Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru

Brak wytycznych w tym zakresie często prowadzi do błędnego rozumienia tego problemu przez inwestora oraz projektanta. Natomiast wymagania dotyczące ochrony ppoż. wymagają przystosowania budynku eksploatowanego w warunkach normalnych do zasilania pożarowego, gdzie warunki środowiskowe znacznie różnią się od warunków normalnych. W tym przypadku pewność zasilania urządzeń przeciwpożarowych musi być wysoka, gdyż od nich zależy bezpieczeństwo ewakuacji.

W artykule zostały przedstawione zagadnienia związane ze stosowaniem źródeł zasilania w warunkach normalnych oraz ich adaptacją do zasilania budynku w warunkach pożaru. Poruszona została również problematyka ochrony przeciwporażeniowej dopuszczonej do stosowania w instalacjach przeciwpożarowych oraz zagrożeń stwarzanych przez akumulatory stosowane jako źródła zasilania rezerwowego z uwagi na ważność tych zagadnień w ogólnym rozumieniu bezpieczeństwa.

Pominięta została problematyka doboru przewodów, której zostanie poświęcony osobny artykuł.

Wymagania dotyczące zasilania budynków zostały sprecyzowane w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2015 roku, poz. 1422) [2].

Zgodnie z § 181 pkt 1 Rozporządzenia [2]: Budynek, w którym zanik napięcia w elektroenergetycznej sieci zasilającej może spowodować zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, poważne zagrożenie środowiska, a także znaczne straty materialne, należy zasilać co najmniej z dwóch niezależnych, samoczynnie załączających się źródeł energii elektrycznej oraz wyposażyć w samoczynnie załączające się oświetlenie awaryjne (zapasowe lub ewakuacyjne). W budynku wysokościowym jednym ze źródeł zasilania powinien być zespół prądotwórczy.

Są to bardzo ogólne wymagania, które nie precyzują wymagań w zakresie niezawodności zasilania oraz metodyki projektowania układów zasilania.

W odniesieniu do innych obiektów budowlanych, obowiązujące przepisy techniczno-prawne wzmiankowo traktują wymagania dotyczące zasilania w energię elektryczną oraz milcząco podchodzą do wymagań dotyczących układów zasilania i wymaganego poziomu niezawodności dostaw energii elektrycznej.

Wyjątkiem w tym zakresie jest Rozporządzenie Ministra Łączności z 21 kwietnia 1995 roku w sprawie zasilania energią elektryczną obiektów budowlanych łączności (DzU nr 50/1995, poz. 271) [3].

Rys. 1. Schemat blokowo-ideowy zasilania budynku, gdzie: kategoria III – długotrwała przerwa w zasilaniu nie powoduje wystąpienia negatywnych skutków w postaci zagrożenia życia lub dużych strat materialnych, kategoria II – dopuszcza się krótką przerwę niezbędną na uruchomienie zespołu prądotwórczego, kategoria I – nie dopuszcza się żadnej przerwy w zasilaniu, ST – siłownia telekomunikacyjna ac/dc, RNR – rozdzielnica napięcia rezerwowanego, RNG – rozdzielnica napięcia gwarantowanego [źródło: J. Wiatr – Podstawy projektowania przydomowych elektrowni fotowoltaicznych – Grupa Medium 2017 – wydanie I]

Z uwagi na to, że jest to jedyny dokument formalnoprawny precyzyjnie określający wymagania dotyczące zasilania obiektów budowlanych łączności, można na jego podstawie opracować koncepcję układu zasilania dowolnego budynku przedstawioną na rys. 1. W prezentowanym układzie zasilania znajdą się wszystkie źródła zasilania, a ich stosowanie w określonym układzie zasilania może być przyjmowane w zależności od potrzeb i wymaganego poziomu niezawodności. Natomiast podział na poziomy rezerwowania oraz przypisane im źródła zasilania wynika z przyjętego w gospodarce elektroenergetycznej podziału na kategorie zasilanych odbiorników.

Widoczny na rys. 1. pojedynczy zespół prądotwórczy oraz pojedynczy zasilacz UPS, w zależności od potrzeb może być projektowany w układzie redundantnym lub w układzie pracy równoległej.

