Обзор конструкций световых взрывозащищенных табло.

(Доклад на семинаре конструкторов ООО «Ех-прибор»
автор - Чебыкина С.А.)

Световые пожарные и охранные оповещатели по стандартам (1, 2) широко применяются в системах сигнализации. Световое излучение этих оповещателей может быть как точечное, так и в виде подсветки несколькими дискретными излучателями надписи или символа. Оповещатели с предупреждающей или указывающей на определенные действия надписью (символом) на практике чаще называют словом «табло». В качестве типовых примеров таких надписей можно привести надписи «Пожар», «Автоматика отключена», «Выход», «Газ! Уходи!" и т.п. Минимальные эргономические требования к световому излучению таких табло устанавливают стандарты (1, 2), а также свод правил (3) и стандарт (4).
Стандарты (1, 2) на пожарные и охранные световые оповещатели требуют обеспечивать контрастное восприятие человеком световой информации (надписи или символа) при освещенности табло от внешнего источника в диапазоне от 1 до 500 люкс, что соответствует вечерним сумеркам или неяркому освещению в помещении, и наличие моделей табло с разным режимом свечения: постоянное свечение или мигание с определенной частотой (0,5-2 Гц).
Свод правил (3) дополнительно требует для некоторых установок пожаротушения, чтобы надпись на не активированном световом табло была еще и не видна, что вполне разумно. При сильном освещении, которое в солнечный день достигает 60000лк, практически невозможно различить – включено табло или выключено, но прекрасно видна его надпись (5).
Стандарт (4) регламентирует цвет излучения и цвет фона табло при формировании предупреждающих и указывающих надписей.
Рассмотрим теперь, как эти и другие требования реализуются в световых взрывозащищенных табло российских производителей (6-11), используемых в различных отраслях промышленности, в том числе в системах охранной и пожарной сигнализации.
Основная задача производителя при разработке взрывозащищенного светового табло – применить такие конструкторские решения, при которых взрывоопасная смесь горючих газов или пыли в зоне расположения табло, не смогла вспыхнуть от искры или перегрева табло и не взорвала окружающее пространство, где находятся другое оборудование и люди. Эти решения должны быть подтверждены при обязательной сертификации взрывозащищенного табло на соответствие регламенту (12) (воспламенение взрывоопасной среды от адиабатического сжатия или излучения высокочастотных колебаний для таких табло не характерны и поэтому здесь не рассматриваются).
До недавнего времени взрывозащищенные световые табло выпускались только с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d» по (13), где электронная плата с излучающими элементами помещалась в прочный взрывоустойчивый корпус, сопрягаемые элементы которого образовывали длинные и узкие щели, в которых гасилось пламя от вспышки внутри корпуса. Естественно, конструкция такого корпуса резко увеличивала стоимость табло и ограничивала размер экрана, т.к. увеличение внутреннего объема корпуса табло соответственно увеличивало мощность возможного взрыва внутри его.
Ситуация изменилась после введения в действие в РФ новых международных стандартов на взрывозащиту серии МЭК 60079.
Путевкой в жизнь для стандартов серии МЭК 60079, как обычно, стало развитие технологии, в частности создание и сертификация, в том числе и в РФ, взрывозащищенных клемм. Ведущие мировые фирмы Wago,Weidmuller, Phoenixcontact провели титаническую работу по созданию таких клемм и аксессуаров к ним, добившись в результате отсутствия искрения провода, закрепленного в такой клемме, в широком диапазоне внешних воздействий (усилий, температуры, вибрации и т.п.).
В результате, принятый в РФ стандарт (14) допустил использование изделий с видом взрывозащиты «повышенная защита вида «е»» во взрывоопасных зонах классов 1, 2, 21, 22 по (15, 16), где в основном и применяются взрывозащищенные табло. Разработка новых компаундов с отличными характеристиками стала причиной внедрения новой редакции стандарта (17) и вид взрывозащиты «герметизация компаундом «m»» допущен во все взрывоопасные зоны с уменьшенными расстояниями между электрическими проводниками. Таким образом, у разработчиков появилась возможность, комбинируя в конструкции табло виды взрывозащиты по стандартам (14, 17), создавать табло для тех же взрывоопасных зон классов 1, 2, 21, 22,что и табло с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d» по (13), при этом не используя прочный (выдерживающий давление взрыва) и, соответственно, дорогой и ограниченный по размерам корпус табло, чем они сразу и воспользовались, представив на рынке новые модели табло.
