Aktywne zabezpieczenia przeciwpożarowe w przestrzeniach tuneli kablowych
Fot. 1. Wygląd tunelu pomiarowego z komorą spalania wraz z oprzyrządowaniem
Artykuł jest próbą oceny doboru czujek pożarowych do ochrony przeciwpożarowej z uwzględnieniem warunków panujących w tunelach kablowych. Dokonano badania spalania i rozkładu termicznego różnych kabli halogenowych i bezhalogenowych w tunelu badawczym skonstruowanym na potrzeby wyznaczania wpływu prędkości przepływu mieszaniny powietrzno-dymowej na czułość pożarowych czujek dymu. Określono sposób doboru czujek dymu ze względu na sposób spalania kabli. Omówiono rozmieszczenie czujek w tunelach biorąc pod uwagę nadzór nad tunelami. Zaproponowano dobór wybranych urządzeń gaśniczych uruchamianych zastosowanymi czujkami pożarowymi dymu.
Zobacz także
ZnakDirect sp. z o.o. Znak Direct – znaczniki kablowe i inne oznakowania projektowane online
Czytelne i trwałe oznakowanie urządzeń, przewodów, kabli, szaf sterowniczych oraz elementów instalacji ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa pracy, sprawnego montażu i późniejszej obsługi technicznej. Firma...
Czytelne i trwałe oznakowanie urządzeń, przewodów, kabli, szaf sterowniczych oraz elementów instalacji ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa pracy, sprawnego montażu i późniejszej obsługi technicznej. Firma Znak Direct oferuje szeroki wybór tabliczek, oznaczników, naklejek i znaków przeznaczonych dla przemysłu, elektroinstalatorów, automatyków, producentów maszyn oraz wykonawców instalacji technicznych.
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Rodzina złączek instalacyjnych 221 wciąż się powiększa!
Otwórz dźwignię, wsuń przewód i gotowe! Tak proste jest łączenie przewodów za pomocą złączek instalacyjnych z dźwigniami z serii 221. Ta dobrze znana rodzina złączek instalacyjnych WAGO właśnie się powiększyła!...
Otwórz dźwignię, wsuń przewód i gotowe! Tak proste jest łączenie przewodów za pomocą złączek instalacyjnych z dźwigniami z serii 221. Ta dobrze znana rodzina złączek instalacyjnych WAGO właśnie się powiększyła! Dzięki nowej, 2-rzędowej złączce instalacyjnej z dźwigniami z serii 221 można intuicyjnie i bez użycia narzędzi połączyć ze sobą do dziesięciu przewodów na tym samym potencjale.
BRADY Polska sp. z o.o. Szybciej, bezpieczniej, lepiej: profesjonalne i efektywne zarządzanie kablami
Wyraźna i dokładna identyfikacja przewodów, kabli i komponentów jest kluczowa dla elektryków. Dzięki dobrze oznakowanym kablom z odpowiednimi i niezawodnymi etykietami mogą oni szybko zrozumieć konfigurację...
Wyraźna i dokładna identyfikacja przewodów, kabli i komponentów jest kluczowa dla elektryków. Dzięki dobrze oznakowanym kablom z odpowiednimi i niezawodnymi etykietami mogą oni szybko zrozumieć konfigurację systemu, co skraca czas rozwiązywania problemów i minimalizuje ryzyko błędów. To nie tylko poprawia wydajność, ale także zwiększa bezpieczeństwo.
StreszczenieW artykule omówiono aktywne zabezpieczenia przeciwpożarowe kabli w tunelach kablowych. Opisano nowe stanowisko do badania czasu zadziałania czujek pożarowych dymu. Wykonano badania czułości czujek dymu przy spalaniu różnych kabli. Wyniki przedstawiono na wykresach w celu porównania sposobu działania różnych czujek. Przedstawiono wpływ prędkości przepływu powietrza dla 0,5; 1 i 5 m/s na czułość czujek. Omówiono wytyczne zabezpieczenia tuneli kablowych z doborem i rozmieszczeniem czujek oraz doborem urządzeń gaśniczych.AbstractActive fire protection systems in cable tunnel spacessThe paper discusses the active fire protection systems of cable tunnels. It describes a new experimental facility for testing the response time of fire smoke detectors. It consists a research on the sensitivity of fire smoke detectors while burning different cables. The results are shown in figures to compare the way of operation of the various detectors. It also presents the influence of air flow velocity of 0.5, 1 and 5 m/s on the detector sensitivity. This paper discusses some safety guidelines for protecting the cable tunnels, including the selection and arrangement of detectors and fire-fighting equipment selection. |
Coraz to częściej pojawiają się na rynku polskim nowe rozwiązania kabli, przewodów, dąży się do wprowadzania ich do obiektów budowlanych w celu dostarczania energii elektrycznej do urządzeń. Nagromadzenie ich powoduje, że każdy pożar instalacji ma wpływ na ludzi, ale również na proces technologiczny prowadzony w obiekcie.
