Проектируемое здание нужно оборудовать устройствами оповещения людей о пожаре по 2 типу.

Для оповещения людей о пожаре будут использоваться оповещатели типа «Маяк-12-3М» (ООО «Электротехника и Автоматика», Россия, г. Омск) и световые оповещатели «ТС-2 СВТ1048.11.110» (табло «Выход») подключенные к прибору С2000-4 (ЗАО НВП «Болид»).

Для сети оповещения при пожаре применяется огнестойкий кабель КПСЭнг(А)-FRLS-1х2х0,5.

Для эл. питания оборудования по напряжению U=12 В применяется источник резервированного эл. питания «РИП-12» исп.01 с аккумуляторной батареей емк. 7 А ч. Аккумуляторные батареи источника эл. питания обеспечивают работу оборудования в течение не менее 24 часов в дежурном режиме и 1 час в режиме «Пожар» при отключении основного источника эл.питания.

Основные требования к СОУЭ изложены в НПБ 104-03 «Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях»:

3. Принятые расчетные допущения

Исходя из геометрических размеров помещений, все помещения делятся только на три типа:

• «Коридор» -длина превышает ширину в 2 и более раз;
• «Зал» — площадь более 40 кв.м. (в данном расчете не применяется).

В помещении типа «Комната» размещаем один оповещатель.

4. Таблица значений ослабления звукового сигнала

В воздушной среде звуковые волны затухают вследствие вязкости воздуха и молекулярного затухания. Звуковое давление ослабевает пропорционально логарифму расстояния (R) от оповещателя: F (R) = 20 lg (1/R). На рис.1 показан график ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R).

Рис. 1 — График ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R)

Для упрощения расчетов ниже приведена таблица реальных значений уровней звукового давления от оповещателя «Маяк-12-3М» на различных расстояниях.

Таблица — Звуковое давление, создаваемое одиночным оповещателем, при его включении на 12В на различном расстоянии от оповещателя.

5. Выбор количества оповещателей в конкретном типе помещений

На поэтажных планах обозначены геометрические размеры и площадь каждого помещения.

В соответствии с принятым ранее допущением, делим их на два типа:

• «Комната» — площадь до 40 кв.м;
• «Коридор» — длина превышает ширину в 2 и более раз.

В помещении типа «Комната» допускается размещение одного оповещателя.

В помещении типа «Коридор» – будут размещаться несколько оповещателей, равномерно расположенные по помещению.

Как результат – определение количества оповещателей в конкретном помещении.

Выбор «расчётной точки» — точки на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума.

Как результат – определение длины прямой, соединяющей точку крепления оповещателя с «расчётной точкой».

Расчетная точка — точка на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума, согласно НПБ 104-03 п.3.15.

На основании СНИП 23-03-2003 пункта 6 «Нормы допустимого шума» и приведённой там же «Таблицы 1» выводим значения допустимого уровня шума для общежития рабочих специалистов равно 60 дБ.

При расчетах следует учитывать ослабление сигнала при прохождении через двери:

• противопожарные -30 дБ(А);
• стандартные -20 дБ(А)



Условные обозначения

Примем следующие условные обозначения:

• Н под. – высота подвеса оповещателя от пола;
• 1,5м — уровень 1,5 метра от пола, на этом уровне находится плоскость озвучивания;
• h1 — превышение над уровнем 1,5 м до точки подвеса;
• Ш — ширина помещения;
• Д — длина помещения;
• R — расстояние от оповещателя до «расчётной точки»;
• L — проекция R (расстояние от оповещателя до уровня 1,5 м на противоположной стене);
• S — площадь озвучивания.

5.1 Расчет для помещения типа «Комната»

Определим «расчётную точку» — точку, максимально удалённую от оповещателя.

Для подвеса выбираются «меньшие» стены, противостоящие по длине помещения, в соответствии с НПБ 104-03 в п. 3.17.



Рис. 2 — Вертикальная проекция крепления настенного оповещателя по НПБ

Оповещатель располагаем по середине «Комнаты» — по центру короткой стороны, как изображено на рис.3



Рис. 3 — Расположение оповещателя по середине «Комнаты»

Для того, чтобы вычислить размер R, необходимо применить теорему Пифагора:

• Д – длина комнаты, в соответствии с планом равна 6,055 м;
• Ш – ширина комнаты, в соответствии с планом равна 2,435 м;
• Если оповещатель будет размещаться выше 2,3 м, то вместо 0,8 м, нужно взять размер h1 превышающий высоту подвеса над уровнем 1,5 м.

5.1.1 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:

Р = Рдб + F (R)=105+(-15,8)=89,2 (дБ)

• Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равнo 105 дБ;
• F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -15,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=6,22 м.

5.1.2 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:

5.1.3 Проверка правильности расчета:

Р =89,2 > Р р.т.=75 (условие выполняется)

СОУЭ в защищаемом помещении.


