Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Urządzenia i instalacje elektryczne a pożar (część 1.)

Electrical devices and installations vs. fire. Part
Model fizyczny nagrzewania przewodu podczas pożaru
Model fizyczny nagrzewania przewodu podczas pożaru
Rys. S. Ptak, A. Barasiński

Integralną częścią każdego budynku jest instalacja elektryczna, zapewniająca jego prawidłową i bezpieczną eksploatację. Każdy dom, biuro, zakład pracy posiada kilkanaście, czy nawet kilkaset odbiorników energii elektrycznej. Projektując i montując instalacje oraz produkując urządzenia elektryczne, należy robić to w taki sposób, aby w całym okresie ich użytkowania spełniały wymagania określone w normach i przepisach, gwarantując wyznaczony komfort życia mieszkańców.

W artykule:

• Oddziaływanie pożaru na funkcjonowanie instalacji i urządzeń
• Model nagrzewania przewodu w warunkach pożaru
• Wpływ spadku napięcia na sprawność silnika

Wykonane instalacje elektryczne powinny cechować się [1]:

  • niezawodnością w dostarczaniu energii elektrycznej o określonej jakości;
  • nieuciążliwością i bezpieczeństwem użytkowania, ze szczególnym uwzględnieniem ochrony przeciwporażeniowej;
  • ochroną ludzi i środowiska przed skażeniem oraz emitowaniem drgań, ciepła, hałasu i pola magnetycznego.

Czytaj też: Certyfikacja źródeł zasilania stosowanych w ochronie przeciwpożarowej >>

W zależności od budowy urządzeń i odbiorników energii elektrycznej, sposobu użytkowania, zmieniających się warunków pracy, wykonania oraz niedopasowania urządzeń do warunków technicznych, nieprawidłowa praca instalacji elektrycznej naraża jej użytkowników na różnego rodzaju zagrożenia. Jednym z najniebezpieczniejszych zagrożeń, oprócz porażenia prądem elektrycznym, jest pożar. Większość ze wspomnianych zagrożeń powstałych podczas pracy instalacji elektrycznej zostaje zainicjowanych przez zły stan izolacji przewodów i kabli elektrycznych, wynikający z uszkodzeń mechanicznych lub zachodzących procesów starzeniowych, jednakże spora część to efekt niewłaściwego sposobu użytkowania.

Sam prąd elektryczny przepływający przez urządzenia i instalacje elektryczne, może w sposób czynny zainicjować pożar, stając się jego źródłem. Jednak te same urządzenia i przewody stanowią materiał palny, wpływając na przebieg i rozprzestrzenienie się pożaru. W tym kontekście szczególną uwagę należy zwrócić na materiały będące obudową sprzętu i oprzewodowania elektrycznego.

Informacje te sugerować mogłyby słabość/wadę stosowania instalacji, jednak mogą też stanowić przydatną „broń” w zwalczaniu pożaru, alarmowaniu i ułatwianiu procesu ewakuacji osób. Mowa tutaj o instalacjach i urządzeniach funkcjonujących w warunkach pożaru, takich jak: DSO, oświetlenie ewakuacyjne, zasilanie dźwigów dla ekip ratowniczych, klap dymowych i silników do pomp pożarowych.

W artykule przedstawiono wpływ urządzeń i instalacji elektrycznych codziennego użytku na powstanie, rozprzestrzenianie pożaru oraz jego oddziaływanie na sprawność specjalistycznych urządzeń i instalacji elektrycznych funkcjonujących w warunkach pożaru, w kontekście bezpieczeństwa pożarowego budynków.

Oddziaływanie pożaru na funkcjonowanie instalacji i urządzeń

Przepływowi prądu elektrycznego przez urządzenia i instalacje elektryczne towarzyszą straty energii. Straty te wynikając m.in. z rezystancji wewnętrznej przewodników. Wartości strat nie są stałe i zależą od wielu czynników, np.:

  • rodzaju materiału przewodnika;
  • pola przekroju poprzecznego przewodnika;
  • temperatury przewodnika.