Zasadą ogólną jest wykrycie spalania, czy rozkładu termicznego kabli w czasie zapewniającym szybką interwencję, niekoniecznie przy użyciu jednostek Państwowej Straży Pożarnej, co jest już praktycznie skrajnym działaniem. Pytanie jest takie: jaką dobrać czujkę pożarową do wykrycia pożaru w pierwszej fazie jego rozwoju? Co ma wpływ na ten dobór? Jak już zostanie wybrana czujka, jaki wpływ na szybkość jej zadziałania ma prędkość przepływu powietrza w tunelu?
Badania dokonano w tunelu pomiarowym spalając różne kable jednej z firm przy różnych prędkościach przepływu powietrza.
Stanowisko badawcze
Stanowisko przeznaczone jest do badań oddziaływania przepływu powietrza na pracę czujek dymu. Składa się z następujących elementów:
- otwór wlotu powietrza,
- krata prostująca strugi powietrza,
- komora spalania 1,2x1,2x1,2 [m],
- część pomiarowa tunelu [0,4x0,4 m] zgodnie z PN-EN 54-7,
- anemometr (do pomiaru prędkości przepływu powietrza, 0,2–30 m/s),
- optyczna czujka rozproszeniowa (prod. Polon Alfa Bydgoszcz, DOR),
- jonizacyjna czujka dymu (prod. Polon Alfa Bydgoszcz, DIO),
- komin z wentylatorem.
Powietrze do komory spalania wchodzi przez otwór zasysający umieszczony na wysokości wlotu (1) do tunelu pomiarowego. Takie umiejscowienie wlotu wraz z prostownicą strumienia ma przeciwdziałać wpływowi przepływu powietrza na spalanie się próbek. Powietrze przepływając porywa cząstki dymu i płynie przez kanał pomiarowy, gdzie umieszczone są czujki dymu wraz z układem pomiarowym.
Układ pomiarowy składa się z densytometru zapewniającego pomiar gęstości optycznej dymu m, D1, komory jonizacyjnej, za pomocą której dokonywany jest pomiar względnej zmiany prądu jonizacji y oraz miernika IPS do pomiaru ilości i wielkości cząstek. Dla zapewnienia m.in. bezpieczeństwa elementów pomiarowych w różnych punktach tunelu dokonywany jest pomiar temperatury powietrza. Wszystkie pomiary są zapamiętywane przez system komputerowy. Poniżej pokazano sposób montażu czujek w tunelu pomiarowym.
Materiały poddane badaniom
Do badania użyto 8 różnych kabli elektrycznych, w tym 5 halogenowych i 3 bezhalogenowe. Kable pocięto na równej odcinki po 4,5 cm. Do każdej próby użyto 23 gramy izolacji kabla, nie licząc ciężaru żył. Dla spalania płomieniowego odcinki kabla układano na ruszcie z drutu, a następnie umieszczano na pojemniku (fot. 2.), do którego wlewano w celu zapalenia 10 ml spirytusu, od którego następowało zapalenie kabli. Przy spalaniu bezpłomieniowym odcinki kabli kładziono na płycie grzejnej rozgrzanej do 380°C, na której następował rozkład termiczny.
Do badań użyto kabli:
- halogenowych:
- YnKY, elektroenergetyczny kabel o powłoce PVC uniepalnionej (halogenowy),
- H05RR-F, kabel w izolacji gumowej typu EI4 i powłoce gumowej typu EM3,
- H05VVH2-F, przewód o izolacji i powłoce poliwinitowej,
- H03RRH2, mieszanka gumy typu EPR,
- H03VVH2-F, przewód przyłączeniowy wykonany z polwinitu.