5.2 Расчет для помещения типа «Коридор»

Оповещатели размещаются на одной стене коридора с интервалом в 4-ре ширины. Первый размещаются на расстоянии ширины от входа. Общее количество оповещателей исчисляется по формуле:

N = 1 + (Д – 2*Ш) / 3*Ш= 1+(26,78-2*2,435)/3*2,435=4 (шт.)

• Д – длина коридора, в соответствии с планом равна 26,78 м;
• Ш – ширина коридора, в соответствии с планом равна 2,435 м.

Количество округляется до целого значения в большую сторону. Размещение оповещателей представлено на рис. 4.



Рис.4 — Размещение оповещателей в помещении типа «Коридор» при ширине менее 3-х метров и расстояние «до расчётной точки»

5.2.1 Определяем расчётные точки:

«Расчётная точка», находится на противоположной стене на удалении в две ширины от оси оповещателя».

5.2.2 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:

Р = Рдб + F (R)=105+(-14,8)=90,2 (дБ)

• Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равно 105 дБ;
• F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -14,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=5,5 м.

5.2.3 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:

Р р.т. = N + ЗД =60+15=75 (дБ)

• N – допустимый уровень звука постоянного шума, для общежитий равна 75 дБ;
• ЗД – запас звукового давления, равный 15 дБ.

5.2.4 Проверка правильности расчета:

Р=90,2 > Р р.т=75 (условие выполняется)

Таким образом, в результате расчетов, выбранный тип оповещателя «Маяк-12-3М» обеспечивает и превышает значение звукового давления, тем самым обеспечивая четкую слышимость звуковых сигналов СОУЭ в защищаемом помещении.

В соответствии с расчетом, выполним расстановку звуковых оповещателей см. рис.5.



Рис.5 — План размещения оповещателей на отм. 0.000

Конец лета - самая жаркая пора отпусков. Идешь по главной улице приморского городка - вокруг множество кафе, ресторанчиков, магазинов к удовольствию отдыхающих. Большинство из них с точки зрения организации систем оповещения относятся к малым и средним объектам (если заведение не расположено в каком-либо торгово-развлекательном центре весьма внушительных размеров). ТРЦ обычно укомплектованы по всем правилам, в том числе и по небезызвестным СП 3.13130.2009, и с оповещением там более или менее все ясно - применяются специализированные системы в комбинации со 100-вольтовыми линиями и громкоговорителями. С небольшими объектами все не так просто

Роман Мишин
Технический директор компании Schneider Intercom

Обычно владельцы даже самых маленьких заведений имеют в своем распоряжении какое-нибудь звуковоспроизводящее устройство, основной целью которого является создание приятной звуковой атмосферы в помещении. Немного реже аудиотехника применяется и для привлечения внимания прохожих. Вопрос в том, могут ли подобные устройства использоваться для оповещения и информирования посетителей, в том числе и в аварийных ситуациях?

Сложность простых систем

Кажется, что видимых на первый взгляд препятствий на пути применения аудиотехники в целях обеспечения безопасности нет - была бы только возможность подключения микрофона и вход для подключения источника внешних звуковых сигналов. Но лишь на первый взгляд всетаклегко.

Первая проблема - это ограниченная возможность применения, связанная с тем, что практически все подобные системы до недавнего времени не оснащались устройствами обеспечения автоматического включения при тревожном событии и сертифицировать аудиосистему в качестве СОУЭ по требованиям ГОСТ Р 53325 просто невозможно Исходя из этого, область применения сужается до небольших магазинов или иных помещений, для которых внедрение таких систем вообще необязательно. Тем не менее многие владельцы небольших заведений используют аудиосистемы с низкоомным подключением не только для трансляции музыки, но и для подачи объявлений.

Идем дальше. Допустим низкоомная система или усилитель все же имеют все необходимые средства для применения их в качестве устройств оповещения (такие хотя и немногочисленные устройства все же имеются на рынке). Как правило, это небольшие аудиосистемы, и в подавляющем большинстве случаев количество громкоговорителей в них ограничивается несколькими единицами. Но само по себе малое количество динамиков не может служить препятствием. Проблема кроется в другом: при низкоомном подключении сигнал в линии громкоговорителей, конечно, может достигать весьма значительных мгновенных величин по напряжению, но усредненное значение этого параметра очень и очень мало. Как следствие, требуется хорошее экранирование для ослабления внешних электрических наводок, иначе при длине линии более 1 5 м и присутствии рядом силовых кабелей или электротехнического оборудования звук станет ощутимо хуже. Но и это еще не все.

Как известно, потери в линии при ненулевом ее сопротивлении обратно пропорциональны величине напряжения в ней. Таким образом, при низком напряжении неизбежно сильное ослабление полезного сигнала даже при небольшом расстоянии от источника до потребителя. Для снижения потерь необходимо или уменьшить это расстояние, или снизить сопротивление путем увеличения сечения проводов, питающих громкоговоритель.

Оба способа накладывают жесткие ограничения на использование обычных аудиосистем для целей трансляции и оповещения. В качестве иллюстрации приведем методику расчета минимального сечения кабеля подключения громкоговорителей в аудиосистемах.

