Zasilanie elektryczne urządzeń energetyki funkcjonujących w czasie pożaru
Rozdzielnia potrzeb własnych 0,4 kV budynku energetycznego z dwoma niezależnymi układami zasilania elektrycznego z niezależnych systemów rozdzielni głównej, gdzie: WP ppoż. – wyłącznik przeciwpożarowy prądu, SE I, SE II – sekcje rozdzielni głównej, Rpw.
J. Szczotka
Rozbudowa systemu elektroenergetycznego, jaka ma obecnie miejsce, jest związana z wprowadzaniem coraz nowocześniejszych technologii wytwarzania i przesyłu energii elektrycznej. Podyktowane jest to potrzebami rynku energetycznego, wymagającego dużej dyspozycyjności i niezawodności zasilania elektrycznego. Rozwiązania wprowadzane w obiektach energetyki muszą być niezawodne, a przy tym bardzo bezpieczne.
Zobacz także
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Optymalny rozdział potencjałów dzięki nowym złączkom TOPJOB® S
Rodzina złączek listwowych TOPJOB® S poszerzyła się ostatnio o nowe rozwiązanie – kompaktowe bloki rozdzielcze, które pozwalają na wydajny rozdział potencjałów za pomocą jednej tylko złączki – bez żadnych...
Rodzina złączek listwowych TOPJOB® S poszerzyła się ostatnio o nowe rozwiązanie – kompaktowe bloki rozdzielcze, które pozwalają na wydajny rozdział potencjałów za pomocą jednej tylko złączki – bez żadnych dodatkowych elementów.
Farnell Projekty w trudnych warunkach przemysłowych
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe...
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe tylko wtedy, gdy wszystkie komponenty przetrwają w trudnym środowisku. Systemy muszą wytrzymywać gorące, wilgotne i trudne warunki oraz niszczące pola elektryczne i magnetyczne. Specyficzne warunki środowiskowe, w których produkt jest używany, wpływają na jego specyfikacje. Takie specyfikacje należy...
Gabriel Szklarek Modelowanie i analiza stabilności sterowania częstotliwością w mikrosieciach wyspowych o nierównomiernym podziale generacji mocy
Dzisiejsza struktura zdecentralizowanych systemów energetycznych wymusza stosowanie zaawansowanych algorytmów sterowania częstotliwością [1]. W układach wyspowych o mocach znamionowych w przedziale od...
Dzisiejsza struktura zdecentralizowanych systemów energetycznych wymusza stosowanie zaawansowanych algorytmów sterowania częstotliwością [1]. W układach wyspowych o mocach znamionowych w przedziale od 1 do 50 MW, gdzie bezwładność systemu jest niska ze względu na dominację interfejsów energoelektronicznych, kluczową rolę odgrywają szybkie źródła regulacyjne. Jednak w sytuacjach, gdy źródło o małej mocy znamionowej musi kompensować ubytki generacji jednostek dominujących, dochodzi do zjawiska nasycenia...
Wspólnym wyznacznikiem bezpieczeństwa w energetyce jest odporność systemu elektroenergetycznego na powstałe zakłócenia w jego funkcjonowaniu. System elektroenergetyczny jest układem dynamicznym, o stale zmieniających się parametrach zapotrzebowania mocy w różnych rejonach kraju oraz potrzeb kontrahentów zagranicznych.
WARTO WIEDZIEĆ >>
Sprawdź zawartość i cenę w Księgarni Technicznej >>
Niezawodność pracy systemu elektroenergetycznego wiąże się z zapewnieniem odpowiednio wysokiego poziomu bezpieczeństwa technicznego wszystkich urządzeń i obiektów stanowiących system. Do obiektów o podstawowym znaczeniu technologicznym w systemie elektroenergetycznym należą elektrownie wytwarzające energię elektryczną, linie przesyłowe łączące elektrownie ze stacjami rozdzielczymi oraz stacje transformatorowo- rozdzielcze stanowiące źródła energii elektrycznej dla odbiorców. W każdym ze wskazanych ogniw występują obiekty technologiczne podatne na różnego rodzaju awarie, w tym powstanie pożaru.
