Ciągłość dostawy energii i przekazu sygnału w instalacjach funkcjonujących w warunkach pożaru (część 1.)
Budowa kabla ognioodpornego
Wymóg stosowania kabli i przewodów funkcjonujących w czasie pożaru pojawił się po raz pierwszy w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku, w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Ówczesny zapis określał konieczność stosowania kabli lub przewodów funkcjonujących w czasie pożaru, wraz z systemami mocowań. Z interpretacji tego zapisu wynikała generalna zasada – mają one funkcjonować w czasie pożaru, zapewniając ciągłość dostawy energii elektrycznej.
Zobacz także
mgr inż. Julian Wiatr, dr inż. Waldemar Jaskółowski Wpływ pożaru na wartość napięcia zasilającego urządzenia elektryczne które muszą funkcjonować w czasie pożaru
Bezpieczeństwo pożarowe jest jednym z najważniejszych wymagań stawianych współczesnym budynkom. Wiąże się z nim szereg wymagań technicznych, które należy spełnić na etapie projektowania. Ponieważ najważniejszym...
Bezpieczeństwo pożarowe jest jednym z najważniejszych wymagań stawianych współczesnym budynkom. Wiąże się z nim szereg wymagań technicznych, które należy spełnić na etapie projektowania. Ponieważ najważniejszym elementem działań ratowniczych jest ewakuacja ludzi z budynku objętego pożarem, stawia się określone wymagania dla konstrukcji budynku oraz instalowanych w nim urządzeń elektrycznych i instalacji zasilającej te urządzenia.
Ela-compil sp. z o.o. Czy system wykrywania pożaru naprawdę chroni?
W systemach bezpieczeństwa pożarowego dwa pojęcia – sterowanie i nadzorowanie – są często używane zamiennie, co bywa mylące. W rzeczywistości pełnią one odmienne funkcje, mają różne cele i wpływają na...
W systemach bezpieczeństwa pożarowego dwa pojęcia – sterowanie i nadzorowanie – są często używane zamiennie, co bywa mylące. W rzeczywistości pełnią one odmienne funkcje, mają różne cele i wpływają na efektywność całej instalacji. Rozumienie tych różnic jest kluczowe, jeśli zależy nam na niezawodnej ochronie życia i mienia.
mgr inż. Piotr Wasiucionek Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas pożaru, należy stosować w strefach pożarowych o kubaturze przekraczającej 1000 m3 lub zawierających strefy zagrożone wybuchem.
![Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas pożaru, należy stosować w strefach pożarowych o kubaturze przekraczającej 1000 m3 lub zawierających strefy zagrożone wybuchem.](https://www.elektro.info.pl/media/cache/full/data/202402/pwp-fot1.jpg)
Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających...
Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas pożaru, należy stosować w strefach pożarowych o kubaturze przekraczającej 1000 m sześc. lub zawierających strefy zagrożone wybuchem.*)
StreszczenieArtykuł opisuje zasadę zachowania ciągłości dostawy energii i przekazu sygnału do urządzeń funkcjonujących w czasie pożaru. Przedstawia aktualny stan wiedzy w tym zakresie.AbstractContinuity of energy supply and signal transduction in operating systems in case of fireThe article describes the principle of continuity of energy supply and signal transmission equipment operating in the fire. The current status of knowledge in this area. |
Przepis ten został jasno sformułowany, lecz szybko okazało się, iż w Polsce nie ma norm oraz przepisów techniczno-prawnych, które regulują wymagania, jakie powinny spełniać elementy wchodzące w skład takich instalacji. Nie uregulowano dotychczas również sposobu przeprowadzania badań, zwłaszcza w kwestii połączenia kabli lub przewodów i systemów ich mocowań – co jak się później (w 2009 r.) okazało, było bardzo istotną kwestią. Zasada była taka: oddzielnie wydawano aprobaty techniczne na kable lub przewody, oddzielnie na systemy ich mocowań.