Как рассчитать сечение кабеля

Для системы оповещения расчет сечения кабеля линии при заданной длине ведется для заданного допустимого значения падения напряжения в линии (ипад) последующим параметрам:

• напряжение в линии - U;
• длина линии - L;
• потребляемая мощность - Р.

Величина падения напряжения:

где I -ток в линии.

где - удельное сопротивление материала (для меди - 0,0175 Ом-мм2/м):

Отсюда находим выражение для расчета сечения кабеля:

В случае, когда необходимо вычислить максимальную протяженность линии, зная сечение используемого кабеля и заданное падение напряжения, применяется следующая формула:

Из приведенных формул явно видно: чем выше напряжение в линии, тем меньшее сечение кабеля требуется для создания линии определенной длины и тем более длинную линию оповещения можно организовать при известном сечении кабеля.

Ограничения низковольтных систем

Казалось бы, все ясно: предел использования низковольтных систем - небольшие объекты площадью несколько десятков квадратных метров. Однако низковольтные системы имеют еще один недостаток, дополнительно ограничивающий область их использования. Они, за редким исключением, не имеют возможности контроля исправности линии, и тем более отдельного динамика. Отсутствие такой возможности - это не стремление удешевить аппаратуру, а принципиальная особенность.

Все современные способы контроля используют в той или иной мере пропускание специального сигнала по линии громкоговорителей во время трансляции. В низковольтной цепи такой сигнал - сравнимый с амплитудой полезного сигнала - способен вызвать чувствительные нежелательные эффекты. Да и к чему эта возможность, ведь низковольтные аудиосистемы, как правило, оснащаются низкоомными динамиками, а их необходимо правильно подключить, причем учитывая, что сопротивление выходного каскада оконечного усилителя равно сопротивлению одной акустической системы. При таких обстоятельствах много громкоговорителей, как ни старайся, не подключишь.

Учитывая особенности низковольтных систем, описанные выше, поясним, почему их нежелательно использовать в качестве трансляционных устройств даже для весьма небольших заведений и почему недавно появились трансляционные системы, специально предназначенные для малых и средних объектов.

Типичный подход

Поскольку даже в малом магазинчике или кофейне есть по крайней мере две акустически разделенные зоны (клиентская и технологическая), то одним громкоговорителем не обойдешься.

Иногда выходят из положения следующим образом: одну колонку стереосистемы размещают в клиентской зоне - другую в технологической. Конечно же, это не совсем правильно, поскольку, во-первых, очень сильно искажается звучание стерео про грамм, а во-вторых, если вы находитесь в одной из зон, не всегда понятно (при отсутствии контроля линии), работает ли колонка в другом помещении. К тому же и 10 м для низковольтной системы - расстояние, способное весьма испортить качество воспроизведения и разборчивость речи. Последнее обстоятельство в решающий момент может дорого обойтись владельцу заведения.

Специальные решения для небольших объектов

Благодаря развитию технологий и культуры ведения бизнеса в передовых странах на российском рынке появились недорогие трансляционные системы, специально предназначенные для малых и средних объектов. Они позволяют оборудовать заведение более чем двумя колонками, создавать равномерное комфортное звуковое поле и соблюдать требования норм по громкости и разборчивости объявлений.

Для сведения к минимуму пространственных искажений в таких системах используется только монофонический звук, а для уменьшения потерь сигнала - высоковольтные линии оповещения с трансформаторным питанием громкоговорителей. Такое оборудование имеет возможность функционального контроля за линиями громкоговорителей и основными элементами системы, однако глубина этого контроля зависит от класса системы и возможностей производителя.

1. Для малых систем, как правило, ограничиваются только контролем усилителя и неразветвленных линий оповещения.

2. В настоящее время часто используется метод, при котором возможно постоянное наблюдение за линией путем периодического пропускания специального сигнала - так называемого пилоттона, неслышного для пользователей системы с последующим измерением разницы уровня сигнала. При превышении некоторого порогового значения этой разницы выдается сигнал о неисправности линии. Такой способ зарекомендовал себя как весьма простой и надежный и взят на вооружение большинством производителей трансляционного оборудования.

3. Системы рангом повыше имеют средства контроля, позволяющие отслеживать неисправности вплоть до отдельного динамика. Конечно, это требует не только ресурсов центрального оборудования, но и установки специальных модулей, наблюдающих за ветвью линии и отдельным громкоговорителем. Поскольку и отдельные ветви, и тем более динамики включаются в основную линию параллельно, то при отказе одной из ветвей или отдельного громкоговорителя условия прохождения сигнала по основной линии мало изменятся и простая система контроля по изменению общего сопротивления линии или по ослаблению сигнала попросту не сработает. Налицо необходимость оснащения дополнительными модулями контроля.

Помимо резкого удорожания такой системы, увеличиваются затраты на монтаж и настройку. Потребуется и более высокая квалификация монтажного и обслуживающего персонала И наконец, самое главное - с ростом числа элементов системы повышается вероятность возникновения неисправности. Поэтому модули контроля, устанавливаемые в линию, обязаны иметь высочайшую надежность, что, несомненно, сказывается на цене. Но все же полностью исключить возникновение отказа по вине элементов наблюдения и контроля нельзя.