Но за все надо платить!
Кроме выполнения основного требования обеспечения взрывозащиты, табло, как и любой другой прибор, должно соответствовать интересам изготовителя и потребителя, т.е. обладать еще рядом технологических и сервисных особенностей, которые делают его удобным в эксплуатации и производстве.
Остановимся на особенностях конструкций взрывозащищенных световых табло, созданных с учетом требований прогрессивных стандартов серии МЭК 69079.
В настоящее время конструкции таких табло проходят «болезни роста», неуклонно приближаясь по своим сервисным функциям к традиционным взрывонепроницаемым табло. Источников проблем у разработчиков таких табло несколько и они взаимосвязаны.
Первый – на взрывоопасном объекте взрывозащищенными должны быть не только прибор, но и прокладка кабеля, связанного с ним. Способы прокладки кабеля во взрывоопасной зоне регламентируют документы (19, 20). Это может быть открытая прокладка кабеля, прокладка в трубах, металлорукаве, бронированным кабелем. Кабель в зависимости от статуса объекта может иметь разную марку и диаметр по поясной изоляции, а согласно требованиям стандарта (13) он должен быть еще и надежно зажат во взрывозащи-щенном кабельном вводе табло, с целью сохранения уровня взрывозащиты всей конструкции. Надежность закрепления кабеля в кабельном вводе проверяют посредством нормированного усилия его выдергивания из ввода. Такое нормированное усилие выдергивания кабеля обеспечивается эластичным уплотнителем ввода в узком диапазоне диаметров кабеля. Все это обусловливает значительную номенклатуру кабельных вводов – как по диаметру кабеля, так и по виду его прокладки на объекте и, соответственно, вариантов исполнений табло.
Второй – нормативные документы (1, 3) требуют обеспечить постоянный контроль целостности линии связи с табло, что вполне понятно и разумно. Выполнение этого требования в неадресных пожарных табло производится посредством постоянного контроля небольшого тока потребления табло, которое находится в дежурном режиме и подключено к приемно-контрольному прибору (ПКП). Для выполнения этого требования потребителю надо самостоятельно устанавливать токоогранивающий резистор, а при контроле линии связи обратным напряжением ПКП еще и диод, на выходные клеммы питания табло.
Третий – изготовителю нужна возможность оперативной поставки взрывозащищенного пожарного табло с требуемым режимом свечения. Дело в том, что для сокращения стоимости и сроков поставки табло нужна серийность, а держать на складе электронные платы с разным цветом излучения светодиодов, платы для табло питанием 12В и 220В, да еще в двух вариантах свечения (постоянное и мигающее) накладно, а угадать, что срочно понадобится Заказчику «ЗАВТРА» очень трудно.
В табло с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d» по (13) эти проблемы решены следующим образом. В толстой стенке или приливе взрывонепроницаемого корпуса табло выполняется длинное резьбовое отверстие, которое согласно требованиям стандарта (13) должно иметь не менее 5 полных витков резьбы класса точности 6Н/6g (для гашения возможного выхода пламени из корпуса). В это отверстие вкручивается изготовителем требуемый заказом сертифицированный взрывозащищенный кабельный ввод с таким же видом взрывозащиты. На электронной плате табло устанавливаются малогабаритные общепромышленные, не взрывозащищенные (нормальноискрящие) DIP-переключатели (джамперы) выбора режимов свечения табло, а в не взрывозащищенные клеммы на не залитой компаундом плате табло потребитель устанавливает сам как провода линии связи, так резисторы и диоды для ее контроля. Всю взрывозащиту «держит» только прочная оболочка табло, выполненная по требованиям стандарта (13), которая в случае воспламеняя горючей смеси внутри табло не пропустит пламя наружу и не развалится от взрыва внутри, тем самым не воспламенит горючую или взрывоопасную смесь снаружи взрывозащищенного табло. Наличие такой оболочки позволяет разработчику вольно конструировать и располагать элементы внутри ее (как в невзрывоопасной зоне), в том числе без проблем соединять проводники линии связи табло с ПКП с электрическими элементами печатной платы, принимая во внимание только возможный перегрев корпуса табло.
Типичными представителями табло с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d» и маркировкой взрывозащиты 1Ех d IIВ Т5 Gb/Ех ta IIIC Т85°С Da по (21) являются табло модели ТСВ-1 (7), СФЕРА МК (8), ЕхТС-1 (9), ТСВ-Exd-А-Прометей (10), фактически отличающиеся друг от друга только стоимостью.

