Новый взрывозащищенный охранный магнитоконтактный извещатель мод. ИО 102

(Доклад на семинаре проектировщиков в ООО "Ех-прибор" 17.07.2017

авторы Тыртышный В.А, Чебыкина С.А.)

Охранно-пожарные точечные магнитоконтактные извещатели классификации ИО 102 и ИОП 102 по стандарту [1] широко используются в системах сигнализации различных объектов. Технические характеристики таких извещателей нормируются на уровне государственного стандарта [2], а их применение в системах охранной, охранно-пожарной сигнализации и пожаротушения отраслевыми руководящими документами [3, 4, 5, 6].

В данном докладе рассмотрим конструкции предлагаемых на рынке РФ извещателей точечных магнитоконтактных взрывозащищенных охранно-пожарных типа ИО102, снабжаемых производителем по заказу конкретным кабельным вводом для разных типов кабелей (бронированных, в металлорукаве, без брони и т.д.). По сравнению с извещателями с уже присоединенным кабелем определенной марки и длины, такие извещатели более гибко учитывают потребность проектировщика и заказчика, а также возможности производителя при быстрой поставке извещателей на конкретный объект эксплуатации при изменении марок и диаметра кабеля сигнализации, что обеспечивается применением в уже готовой конструкции только нужного кабельного ввода.

Извещатели такой конструкции с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» по стандарту [7] до 2017 года выпускали два российских предприятия, конструкции которых полностью соответствуют патенту [8] (Рисунок 1)

Рис.1. Конструкция извещателя охранного точечного магнитоконтактного взрывозащищенного ИО 102 по патенту [8] с возможными дефектами изготовления и монтажа.

В трубчатом корпусе 1 из немагнитного материала (алюминий, нержавеющая сталь), торец которого заглушен крышкой 2, методом токарной обработки в середине внутренней поверхности корпуса 1 выполнен уступ 3, к которому прилегает печатная плата 4 с кольцевой токопроводящей дорожкой внутреннего заземления 5. На плате 4 размещены клеммы 6 для подключения кабеля сигнализации 7 и геркон 8. Поджим платы 4 и соответственно ее кольцевой токопроводящей дорожки 5 к уступу 3 производится при монтаже посредством сдавливания резинового кольца 9 штуцером 10 через проставку 11 и шайбы 12. Штуцер 10, резиновое уплотнение 9 , обжимающее кабель 7 с внутренней резьбой корпуса 1 образуют взрывозащищенный кабельный ввод извещателя. Заглушенный с торца корпус 1 совместно с кабельным вводом образуют прочный корпус с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка».

Приведенная конструкция извещателя имеет ряд существенных недостатков, влияющих на его потребительские и эксплуатационные характеристики:

1) Ненадежность внутреннего заземления взрывозащищенного извещателя.

Требование к обязательному наличию внутреннего заземления взрывозащищенного электрооборудования определено основополагающим стандартом [7]. В конструкции по патенту [8] жила внутреннего заземления кабеля сигнализации 7 соединена с корпусом 1 через миниатюрные клеммы 6, печатную плату 4, кольцевую токопроводящую дорожку 5 и уступ 3. Проверить в серийном производстве отклонение от плоскостности и перпендикулярности поверхности каждого уступа 3, а также его шероховатость и чистоту поверхности практически невозможно (выполняется продольным разрезом корпуса 1 при отработке технологического процесса), что не гарантирует прилегания по всей поверхности уступа 3 и токопроводящей дорожки 5 и, соответственно, целостность и надежность заземления. Печатная палата 4 при монтаже извещателя охранного взрывозащищенного на объекте эксплуатации в данной конструкции обязательно вынимается из корпуса 1 для подсоединения жил кабеля 7 к клеммам 6, что не исключает загрязнений и последующих окислений, соприкасающихся при эксплуатации поверхностей уступа 3 и кольцевой токопроводящей дорожки 5. Прижим кольцевой токопроводящей дорожки 5 к уступу 3 производится за счет ненормированного сжатия резинового кольца 9, которое со временем теряет свои упругие свойства. Кольцевая дорожка 5 печатной платы 4 тонкая (20-40 мкм), что в совокупности с ее вращением по уступу 3 при монтаже ведет к ее разрушению.