Оповещение нового поколения

Совсем недавно вследствие развития технологий передачи аудиоданных на рынке появились системы с новой архитектурой. Они позволяют строить относительно дешевые распределенные системы оповещения масштаба торгово-развлекательного центра, кампуса, улицы или даже небольшого населенного пункта. К тому же можно, не нарушая целостности, дробить такую систему на множество логически независимых малых.

Суть нового подхода такова: от центрального контроллера системы прокладываются линии цифровой передачи сигнала, причем и аудио, и сигнализация, и команды управления передаются всего по двум проводам или сетевой IP-инфраструктуре. Абонентами системы являются как вызывные станции, так и усилители, имеющие полные возможности функционального контроля. Естественно, абоненты могут работать как сообща, так абсолютно независимо, благодаря логическому разделению сегментов подобной системы. Это значит, что в штатном режиме каждый из таких сегментов может транслировать свою музыку или объявления, а при возникновении общей чрезвычайной ситуации все устройства могут получать сигнал от главного оператора или от региональной системы оповещения. Поскольку в каждом сегменте располагается только абонентское оборудование (вызывная станция, усилители и громкоговорители), владельцы небольших заведений могут быть избавлены от необходимости покупать собственную систему - теперь есть возможность использовать общую систему как абонентский сервис, подобно подзабытым радиоточкам. При этом в штатном режиме в каждом заведении (абонентской зоне) транслируется своя музыка и объявления.

Как говорится, новое - это хорошо забытое старое, и технология, некогда созданная для радиотрансляционной сети репродукторов, с учетом современного развития открывает бизнесу новые возможности.

Системы оповещения широко применяются в различных сферах человеческой деятельности, например, системы оповещения и управления эвакуацией СОУЭ, системы оповещения о чрезвычайных ситуациях (локальные ЛСО и централизованные ЦСО системы оповещения). Основное назначение системы оповещения – оповещение людей о той или иной угрозе, донесение до них информации, касающейся их личной безопасности в случае каких-либо экстренных ситуаций: пожаров, техногенных катастроф, террористических угрозах. Системы оповещения являются обязательной составляющей практически любой системы безопасности, в которой являются конечным исполнительным элементом – посредником между техническими средствами и человеком. Достоверность передачи информации в системе оповещения подтверждается электроакустическим расчетом, частью которого является расчет оптимального сечения токопроводящей жилы провода, минимизирующего потери .

Системы оповещения, в зависимости от условий применения и способа передачи, можно разделить на беспроводные и проводные. Проводные системы, транслирующие звуковую или речевую информацию называются трансляционными системами.

Трансляционные системы, в зависимости от принципа построения, можно разделить на локальные и распределенные. В распределенных системах звуковой трансляции используется принцип трансформаторного согласования, в котором к трансляционным усилителям – усилителям с трансформаторным выходным каскадом, подключаются специализированные трансформаторные громкоговорители. При построении распределенных систем громкоговорители, являющиеся нагрузкой, подключаются к соединительной линии параллельно и распределяются вдоль нее. При трансформаторном согласовании звуковая информация передается на повышенном напряжении, что позволяет снизить токи, а следовательно, и нагрузку на провода, увеличить длину соединительной линии и дальность передачи сигнала. Протяженные трансляционные линии строятся следующим образом: вначале прокладывается основная линия, к которой через распределительные коробки подключается нагрузка.

В трансляционных линиях неизбежно возникают потери вызванные наличием собственного сопротивления токопроводящей жилы. Большие потери могут привести к снижению уровня и качества передаваемого сигнала, поэтому не маловажной является задача расчета потерь на проводах и сопряженная с ней задача расчета оптимального сечения токопроводящей жилы провода соединительной линии.

2. Краткие сведения о проводах

Соединительные линии систем противопожарной защиты должны выполняться огнестойкими кабелями с медными жилами с круглым поперечным сечением. Для жил сечением менее 0,5мм 2 указывается диаметр. Для перехода от сечения (S, мм 2) жилы к диаметру (d, мм) и обратно используется зависимость: S = πd 2 / 4, где S - сечение токопроводящей жилы, мм 2 , d - диаметр провода, мм, π - константа 3,1415.

Сечение токопроводящей жилы провода для случая, когда вся нагрузка (например, громкоговорители) подключена непосредственно к источнику (усилителю мощности, коммутатору), можно воспользоваться следующей зависимостью:

Подставляя в формулу (1) норму нагрузки для меди D = 2А/мм 2 , получим широко применяемое на практике соотношение:

Формула (2) используется для оценки и не учитывает протяженность и распределение нагрузки в линии.