Рис.1 Традиционные табло с маркировкой взрывозащиты 1Ех d IIВ Т5 Gb
Из предлагаемых потребителю таких традиционных табло следует отдельно отметить световое табло модели ПГС-ИТ35 (6), где для использования табло в наивысшей по опасности группе горючих газов группы IIС (а это водород и ацетилен) применено конструктивное решение полной герметизации корпуса табло, чтобы эти газы не смогли никогда проникнуть в корпус (потребителю доступ во внутреннюю полость корпуса табло также закрыт). Платой за такое решение явилось дополнительное снабжение табло взрывонепроницаемой соединительной клеммной коробкой для установки сменных кабельных вводов и элементов контроля линии связи, что естественно отразилось на стоимости готового изделия.

Рис.2 Табло с присоединенной коробкой с маркировкой взрывозащиты 1Ех d IIС Т5 Gb
В табло с видом взрывозащиты «герметизация компаундом «m»» (17) взрывозащита обеспечивается заливкой электронной платы табло светопропускающим компаундом, который не дает проникнуть взрывоопасным газам к ее электрическим проводникам, хотя и снижает яркость свечения экрана. Стандарт (17) строго регламентирует способы организации выхода электрических проводников из компаунда (чтобы горючие газы не проникли внутрь по поверхности этого электрического проводника). Это существенно усложняет задачу конструкторам по организации ввода внешних проводников к элементам платы и, соответственно, снабжению такого табло сменным кабельным вводом, переключателем режимов работы табло и способом установки дополнительных элементов для контроля линии связи.
Производители табло Филин-Т-М-БЗ (7) и СФЕРА ВЗ (8) с видом взрывозащиты «m» не стали решать задачу сменного кабельного ввода, выведя из корпуса табло, залитого компаундом, отрезок постоянно присоединенного двухжильного кабеля конкретной (несменяемой) марки, тем самым оставив проблему включения табло в систему сигнализации потребителю, которому приходится приобретать дополнительно взрывозащищенную соединительную коробку с клеммами, нужными кабельными вводами, и устанавливать уже в нее резисторы и диод для контроля линии связи. Обычно это коробка с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d» по (13) и, соответственно, не дешёвая. Выбор режима свечения производится при заказе табло и не может быть изменен потребителем.
Справедливости ради надо отметить, что в номенклатуре производителя (7) уже появилась модификация табло Филин-Т-МУ, с четырехпроводной схемой включения, позволяющей потребителю в дополнительной соединительной коробке выбрать требуемый режим свечения посредством коммутации этих двух дополнительных проводов. А по заказу производитель готов установить в корпус табло конкретные и не сменяемые резистор и диод для контроля линий связи табло с конкретным ПКП.
Желание достичь по уровню сервисных функций традиционные табло заставило производителей наряду с выполнением требований стандартов (14, 17) дополнительно применить в конструкции электронной платы табло еще и вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» по стандарту (24), согласно которому электрическая энергия подводимая к возможно искрящимся элементам (перемычкам и переключателям) ограничивается до такого минимального уровня при котором искра не возможна.
Такая комбинация трех видов взрывозащиты позволила создать табло, у которых сервисные функции (кроме сменного кабельного ввода) практически приблизились к уровню табло с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка». В конструкции таких табло нормальноискрящие переключателями выбора режима свечения размещены на электронной плате табло и защищены внутренним барьером искрозащиты.

