HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG – Nguyên lý và cấu tạo

I. KHÁI NIỆM CHUNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY
Một khía cạnh quan trọng của công tác PCCC là phát hiện kịp thời đám cháy đang bùng phát, đồng thời cảnh báo cho cư dân trong tòa nhà và các tổ chức cứu hỏa. Đây là vai trò quan trọng của hệ thống phát hiện cháy và báo động. Tùy thuộc vào kịch bản ngăn chặn đám cháy, cấu trúc tòa nhà và mục đích sử dụng; số lượng và đối tượng cư ngụ; giới hạn của nội dung và nhiệm vụ, các hệ thống này có thể cung cấp một số chức năng chính:

1. Thứ nhất, nó cung cấp một phương tiện để phát hiện đám cháy đang bùng phát theo phương pháp thủ công hoặc tự động.

2. Thứ hai, nó cảnh báo cho cư dân trong tòa nhà biết có cháy và sự cần thiết phải sơ tán.

3. Một chức năng phổ biến là truyền tín hiệu thông báo cháy cho cơ quan PCCC hoặc tổ chức ứng phó khẩn cấp khác.

4. Chúng cũng có thể ngắt nguồn điện, điều khiển thiết bị xử lý không khí, hoặc các hoạt động đặc biệt khác (thang máy, cửa ngăn cháy…). Và nó có thể được sử dụng để khởi động hệ thống thiet bi PCCC . Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống gồm tập hợp các thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra. Việc phát ra các tín hiệu cháy có thể được thực hiện tự động bởi các đầu dò (khói, nhiệt, lửa,…) hoặc bởi con người (thông qua nút nhấn khẩn cấp). Hệ thống phải hoạt động liên tục 24/24 giờ kể cả khi mất điện.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG - Nguyên lý và cấu tạo

II. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
Một hệ thống báo cháy tự động tiêu biểu sẽ có 3 thành phần như sau:

1. Trung tâm báo cháy được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính: bo mạch xử lý thông tin, bộ nguồn, ác quy dự phòng.

2. Thiết bị đầu vào (thiếi bị khởi đầu)

Đầu báo: báo khói, báo nhiệt, báo gas, báo lửa…

Công tắc khẩn (nút nhấn khẩn).

3. Thiết bị đầu ra

Bảng hiển thị phụ.

Chuông báo động, còi báo động.

Đèn báo động, đèn exit.

Bộ quay số điện thoại tự động.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG - Nguyên lý và cấu tạo

III. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁO CHÁY
Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy là một quy trình khép kín. Khi có hiện tượng về sự cháy (chẳng hạn như nhiệt độ gia tăng đột ngột, có sự xuất hiện của khói hoặc các tia lửa) các thiết bị đầu vào (đầu báo, công tắc khẩn) nhận tín hiệu và truyền thông tin của sự cố về trung tâm báo cháy. Tại đây trung tâm sẽ xử lý thông tin nhận được, xác định vị trí nơi xảy ra sự cháy (thông qua các zone) và truyền thông tin đến các thiết bị đầu ra (bảng hiển thị phụ, chuông, còi, đèn), các thiết bị này sẽ phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng để mọi người nhận biết khu vực đang xảy ra sự cháy và xử lý kịp thời.

IV. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG BÁO CHÁY
1.Hệ báo cháy thông thường (quy ước) – Conventional Fire Alarm System:
Đặc điểm chính:

Tủ PCCC báo cháy Quy ước có độ lớn từ 1 kênh (zone) đến trên 60 kênh.
Các Zone bao gồm một vài hoặc tất cả thiết bị khởi đầu (như: đầu báo, nút nhấn, công tắc…) trong một khu vực hoặc một tầng của tòa nhà.
Một số tủ báo cháy cho phép mở rộng dung lượng zone trong khi số khác thì không mở rộng được, điều này làm cho tính hữu dụng bị hạn chế khi một cơ sở muốn mở rộng thêm.
Báo cháy, báo sự cố theo từng khu vực (zone) của tòa nhà.
Mỗi Zone có thể là 01 phòng hoặc nhiều phòng gần nhau.
Mỗi Zone cần một đường dây tín hiệu riêng nên số lượng dây về trung tâm báo cháy nhiều.
Không thể biết chính xác thiết bị nào đã kích hoạt báo cháy hoặc bị sự cố trong Zone Với tính năng đơn giản, giá thành rẻ, hệ thống báo cháy quy ước chỉ thích hợp lắp đặt tại các dự án có diện tích vừa hoặc nhỏ, số lượng các phòng không nhiều, nhà xưởng nhỏ… Nhiều thiết bị được lắp trên cùng một khu vực (zone) nên khi xảy ra sự cố trung tâm chỉ có thể nhận biết khái quát và hiển thị khu vực (zone) có sự cố, chứ không cho biết chính xác vị trí từng đầu báo, từng địa điểm có sự cố. Điều này làm hạn chế khả năng xử lý, giám sát của hệ thống. Hệ thống báo cháy loại này có 2 loại sử dụng điện áp khác nhau là 12VDC hoặc 24VDC. Về mặt lý thuyết cả hai loại này đều có tính năng kỹ thuật và công dụng như nhau. Nhưng, so với hệ thống báo cháy 24V thì hệ thống báo cháy 12V không mang tính chuyên nghiệp, loại 12V phải dùng đầu báo 4 dây kết hợp với trung tâm của hệ thống báo trộm với bàn phím lập trình. Trong khi hệ thống 24V là một hệ thống báo cháy chuyên dụng, khả năng truyền tín hiệu đi xa hơn, thường sử dụng đầu báo 2 dây và không bắt buộc phải có bàn phím lập trình. Tuy nhiên, trung tâm báo cháy hệ 12V có giá thành thấp hơn so với trung tâm báo cháy hệ 24V.
HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG - Nguyên lý và cấu tạo

2.Hệ báo cháy địa chỉ – Addressable Fire Alarm System:
Đặc điểm chính:

Dung lượng điểm (địa chỉ) của hệ thống địa chỉ được xác định bởi số loop hay còn gọi là mạch tín hiệu (SLC – Signaling Line Circuits) của nó.
Mỗi mạch loop cung cấp điện, thông tin liên lạc và giám sát tất cả các thiết bị kết nối với nó.
Mỗi mạch loop có thể đáp ứng cho trên 100 thiết bị địa chỉ, tùy thuộc vào nhà sản xuất.
Mỗi mạch loop có thể chứa nhiều loại thiết bị địa chỉ. Thiết bị không địa chỉ được kết nối vào mạch loop thông qua các module địa chỉ.
Mỗi điểm trên mạch loop có một địa chỉ duy nhất khi lắp đặt.
Giám sát được thực hiện từ Tủ điều khiển bằng quy trình thăm dò tới tất cả các thiết bị trong mạch loop.
Tình huống báo cháy được hiển thị theo điểm, cho phép nhanh chóng tìm ra đám cháy.
Có rất nhiều hệ thống hỗ trợ lập trình vào/ra mềm dẻo để kết nối (điều khiển) các thiết bị đầu vào với các đầu ra. Với tính năng kỹ thuật cao, hệ thống báo cháy địa chỉ dùng để lắp đặt tại các công trình lớn, được chia ra làm từng điểm (địa chỉ) độc lập, riêng biệt với nhau. Từng thiết bị trong hệ thống được giám sát bởi trung tâm báo cháy giúp cho phát hiện sự cố một cách nhanh chóng, rõ ràng và chính xác. Hệ thống cho phép điều khiển các thiết bị ngoại vi và các hệ thống khác trong tòa nhà khi có cháy.
1.KHÁI QUÁT NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG
1.1. Khái quát
Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống thiết bị tự động phát hiện và thông báo địa điểm cháy (theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738-2000). Hệ thống báo cháy tự động bao gồm: Trung tâm báo cháy, các đầu báo cháy, (tổ hợp chuông, đèn, nút ấn) và các thiết bị ngoại vi khác…

1.2. Nhiệm vụ

Tự động phát hiện ra cháy một cách nhanh chóng, chính xác và kịp thời trong vùng hệ thống đang bảo vệ.