3. Расчет сопротивления токопроводящей жилы провода в зависимости от длины и температуры

Для определения сопротивления жилы провода воспользуемся известным соотношением: сопротивление жилы провода прямо пропорционально длине и обратно пропорционально сечению жилы провода :

В большинстве ссылок приводится значение удельного сопротивления токопроводящей жилы провода для меди r = 0,0175 Ом*мм 2 /м. Эта величина соответствует температуре t=0°С. С увеличением температуры удельное сопротивление жилы провода заметно увеличивается, что нельзя не учитывать при расчетах.

Зависимость удельного сопротивления жилы провода от температуры:

ВНИМАНИЕ: Формулы (3) и (4) можно использовать, только в том случае, если характеристики применяемого кабеля отсутствуют.

Пример: для огнестойкого кабеля UTP-3нг(А)-FRLS Nx2x0,52 на сайте производителя приводятся следующие характеристики (см. рис.1):

Рис. 1 - Электрические параметры огнестойкого кабеля UTP-3нг(А)-FRLS Nx2x0,52

4. Расчет сечения жилы провода в зависимости от длины и нагрузки в линии

В любой линии связи возникают потери. Линия – жила медного провода имеет определенное сопротивление, зависящее от длины, и, следовательно, по закону Кирхгофа на ней должно упасть напряжение и выделиться определенная мощность. В трансляционных системах в качестве нагрузки используются трансформаторные громкоговорители. Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z – сопротивление первичной обмотки трансформатора на частоте 1кГц. Сопротивление нагрузки, линии является частотно зависимой (комплексной) величиной, поэтому в этом случае выполняют элементарный оценочный расчет, для среднегеометрической частоты всего частотного диапазона (большинство производителей импеданс трансформаторного громкоговорителя указывают для частоты 1кГц, что соответствует середине нормативного частотного диапазона 0,2 – 5кГц).

Задачу определения сечения жилы провода будем решать в 2 этапа, используя известное представление линии и нагрузки, в виде резистивного делителя (см. рис.2).

Рис. 2 - Эквивалентная схема подключения нагрузки в конце линии

Первый этап, на котором вся нагрузка сосредоточена в конце линии, позволит упростить решение задачи и перейти ко 2 этапу, на котором будут доопределены коэффициенты, позволяющие рассчитывать сечение жилы провода в распределенной линии с произвольно задаваемыми потерями.

Входные данные для расчета:

Р н – мощность нагрузки в линии, Вт;

U вх – напряжение на входе линии, В;

L – общая протяженности линии, м.

Для определения сечения жилы провода S, воспользуемся эмпирическими соображениями. Из электроакустики известно, что для сохранения качества передаваемого звукового сигнала, величина потерь по напряжению в линии не должна превышать 10% (данная величина соответствует потерям по мощности примерно 20%, что принято считать нормой), что для резистивного делителя (см. рис. 2), можно записать как: R л ~ 0,1 R н, где R н – сопротивление нагрузки, Ом.

Подставим данное соотношение в формулу (3):

В трансляционных линиях нагрузкой являются трансформаторные громкоговорители. В этом случае в качестве сопротивления нагрузки R н можно принять значение импеданса громкоговорителя на определенной частоте. Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z гр представляет собой частотно-зависимое (комплексное) сопротивление первичной обмотки звукового трансформатора. Большинство производителей трансформаторных громкоговорителей указывают значение импеданса для максимальной мощности на частоте 1кГц.

Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z гр можно получить из 2-х известных формул:

1. Закона Ома для участка цепи: J = U / R,
2. Мощности нагрузки: P = JU.

При использовании в качестве нагрузки нескольких параллельно подключенных трансформаторных громкоговорителей суммарный импеданс Z рассчитывается по формуле:

Формула (7), определяющая проводимость всей цепи, неудобна для расчета суммарного нагрузочного импеданса, особенно, для трансляционной линии с большим количеством громкоговорителей разной мощности. Для расчета суммарного импеданса Z нескольких трансформаторных громкоговорителей удобно использовать формулу (6), в которой P гр необходимо заменить суммарной мощностью всех трансформаторных громкоговорителей P н, состоящей из суммы мощностей отдельных громкоговорителей P i:

Используя в качестве сопротивления нагрузки Rн суммарный импеданс трансформаторных громкоговорителей Z (7) и подставляя (6) в (5), получаем полезную формулу, определяющую сечение жилы провода S в зависимости от мощности нагрузки Рн, напряжения на входе Uвх и длины линии L:

Формула (9) справедлива при потерях в линии, не превышающих 10% и условии, что вся нагрузка сосредоточена в конце линии (формула 8 очень эффективна для протяженных линии (L более 150м). На коротких линиях (L менее 150м) не следует забывать о соотношении сечения и нормы тока (формула 2).

5. Расчет сечения токопроводящей жилы провода в распределенной линии

В трансляционных системах с трансформаторным согласованием громкоговорители подключаются к общей линии, всегда параллельно и распределяются вдоль нее с различной степенью равномерности (см. рис.3).