Coraz powszechniej w układach zasilania budynków pojawiają się generatory PV (pominięte na rys. 1), które mogą funkcjonować autonomicznie lub synchronicznie z siecią elektroenergetyczną, do której oddają nadwyżkę wyprodukowanej energii.

Rys. 2. Schemat blokowy systemu PV: a) autonomicznego, b) przyłączonego do sieci [źródło: Poradnik projektanta Systemów Sygnalizacji Pożaru – cz. II – SITP Warszawa 2009]

Rys. 3. Schemat budowy panelu fotowoltaicznego [źródło: R. Lenartowicz, J. Fangrat –Instalacje zasilające urządzenia bezpieczeństwa pożarowego – ITB Warszawa 2016]

Schematy blokowe obydwu układów PV przedstawia rys. 2. Generatory PV budowane są z paneli fotowoltaicznych, których budowę przedstawia rys. 3.

Rys. 4. Charaktrystyka prądowo-napięciowa I = f(U) pojedynczego ogniwa PV z zaznaczonym punktem mocy maksymalnej PPM [źródło: 33]

Rys. 5. Metodyka tworzenia charakterystyki prądowo-napięciowej generatora PV: a) połączenie szeregowe oraz równoległe, b) kształtowanie charakterystyki wyjściowej generatora PV [źródło: R. Lenartowicz, J. Fangrat –Instalacje zasilające urządzenia bezpieczeństwa pożarowego – ITB Warszawa 2016]

Charakterystykę prądowo-napięciową I = f(U) pojedynczego ogniwa PV przedstawia rys. 4. Łączenie szeregowe oraz równoległe paneli fotowoltaicznych pozwala na kształtowanie charakterystyki prądowo-napięciowej I = f(U), której przebieg przedstawia rys. 5.

Generator PV buduje się z połączonych równolegle gałęzi stanowiących połączone szeregowo panele fotowoltaiczne. Połączenie szeregowe pozwala na uzyskanie wymaganego napięcia (do wartości 1000 V dc) przy prądzie o wartości, jaką wytwarza pojedynczy panel. Natomiast połączenie równoległe umożliwia uzyskanie żądanej wartości prądu dla uzyskania oczekiwanej mocy wyjściowej.

Występujący w układzie zasilania budynku generator PV wraz ze współpracującymi elementami tworzącymi system fotowoltaiczny wymaga w wielu przypadkach magazynu energii. Stan ten powoduje konieczność zapewnienia neutralizacji zagrożeń wybuchowych stwarzanych przez mieszaninę powietrza z wodorem wydzielającym się z akumulatorów stanowiących wyposażenie magazynu energii.

Wymagania w tym zakresie precyzuje norma PN-EN 62040-1:2009 Systemy bezprzerwowego zasilania (UPS). Część 1: Wymagania ogólne i wymagania dotyczące bezpieczeństwa UPS. Aneks M (normatywny). Wentylacja przedziałów bateryjnych.

W praktyce sprowadza się to do wykonania wentylacji sterowanej przez automatykę wyposażoną w układ detekcji stężenia wodoru, dzięki której nie dopuszcza się do przekroczenia 30% Dolnej Granicy Wybuchowości (DGW), która dla mieszaniny wodoru (H₂) z powietrzem wynosi 4%.

W przeciwieństwie do wymagań dotyczących układów zasilania budynków w warunkach normalnej eksploatacji, wymagania dotyczące zasilania urządzeń przeciwpożarowych są precyzyjnie określone w przepisach techniczno-prawnych oraz normach przedmiotowych. W świetle Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 roku, w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 109/2010, poz. 719) [5], urządzenia przeciwpożarowe to stałe lub półstałe urządzenia uruchamiane ręcznie lub automatycznie, służące do:

• zapobiegania powstania pożaru,
• wykrywania powstałego pożaru,
• zwalczania pożaru lub ograniczania jego skutków.

Urządzenia te można podzielić na:

• wymagające zasilania do przejścia w stan pracy pożarowej,
• niewymagające zasilania do przejścia w stan pożarowy.