Przyjęto, że kable lub przewody po włożeniu do korytek lub mocowane z wykorzystaniem innych systemów mocowań spełniały wymagania rozporządzenia. Wymagania w zakresie czasu funkcjonowania urządzeń przeciwpożarowych, które muszą funkcjonować w czasie pożaru, zostały zdefiniowane w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1].
W § 187 czytamy:
1. Przewody i kable elektryczne należy prowadzić w sposób umożliwiający ich wymianę bez potrzeby naruszania konstrukcji budynku.
1. Dopuszcza się prowadzenie przewodów elektrycznych wtynkowych, pod warunkiem pokrycia ich warstwą tynku o grubości co najmniej 5 mm.
Zaznaczyć tu należy, iż nie zapewnia to w żaden sposób odporności przewodów na działanie wysokich temperatur i wykonana w ten sposób instalacja nie będzie instalacją funkcjonującą w czasie pożaru. Dotyczy to w sposób ogólny kabli i przewodów elektrycznych. Podczas narażenia kabli na działanie temperatur panujących w obszarze objętym pożarem, tynk odpada, odsłaniając kable lub przewody. Również pokrycie kabli lub przewodów wszelkiego rodzaju substancjami ograniczającymi ich palność nie gwarantuje zapewnienia ciągłości dostawy energii lub przekazu sygnału w warunkach pożaru – o czym będzie mowa w dalszej części.
2. Przewody i kable elektryczne oraz światłowodowe wraz z ich zamocowaniami, zwane dalej „zespołami kablowymi”, stosowane w systemach zasilania i sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej, powinny zapewniać ciągłość dostawy energii elektrycznej lub przekazu sygnału przez czas wymagany do uruchomienia i działania urządzenia*, z zastrzeżeniem ust. 7.
Nasuwa się pytanie: co rozumiemy pod pojęciem „zespół kablowy”. Wiedza techniczna i znajomość zagadnień związanych z badaniem kabli i przewodów podsuwa jedną definicję, zaczerpniętą z normy DIN 4102:12, gdzie badane są kable lub przewody wraz z systemami mocowań. W krajowych przepisach techniczno-prawnych oraz normach przedmiotowych określenie „zespół kablowy” nie zostało zdefiniowane. Pominięte zostało również w projekcie nowelizacji rozporządzenia [1], które zostało opracowane przez Stowarzyszenie Nowoczesne Budynki i złożone w 2012 roku do Ministerstwa Transportu Budownictwa i Gospodarki Morskiej.
Urządzenia przeciwpożarowe, w których wykorzystywane są przewody i kable, powiązane są z systemem sygnalizacji pożarowej. Uruchomienie systemu SAP (wykrycie oznak pożaru przez czujki lub wciśnięcie ręcznego ostrzegacza pożarowego) traktowane jest jako początek pożaru. Od tego momentu rozpoczyna się określona procedura, można ją również nazwać algorytmem działań, związana z zabezpieczeniem przeciwpożarowym obiektu. Ogólny jej zarys powinien być określony na etapie realizacji projektu obiektu budowlanego w tzw. scenariuszu rozwoju zdarzeń w czasie pożaru.
Generalnie elementy wykonawcze zabezpieczenia przeciwpożarowego realizowane są przez trzy układy:
- wykrywcze – odpowiadające za wykrycie i przekazanie informacji do systemu, z którym współpracują, zaliczyć do nich można np. linie dozorowe czujek, ręcznych ostrzegaczy pożarowych. Ich zadaniem jest wykrycie zdarzenia, poinformowanie o tym obsługi (bądź systemu nadrzędnego), po tym ich działanie może zostać przerwane, dalszą rolę przejmuje system nadrzędny, a następnie człowiek,
- funkcjonujące na zasadzie podania napięcia zasilania do tych układów – należą do nich obwody sterujące, alarmowe, sygnalizacyjne, klapy oddymiające i odcinające, a także zasilające, np. pompy, wentylatory, dźwigi dla ekip ratowniczych,
- uruchamiane po zaniku napięcia zasilania, jak zwolnienie drzwi w systemie KD realizowane na zasadzie przerwania zasilania zwory lub rygla rewersyjnego, sterowanie zamknięciem klap odcinających wyposażonych w siłowniki sprężynowe, zamknięcie drzwi i bram pożarowych.
