальное время обнаружения очага возгорания).
— Интеллект (определение направления и скорости распространения пожара).
— Универсальность (в качестве датчика используется оптоволоконный кабель).
— Безопасность эксплуатации (оптоволоконный датчик – пассивный элемент, не подверженный электромагнитному воздействию на всей своей протяженности и применяемый во взрывоопасных районах).
— Надежная и устойчивая работа в экстремальных условиях окружающей среды (пыль, грязь, выхлопные газы и т.д.).
— Длинный объект диагностики (до 8 км при измерении одним прибором).
— Высокая дискретность (шаг измерения до 0,5 м).
— Простота монтажа и эксплуатации (один протяженный оптоволоконный датчик нашей системы сравним с сотнями одиночных датчиков, для каждого из которых необходимо электропитание и канал передачи данных).
— Высокая точность измерения температуры — до 1°С.
— Легкая интеграция в существующие системы контроля  (позволяет передавать информацию на верхний уровень и/или манипулировать вторичными устройствами — устройства тушения, вентилирования и т.д.).
— Невысокая стоимость монтажа и эксплуатации  (в сравнении с системой, использующей одиночные датчики).