2) Невозможность качественного и контролируемого монтажа на объекте.

Как известно, качество работы и надежность любого изделия в системе зависит не только от качества его заводской сборки, но и от качества монтажа на объекте. Для присоединения жил кабеля сигнализации 7 извещателя конструкции по патенту [8] необходимо извлечь плату 4 из корпуса 1, нанизать на кабель сигнализации 7 штуцер 10, резиновое кольцо 9 с проставкой 11 и шайбами 12, произвести монтаж жил кабеля 7 на миниатюрные клеммы 6, а затем «вслепую» установить «на весу» всю эту длинную сборку с тяжелым кабелем во внутреннюю полость корпуса 1 и произвести затяжку штуцера 10.

Что бы обеспечить нормированное усилие на «выдергивание» кабеля по стандарту [7] поясная изоляция кабеля 7 для обеспечения взрывозащитных свойств кабельного ввода должна быть полностью охвачена резиновым кольцом 9 и выступать в полость оболочки извещателя еще минимум на 5 мм. Контроль этого требования визуально невозможен при «слепой» сборке внутренностей извещателя на объекте эксплуатации, а при монтаже контроль усилия на «выдергивание» кабеля не проводят, что ставит под сомнение выполнение этих требований взрывозащиты.

По законам физики сила трения резинового кольца 9 с синтетической поверхностью кабеля 7 оказывается выше, чем кольца 9 с внутренней поверхностью корпуса 1 (в том числе, и из-за зазоров) и при закручивании штуцера 10 происходит вращение кабеля 7 и, соответственно, платы 4. При соприкосновении токопроводящей дорожки 5 платы 4 с уступом 3 начинается перекручивание жил кабеля 7 и повреждение тонкой токопроводящей дорожки 5. Перекручивание жил кабеля 7 (особенно оголенных) ведет к уменьшению воздушных зазоров между ними, что чревато снижением нормированного стандартами по взрывозащите напряжения пробоя и сопротивления изоляции извещателя или выпадением жил кабеля из миниатюрных клемм 6 и, как следствие, повторным монтажом и дальнейшим загрязнением уступа 3 и токопроводящей дорожки 5. Отмечены также случаи разрушения стеклянного корпуса геркона при такой «слепой» сборке.

Рис.2. Геркон, разбитый при проведении монтажа извещателя

3) Низкая виброустойчивость извещателя.

Консольное закрепление геркона 8 на печатной плате 4 снижает его виброустойчивость по сравнению с вариантом закрепления в двух точках. На разных объектах двери по-разному передают ударные нагрузки на их проемы с закрепленным извещателем. Эти ударные нагрузки порой очень существенны и ведут к отрыву консольно-закрепленного геркона или его смещению и ложным срабатываниям.

4) Высокая цена за чувствительность извещателя (Плата за «воздух»).

Конструкция извещателя по патенту [8] обязывает устанавливать геркон 8 соосно корпусу 1, в результате чего нужно дополнительно увеличивать силу блока магнитов для «пробивания» воздушного зазора равного практически радиусу корпуса 1. Диаметры кабелей сигнализации 7 по поясной изоляции достигают в настоящее время 14 и более мм, что вызвано введением новых требований к их пожаростойкости. Надежное закрепление таких кабелей в резиновом кольце 9 по стандарту [7] требует применения штуцеров 10 с наружной резьбой до 27-30 мм, т.е. блок магнитов извещателя тратит «впустую» свои магнитные свойства на преодоление дополнительных расстояний 15 и более мм. Чтобы не увеличивать габариты блока магнитов до несуразных размеров производители применяют мощные дорогостоящие магниты из редкоземельных металлов. Например, стоимость одного магнита марки NdFeB D 25х25, реально применяемых в поставляемых извещателях по патенту [8], составляет 350 рублей. Конструкцией блока магнитов извещателя предусмотрена установка двух таких магнитов. Этот же конструктивный недостаток требует применения малонадежных миниатюрных клемм 6, да еще с изгибом жил кабеля 7, что снижает надежность извещателя в процессе эксплуатации.

5) Трудоемкость механической обработки корпуса извещателя.