W zależności od przeznaczenia w instalacjach przeciwpożarowych stosuje się różne rodzaje kabli i przewodów elektrycznych:
- kable/przewody bezpieczeństwa – PH30; PH90; E30; E90 – gwarancja zasilania podczas pożaru w czasie 30 lub 90 minut,
- kable/przewody bezhalogenowe – w symbolu występuje litera „H”, np. HTKSH – indeks tlenowy nie mniejszy niż 35%,- kable/przewody uniepalnione – w symbolu występuje mała litera „n”– Yn, Xn, yn – indeks tlenowy nie mniejszy niż 29%,
- kable/przewody nierozprzestrzeniające płomienia – indeks tlenowy poniżej 29%. Są to:
- kable telekomunikacyjne głównie do zastosowań w instalacjach sygnalizacji pożarowej, bez odporności ogniowej: YnTKSY, YnTKSYekw, YnTKSXekw,
- kable bezhalogenowe np. do stosowania w ciągu dróg ewakuacyjnych: HTKSH, HTKSHekw,
- kable/przewody bezpieczeństwa – „ognioodporne”:
- kable bezhalogenowe ognioodporne – podtrzymujące funkcje kabla: HTKSH PH90, HTKSHekw PH 90,
- przewody instalacyjne ognioodporne 300/500 V – podtrzymujące funkcje: HDGs FE180 PH90/E30-E90 300/500 V – HLGs FE180 PH90/E30-E90,
- kable elektroenergetyczne ognioodporne 0,6/1 kV – podtrzymujące funkcje: NHXH FE180 PH90/E90 0,6/1 kV; NHXCH FE180 PH90/E90 0,6/1 kV, (N) HXH FE180 PH90/E90 0,6/1 kV; (N) HXCH FE180 PH90/E90 0,6/1 kV.
Rozpatrując zastosowanie zespołów kablowych w poszczególnych przypadkach, należy wziąć pod uwagę, praca których systemów może odbywać się po wykryciu pożaru oraz jakie skutki będzie miała awaria zasilania tych urządzeń. Celowo użyto tu określenia „awaria zasilania”. Należy przez nią rozumieć zarówno zanik napięcia zasilania, jak i ewentualne zwarcia w obwodzie zasilającym spowodowane uszkodzeniem izolacji przewodów, uszkodzeniem osprzętu zainstalowanego w obwodzie oraz zadziałaniem zabezpieczeń. Pamiętać należy, że w praktyce częściej dochodzi do zwarcia żył przewodów zasilających niż ich przerwania.
Rozpatrując zasilanie i monitorowanie urządzeń należy również wziąć pod uwagę założenia algorytmu sterowań, awaria kabli lub przewodów może bowiem skutkować dodatkowymi stratami związanymi na przykład z brakiem potwierdzenia uruchomienia danego urządzenia. Przykładem może tu być sterowanie uruchomieniem wentylacji nadciśnieniowej dopiero po otrzymaniu potwierdzenia, że uruchomiły się klapy odciążające, gdyby nie otrzymano takiej informacji, uruchomienie wentylacji pożarowej, spowoduje eliminację zamierzonego skutku. Powstanie zjawisko przypominające dmuchanie balonu.
W przypadku urządzeń, takich jak klapy i bramy pożarowe, ich zadziałanie ma nastąpić w ściśle sprecyzowanych warunkach, bezpośrednie ich zasilanie z sieci elektroenergetycznej bez dodatkowych zasilaczy buforowych, wiąże się z ich zadziałaniem w każdym przypadku, kiedy nastąpi zanik napięcia zasilania, nawet chwilowy. Jeżeli do ich zamknięcia nie jest wymagane dostarczenie energii, nie ma również konieczności zasilania ich przewodami o odporności ogniowej. Ze względu na komfort obsługi tych urządzeń warto rozważyć zastosowanie zasilacza buforowego lub umożliwić w inny sposób przywrócenie normalnego stanu pracy tych urządzeń.