Analizując problematykę bezpieczeństwa pożarowego koniecznym jest odniesienie jej do całości spraw bezpieczeństwa technicznego. Bezpieczeństwo pożarowe obiektów energetycznych rządzi się specyficznymi uwarunkowaniami technicznymi i organizacyjnymi. W tej grupie obiektów znaczny jest udział budynków, w których odbywa się wytwarzanie energii elektrycznej i jej przetwarzanie stosownie do wymagań technologicznych systemu elektroenergetycznego.
Zapewnienie bezpieczeństwa pożarowego osiąga się stosując zabezpieczenia bierne i czynne ochrony przeciwpożarowej. Zabezpieczenia bierne osiągane są poprzez odpowiednią konstrukcję budynków elektroenergetycznych, podział na strefy pożarowe i wykonanie wydzieleń pożarowych pomieszczeń, w których zabudowane są systemy i układy realizujące ważne funkcje zabezpieczające i sterowania technologicznego.Musimy mieć świadomość, że procesy technologiczne w głównej mierze obejmują energię elektryczną. Wszystkieinne funkcje są wspomagające i zmierzają do uzyskania odpowiedniej ilości energii elektrycznej o wymaganych parametrach. Tym samym w układach elektroenergetycznych niedozwolonym jest klasyczne definiowanie funkcjiprzeciwpożarowego wyłącznika prądu. W takich obiektach jak elektrownie i przesyłowe stacje transformatoroworozdzielcze energia elektryczna ma zasadniczo dwie funkcje, bardzo odmienne, a mianowicie; jest przedmiotem operacji technologicznych, a ponadto jest konieczna do utrzymania produkcji energii oraz zapewnienia bezpieczeństwa technicznego w bardzo rozległym ujęciu obszarowym.
Przy wszystkich wskazanych wyżej uwarunkowaniach występuje uże zagrożenie pożarowe z uwagi na media palne w elektrowniach, duże wartości mocy elektrycznych przetwarzanych i przesyłanych do sieci elektroenergetycznej oraz palne izolacje przewodów i kabli stwarzających duże wartości obciążenia ogniowego. W celu zapewnienia realizacji zadań technologicznych i utrzymania bezpieczeństwa technicznego w takich obiektach, są wydzielane układy potrzeb własnych zapewniające zasilanie elektryczne wszystkich urządzeń technologicznych i systemów bezpieczeństwa. W krajowym systemie elektroenergetycznym układy potrzeb własnych są na napięcia 0,4 i 6 kV. Realizujące te zadania rozdzielnie potrzeb własnych służą również do zasilania urządzeń przeciwpożarowych, które zaliczane są do zabezpieczeń przeciwpożarowych czynnych. Rozdzielnie potrzeb własnych w każdym przypadku posiadają co najmniej dwa niezależne źródła zasilania elektrycznego.
W większych elektrowniach źródłami są generatory prądu, a układy są tak skonfigurowane, że uzyskuje się kilka źródeł niezależnych. Kable zasilające rozdzielnie potrzeb własnych powinny być prowadzone wydzielonymi trasami w kanałach lub tunelach kablowych stanowiących wydzielone pożarowo przestrzenie. Kable do realizacji ważnych funkcji bezpieczeństwa nie mogą posiadać połączeń za pomocą muf, a układać należy je na najniżej położonej odrębnej półce w tunelu lub kanale. Rozdzielnie potrzeb własnych wraz z transformatorami realizujące funkcje bezpieczeństwa powinny być wydzielone pożarowo do odrębnych stref pożarowych.