Рис. 3 - Эквивалентная схема распределенной линии

В распределенной системе трансформаторные громкоговорители (трансформаторные громкоговорители к основной линии подключаются только параллельно, как правило, через распределительные коробки (сопротивление которых мы не учитываем) подключаются к основной линии сечением S, через распределительные коробки отводами меньшего сечения S i . Для расчета сечения жилы провода отводов распределенной линии, можно использовать формулу (9): S i = 20rl i P грi / U л 2 , где l i – длина i-го отвода – расстояние от основной линии (распределительной коробки) до громкоговорителя (м), P грi – мощность i-го громкоговорителя, Вт.

Наиболее актуальной, является задача расчета сечения основной жилы провода, трансляционной линии. В реальных распределенных структурах, расстояния до громкоговорителей, а также их мощность, варьируются. Подобные задачи решаются итерационными методами с применением законов Кирхгоффа, требуют специальных расчетных навыков или использования программных средств.

Предложенный ниже простой и эффективный метод, может использоваться для решения самого широкого ряда задач. Суть метода основана на очевидном и простом соображении: если большая часть нагрузки сосредоточена не в конце, а в начале линии, то и общая нагрузка на провода уменьшится.

Пример: Для ситуации, изображенной на рис.4, эквивалент мощности нагрузки P экв =P 1 +P 2 , находится где-то по середине между громкоговорителями c мощностями P 1 и P 2 .

Рис. 4 - Пример, поясняющий смысл коэффициента распределения

Введем коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки и опирающийся на уже построенную формулу (9, справедлива для случая, когда вся нагрузка сосредоточена в конце линии) , из которой видно, что сечение жилы провода прямо пропорционально двум переменным величинам: длине линии и мощности нагрузки и, следовательно, коэффициент распределения должен быть нормирован относительно этих переменных. Дадим определение:

Коэффициент распределения нагрузки К р – безразмерный коэффициент, учитывающий распределение нагрузки вдоль линии, рис.4:

В распределенных линиях, в которых используются громкоговорители одного номинала Р гр, суммарную нагрузку можно рассчитать как: Р н = n Ргр и в этом случае коэффициент распределения представить как среднее арифметическое расстояний до громкоговорителей:

В случае, когда расстояния до громкоговорителей L i не известны, коэффициент распределения К р можно представить как среднее арифметическое между двумя случаями, когда вся нагрузка расположена в начале линии (L = L / n) и в конце линии (L = L n):

Зависимость коэффициента распределения Kр (12) от количества громкоговорителей n приведена в Таблице 1 (формула 12 справедлива: так для одного громкоговорителя (n = 1), К р = 1, для большого количества n = 10, K р стремится к 0,5).

Таблица 1
Зависимость значения коэффициента распределения
от количества элементов нагрузки (громкоговорителей)

1

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
К р	0,75	0,67	0,63	0,6	0,58	0,57	0,56	0,56	0,55

Наиболее распространенным, является случай, когда вся нагрузка распределена в некотором заранее известном интервале от L 1 до L, где: L – общая протяженность линии. В этом случае коэффициент распределения можно представить как результат усреднения в диапазоне от L 1 до L (среднее арифметическое между L 1 и (L - L 1) (n +1) / 2n (см. ф-лу, 12), нормировано относительно L):

Проверим справедливость формулы (13):

при L 1 стремится к 0, K р стремится к ((n+1))/2n – формула (12);

Пример: Рассчитаем величину коэффициента распределения для случая когда нагрузка (например, 10 громкоговорителей) находятся в здании, удаленном от усилителя на расстояние L 1 =300м. Общая протяженность линии L=500м: К р =(300+0,55*(500-300))/500=0,82.

Коэффициенты распределения для разных случаев удобно представить в виде таблицы:

Таблица 2
Коэффициенты распределения К р для различных случаев

Формулы для расчета К р	Условие применения
	Данная формула используется, если известны мощности и расстояния до элементов нагрузки.
	Данная формула используется, если мощности элементов нагрузки равны и расстояния до нагрузки известны.
	Данная формула используется, если известны расстояние до первого громкоговорителя и общая протяженность линии, мощности элементов нагрузки не известны.
	Данная формула используется, если мощность и расстояния до элементов нагрузки не известны.

Введем коэффициент распределения K р, Таблица (2), в формулу (9):

6. Расчет потерь в линии

Протяженные линии имеют достаточно большое собственное сопротивление, что приводит к рассеянию (потере) на них части мощности. Данный факт нельзя не учитывать. На практике первоначально рассчитывают потери по напряжению, а уже от них переходят к потерям по мощности.

Потери по напряжению – отношение напряжения на линии Uл к общему напряжению на входе линии U вх:

По закону Кирхгофа отношение сопротивлений пропорционально отношению падающих на них напряжений, поэтому потери по напряжению П н удобнее выразить через полученные ранее сопротивление линии R л и сопротивление нагрузки R н:

Определим величину потерь по напряжению для распределенной линии. Так как коэффициент распределения К р (Таблица 2) демонстрирует словное уменьшение длины линии, а, следовательно, и ее сопротивление R л, то и потери в такой линии должны соответственно уменьшиться.