- bezhalogenowych:
- HTKSH ekw, telekomunikacyjne kable stacyjne,
- N2XH-0, kable o izolacji z polietylenu usieciowanego i powłoce z materiału bezhalogenowego,
- HDGs FE180 PH90, kable elektroenergetyczne ognioodporne.
Przy spalaniu płomieniowym dobrano inne kable bezhalogenowe tak, aby tylko można było zaobserwować wpływ ich na czas zadziałania czujek pożarowych.
Badanie czułości czujek dymu przy spalaniu płomieniowym kabli i przewodów
Po zapalaniu par spirytusu następował proces spalania się kabli. W tym czasie zamykano drzwi komory i jednocześnie uruchamiano na komputerze program, który rejestrował czas zadziałania pożarowych czujek dymu. Badanie kończyło się w momencie wzbudzenia czujki jonizacyjnej i czujki optycznej rozproszeniowej lub po przekroczeniu czasu 180 sekund od momentu uruchomienia programu zliczającego.
Po każdej próbie dokładnie przewietrzano stanowisko badawcze poprzez uruchomienie wentylatora na maksymalnych obrotach. Po wyłączeniu wentylatora odczekano 3 minuty w celu ustabilizowania się parametrów czujek pożarowych.
Dla każdego rodzaju kabla przeprowadzono po 3 próby przy każdej z 3 prędkości przepływu powietrza, tj. 0,5; 1 i 5 m/s. Zwrócono szczególną uwagę, aby wszystkie wykonane próby były przeprowadzane w powtarzalny sposób.
Na rysunku 2. i rysunku 3. przedstawiono zadziałanie jonizacyjnej czujki dymu dla różnych rodzajów kabli z podziałem na halogenowe i bezhalogenowe dla spalania płomieniowego.
Dla kabli halogenowych rozpatrzono dwa skrajne przypadki czasu zadziałania. Dla kabla polwinitowego uniepalnionego YnKY czas zadziałania czujki był najkrótszy (17,6–98,5 s). Stosunkowo długim czasem zadziałania czujki charakteryzował się kabel na bazie mieszanki gumy typu EPR o oznaczeniu H03RRH2 – czas zadziałania to pomiędzy 164–171,7 s. Dla pozostałych kabli średni czas zadziałania czujek mieścił się mniej więcej pomiędzy wyznaczonym przedziałem czasu wyznaczonym przez omawiane kable. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że na czas zadziałania pożarowych czujek dymu ma wpływ materiał, z którego został wykonany kabel.
Przyczyną tej zależności jest różnica w wielkości cząstek dymu powstałych przy spalaniu płomieniowym różnego rodzaju kabli, a także szybkość powstawania aerozolu. Przy spalaniu kabla YnKY wielkość powstałych cząstek na skutek spalania, była większa niż w przypadku kabla H03RRH2. Skutkowało to skrajnie różnym czasem zadziałania czujek. Intensywność, a także wielkość cząstek powstających podczas spalania różnych rodzajów kabli nie jest bez znaczenia dla czasu zadziałania czujek dymu.
Spalanie płomieniowe wybranych kabli elektrycznych w większości przypadków skutkowało wzbudzeniem jedynie czujki jonizacyjnej. W przypadku tylko jednego kabla – H05RR-F została wzbudzona również optyczna czujka rozproszeniowa. Istotny okazał się materiał, z którego wykonany został ten kabel. Spalająca się mieszanka gumy wchodząca w skład kabla H05RR-F wykazała się większą dymotwórczością podczas spalania niż materiały wchodzące w skład pozostałych kabli.
Dla bezhalogenowych kabli czas zadziałania czujek był zbliżony dla wszystkich badanych kabli. Świadczy to o podobnych rozkładach wielkościach cząstek dymu i ich koncentracji.
Badanie czułości czujek dymu przy spalaniu bezpłomieniowym kabli i przewodów
Przygotowane próbki kabli umieszczane były równomiernie na płycie grzewczej rozgrzanej do ok. 350°C, znajdującej się w komorze spalania układu pomiarowego. Po położeniu próbek na płycie następował proces rozkładu termicznego kabli. Równocześnie z zamknięciem komory (rys. 1.., poz. 3) uruchamiane było oprogramowanie komputerowe, za pomocą którego rejestrowało czas zadziałania czujek oraz temperaturę płyty grzewczej. Czas badania określono na 3 minuty. Badanie było przerywane wcześniej, jeśli obie czujki zostały wzbudzone.