W układach potrzeb własnych bardzo ważne jest zapewnienie źródeł prądu stałego z baterii akumulatorowych oraz zestawów prostownikowych. Prądem stałym o napięciu powyżej 60 V zasila się obwody sterowania wyłącznikami oraz aparaturę zabezpieczeń i pomiarów technologicznych. Obwody prądu stałego w układach zabezpieczeń powinny być realizowane w systemie IT z kontrolą stanu izolacji obwodu. Z rozdzielni potrzeb własnych zasilane są urządzenia przeciwpożarowe oraz technologiczne o znaczeniu równoważnym urządzeniom przeciwpożarowym. Obwody zasilające te urządzenia powinny być wykonane kablami i przewodami ognioodpornymi lub prowadzone w wydzielonych ognioodpornych korytach lub szybach instalacyjnych. Odporność ogniowa kabli i przewodów nie powinna być mniejsza niż E90, a obudów niż EI90.
Duże znaczenie ma również zapewnienie bezpieczeństwa osób prowadzących działania ratowniczo-gaśnicze w tych obiektach z uwagi na brak możliwości szybkiego wyłączenia generatorów i rozdzielni głównych.
Przyjęta koncepcja ochrony przeciwpożarowej obiektu energetycznego powinna ustalić w sposób niebudzący wątpliwości, jakie urządzenia przeciwpożarowe i bezpieczeństwa technologicznego będą pracować w czasie pożaru w obiekcie. W obowiązujących przepisach budowlanych i dotyczących bezpieczeństwa pożarowego zostały określone podstawowe zasady i kryteria zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego, uściślono również zakres pojęcia „urządzenie przeciwpożarowe”. Do urządzeń przeciwpożarowych zgodnie z § 2 ust. 7 Rozporządzenia Ministra Spraw wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów zalicza się między innymi takie, które wymagają zasilania elektrycznego jak:
- urządzenia wchodzące w skład systemu sygnalizacji pożarowej i dźwiękowego systemu ostrzegawczego,
- instalacje oświetlenia ewakuacyjnego (nie jest to tożsame z oprawami oświetlenia ewakuacyjnego, które stanowią osprzęt instalacji oświetlenia ewakuacyjnego),
- pompy w pompowniach przeciwpożarowych,
- przeciwpożarowe klapy odcinające,
- urządzenia oddymiające,
- urządzenia gaśnicze i zabezpieczające,
- drzwi i bramy przeciwpożarowe wyposażone w systemy sterowania.
Urządzenia przeciwpożarowe oraz bezpieczeństwa technologicznego pracujące w czasie pożaru wymagają wykonania zasilania zgodnie z zasadami ustalonymi dla obwodów instalacji bezpieczeństwa. Obowiązuje zasada zapewnienia co najmniej dwóch niezależnych źródeł prądu.
W obiektach elektroenergetycznych obwody instalacji bezpieczeństwa zasilające urządzenia przeciwpożarowe i bezpieczeństwa technicznego prowadzone są z rozdzielni potrzeb własnych. W tej grupie obiektów należy wyróżnić rodzaje obwodów, pozwoli to na uściślenie wymagań w zakresie wykonania instalacji i jej zabezpieczenia. W praktyce wyodrębnia się kilka rodzajów obwodów instalacji elektrycznej urządzeń przeciwpożarowych i bezpieczeństwa, a w szczególności:
- obwody zasilania elektrycznego urządzeń pracujących w warunkach pożaru, jak np. wentylatory oddymiania, pompy wodnych instalacji gaśniczych, maszynownie dźwigów służących do działań ratowniczo-gaśniczych, układów chłodzenia technologicznego, układów olejowych,
- obwody sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej, jak np. klap odcinających, klap dymowych, drzwi i bram przeciwpożarowych, sterowania wyłącznikami prądu rozdzielni głównych i odłączania generatorów prądu,
- obwody zasilania oświetlenia ewakuacyjnego, a także oświetlenia bezpieczeństwa w przypadku korzystania z oświetlenia bezpieczeństwa jako ewakuacyjnego w przypadku pożaru. W praktyce sytuacja taka wystąpi w rozwiązaniach zapewnienia oświetlenia ewakuacyjnego poprzez oświetlenie bezpieczeństwa,
- obwody sygnalizacyjne o napięciu bezpiecznym, np. w systemach sygnalizacji pożaru, systemach ostrzegawczych i alarmowych, systemach monitorowania położenia klap, zaworów itp.,
- obwody pomiarowe, np. realizujące ciągłe pomiary oporności izolacji przewodów i kabli zasilających urządzenia pracujące w warunkach pożaru w układach typu IT, detekcji stężeń atmosfer wybuchowych,
- obwody SELV (safety extra – low voltage) bardzo niskiego napięcia bezpieczne, zasilane z baterii akumulatorów lub transformatora ochronnego, np. informatyczne łącza komputerowe, kontroli dostępu, sygnału wizji i fonii z kamer i mikrofonów w systemach bezpieczeństwa.