Tự động phát ra các tín hiệu báo động, chỉ thị và các tín hiệu điều khiển các thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó.

Đặc biệt, với hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói thì nó còn có nhiệm vụ quan trọng hơn là “cảnh báo”, tức là phát hiện và thông báo sự sắp cháy, sự cháy âm ỉ chưa có ngọn lửa.

1.3. Phân loại hệ thống báo cháy tự động

* Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy có:

– Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói: là hệ thống báo cháy tự động làm việc dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy khói. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự gia tăng nồng độ khói ở trong khu vực bảo vệ.

– Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy nhiệt: là hệ thống báo cháy tự động làm việc dựa theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy nhiệt. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ ở trong khu vực bảo vệ.

– Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy ánh sáng (lửa): làm việc dựa vào nguyên lý làm việc của đầu báo cháy lửa. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra nồng độ tăng cường ánh sáng của ngọn lửa trong khu vực bảo vệ.

– Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy hỗn hợp: là hệ thống làm việc dựa trên nguyên lý làm việc của đầu báo cháy hỗn hợp như: đầu báo cháy nhiệt và khói; đầu báo cháy nhiệt và lửa. Hệ thống này chủ yếu phát hiện ra sự thay đổi các yếu tố môi trường trong khu vực bảo vệ.

* Phân loại hệ thống báo cháy tự động theo đặc điểm kỹ thuật của hệ thống báo cháy.

– Hệ thống báo cháy tự động theo vùng (hệ thống báo cháy tự động thường) : (hệ thống báo cháy tự động thông thường – Couventional fire alarm system): là hệ thống báo cháy tự động có chức năng báo cháy tới một khu vực, một địa điểm (có thể có một hoặc nhiều đầu báo cháy). Diện tích bảo vệ của một khu vực có thể từ vài chục đến 2000 m2 (tuỳ thuộc đặc điểm khu vực đó).

– Hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ: (Addressable fire alarm system) : là hệ thống báo cháy tự động có khả năng báo cháy chính xác đến từng vị trí từng đầu báo riêng biệt (từng địa chỉ cụ thể). Diện tích bảo vệ của một địa chỉ báo cháy chỉ giới hạn trong khoảng vài chục mét vuông (tuỳ thuộc vào từng loại đầu báo cháy). Hệ thống báo cháy tự động thông minh: Với sự phát triển khoa học công nghệ, hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ đã phát triển thành hệ thống báo cháy thông minh (Intelligent fire alarm system). Đây là hệ thống báo cháy tự động ngoài chức năng báo cháy thông thường theo địa chỉ, nó còn có thể đo được một số thông số về môi trường của khu vực nơi lắp đặt đầu báo cháy như nhiệt độ, nồng độ khói,… và có thể thay đổi được ngưỡng tác động của đầu báo cháy theo yêu cầu của nhà thiết kế và lắp đặt. Trong thực tế thường dùng cách phân loại này.



Tham khảo:  Cách Phòng Cháy Chữa Cháy


HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG - Nguyên lý và cấu tạo

2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

2.1. Các trạng thái làm việc của hệ thống báo cháy tự động

+ Trạng thái thường trực (khi không có cháy)

+ Trạng thái báo cháy

+ Trạng thái sự cố

2.2. Nguyên lý làm việc

+ Bình thường toàn bộ hệ thống ở chế độ trực. ở chế độ này trung tâm báo cháy luôn có tín hiệu kiểm tra sự làm việc đến các thiết bị trong hệ thống đồng thời các đầu báo cháy địa chỉ, modul… cũng có tín hiệu hồi đáp về trung tâm. Định kỳ, theo thời gian (tuỳ đặt) trung tâm sẽ in tình trạng của hệ thống và thông tin về các thiết bị cần bảo dưỡng. Trong mạch luôn có dòng điện Io chạy qua.