Обработка нержавеющей стали (сварочные и токарные операции) ввиду ее механических характеристик является довольно трудоемкой и дорогостоящей, существенно влияющей на стоимость изделия.

6) Невозможность согласования извещателя со шлейфом сигнализации без применения дополнительных коробок.

Практически все нормативные документы на системы охранной и пожарной сигнализации, в частности [3], требуют обеспечение постоянного контроля целостности шлейфа сигнализации знакопостоянным или знакопеременным током приемно-контрольного прибора (ПКП), что требует, в свою очередь, подключения геркона 8 к ПКП по определенным схемам с установкой в эти схемы на объекте монтажником дополнительных резисторов и диодов. Выполняется это требования подключением каждого извещателя к ПКП через дополнительную соединительную коробку, в которой и размещают требуемые дополнительные элементы. Обычно это коробки с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» по [7], которая существенно увеличивает стоимость проекта сигнализации и пожаротушения объекта.

Предпосылкой устранения вышеуказанных недостатков взрывозащищенных магнитоконтактных извещателей, явилось введение в действие в РФ новой серии международных стандартов на взрывозащиту серии ГОСТ Р МЭК 60079, в частности стандарты [9, 10], которые установили дополнительные требования и допустили использование электрооборудования с видом взрывозащиты «е» в зонах, опасных по воспламенению взрывоопасных газов и пыли, классов 1 и 21 по [11], [12]. В данных зонах, в основном, и применяются охранные взрывозащищенные точечные магнитоконтактные извещатели типа ИО102.

Специалистами ООО "Ех-прибор" [13] были предложены технические решения [14, 15], направленные на устранение существующих недостатков взрывозащищенных магнитоконтактных извещателей (Рисунок 3). Данные технические решения реализованы в производстве извещателей моделей ЕхИО102 [16] с получением сертификатов соответствия техническим регламентам о пожарной безопасности [17] и о применении оборудования во взрывоопасных зонах [18].

Рис.3. Конструкция извещателя охранного точечного магнитоконтактного взрывозащищенного ЕхИО 102-1В производства ООО «Ех-прибор»

Суть данных решений состоит в том, что в качестве корпуса для размещения геркона извещателя применен коробчатый корпус 1 со съемной крышкой 2, в котором в соответствии с требованиями стандартов взрывозащиты, размещены печатная плата 3 с клеммами 4, герконом 5 и кабельный ввод 6. Наличие съемной крышки 2 позволило по-другому организовать технологию монтажа жил кабеля сигнализации 7 к блоку извещателя с герконом, а именно, сначала надежно и правильно закрепить тяжелый кабель 7 во взрывозащищенном кабельном вводе 6, а уже потом произвести качественный монтаж его жил на удобные клеммы 4 при полном визуальном контроле этого процесса. Клеммы 4, в том числе клемма внутреннего заземления 11 закреплены неподвижно в корпусе в процессе заводской сборки, что гарантирует надежный контакт. Токопроводящая дорожка заземления 8 на плате прижата к поверхности корпуса посредством четырех винтов 9 и частично залита компаундом 10 во избежание ее окисления. Коробчатый корпус позволил избежать консольного закрепления геркона 5 на плате 3 и разместить его в непосредственной близости к стенке корпуса 1, обращенной к блоку магнитов извещателя, тем самым снизить требования к мощности магнитов и увеличить диапазон расстояний срабатывания и восстановления извещателя. Дополнительно виброустойчивость извещателя повышается посредством заливки геркона компаундом 10 с частью платы 3.

Такое техническое решение устраняет вышеуказанные недостатки взрывозащищенных точечных магнитоконтактных извещателей, оснащенных кабельными вводами, снижает их стоимость за счет применения серийно выпускаемых литых и гнутых корпусов из алюминия и нержавеющей стали, позволяет произвести качественный и контролируемый монтаж извещателей в систему сигнализации.

Конструктивно такое техническое решение реализовано в двух моделях взрывозащищенных извещателей производства ООО «Ех-прибор»:

1) Модель ЕхИО102 -1В с маркировкой взрывозащиты по [9] 1Ех е mb IIC Т6 Gb/Ех ta IIIC Т85°С Da.