Każdy z wyżej wskazanych obwodów elektrycznych pracujący w warunkach pożaru powinien spełniać wymagania dotyczące instalacji bezpieczeństwa.
Zasilanie elektryczne urządzeń przeciwpożarowych i bezpieczeństwa technologicznego powinno zapewnić ciągłość dostawy energii elektrycznej w warunkach pożaru przez czas działania tych urządzeń, jednak nie mniejszy niż 90 minut. Ustalenie wymaganego czasu działania urządzeń przeciwpożarowych i bezpieczeństwa technologicznego jest bardzo ważną czynnością – należy przy tym posłużyć się scenariuszem zdarzeń pożarowych i stanów awaryjnych w obszarze zabezpieczanym i nadzorowanym. Koniecznym jest uwzględnienie oddziaływania na urządzenia sąsiednie, np. bloki energetyczne znajdujące się w tej samej strefie pożarowej. Nie ma technicznych możliwości wyłączenia wszystkich bloków energetycznych w strefie pożarowej. Rozwiązania stosowane w energetyce na całym świecie dopuszczają lokalizowanie kilku bloków w jednej hali maszynowni stanowiącej strefę pożarową. Jako strefy pożarowe wydzielane są wyprowadzenia prądu z generatorów z rozdzielniami głównymi i transformatorami blokowymi podwyższającymi napięcie. Wymagany poziom bezpieczeństwa w maszynowniach uzyskuje się poprzez zapewnienie odległości pomiędzy blokami, ustalanej na podstawie oceny ryzyka występowania i zasięgu działania prawdopodobnych awarii, w tym pożaru.
Na podstawie analizy wniosków scenariusza zdarzeń ustalony powinien być również sposób prowadzenia i mocowania przewodów i kabli obwodów bezpieczeństwa pracujących w czasie pożaru. Dla budynków energetyki nieposiadających ochrony stałym urządzeniem gaśniczym tryskaczowym, czas działania urządzeń przeciwpożarowych może wynieść nawet 180 minut, a w przypadku urządzeń bezpieczeństwa technologicznego może być jeszcze dłuższy. W warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, dopuszczono ograniczenie czasu zapewnienia ciągłości dostawy energii elektrycznej zasilania urządzeń przeciwpożarowych do 30 minut, jeżeli przewody i kable zasilające urządzenia przeciwpożarowe znajdują się w obrębie przestrzeni chronionych stałym urządzeniem gaśniczym tryskaczowym oraz dla przewodów i kabli zasilających i sterujących urządzeniami klap dymowych.