+ Trong chế độ giám sát nếu trung tâm nhận được tín hiệu báo lỗi từ các thiết bị hoặc không nhận được tín hiệu hồi đáp từ các thiết bị thì trung tâm sẽ chuyển sang chế độ sự cố. Mọi thông tin về sự cố sẽ được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng LCD. Khi lỗi được khắc phục chế độ sự cố sẽ kết thúc và tự đưa hệ thống về chế độ giám sát bình thường.

+ Khi cháy xảy ra ở các khu vực bảo vệ, các yếu tố môi trường sự cháy (nhiệt độ, khói, ánh sáng) thay đổi sẽ tác động lên các đầu báo cháy. Khi các yếu tố này đạt tới ngưỡng làm việc thì các đầu báo cháy sẽ làm việc tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm (gồm tín hiệu báo cháy và tín hiệu báo địa chỉ của thiết bị báo cháy). Tại trung tâm báo cháy sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền về theo chương trình đã cài đặt để đưa ra tín hiệu thông báo khu vực xảy ra cháy qua loa trung tâm và màn hình tinh thể lỏng LCD. Đồng thời các thiết bị ngoại vi tương ứng sẽ kích hoạt để phát tín hiệu báo động cháy và thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra.

+ Trong trường hợp trung tâm báo cháy có cài đặt thêm chức năng giám sát các thiết bị khác thì khi có sự có thay đổi về trạng thái của thiết bị (Ví dụ: bơm chữa cháy hoạt động, công tắc dòng chảy hoạt động…) thì hệ thống sẽ chuyển sang thông báo thiết bị cần giám sát thay đổi trạng thái. Thông tin về sự thay đổi này sẽ hiển thị trên màn hình tinh thể lòng của trung tâm. Chế độ này cũng sẽ tự kết thúc nếu các thiết bị cần giám sát trở về vị trí bình thường.

2.3. Yêu cầu kỹ thuật hệ thống báo cháy tự động

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738 – 2000 “Hệ thống báo cháy tự động – Yêu cầu thiết kế” có quy định HT BCTĐ phải đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Phát hiện cháy nhanh chóng theo chức năng đã được đề ra.

+ Chuyển tín hiệu cháy thành tín hiệu báo động rõ ràng để những người xung quanh có thể thực hiện ngay những biện pháp thích hợp.

+ Có khả năng chống nhiễu tốt (nhiễu thường xảy ra khi dây dẫn tín hiệu nằm trong vùng có điện trường mạnh hoặc khi dây dẫn đặt cạnh dây điện). Như vậy để chống nhiễu có thể sử dụng dây tín chống nhiễu hoặc dây tín hiệu thông thường nhưng phải được đi trong ống kim loại.

+ Báo hiệu nhanh chóng và rõ ràng mọi trường hợp sự cố của hệ thống.

+ Không bị tê liệt một phần hay toàn bộ do cháy gây ra trước khi phát hiện ra cháy .

+ Hệ thống phải hoạt động liên tục trong mọi điều kiện (nguồn AC, DC)

+ Việc lắp đặt các đầu báo cháy với trung tâm báo cháy phải chú ý đến sự phù hợp của hệ thống (Điện áp cấp cho đầu báo cháy, dạng tín hiệu báo cháy, phương pháp phát hiện ra sự cố…).

+ Hệ thống báo cháy phải đảm bảo độ tin cậy. Hệ thống này phải thực hiện đầy đủ các chức năng đã được đề ra mà không xảy ra sai sót .

+ Những tác động bên ngoài gây ra sự cố cho một bộ phận của hệ thống không được gây ra những sự cố tiếp trong hệ thống.

+ Hệ thống báo cháy tự động ngoài đáp ứng những yêu cầu trên thì các bộ phận của hệ thống cũng cần phải đáp ứng những yêu cầu riêng của nó theo đúng như tiêu chuẩn đã đề ra.