Każda próbka kabla była poddawana trzykrotnemu badaniu dla każdej z trzech prędkości przepływu powietrza 0,5, 1 i 5 m/s. Wyniki pomiarów zestawiono w postaci wykresów przedstawionych na rysunku 4. i rysunku 5. Tu dokonano porównania zadziałania czujek jonizacyjnych i rozproszeniowych przy spalaniu bezpłomieniowym dla kabli halogenowych.
Analizując wykresy można zauważyć zależność wpływu rodzaju czujki na czas zadziałania, co powoduje, że najlepszą czujką przy tym rodzaju spalania jest czujka rozproszeniowa. Dla czujki jonizacyjnej czas wzrasta średnio trzykrotnie w stosunku do czujek rozproszeniowych. Zrównanie czasów powodowałoby spalenie większej ilości materiału palnego. Dla kabli halogenowych (rys. 6.) czas zadziałania dla czujek rozproszeniowych jest od 2 do 4 razy krótszy niż dla kabli bezhalogenowych.
Kable bezhalogenowe wytwarzają dużo mniej dymu i toksycznych związków podczas pożaru, dzięki temu są dużo bezpieczniejsze niż kable halogenowe. Rozproszeniowa czujka dymu reagowała przy każdej z badanych próbek podczas spalania. Jonizacyjna czujka dymu wzbudzała się tylko przy czterech próbkach kabli na łącznie osiem zbadanych. Przy spalaniu trzech rodzajów kabli bezhalogenowych zadziałała tylko przy jednym. Przy kablach halogenowych wzbudziła się przy trzech próbkach na pięć badanych.
Pokazuje to, że przy zastosowaniu kabli bezhalogenowych, jak i halogenowych w pomieszczeniu czujka ta nie będzie wykrywać pożarów bezpłomieniowych lub czas jej reakcji będzie długi. Dlatego przy spalaniu bezpłomieniowym kabli czujka rozproszeniowa będzie o wiele skuteczniejsza, ponieważ wzbudza się zawsze, a jej czas reakcji jest dużo szybszy od czujki jonizacyjnej.
Określenie wpływu prędkości przepływu mieszaniny powietrzno-dymowej na czas zadziałania czujek dymu
Wpływ prędkości przepływu powietrza może mieć wpływ na czas zadziałania, co ma z kolei wpływ na rozpoczęcie działania stałych urządzeń gaśniczych, które zostają wysterowane po zadziałaniu albo linii bądź stref dozorowych w tzw. koincydencji.
Na rysunku 7. dokonano porównania czasów zadziałania czujek rozproszeniowych i jonizacyjnych przy spalaniu płomieniowym różnych kabli. Połączone punkty zadziałania czujek dla określonej czujki i prędkości wnikania do komory czujki dymu. W przypadku spalania płomieniowego widzimy, że zadziałała czujka jonizacyjna dla prędkości 0,5 i 1 m s dla wszystkich kabli (porównywalne czasy), a w pozostałych przypadkach występują pojedyncze zadziałania przy niskich prędkościach. Dla prędkości 5 m/s mamy pojedyncze zadziałanie dla kabla YnKY. Nie porównujemy czasu zadziałania przy spalaniu bezhalogenowych kabli do kabli halogenowych z uwagi na różne masy użytych kabli. Kable bezhalogenowe charakteryzują się wytwarzaniem bardzo małych cząstek aerozolu dymowego podczas płomieniowego spalania. Niezbędne było zwiększenie masy spalanych kabli.
Wzbudzenie czujki osiągnięto dopiero przy spalaniu 115 gram materiału, czyli 5-krotnie więcej niż w przypadku kabli halogenowych. Małe cząsteczki dymu trudniej ulegają jonizacji na skutek usuwania ich z komory jonizacyjnej pod wpływem przepływu powietrza. W wyniku tego wzrost prędkości przepływu wydłuża czas wzbudzenia czujki jonizacyjnej. Zadziałanie czujki przy prędkości 1 m/s mieściło się w górnej granicy czasu badania, czyli 180 sekund. Prędkość przepływu powietrza 5 m/s nie skutkowała wzbudzeniem czujki z powodu rozrzedzenia dymu. Czujka nie została wzbudzona z uwagi na zbyt małą gęstość optyczną dymu.