Zapewnienie dostawy energii elektrycznej należy realizować z źródeł zasilania odpowiadających warunkom instalacji bezpieczeństwa. Źródła zasilania powinny być zainstalowane na stałe i w taki sposób, aby nie mogły ulec uszkodzeniu w przypadku uszkodzenia źródła zasilania podstawowego. Zasilanie prowadzone z oddzielnych źródeł do rozdzielni potrzeb własnych powinno być wykonane z zapewnieniem wydzielenia transformatorów i rozdzielni potrzeb własnych jako odrębnych stref pożarowych. System rozdzielczy źródeł zasilania obwodów bezpieczeństwa należy wykonać w szafach rozdzielczych, usytuowanych bezpiecznie względem rozdzielni ogólnej potrzeb własnych.
Urządzenie posiadające własne niezależne źródło zasilania odpowiadające warunkom instalacji bezpieczeństwa nie musi posiadać zewnętrznego źródła zasilania spełniającego warunki instalacji bezpieczeństwa. Powyższe dotyczy centralek sterowania klap oddymiających wyposażonych w własne źródła zasilania, a także centralek sygnalizacji pożaru z własnym źródłem obliczonym na czas pełnego alarmowego działania 30 minut przy jednej strefie pożarowej i co najmniej 60 minut przy ochronie większej liczby stref pożarowych.
Na przykładach dwóch rozdzielni zostaną przedstawione układy rozdzielni potrzeb własnych zasilającej urządzenia przeciwpożarowe:
- rozdzielnia potrzeb własnych 0,4 kV budynku energetycznego z dwoma niezależnymi układami zasilania elektrycznego z niezależnych systemów rozdzielni głównej. Przeciwpożarowy wyłącznik prądu odbiorów technologicznych niepracujących podczas pożaru (rys. 1.).
- rozdzielnia 0,4 kV urządzeń przeciwpożarowych i bezpieczeństwa technologicznego zasilana poprzez oddzielne transformatory potrzeb własnych w elektrowni. Wyłączenie prądu w stanach awaryjnych bloku prowadzone zgodnie z ustaloną procedurą obejmuje obszar zagrożonego bloku energetycznego. Transformatory potrzeb własnych, transformatory zasilania rozdzielni pożarowej, rozdzielnia potrzeb własnych i rozdzielnia pożarowa wydzielone są do odrębnych stref pożarowych (rys. 2.).
W obiektach elektroenergetycznych o podstawowym znaczeniu dla zapewnienia stabilnej pracy krajowego systemu elektroenergetycznego, konieczne jest dodatkowe źródło zasilania obwodów bezpieczeństwa, niezależne od sieci przesyłowych. Są to najczęściej baterie akumulatorowe i rezerwowe zespoły prądotwórcze.
Źródła zasilania powinny być zainstalowane w odpowiednio przystosowanym do tego miejscu i dostępne tylko dla osób posiadających odpowiednie uprawnienia. Pomieszczenia, w których znajdują się zespoły prostowników i akumulatory instalacji bezpieczeństwa, powinny stanowić odrębne strefy pożarowe, wydzielone od strefy pożarowej, w której zabudowane są urządzenia zasilane z tych instalacji bezpieczeństwa. Miejsce zainstalowania źródeł zasilania, którymi są zespoły prądotwórcze, powinno być odpowiednio wentylowane tak, aby wytwarzające się gazy i dymy nie mogły przenikać do pomieszczeń przeznaczonych dla ludzi.
Pojedyncze źródło zasilania instalacji bezpieczeństwa nie może być równocześnie wykorzystane do innych celów. Jeżeli dysponuje się większą liczbą źródeł zasilania, mogą one być równocześnie użytkowane jako źródła wzajemnie się rezerwujące w tych przypadkach, gdy przy uszkodzeniu jednego z nich pozostałe dysponują wystarczającą energią do rozruchu i utrzymania w ruchu wszystkich urządzeń bezpieczeństwa. Wymaga to na ogół samoczynnego wyłączenia urządzeń niezwiązanych bezpośrednio z instalacją bezpieczeństwa.