Рис.3 Табло с присоединенным кабелем с маркировкой взрывозащиты 1Ех mb ib IIС Т5 Gb
Такой сервис предложен в табло модели ТСВ-Exm-M-Прометей (10), с одним несменным кабельным вводом. Переключение режима работы светового режима табло производится общепромышленными (нормальноискрящими) и соответственно не сертифицированными DIP переключателями с барьером искрозащиты.
Для решения задачи организации сменного кабельного ввода некоторые производители скрепляют корпус таких табло с соединительной коробкой с видом взрывозащиты «взрывонепрони-цаемая оболочка d» по (13) или прячут ее внутрь корпуса, где и устанавливают дорогие (с 5-ю витками резьбы) сменные кабельные вводы вида Ехd. Применение внутреннего барьера искрозащиты, наряду с дополнительной сменной коробкой для установки кабельных вводов сказывается как на помехозащищености табло (из-за снижения уровня сигнала и требований к уравниванию потенциалов), так и стоимости.
Наиболее продвинулись в вопросе обеспечения сервисных функций с сохранением уровня взрывозащиты производители световых взрывозащищенных табло модели ЕхТС-2 (9), запатентовав конструкторское решение (22), в котором установка сменного взрывозащищенного кабельного ввода, выбор режима работы и установка элементов контроля линии связи происходит аналогично моделям табло с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d» по (13). Согласно этому патенту взрывозащищенные клеммные колодки с видом взрывозащиты «повышенная защита вида «е»» частично приподняты над слоем компаунда, образуя взрывобезопасный выход электрических проводников на поверхность и используются как для установки элементов контроля целостности линии связи, так и для выбора режимов свечения (посредством подключения проводов к конкретной комбинации клемм) при наличии сменного взрывозащищенного кабельного ввода. Снижение требований к корпусу табло подобной конструкции позволили производителям оперативно (без изготовления сложной, дорогостоящей литейной оснастки) выпустить на рынок изделия с экранами, размеры которых как больше, так и меньше, по сравнению с традиционными табло с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка d».

Анализ предлагаемых на сегодняшний день потребителю конструкций взрывозащищенных световых табло показывает:


Литература .
1. ГОСТ Р 53325-2012 Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний.
2. ГОСТ Р 54126-2010 Оповещатели охранные. Классификация. Общие технические требования и методы испытаний
3.СП 5.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования
4. ГОСТ 12.4.026-2015 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний.
5.Сысоев Ю. С., Магдеев В. Ш., Воронин Е. П. Исследование восприятия текстовой информации со световых взрывозащищенных табло методами субъективных измерений // Пожаровзрывобезопасность. 2012. No 6С.43–49.
6. ООО «Завод Горэлтех», http://exd.ru
7. ЗАО «НПК Эталон», http://npk-etalon.ru
8. ООО «Компания СМД», https://smd-tlt.ru
9. ООО «Ех-прибор», https://ex-pribor.ru
10. НПО «Спектрон», https://spectron-ops.ru
11. ЗАО «Эридан», https://eridan-zao.ru
12. ТР ТС 012/2011 О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах
13. ГОСТ IEC 60079-1-2013 Взрывоопасные среды. Часть 1. Оборудование с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемые оболочки «d».
14. ГОСТ Р МЭК 60079-7-2012. Взрывоопасные среды. Часть 7. Оборудование. Повышенная защита вида «е»
15.ГОСТ IEC 60079-10-1 Взрывоопасные среды. Часть 10-1. Классификация зон. Взрывоопасные газовые среды .
16. ГОСТ IEC 60079-10-2 Взрывоопасные среды. Часть 10-2. Классификация зон. Взрывоопасные пылевые среды.
17. ГОСТ Р МЭК 60079-18-2012. Взрывоопасные среды. Часть 18. Оборудование с видом взрывозащиты "герметизация компаундом "m".
18. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Федеральный закон №123-ФЗ от 22.07.2008.
19. ПУЭ Правила устройства электроустановок. 7-е издание.
20. ГОСТ IEC 60079-14-2011 Взрывоопасные среды. Часть 14. Проектирование, выбор и монтаж электроустановок.
21. ГОСТ 31610.0-2012 (IEC 60079-0:2004) Электрооборудование для взрывоопасных газовых сред. Часть 0. Общие требования.
22. ПатентРФ на полезную модель № 185134" Световое взрывозащищенное табло".
23. Магдеев В.Ш, Голубев М.Н., "Невидимые" световые пожарные оповещатели (табло), Научно-технический журнал «Пожарная Безопасность» №1 2015, с.117-119.
24. ГОСТ Р МЭК 60079.11-2010 Взрывоопасные среды. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь "i"