Дополним формулу (15) коэффициентом распределения К р, Таблица (2):

На практике рассчитывают не только потери по напряжению, но и потери по мощности.

Потери по мощности – отношение мощности выделенной на линии P л к общей приложенной мощности: сумме мощностей выделенной на линии и на нагрузке P н.

Потери по мощности удобно рассчитывать через потери по напряжению (16), для чего достаточно учесть, что мощность нагрузки прямо пропорциональна квадрату напряжения на нагрузке (см. формулу 6):

Пример: Из (18) видно, что при потерях по напряжению более 25% (Величина 25% по существующим нормативам является максимально-допустимой), потери по мощности (П м =(1–((100–25)/100) 2)*100=44%) приближаются к 50% (мощность уменьшается в 2 раза (уменьшение мощности в 2 раза (соответствует уменьшению звукового давления на 3дБ), что ощутимо для слушателя)), поэтому величину потерь по напряжению П н > 25% будем считать критической.

7. Расчет сечения жилы провода с учетом потерь в линии

Вернемся к расчету сечения жилы провода. Рассчитаем сечение жилы провода распределенной линии с учетом потерь по напряжению. Вспомним, что формула (9) построена на допущении, что потери по напряжению в линии не должны превышать 10%, что позволило использовать соотношение: R л / R н = 0,1. При величине потерь отличной от 10% данное соотношение изменится. Построим коэффициент, позволяющий учесть любые ожидаемые потери в линии, как К п = R н / R л.

Данный коэффициент удобно связать с потерями по напряжению и интерпретировать как ожидаемые потери. Используя формулу (15) получим:

Проверим справедливость данной формулы: При П н "стремится к" 100%, K п "стремится к" 0, R н "стремится к" 0 – все напряжение остается на линии. При П н "стремится к" 50%, K п "стремится к" 1, R л =R н – напряжение на линии и нагрузке одинаково. При П н "стремится к" 10%, K п "стремится к" 9, R л =0,11 R н – напряжение на линии примерно в 10 раз меньше чем на нагрузке. При П н "стремится к" 0%, K п "стремится к" ∞, R л стремится к 0 – напряжение на линии стремится к 0.

Дополним данным коэффициентом формулу (14):

Пример расчета

Рассчитаем звуковое давление громкоговорителя, с учетом потерь на проводах.

Звуковое давление громкоговорителя: P дб =SPL+10 lg (P гр), где: SPL – чувствительность громкоговорителя, дБ, P гр – мощность громкоговорителя, Вт.

В данную формулу удобно ввести потери по мощности (формула 18) и интерпретировать данную ф-лу как: Уровень звукового давления, рассчитанный с учетом потерь по мощности: P дб =SPL 10 lg (P гр (100-П м)/100), где П м – потери по мощности, %.

8. Алгоритмы расчета

Алгоритм №1 "Расчет сечения жилы провода для равномерно распределенной нагрузки"

1. Рассчитаем коэффициент потерь, формула (19).
2. Рассчитаем удельное сопротивление по меди, с учетом температуры, формула (4).
3. Подставим полученные значения в формулу (20).

Алгоритм №1 "Расчет потерь по напряжению в существующей линии

1. Рассчитаем сопротивление жилы провода, с учетом температуры, формулы (4), (5).
2. Рассчитаем суммарную нагрузку в линии, формула (8).
3. Рассчитаем сопротивление нагрузки, формула (6).
4. Рассчитаем коэффициент распределения, Таблица (2).
5. Рассчитаем потери по напряжению, формула (16).

9. Пример расчета

Рассчитаем необходимое сечение жилы провода для различных длин и нагрузок в линии, для чего воспользуемся возможностями программы Microsoft Exсel, рис. 5.

Рис. 5 - Расчет сечения токопроводящей жилы провода распределенной линии

На основе описанного алгоритма разработан

Потери электрической энергии в трансляционной линии приводят к уменьшению уровня звукового давления, развиваемого громкоговорителями или речевыми оповещателями и, соответственно, к уменьшению громкости звука передаваемых сигналов. Потери электрической энергии в трансляционной линии непосредственно связаны с сопротивлением проводов этой линии. Поэтому, выбранное сечение проводов сильно влияет на характеристики системы речевого оповещения и управления эвакуацией.

Закон Ома

Закон Ома позволяет нам отображать характеристики электрических цепей через взаимосвязь четырех основных компонент:

• A — ток (в Амперах)
• V — напряжение (в Вольтах)
• R — сопротивление (в Омах)
• P — мощность (в Ваттах)

Взаимосвязь этих компонент между собой показана на так называемом «классическом колесе» (смотри рисунок ниже)

Эта простая и удобная схема помогает нам понять фундаментальные взаимосвязи в электрических цепях. Электрические цепи, по которым передаются аудио-сигналы, не являются исключением.