Wskazane warunki wyznaczają możliwy zakres rozwiązań technicznych, jakie powinny być uwzględniane w celu zapewnienia właściwego poziomu bezpieczeństwa pożarowego w przemysłowych budynkach energetyki. W mniejszych obiektach energetyki, w których brak możliwości zapewnienia dwóch niezależnych źródeł energii elektrycznej, konieczne jest zabudowanie odpowiedniego rezerwowego źródła zasilania instalacji bezpieczeństwa. Źródłemzasilania obwodów instalacji elektrycznej urządzeń przeciwpożarowych w takim przypadku mogą być:
- bateria akumulatorów zapewniająca zasilanie obwodów przez wymagany czas działania urządzenia przeciwpożarowego. W zasileniach akumulatorowych o napięciu powyżej 60 V należy stosować system IT z kontrolą stanu izolacji. Przykład takiego rozwiązania w systemie IT pokazano na rysunku 3.,
- ogniwa galwaniczne zapewniające zasilanie obwodów przez wymagany czas działania urządzenia przeciwpożarowego,
- zespół prądotwórczy uruchamiający się samoczynnie z chwilą wykrycia pożaru przez system sygnalizacji pożaru lub zadziałania instalacji gaśniczej i zapewniający ciągłość zasilania przez czas minimum czterech godzin. Obwody zasilania urządzeń przeciwpożarowych z zespołu prądotwórczego powinny zapewnić ciągłość dostawy energii elektrycznej przez czas działania urządzenia przeciwpożarowego. Zespół ten nie może w żadnym przypadku podać napięcia na obwody wyłączane przeciwpożarowym wyłącznikiem prądu. Przewody i kable obwodów zasilających urządzenia przeciwpożarowe z zespołu prądotwórczego wraz z zamocowaniami powinny być ognioodporne.
Urządzenia przeciwpożarowe działające w czasie pożaru dla potrzeb jednej strefy pożarowej, wyposażone w zabudowane na stałe własne niezależne źródła zasilania zapewniające ciągłość dostawy energii przez czas działania urządzenia, nie wymagają drugiego zasilania spełniającego warunki instalacji bezpieczeństwa. W takiej sytuacji własne źródło zasilania – spełniające warunki instalacji bezpieczeństwa, w przypadku pożaru zapewnia ciągłość dostawy energii elektrycznej. W przypadku zasilania elektrycznego urządzenia przeciwpożarowego zabezpieczającego kilka stref pożarowych, należy zapewnić ciągłość dostawy energii elektrycznej przez czas wynikający z najbardziej niebezpiecznego wariantu scenariusza rozwoju pożaru w zabezpieczanych strefach pożarowych.
Kable prowadzone z rozdzielni urządzeń przeciwpożarowych, zasilających urządzenia przeciwpożarowe, powinny posiadać odporność ogniową ustaloną z uwzględnieniem scenariusza rozwoju pożaru, jednak nie mniej niż E90 lub PH90, a w przypadku pełnej ochrony stałą instalacją tryskaczową nie mniej niż E30 lub PH30.
Omawiane problemy przedstawiają uwarunkowania związane z obwodami bezpieczeństwa, do których niewątpliwie zaliczają się obwody zasilające urządzenia przeciwpożarowe. Kwestie rozwiązań technicznych związane z urządzeniami przeciwpożarowymi nie zostały jednoznacznie określone w przepisach. Nie zwalnia to jednak projektantów i wykonawców z obowiązku zapewnienia wysokiego poziomu bezpieczeństwa, w rzeczywistych warunkach pracy instalacji elektroenergetycznych. Jest sprawą oczywistą, że żadna regulacja prawna nie rozwiąże wszystkich problemów, jakie mogą wystąpić w praktyce, dlatego też dokładne przeanalizowanie wszystkich przesłanek w rozwiązywaniu tych problemów jest bardzo ważne. Daje ono gwarancję zachowania odpowiedniego poziomu technicznego przyjętego rozwiązania i zapewnienia wysokiego poziomu bezpieczeństwa pożarowego.