Z punktu widzenia ochrony przeciwpożarowej, głównymi czynnikami oddziaływującymi na urządzenia i instalacje elektryczne są: płomienie, ciepło i gazy pożarowe. O ile gazy pożarowe, często korozyjne i toksyczne, i płomień prowadzą do zmian struktury powłoki, izolacji przewodów i obudów urządzeń elektrycznych wykonanych z tworzyw sztucznych, o tyle podwyższona temperatura powoduje wzrost temperatury samej żyły czy uzwojeń silnika. Szczególnego znaczenia nabiera fakt, iż w zależności od stadium pożaru i jego przebiegu, płomień nie zawsze jest w stanie sięgnąć wysokości, gdzie przymocowane są kanały kablowe. Z kolei ciepło (i gazy pożarowe) na skutek konwekcji unosić się będzie do góry, przez co temperatura pomieszczenia osiągnie największe wartości w warstwach podsufitowych. Te powszechnie znane zjawiska stały się inspiracją do zbudowania modelu fizycznego, mającego na celu weryfikację wpływu wzrastającej temperatury otoczenia na sprawność instalacji i urządzeń elektrycznych funkcjonujących w warunkach pożarowych.

Model nagrzewania przewodu w warunkach pożaru

W celu analizy spadków napięć powstałych w przewodach funkcjonujących podczas pożaru stworzono uproszczony (pseudotrójwymiarowy) model nagrzewania. Na rysunku 1. przedstawiono ilustrację założeń fizycznych.

Poniżej zestawiono najważniejsze założenia, w tym przyjęte uproszczenia modelu fizycznego analizowanego zjawiska:

  • temperatura pożaru – rozwój pożaru następuje zgodnie z krzywą pożaru standardowego [2], tj. wg równania Tot = 345·log(8·t+1)+20 [°C], gdzie Tot jest temperaturą otoczenia [°C], a t czasem [min],
  • przewód jednożyłowy izolowany o długości L [m] i polu przekroju poprzecznego s [mm2] umieszczony jest w obszarze pomiędzy przepustami kablowymi. Po zewnętrznej stronie przepustów temperatura pomieszczeń jest stała (20°C),
  • wymiana ciepła z otoczeniem (pożarem) następuje poprzez przejmowanie ciepła (konwekcja w płynie), zgodnie z równaniem Newtona: q = α(Tot – TPVC), gdzie α jest współczynnikiem przejmowania ciepła [W/(m2·K)], q – strumieniem ciepła [W/m2], T – temperaturami odpowiednio: otoczenia (pożaru) oraz powierzchni izolacji. Na tej podstawie obliczana jest temperatura powierzchni przewodu,
  • wymiana ciepła wewnątrz przewodu zachodzi na skutek przewodzenia, zgodnie z równaniem Fouriera (strumień ciepła skierowany do wnętrza przewodu):
  • gdzie: λ – współczynnik przewodzenia ciepła [W/(m·K)], dn – jednostkowa szerokość materiału [m] (dla danych oznaczeń w osi OY). Analogicznie wyznaczano pozostałe strumienie ciepła w osi OX, tj. pomiędzy sąsiadującymi elementami skończonymi (izolacji i miedzi oddzielnie),
  • na podstawie zmian temperatury obliczono zmiany rezystancji żyły przewodu, zgodnie z zależnością: RT = R20 (1+αR·ΔT), gdzie: R20 – rezystancja przewodnika w temperaturze 20°C; αR – temperaturowy współczynnik rezystancji [1/K]; ΔT – zmiana temperatury.
  • w celu wyznaczania obciążalności przewodu IZ w zależności od pola przekroju poprzecznego żyły s przybliżono dane normowe dla przewodu kategorii A, uzyskując zależność: IZ = 18,203·s0,6124. Na podstawie prawa Ohma, dla maksymalnej obciążalności przewodu oszacowano spadek napięcia na jednostkę długości przewodu [V/m].

Walidacji modelu dokonano poprzez analizę fizyczności przyjętych założeń dla odmiennych warunków początkowych. Na rysunku 2. zobrazowano przyjęty model wymiany ciepła.