Na rysunku 8. przedstawiono porównanie czasów zadziałania czujek dymu dla różnych rodzajów kabli przy spalaniu bezpłomieniowym. Z rysunku widać, że praktycznie w tym przypadku działa czujka rozproszeniowa, a prędkość wpływa, jak poprzednio na zwiększenie czasu zadziałania czujek. Z uwagi na większą dymotwórczość kabli przy spalaniu bezpłomieniowym (rozkładzie termicznym) zadziałała czujka rozproszeniowa nie tylko przy 0,5 i 1 m/s, ale także przy 5 m/s. Spalanie bezpłomieniowe, jak widać, nie powoduje zadziałania czujek jonizacyjnych. Pojawiają się pojedyncze zadziałania. W tym przypadku badano kable spalając tę samą ilość bez względu na rodzaj spalanego kabla. Czasy są zależne od rozkładów cząstek.
Wytyczne zabezpieczenia przestrzeni wypełnionych przewodami i kablami
Należy rozpatrzeć, w jaki sposób należy wykryć w takich przestrzeniach pożar we wczesnej fazie rozwoju pożaru, a następnie dobrać odpowiednie urządzenie gaśnicze.
Dobór czujek ze względu na rodzaj spalania kabli, przewodów elektrycznych przeanalizowano w poprzednich rozdziałach, gdzie stwierdzono, że dla spalania bezpłomieniowego najlepsza jest czujka rozproszeniowa, a przy spalaniu płomieniowym – jonizacyjna czujka dymu. Oczywiście w pierwszej fazie rozwoju pożaru występuje spalanie bezpłomieniowe. Spalanie płomieniowe może wystąpić w przestrzeniach, gdzie może nastąpić podpalenie.
Wpływ prędkości jest problemem, który powoduje wydłużenie czasu zadziałania czujek. Kilka lat temu badane były kable spalane płomieniowo w komorze badawczej w sposób bez wymuszenia, przepływającym dymem o określonej prędkości. Inaczej badano czasy zadziałania przy grawitacyjnym wnikaniu dymu do czujek punktowych dymu. Przy spalaniu płomieniowym szybciej wykrywały pożar czujki jonizacyjne w stosunku do czujek optycznych rozproszeniowych. Jak widać, należy poddać to zjawisko dalszym badaniom. Wstępnie może to być wpływ prędkości przepływu mieszaniny powietrzno-dymowej.
Rozmieszczenie czujek w tunelach jest realizowane jak dla przestrzeni korytarzy, co zostało przedstawione na rysunku 9. Pamiętajmy, że te wytyczne są dla tuneli do 3 m szerokości, powyżej 3 m należy rozmieszczać czujki, jak w pomieszczeniach.
Następną sprawą jest dobór środka gaśniczego do gaszenia pożarów kabli. Tu wszystko zależy od przeznaczenia pomieszczenia z kablami. Mogą to być stałe urządzenia gaśnicze gazowe – ze względu na cenę na CO2, czy zamienniki halonów, poprzez mgłę wodną. Ale także półstałe urządzenia gaśnicze poprzez podłączanie do stref wodnych zraszaczowych urządzeń gaśniczych.
Badania wykonywane były w ramach projektu „Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju” POIG.01.01.02-10-106/09-5 Pakiet.
Literatura
- W. Wnęk, Materiały na szkolenie projektantów, instalatorów i konserwatorów systemów sygnalizacji pożarowej w CNBOP PIB: Klasyfikacja i podział czujek ze względu na rodzajów monitorowanego parametru pożarowego, Podział i wybrane własności systemów SAP, Zasady projektowania systemów SAP, Konserwacja systemów SAP, ćwiczenia projektowe, Józefów 2013.
- SITP WP-02:2010 Wytyczne projektowania instalacji sygnalizacji pożarowej.
- PKN-CEN/TS 54-14:2006 Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 14: Wytyczne planowania, projektowania, instalowania, odbioru i konserwacji.