Funkcjonująca w Polsce klasyfikacja PH90 jest klasyfikacją 90-minutowego podtrzymania funkcji kabla/przewodu, potwierdzoną badaniami ognioodporności na pojedynczych kablach/przewodach według norm PN-EN 50200 i PN-IEC 60331-31:2004.
Badania odporności na długotrwałe działanie ognia
Sposób badań opisany w normie PN-EN 50200 dotyczy kabli/przewodów o średnicy zewnętrznej nie większej niż 20 mm. Metoda badań polega na tym, że próbkę kabla/przewodu o długości co najmniej 1200 mm należy wygiąć w kształcie rozszerzonej litery U, której oba promienie gięcia są równe minimalnemu dopuszczalnemu promieniowi gięcia badanego kabla, i przymocować do płyty odpornej na działanie ciepła, zawieszonej elastycznie na metalowej konstrukcji wsporczej. Do żył kabla przykłada się napięcie równe napięciu znamionowemu, a w przypadku kabli telekomunikacyjnych, równe 110 V.
Próbkę poddaje się działaniu liniowego palnika gazowego o długości 500 mm i średniej temperaturze płomienia w przedziale od 840 do 870°C oraz zdefiniowanym udarom mechanicznym co 5 minut. Mierzony jest czas pracy kabla/przewodu do zwarcia lub utraty ciągłości żyły. Klasy odporności kabli/przewodów, oznaczane symbolem PH, odpowiadają czasom funkcjonowania obiektów budowlanych i wynoszą 15, 30, 60 lub 90 minut. Ważne jest, że przywołana norma nie precyzuje sposobu mocowania kabli i przewodów oraz procedury ich badania.
Odporność na długotrwałe działanie ognia – klasa FP 180
Inną metodę podaje norma PN-IEC 60331, której część 21 dotyczy kabli/przewodów elektrycznych niskiego napięcia (część 23 – kabli teleinformatycznych, część 25 – kabli światłowodowych). Próbkę kabla/przewodu o długości 1200 mm podtrzymują dwa metalowe pierścienie. Do żył kabla przykłada się napięcie równe napięciu znamionowemu, a w przypadku kabli telekomunikacyjnych, napięcie przemienne 110 V. Próbkę poddaje się działaniu liniowego palnika gazowego o długości 600 mm i temperaturze płomienia 750°C do 800°C, ustawionego pod katem 45°. Czas trwania próby wynosi 180 minut. W próbce nie powinno w tym czasie nastąpić ani zwarcie, ani przerwa żyły.
Powszechnie zaczęto też stosować (jako kryterium wiedzy technicznej) niemiecką normę DIN 4102:12 określającą klasyfikację zespołów kablowych.Pojęcie i klasyfikacja według normy niemieckiej DIN 4102 część 12 dotyczy kabli/przewodów i definiuje badanie funkcjonalności tzw. zespołu kablowego, który składa się z grupy przewidzianych do zainstalowania w warunkach rzeczywistych kabli/przewodów elektrycznych, telekomunikacyjnych i do transmisji danych, umieszczonych w kanałach kablowych lub umocowanych do przewidzianej do zastosowania konstrukcji wsporczej, składającej się z korytek, drabinek, elementów do podwieszania, uchwytów itp. Bada się tylko poziome ułożenie kabli/przewodów mocowanych do stropu, przyjmując, że takie ułożenie spełnia również warunki ułożenia na ścianie, pionowego i pod kątem 85°.