3. ĐẦU BÁO CHÁY

3.1. Khái niệm – nhiệm vụ của đầu báo cháy

3.2. Khái niệm

Đầu báo cháy là thiết bị cảm biến nhạy cảm với sự thay đổi của các yếu tố môi trường khi cháy như nhiệt độ, ánh sáng, nồng độ khói, để tạo ra các tín hiệu truyền về trung tâm khi giá trị của các yếu tố môi trường đạt một giá trị nhất định (ngưỡng).

3.3. Nhiệm vụ của đầu báo cháy

Đầu báo cháy có nhiệm vụ : tạo ra tín hiệu điện để truyền về trung tâm khi các yếu tố của môi trường xung quanh đầu báo đạt 1 giá trị nhất định. Có thể coi đầu báo cháy như 1 thiết bị giao tiếp giữa các yếu tố môi trường của sự cháy với hệ thống tự động báo cháy.

Đầu báo cháy chỉ thực hiện được nhiệm vụ của mình khi các yếu tố môi trường của sự cháy nằm trong diện tích bảo vệ của nó đạt đến ngưỡng làm việc.

Tín hiệu điện mà đầu báo háy tạo ra chủ yếu dưới 2 dạng chính :

– Tín hiệu đóng hoặc mở tiếp điểm .

– Tín hiệu biến thiên đột ngột về giá trị của dòng điện .

Tuỳ thuộc vào từng loại đầu báo cháy mà tín hiệu điện nó tạo ra là khác nhau.

HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG - Nguyên lý và cấu tạo

4. PHÂN LOẠI ĐẦU BÁO CHÁY

4.1. Theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy : chia thành 4 loại:

– Đầu báo cháy nhiệt: Hoạt động dựa trên sự biến đổi của yếu tố nhiệt độ.

– Đầu báo cháy khói: Hoạt động dựa trên sự biến đổi nồng độ khói.

– Đầu báo cháy lửa: Nhạy cảm với ánh sáng (ánh lửa).

– Đầu báo cháy hỗn hợp: Hoạt động dựa trên sự biến đổi của 2 trong 3 yếu tố trên.

4.2. Phân loại theo điều kiện cung cấp năng lượng: chia thành 2 loại:

– Đầu báo cháy chủ động: Không cần cung cấp năng lượng cho đầu báo, nó vẫn hoạt động.

– Đầu báo cháy thụ động: Thường xuyên phải cung cấp năng lượng cho đầu báo.

4.3. Phân loại theo đặc điểm kỹ thuật

– Đầu báo cháy thường: Thường dùng cho hệ thống báo cháy theo vùng.

– Đầu báo cháy địa chỉ: Thường dùng cho hệ thống báo cháy địa chỉ.

4.4. Phân loại theo chế độ hoạt động

– Đầu báo cháy cực đại.

– Đầu báo cháy vi sai.

– Đầu báo cháy cực đại – vi sai.

5. CẤU TẠO NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐẦU BÁO CHÁY

5.1. Cấu tạo:

Tuỳ thuộc vào từng loại đầu báo cháy, vào nguyên lý làm việc, mà các đầu báo cháy có cấu tạo khác nhau. Nhưng nhìn chung đầu báo cháy bao gồm các bộ phận sau đây:

+ Bộ phận cảm biến : Đây là bộ phận quan trọng nhất của đầu báo cháy. Nó cảm nhận được sự thay đổi của các yếu tố môi trường và biến đổi sự thay đổi đó thành dạng tín hiệu điện khi các yếu tố này đạt đến 1 giá trị thích hợp đã được cài đặt sẵn. Với mỗi loại đầu báo cháy khác nhau thì bộ phận cảm biến là khác nhau.

+ Bộ phận mạch tín hiệu: là một mạch điện tử có nhiệm vụ truyền tín hiệu từ bộ phận cảm biến ra ngoài thiết bị truyền dẫn.

+ Vỏ – đế : là bộ phận bảo vệ và cố định đầu báo cháy ở khu vực cần bảo vệ.

5.2. Nguyên lý chung:

Khi xảy ra cháy các yếu tố môi trường sẽ bị thay đổi. Các yếu tố này sẽ tác động lên đầu báo cháy và đầu báo cháy làm việc tạo ra tín hiệu điện truyền về trung tâm.