Рис.4. Извещатель охранный точечный магнитоконтактный взрывозащищенный модели ЕхИО102-1В производства ООО «Ех-прибор»

Извещатель применим во взрывоопасных зонах классов 1, 2, 20, 21, 22 по [11, 12]. Модель представляет собой бюджетный вариант магнитоконтактного извещателя в литом алюминиевом корпусе, снабженном плоской съемной крышкой с силиконовым уплотнителем. По своим функциональным возможностям модель превосходит существующие аналоги и дешевле их. Данный извещатель охранный точечный магнитоконтактный имеет один кабельный ввод для тупикового монтажа. Подключение его в шлейф сигнализации осуществляется, как и у аналогов, через дополнительную соединительную коробку, в которой устанавливаются согласующие резисторы и диоды.

Примечание – Предприятием "Ех-прибор " разработана специальная бюджетная соединительная коробка модели ЕхК-(em)А13 [19] для подключения извещателей этой модели и выпускаемых предприятием моделей извещателей ЕхИО102-1В-Дб и 1ЕхИО102-1В-Дм с постоянно присоединенным кабелем в шлейфы охранной и пожарной сигнализации.

2) Модель ЕхИО102-2 с маркировками взрывозащиты по [9] 1Ех d IIC Т6 Gb /Ех ta IIIC Т85°С Da, 0Ех ia IIC Т6 Ga/Ех ta IIIC Т85°С Da, РВ Ех d I Мb, РО Ех ia I Ma.

Рис.5. Извещатели охранные точечные магнитоконтактные взрывозащищенные моделей ЕхИО102-2Т и ЕхИО102-2П производства ООО «Ех-прибор»

   Извещатель применим во всех взрывоопасных зонах, включая подземные выработки угольных шахт и их наземные строения, опасные по газу (метану) и/или угольной пыли. Извещатель данной модели выполнен в корпусе из нержавеющей стали и снабжен резьбовой крышкой. Модель выпускается с одним кабельным вводом (ЕхИО102-2Т) для тупикового монтажа и с двумя кабельными вводами (ЕхИО102-2П) для проходного монтажа извещателя на объекте эксплуатации. Извещатели данной модели с дополнительным в заказе индексом "Ш" (шлейф) имеют возможность установки потребителем в клеммы извещателя дополнительных элементов (диодов Vш ,Vок и резисторов Rш, Rок), что позволяет отказаться от применения дополнительных соединительных коробок при организации системы сигнализации объекта.

a)	б)
Рис. 6. Схемы подключения извещателей модели ЕхИО102-2Т(П) с индексом «Ш» в знакопостоянный шлейф сигнализации а) последовательное включение в шлейф без оконечного элемента, б) последовательное включение в шлейф с оконечным элементом
a)	б)
Рис. 7. Схемы подключения извещателей модели ЕхИО102-2Т(П) с индексом «Ш» в знакопостоянный шлейф сигнализации а) параллельное включение в шлейф без оконечного элемента, б) параллельное включение в шлейф с оконечным элементом
a)	б)
Рис. 8. Схемы подключения извещателей модели ЕхИО102-2Т(П) с индексом «Ш» в знакопеременный шлейф сигнализации а) последовательное включение в шлейф без оконечного элемента, б) последовательное включение в шлейф с оконечным элементом a) б) Рис. 9. Схемы подключения извещателей модели ЕхИО102-2Т(П) с индексом «Ш» в знакопеременный шлейф сигнализации а) параллельное включение в шлейф без оконечного элемента, б) параллельное включение в шлейф с оконечным элементом

Имеются варианты исполнения моделей извещателей ЕхИО102-1 и ЕхИО102-2 с индексом при заказе "З" одноблочной конструкции (магнит размещен внутри корпуса с герконом), которые срабатывают на приближения магнитопроводящих (стальных) тел. Возможна комплектация моделей извещателей блоками магнитов более высокой мощности.

В Таблице 1 приведены общие характеристики охранно-пожарных точечных магнитоконтактных извещателей моделей ЕхИО102, выпускаемых предприятием ООО "Ех-прибор"

Таблица 1 – Модели Извещателей

Литература.