Badane kable/przewody i konstrukcje wsporcze umieszczane są w ognioodpornej komorze o minimalnych wymiarach 2´3´2,5 m, w której stopniowo podnosi się temperaturę, zgodnie ze zdefiniowaną krzywą temperaturową. Kable/przewody są zasilane napięciem znamionowym, a podczas próby nie może powstać ani zwarcie wskutek uszkodzenia izolacji, ani przerwa ciągłości którejkolwiek żyły.
O zakwalifikowaniu zespołu kablowego jako całości do jednej z trzech klas decyduje czas funkcjonowania kabli/przewodów: klasa E30 – ponad 30 minut, co odpowiada wzrostowi temperatury do 830°C, klasa E60 – ponad 60 minut, wzrost temperatury do 870°C, klasa E90 – 90 minut, wzrost temperatury do 980°C (tab. 1.). Warto zwrócić uwagę, że o czasie funkcjonowania kabla/przewodu w warunkach próby decyduje nie tylko konstrukcja kabla/przewodu, ale również konstrukcja elementów nośnych, która w wysokich temperaturach ulega odkształceniom. Odkształcenia konstrukcji nośnej pod działaniem temperatury powodują naprężanie przymocowanych do nich kabli/przewodów, powodując zagrożenie przerwania ciągłości żył przewodzących. Tą metodą badane są również mufy kablowe i rozdzielnice.
Norma nie dopuszcza częściowej oceny elementów wchodzących w skład trasy kablowej/przewodowej, tzn. funkcja całego zespołu kablowego została podtrzymana, jeżeli w badanym kablu/przewodzie w czasie próby ogniowej nie nastąpiło zwarcie, pęknięcie przewodu lub przerwanie przepływu prądu w badanym obwodzie. Dzieje się tak, ponieważ na prawidłowe działanie systemu tras kablowych ma wpływ zarówno system mocowań, jak i rodzaj użytych kabli/przewodów. Jeżeli w określonym czasie zostanie zachowana funkcja ciągłości dostawy energii, próbę uznaje się za pozytywną.
Norma DIN 4102-12 [3] w załączniku „A” zwraca też uwagę na ważną kwestię, jaką jest zmiana rezystancji żył w warunkach pożaru. Opisana procedura w normie nie uwzględnia tych zmian, które mogą mieć wpływ na działanie urządzeń przeciwpożarowych. Zmiany te wynikają bezpośrednio z prawa Wiedemanna–Franza – postulowane w 1853 roku przez Gustawa Wiedemanna i Rudolpha Franza. Prawo fizyczne, które stanowiło, że stosunek przewodnictwa cieplnego i przewodnictwa elektrycznego w dowolnym metalu jest wprost proporcjonalny do temperatury. Można je wyrazić wzorem:
gdzie:
Λ – przewodność cieplna,
γ – przewodność elektryczna,
T – temperatura,
L – stała Lorentza.
Dla kabli/przewodów pozbawionych cechy ognioodporności przyjmuje się, że utrata ich funkcji następuje w temperaturze ok. 150°C, która jest dopuszczalną temperaturą krótkotrwale przy zwarciu. Po przekroczeniu tej temperatury izolacja ulega uszkodzeniu, co może skutkować powstaniem zwarć.
Literatura
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 75/2002 poz. 690, z późniejszymi zmianami).
- PN-EN 50200 Metoda badania palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających.
- DIN 4102-12 Zachowanie się materiałów i elementów budowlanych pod wpływem ognia. Podtrzymywanie funkcji urządzeń w czasie pożaru. Wymagania i badania.
- Wytyczne VdS CEA 4001:2008 Richtlinien für Sprinkleranlagen. Planung und Einbau.
- Katalog firmy BAKS.
- Katalog firmy NIEDAX.
- Edward Skiepko, Instalacje przeciwpożarowe, Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2009.
- Informator techniczny TECHNOKABEL 2007
- Katalog firmy BITNER.
![Tab. 1. Klasa E podtrzymania funkcji – na podstawie DIN 4102-12 [3]](https://www.elektro.info.pl/media/cache/typical_view/data/202003/b-ei-10-2012-ciaglosc-dostawy-energii-tab-1.jpg)