Потери электрической энергии в линии передачи обусловлены сопротивлением проводов, из которых состоит эта линия. Наиболее наглядно это можно выразить через падение напряжения. Падение напряжения определяется следующим соотношением:

Vd = AL x RL

Vd – падение напряжения (в Вольтах)

AL – ток нагрузки (в Амперах)

RL – сопротивление линии (в Омах)

Для примера рассмотрим трансляционную линию длиной 150 метров, выполненную, например, кабелем КПСВВ 1х2х0,75, предназначенную для питания нагрузки мощностью 80Вт. В большинстве линий в системах радиотрансляции и в речевых системах оповещения используется напряжение 70В, мы будем использовать его как стандартное рабочее напряжение. 80Вт – это суммарная мощность, потребляемая всеми громкоговорителями, включенными в трансляционную линию, но не номинальная выходная мощность усилителя. Посмотрим на «классическое колесо» — там мы увидим, что сила тока (в Амперах) определяется делением мощности (в Ваттах) на напряжение (в Вольтах).

A = P / V

поэтому, для рассматриваемой нами трансляционной линии:

А = 80Вт / 70В = 1,14А

Итак, нам известен ток, который потребляет нагрузка мощностью 80Вт в трансляционной линии с напряжением 70В. Сопротивление линии – это просто сопротивление медного проводника на всей длине линии. Трансляционная линия, в которую включаются громкоговорители, состоит из двух проводников: один проводник идет к нагрузке, другой – возвращается от нагрузки к усилителю. Будем считать, что в нашем случае, эти проводники имеют одинаковую длину. Таблицы удельного сопротивления проводников доступны во многих справочниках. Мы воспользуемся данными, приведенными изготовителем кабеля КПСВВ: электрическое сопротивление шлейфа (двух жил пары) при температуре 20°С составляет 50 Ом/км. Умножая эту величину на длину рассматриваемой нами линии 0.15 км (150 м), получим, что общее сопротивление проводов в линии будет равно 7,5 Ом.

Подставив полученное значение в формулу для расчета величины падения напряжения, получим:

Vd = 1,14 А х 7,5 Ом = 8,55 В

Итак, падение напряжения в нашей трансляционной линии составляет 8.55 В. Это означает, что рабочее напряжении в линии, с которым нам приходится иметь дело, составляет всего лишь 61,45 В. Заметим, что в данном примере относительное падение напряжения в линии составляет 12.2% (уполномоченные надзорные органы допускают не более 10% падения напряжения в цепях сигнализации).

Потери можно выразить в децибелах (дБ) следующим образом:

SPL = 20 * Log (Vf / Vi )

Vf – рабочее напряжение в линии с подключенной нагрузкой

Vi – исходное напряжение

Результатом является отрицательное число, выражающее потери. Таким образом, для рассматриваемой нами линии:

SPL = 20 * Log (61,45 / 70) = -1,13 дБ

Если же мы применим провод КПСВВ 1х2х1,5, то результат будет следующим:

SPL = 20 * Log (65.76 / 70) = -0,54 дБ

Потери, обусловленные сопротивлением проводов, в этом случае составляют уже менее 1дБ и это дает полностью приемлемый результат. В большинстве случаев при строительстве трансляционных линий допускаются потери порядка 0.5дБ, обусловленные сопротивлением проводов. Следует заметить, что увеличение потерь в линии на 10дБ приводит к тому, что теряется половина громкости звука.

Марка кабеля	Сечение проводника, кв.мм	Удельное электрическое сопротивление шлейфа, Ом/км	Сопротивление линии, Ом	Падение напряжения, В	Относительное падение напряжения, %	Потери в линии, дБ
КПСВВ 1х2х0.5
КПСВВ 1х2х0.75						— 1.13
КПСВВ 1х2х1.0
ПРППМ 1х2х1.2
КПСВВ 1х2х1.5						— 0.54

Приведенные примеры в достаточно упрощенном виде показывают способы расчета трансляционной линии СОУЭ и причины потери качества и громкости оповещения в зависимости от параметров линии,
в реальной практике гораздо удобнее пользоваться соответствующей программой для автоматического расчета сетей оповещения и трансляции.

Кроме этого, согласно новых требований ныне действующих нормативных документов при открытой прокладке кабелей систем оповещения и управления эвакуацией следует применять огнестойкие кабели, соответствующие требованиям пожарной безопасности по нераспространению горения при пучковой прокладке, а также требованиям по огнестойкости, например, кабели марки КПСЭСнг-FRLS (FRHF) и др. Кабели марки КПСВВ и КПСВЭВ не поддерживают горение при единичной прокладке, кабели повышенной пожаробезопасности марки КПСВВнг и КПСВЭВнг – также не поддерживают горение при прокладке пучком.
В обоснованных случаях допускается прокладка обычных кабелей в пустотах строительных конструкций класса К0 или кабелями и проводами, прокладываемыми с использованием негорючих коробов и кабельных каналов.

Более подробная информация по вопросам проектирования СОУЭ представлена в разделе "Оповещение и эвакуация".

Скачать:
1. Программа по расчету длины трансляционной линии речевого оповещения – Пожалуйста или для доступа к этому контенту
2. Программа расчета сечения провода для линий оповещения — Пожалуйста или для доступа к этому контенту.