Literatura

1. Ustawa o ochronie przeciwpożarowej [tekst jednolity: Dz. U. z 2017 roku poz. 736]
2. Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie
[Dz. U. z 2015 roku poz.1422].
3. Rozporządzenie Ministra Łączności z 21 kwietnia 1995 roku w sprawie zasilania energią elektryczną obiektów budowlanych łączności [Dz. U. Nr 50/1995 poz. 271].
4. Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie wykazu wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania [Dz. U. 2007 nr 143 poz. 1002
z późniejszymi zmianami].
5. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010, w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków innych obiektów i terenów [Dz. U. Nr 109/2010 poz. 719].
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 17 listopada 2016 roku, w sprawie sposobu deklarowania właściwości użytkowych wyrobów budowlanych oraz sposobu znakowania ich znakiem budowlanym Dz. U. z 2016 roku poz. 1966].
7. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 24 lipca 2009 roku w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych
[Dz. U. Nr 124/2009 poz. 1030].
8. PN-EN 12101-10:2007 Systemy kontroli rozprzestrzeniania się dymu i ciepła – część 10: Zasilanie.
9. PN-IEC 60364-5-56:1999 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Instalacje bezpieczeństwa.
10. PN-HD 60364-5-56:2013 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Instalacje bezpieczeństwa.
11. PN-EN 54-4: 2002 Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 4: Zasilacze.
12. PN-EN 12101-10: 2007 Systemy kontroli rozprzestrzeniania dymu i ciepła. Część 10: Zasilacze.
13. N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.
14. PN-EN 1363-2:2001 Badanie odporności ogniowej. Część 2: Procedury alternatywne i dodatkowe.
15. PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41. Instalacje dla zapewnia bezpieczeństwa Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
16. PN-EN 50160;2010 Parametry jakościowe napięcia w publicznych sieciach rozdzielczych.
17. ISO8528-5 Zespoły prądotwórcze prądu przemiennego napędzane silnikiem spalinowym tłokowym. Zespoły prądotwórcze.
18. PN-EN 62040-1:2009 Systemy bezprzerwowego zasilania (UPS). Część 1. Wymagania ogólne i wymagania dotyczące bezpieczeństwa UPS. Aneks M (normatywny). Wentylacja przedziałów bateryjnych.
19. M. T. Sarniak - Budowa i eksploatacja systemów fotowoltaicznych – Grupa Medium Warszawa 2015 – wydanie I
20. J. Wiatr; M. Orzechowski – Przeciwpożarowy wyłącznik prądu. Mity a rzeczywistość. - elektro.info nr 1-2/2017 –cz. 1; elektro.info nr 3/2017 – cz. -2.
21. R. Lenartowicz, J. Fangrat –Instalacje zasilające urządzenia bezpieczeństwa pożarowego – ITB Warszawa 2016
22. J. Wiatr; M. Orzechowski – Instalacje elektryczne do zasilania urządzeń elektrycznych, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru – Grupa Medium 2016 – wydanie I.
23. Z. Łęgosz – Potrzeby własne w elektroenergetyce - OPBEE – materiał konferencyjne, Szklarska Poręba 11-13 grudnia 2011
24. Poradnik projektanta Systemów Sygnalizacji Pożaru – cz. II – SITP Warszawa 2009
25. J. Wiatr, M. Orzechowski – Poradnik Projektanta Elektryka – Grupa Medium Warszawa 2012, wydanie V
26. J. Wiatr, A. Boczkowski, M. Orzechowski –Ochrona przeciwporażeniowa oraz dobór przewodów i ich zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia – DW MEDIUM Warszawa 2010 - wydanie I
27. J. Wiatr – Podstawy projektowania przydomowych elektrowni fotowoltaicznych – Grupa Medium 2017 – wydanie I.
28. T. Sutkowski – Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną. Urządzenia i układy. – COSiW SEP 2007
29. P. Tofiło – konspekt do wykład dla studentów SGSP – r. a. 2012/2013
30. www.fizyka.wip.pcz.pl – 16.07.2017
31. www.aval.com.pl -19.07.2017 

Czytaj też: Niebezpieczeństwo pożarowe powodowane niedostosowaniem instalacji odgromowej >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!