Ilustracja założeń modelu nagrzewania przewodu w warunkach pożar
Rys. 2. Ilustracja założeń modelu nagrzewania przewodu w warunkach pożar


Wyniki wykonanej symulacji przedstawiono na rysunku 3. Należy nadmienić, że jako warunki graniczne modelu przyjęto czas trwania pożaru równy 10 h, co z jednej strony nie odpowiada warunkom rzeczywistym (czas podjęcia działań gaśniczych, dostępność materiału palnego), jednak pozwala na analizę fizyczności modelu, tj. stwierdzenia wykładniczego przebiegu.

Wyniki symulacji ogrzewania przewodu
Rys. 2. Wyniki symulacji ogrzewania przewodu w czasie pożaru dla danych: L = 10 m, s = 10 mm2, średnica zewnętrzna przewodu: 5,4 mm, dt = 1 s, dx = 10 mm, t = 10 h

Przeprowadzona symulacja wskazuje, że spadek napięcia w trakcie pożaru, w przeliczeniu na jednostkę długości przewodu wyniesie kilka dziesiątych części wolta, przy czym obliczenia wykonano dla maksymalnej dopuszczanej obciążalności prądowej przewodu. W warunkach rzeczywistych, stosując zwiększone pola przekrojów poprzecznych przewodów, zjawisko wzrostu strat przesyłowych zachodzić będzie powolniej. Także konstrukcja przewodów ognioodpornych, tj. większa ilość żył, bardziej zaawansowana izolacja (taśma mikowa, także uniepalniony polwinit, np. z dodatkiem wodorotlenku magnezu, powodujący wytwarzanie pary wodnej przy powierzchni nagrzewanego przewodu), może wpływać na spowolnienie tego procesu. Powyższe wyniki stanowią zatem pewne przeszacowanie, ilustrujące samo zjawisko.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[instalacje elektryczne, pożar, przewód ognioodporny, pompy pożarnicze, przyczyny pożarów, ochrona ppoż., ochrona przeciwpożarowa, przewód]

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 6/2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Weź udział w konkursie, zdobywaj wiedzę i atrakcyjne nagrody! »

Liga specjalistów - konkurs

Jesteś profesjonalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Jesteś uczniem lub studentem kierunku technicznego?
czytam dalej »

 


Kompleksowe inspekcje termowizyjne - gdzie szukać pomocy? »

Termowizja inspekcja

Przez ostatnie stulecie zbudowano wiele urządzeń pomiarowych w zakresie podczerwieni, ale największe możliwości i popularność zyskały rozwiązania... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania »?

Słupy oswietlenia zewnętrznego - na co zwrócić uwagę przy wyborze? »

Ranki łączniki gniazdka Szynoprzewody - małe i średnie instalacje
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia ulicznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

automatyka przemysłowa elektronika
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Dobór ograniczników przepięć typu 1 »

Energetyka wiatrowa w Polsce wady i zalety?

ograniczniki konwersja energii elektryczne
Kombinowane ograniczniki przepięć jako urządzenia do ograniczania przepięć mają za zadanie zmniejszenie do bezpiecznych poziomów napięcia w instalacji elektrycznej oraz na wejściu zasilanych urządzeń: podczas operacji łączeniowych ń (...) czytam więcej » Udział odnawialnych źródeł energii w Polsce stanowi około 14% całkowitej produkcji energii elektrycznej, z czego energetyka wiatrowa stanowi obecnie ponad... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Pobierz darmowy ebook i usprawnij instalacje przewodów »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - przewodnik
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Poznaj najskuteczniejsze sposoby oznaczania kabli i komponentów wykorzystywanych w branżach elektrycznych i telekomunikacyjnych... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać szafy sterownicze
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
9/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Metody badania funkcji zabezpieczeń nadprądowych przekaźników elektroenergetycznych
  • - Fotowoltaika szansą rozwoju dla komunikacji miejskiej
Zobacz szczegóły

Zmiany w programie Mój Prąd

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Morskiej poinformował, że został skorygowany wzór wniosku o dofinansowanie w ramach programu Mój Prąd. Wprowadzona zmiana umożliwia...

Przekaźnik instalacyjny o wysokiej odporności na prąd udarowy

RPI-1ZI-U24A firmy Relpol, to nowy przekaźnik instalacyjny, który wytrzymuje prąd załączania 120 A w czasie 20 ms. Przekaźnik ten przeznaczony jest do załączania obwodów o wysokim...
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl