Zasilanie elektryczne urządzeń ppoż.

Inny przykład. Hotel pełen gości podczas imprezy sylwestrowej. Jest godzina 3 w nocy. Część zabawowiczów już śpi, reszta dobrze się bawi. W pewnym momencie od płomienia w olbrzymim kominku zapala się nieroztropnie powieszona dekoracja (niestety najczęściej palna). System sygnalizacji pożaru w ułamku sekundy wykrywa pożar, a w czasie kilkunastu sekund pożar jest już potwierdzony, co powinno spowodować aktywację wielu systemów, w tym oddymiania pionowych i poziomych dróg ewakuacyjnych. Wszystko idzie dobrze, ale wentylatory napowietrzające i wyciągowe instalacji oddymiającej nie startują...

Tego typu zdarzenia wielokrotnie prezentowane są nie tylko w filmach, ale także w dziennikach telewizyjnych. Częstą przyczyną takich tragedii jest nieprawidłowo zaprojektowane lub wykonane zasilanie urządzeń ppoż., które w dużej części powinno być dublowane (gwarantowane). Niestety podejście do tego zagadnienia nie zawsze jest prawidłowe, albo z powodu braku wiedzy, albo z powodu oszczędności finansowych.

Czym są urządzenia przeciwpożarowe?

Zgodnie z rozporządzeniem [1] przez urządzenia przeciwpożarowe należy rozumieć urządzenia (stałe lub półstałe, uruchamiane ręcznie lub samoczynnie) służące do zapobiegania powstaniu, wykrywania, zwalczania pożaru lub ograniczania jego skutków, a w szczególności:

• stałe i półstałe urządzenia gaśnicze i zabezpieczające,
• urządzenia inertyzujące,
• urządzenia wchodzące w skład dźwiękowego systemu ostrzegawczego i systemu sygnalizacji pożarowej, w tym urządzenia sygnalizacyjno-alarmowe, urządzenia odbiorcze alarmów pożarowych i urządzenia odbiorcze sygnałów uszkodzeniowych,
• instalacje oświetlenia ewakuacyjnego,
• hydranty wewnętrzne i zawory hydrantowe,
• hydranty zewnętrzne,
• pompy w pompowniach przeciwpożarowych,
• przeciwpożarowe klapy odcinające,
• urządzenia oddymiające,
• urządzenia zabezpieczające przed powstaniem wybuchu i ograniczające jego skutki,
• kurtyny dymowe oraz drzwi, bramy przeciwpożarowe i inne zamknięcia przeciwpożarowe, jeżeli są wyposażone w systemy sterowania,
• przeciwpożarowe wyłączniki prądu,
• dźwigi dla ekip ratowniczych.

Wszystkie wyżej wymienione urządzenia muszą pracować podczas pożaru, niektóre krócej, jak w przypadku detektora dymu czy ciepła, inne dłużej, jak w przypadku pompowni czy systemów oddymiających. Część z nich nie potrzebuje prądu, np. zamknięcia przeciwpożarowe czy niektóre klapy odcinające, część posiada własne zasilanie awaryjne, np. system sygnalizacji pożaru, systemy klap dymowych czy niektóre systemy oświetlenia ewakuacyjnego. Niestety, np. systemy oddymiania mechanicznego, pompownie wody ppoż. albo dźwigi dla ekip ratowniczych potrzebują dużych ilości prądu, sięgających nawet setek kilowatów z alternatywnych źródeł przez kilka godzin.

Pominięcie powyższego na etapie planowania inwestycji spowoduje duże straty w momencie realizacji. Pominięcie tego zagadnienia podczas realizacji grozi konsekwencjami bez porównania większymi.

Co mówi prawo?

Zgodnie z rozporządzeniem [2]: „§ 181.1. 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 wyposażać w samoczynnie załączające się oświetlenie awaryjne (zapasowe lub ewakuacyjne). W budynku wysokościowym jednym ze źródeł zasilania powinien być zespół prądotwórczy.

2. Awaryjne oświetlenie zapasowe należy stosować w pomieszczeniach, w których po zaniku oświetlenia podstawowego istnieje konieczność kontynuowania czynności w niezmieniony sposób lub ich bezpiecznego zakończenia, przy czym czas działania tego oświetlenia powinien być dostosowany do uwarunkowań wynikających z wykonywanych czynności oraz warunków występujących w pomieszczeniu.

§ 183. (...) 2. 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 (...).

4. Odcięcie dopływu prądu przeciwpożarowym wyłącznikiem nie może powodować samoczynnego załączenia drugiego źródła energii elektrycznej, w tym zespołu prądotwórczego, z wyjątkiem źródła zasilającego oświetlenie awaryjne, jeżeli występuje ono w budynku.

§ 187. (…) 3. 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. Ocena zespołów kablowych w zakresie ciągłości dostawy energii elektrycznej lub przekazu sygnału, z uwzględnieniem rodzaju podłoża i przewidywanego sposobu mocowania do niego, powinna być wykonana zgodnie z warunkami określonymi w Polskiej Normie dotyczącej badania odporności ogniowej.

4. Zespoły kablowe umieszczone w pomieszczeniach chronionych stałymi wodnymi urządzeniami gaśniczymi powinny być odporne na oddziaływanie wody. Jeżeli przewody i kable ułożone są w ognioochronnych kanałach kablowych, to wówczas wymaganie odporności na działanie wody uznaje się za spełnione.

5. Przewody i kable elektryczne w obwodach urządzeń alarmu pożaru, oświetlenia awaryjnego i łączności powinny mieć klasę PH odpowiednią do czasu wymaganego do działania tych urządzeń, zgodnie z wymaganiami Polskiej Normy dotyczącej metody badań palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających.

6. Zespoły kablowe powinny być tak zaprojektowane i wykonane, aby w wymaganym czasie, o którym mowa w ust. 3 i 5, nie nastąpiła przerwa w dostawie energii elektrycznej lub przekazie sygnału spowodowana oddziaływaniami elementów budynku lub wyposażenia.

7. Czas zapewnienia ciągłości dostawy energii elektrycznej lub sygnału do urządzeń, o których mowa w ust. 3, może być ograniczony do 30 minut, o ile zespoły kablowe znajdują się w obrębie przestrzeni chronionych stałymi samoczynnymi urządzeniami gaśniczymi wodnymi.

§ 270. 1. Instalacja wentylacji oddymiającej powinna:

1) usuwać dym z intensywnością zapewniającą, że w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi na chronionych przejściach i drogach ewakuacyjnych nie wystąpi zadymienie lub temperatura uniemożliwiające bezpieczną ewakuację (...).

Zgodnie z Rozporządzeniem [1]:

§ 11. 1. Podstawowym źródłem energii dla pomp w pompowniach przeciwpożarowych powinna być sieć elektroenergetyczna lub silnik spalinowy z zapasem paliwa wystarczającym na 4 godziny pracy przy pełnym obciążeniu.

2. Przy zapotrzebowaniu na wodę do celów przeciwpożarowych przekraczającym 20 dm3/s:

1) pompy należy zasilać z dwóch odrębnych źródeł energii, podstawowego i rezerwowego, przy czym jako źródło rezerwowe dopuszcza się agregat prądotwórczy napędzany silnikiem, o którym mowa w ust. 1 (...).

6. Pompy zasila się z sieci elektroenergetycznej z obwodu niezależnego od wszystkich innych obwodów w obiekcie, spełniającego wymagania dla instalacji bezpieczeństwa, określone w Polskiej Normie dotyczącej instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych.

Treść § 181. 1. ma bardzo pojemne znaczenie, gdyż w każdym budynku ZL, w którym występują ludzie na kilku kondygnacjach pożar może spowodować zagrożenie zdrowia lub życia osób przebywających wewnątrz. Oczywiście dotyczy to przede wszystkim obiektów, np. służby zdrowia, gdzie zagrożenie jest bezpośrednie choćby podczas prowadzenia operacji, czy dla pacjentów leżących na oddziałach intensywnej terapii.

Podobnie wygląda to w przypadku budynków produkcyjnych, w których np. niekontrolowane zatrzymanie całego lub części procesu technologicznego może mieć katastrofalne skutki dla personelu, mieszkańców w bezpośrednim otoczeniu fabryki oraz także dla środowiska naturalnego.

Precyzyjna analiza powinna być wykonywana indywidualnie przez grono specjalistów od technologii, sposobu użytkowania, ppoż., bhp itp. Decyzja czasem może nie być prosta, ale dokładna analiza ryzyka powinna udowodnić, że jest ona tego warta.

Odrębnym problemem jest konieczność gwarantowania alternatywnego źródła zasilania dla potrzeb urządzeń ochrony ppoż. Ustawodawca czytelnie precyzuje swoje oczekiwania. Dane urządzenia mają pracować w określonym czasie w warunkach pożarowych. W niektórych wypadkach czas ten jest podany, jak w przypadku pomp wody ppoż., w niektórych nie i jego długość zależy od potrzeb indywidualnie dobieranych przez specjalistów ds. ochrony ppoż. dla danego budynku lub strefy pożarowej.

Fakt niezawodności pracy danego urządzenia, np. przez 60 minut od wybuchu pożaru w danym budynku, bezpośrednio jest związany z alternatywnym systemem zasilania. Alternatywnym dlatego, gdyż nawet jeśli podstacja nadal będzie pracować, to zwykłe kable (nieposiadające odporności ogniowej lub innych zabezpieczeń przed ogniem), zwykły sposób mocowania, zwykłe drabinki itp. mają małe szanse zapewnić dopływ prądu przez ten czas, gdy ich trasy prowadzone są przez pomieszczenia objęte rozwiniętym pożarem.

Pisząc alternatywny system zasilania, mam na myśli komplet, tj.:

• alternatywne źródło energii elektrycznej,
• alternatywną trasę kablową, tzn. niepokrywającą się z podstawową: inne kanały i szachty kablowe, inne drabinki i trasy w przestrzeniach ogólnych budynków, 
• zapewnienie prawidłowego przepływu prądu w warunkach pożaru, tzn. materiały i konstrukcja izolacji okablowania, zamocowań czy drabinek muszą posiadać potwierdzoną certyfikatem wymaganą odporność ogniową,
• przekroje okablowania muszą być odpowiednio dobrane z powodu zwiększającej się rezystancji w przypadku wzrostu temperatury otoczenia.

Niestety częstym błędem jest zapewnienie jedynie alternatywnego źródła prądu, np. poprzez dodanie agregatu prądotwórczego, ale prąd elektryczny przesyłany jest tym samym okablowaniem, co zasilanie ze źródła podstawowego. Może to być akceptowane z punktu widzenia awarii zasilania, np. podstacji czy bloku energetycznego, ale w przypadku działania urządzeń ppoż. jest to nieakceptowalne. Dlatego tak ważna jest indywidualna analiza dla każdego z budynków.

Zasilanie podstawowe a alternatywne (gwarantowane) – cele i różnice

Zasilanie podstawowe znacząco różni się od alternatywnego, co spowodowane jest stawianymi im celami i wymaganiami.

Najważniejszym celem systemu zasilania alternatywnego jest jego niezawodność działania w warunkach awarii czy pożaru. Oczywiście sprawność działania zasilania podstawowego ma bezpośredni wpływ na efektywność pracy danego budynku i podstawy bytu danej organizacji, ale w przypadku zasilania alternatywnego jego niezawodność może przekładać się bezpośrednio na utratę lub uratowanie czyjegoś życia, a dla zarządu także na jego dalszą przyszłość.

Działanie w warunkach pożaru charakteryzuje się pracą w wysokich temperaturach (niejednokrotnie w okolicach 1000°C), co skutkuje:

• zwiększeniem się rezystancji,
• możliwością zniszczenia izolacji okablowania,
• uszkodzenia się mocowania,
• utraty granicznych parametrów przez konstrukcję drabinek itp.

Należy również pamiętać o prowadzeniu akcji gaśniczej przy użyciu wody w danych pomieszczeniach, więc odpowiednia lokalizacja lub budowa rozdzielnic jest równie ważna.

Podsumowując, zasilanie podstawowe ma być stabilne, ale również, na tyle, na ile jest to możliwe, tanie, a zasilanie alternatywne z powodu wymaganej niezawodności zawsze będzie znacznie droższe.

W związku z powyższym niezmiernie istotna jest ocena, które urządzenia mają posiadać zasilanie gwarantowane podczas pożaru (z punktu widzenia prawa, ubezpieczyciela oraz bezpieczeństwa biznesowego instytucji), jak najbardziej ekonomiczne wytyczenie ich tras kablowych, zapewniających zasilanie oraz dobór właściwego źródła alternatywnego zasilania. Ocena ta powinna być przeprowadzona na poziomie projektu architektonicznegolub podstawowego, które stanowią podstawę do oceny biznesplanu tak, aby dodatkowe koszty nie stanowiły przykrego zaskoczenia dla inwestora i/lub realizatora.

Zasilanie alternatywne – podstawowe zasady projektowania

Najpoważniejszym problemem przy projektowaniu systemów alternatywnych zasilania elektrycznego jest często nieprawidłowe rozumienie idei i zasad związanych z tą materią. Skutkiem tego są systemy, albo błędnie wykonane, albo zbyt przeformatowane, a zatem nieekonomiczne. Dlatego pozwoliłem sobie na zaprezentowanie kilku przykładów.

Podstawowe źródła zasilania alternatywnego:

a) inna podstacja – może to być bardzo efektywne źródło zasilania, niemniej musi spełnić jeden podstawowy warunek: być odporne na zdarzenia (zwarcia, przeciążenia, pożarowe wyłączniki itp.), które stanowić mogą przyczynę odłączenia pierwszej podstacji. Warto też pamiętać o odpowiednim wykonaniu przyłącza.

b) zespół prądotwórczy – rozwiązanie bardzo popularne, powszechnie stosowane zwłaszcza w odniesieniu do pompowni wody ppoż., ale ma też pewne wady. Istotny jest prawidłowy dobór silnika, który wytrzyma cotygodniowe próby funkcjonalne (wymagane prawem). Zespół musi być wyposażony w zbiornik z paliwem o odpowiedniej pojemności, którego stan również należy cyklicznie sprawdzać. Jest to rozwiązanie dość wygodne, ale także bywa kłopotliwe dla użytkownika, gdyż proces obligatoryjnych przeglądów i konserwacji jest uciążliwy, a zwłaszcza kosztowny, co skutkuje czasem brakiem ścisłego trzymania się procedur.

Niemniej jest to rozwiązanie w pełni autonomiczne, a w wielu wypadkach jedyne możliwe, także z punktu widzenia prawa. Przykładowe rozwiązania zasilania alternatywnego urządzeń ppoż.:

a) zasilanie pompowni wody ppoż. – wszystko jest dość proste w przypadku stosowania pompy głównej z silnikami Diesla, natomiast sprawa się komplikuje, jeśli zastosowano pompy elektryczne (o mocy nawet do 200 kW). Należy pamiętać, że kiedy pompownia zasila urządzenia ppoż. o wydatku przekraczającym 20 dm3/s, to obligatoryjnie każda z pomp głównych musi być zasilana co najmniej z dwóch źródeł prądu [1]. Specjalnie pogrubiono stwierdzenie „każda z pomp”, gdyż często jest to niewłaściwie pojmowane jako pompownia. Skutkiem tego jest fakt, że pompownia posiada dwie rozdzielnice zasilane z dwóch źródeł (po jednym na każdą), ale jedna z nich zasila jedną pompę, a druga – drugą. Jest to rozwiązanie błędne, ponieważ ustawodawca oczekując dwóch pomp po 100% każda oraz dwóch niezależnych źródeł zasilania każdej z nich, wymaga redundancji zasilania w wodę zarówno z punktu widzenia mechanicznego, jak i elektrycznego,

b) zasilanie systemów oddymiania – obecnie wiele budynków wyposażonych jest w systemy oddymiania, które wymagają pokaźnych ilości prądu, sięgających dziesiątek kilowatów. Zasilanie to musi być gwarantowane podczas pożaru w czasie najczęściej do 60 minut. Jest to wyzwanie, zwłaszcza przy projektowaniu tras kablowych, gdyż centrale wentylacyjne, wentylatory nawiewne czy wyciągowe oraz różnego rodzaju klapy porozrzucane są po całym obiekcie i każda decyzja projektanta może powodować spore koszty lub też oszczędności. Praca ta wymaga czasem nie tylko doświadczenia, ale również pomysłowości,

c) zasilanie systemów oświetlenia ewakuacyjnego – tutaj pojawia się problem, czy wybrać oprawy z modułami bateryjnymi własnego zasilania podczas odłączenia zasilania podstawowego, czy decydować się na drugi komplet kabli w wykonaniu posiadającym odporność ogniową z alternatywnego źródła. Pierwsze rozwiązanie, pozornie wygodniejsze i tańsze, niesie niestety problemy natury eksploatacyjnej, gdyż zdarza się, że np. przy próbnej ewakuacji 20–30% tych modułów nie działa. Drugie rozwiązanie, z pewnością bardziej niezawodne, niestety będzie także kosztowniejsze.

Parę słów o trasach kablowych

Najważniejszym atrybutem tras kablowych alternatywnych systemów zasilania jest alternatywność topograficzna tych tras względem tras kablowych zasilania podstawowego. Jest to związane z potencjalnym pożarem właśnie w przestrzeniach kablowych lub jeśli trasy prowadzone są w przestrzeniach ogólnych budynków, gdzie zagrożeń jest więcej. Częstym błędem jest prowadzenie tras kablowych obu systemów zasilania w jednym kanale, tunelu lub szybie kablowym. Zdarza się także prowadzenie na tej samej drabince. Skutkiem tego jest spore prawdopodobieństwo utraty obu sposobów zasilania jednocześnie, a zatem brak działania wszystkich urządzeń ppoż. w budynku, które nie mają własnego bateryjnego zasilania.

Przyjmuje się, że minimalna odległość między trasami kablowymi zasilania podstawowego i alternatywnego powinna wynosić 4 m. Jest to dość umowne i może nie być wystarczające w przypadku prowadzenia tras kablowych w budynkach z poważnymi zagrożeniami pożarowymi, choć mogą zdarzyć się budynki, gdzie odległość dwóch metrów może być bezpieczna. Dlatego zawsze niezbędna jest analiza z udziałem specjalisty ds. ochrony ppoż.

Kolejnym problemem jest konstrukcja tras kablowych, ich zamocowania oraz rodzaj elementów konstrukcyjnych budynku, do których są przytwierdzane. Odpowiedź jest prosta, gdyż konstrukcja tras kablowych ma posiadać tę samą odporność ogniową, co izolacja kabli. Tu w teorii sprawa jest dość prosta. Na rynku jest już sporo systemów posiadających odpowiednie certyfikaty potwierdzające spełnienie odpowiednich parametrów bezpieczeństwa.  Jednak należy pamiętać, że elementy konstrukcyjne budynku, do których chcemy mocować drabinki czy kable, muszą również spełniać te same kryteria odporności ogniowej. Spotkałem się już z problemem, kiedy prowadzono trasę kablową o odporności ogniowej przez budynek wykonany w całości w konstrukcji stalowej, która z założenia (bez dodatkowych zabezpieczeń) nie posiada odporności ogniowej. W takim wypadku już nic nie da się zrobić, ponieważ obudowanie pojedynczych słupów budynku nic nie daje.

Kilka sposobów na oszczędności

Po kilku stronach „kosztownych” informacji wskażę również kilka możliwości zaoszczędzenia.

a) wielkość zasilania gwarantowanego – ważna jest analiza jednoczesności potrzeb zasilania danych urządzeń ppoż., gdyż w obiektach z wieloma budynkami lub strefami pożarowymi zapewne będzie występować konieczność zasilania tylko części z nich w tym samym czasie, np. praca pompowni wody ppoż. będzie zawsze wymagana, ale już oddymianie jest strefowe,

b) odporność ogniowa tras kablowych – jeśli zapewnimy odpowiednie warunki bezpieczeństwa pożarowego w przestrzeniach prowadzenia tras kablowych, tj.: – minimalizacja źródeł powstawania pożaru – trasy kablowe wydzielone pożarowo lub brak zagrożeń pożarowych wewnątrz danej przestrzeni, wykonanie izolacji okablowania (innych kabli na danej trasie kablowej) z materiałów nierozprzestrzeniających ognia oraz zapewnienie zabezpieczeń elektrycznych przed przeciążeniami oraz zwarciem, – minimalizacja czasu trwania pożaru w przestrzeni elektrycznej oraz jego skutków np. poprzez montaż stałych lub półstałych urządzeń gaśniczych. Przede wszystkim, aby przeciwdziałać rozwojowi pożaru.

Możemy w takich wypadkach brać pod uwagę możliwość odstąpienia od kosztownej i kłopotliwej konieczności zapewnienia parametrów odporności ogniowej tych tras. Jest to praktykowane, ale niezbędna jest precyzyjna analiza przez specjalistów zarówno od ochrony ppoż., jak również przez elektryków i budowlańców. W tym wypadku sugerowałbym zgłoszenie się do instytucji uznanej jak choćby Instytut Techniki Budowlanej, która dysponuje doświadczonymi specjalistami. Propozycja wydaje się czasochłonna i kosztowna, ale w przypadku poważniejszych inwestycji może być bardzo opłacalna.

Najważniejsze jest tworzenie powyższych założeń jak najwcześniej, tzn. już na poziomie ofertowania, oraz analiza ich w odpowiednio dużym zespole. Bywa, że każdy z uczestników procesu projektowego ogląda się na innych: elektryk na hydraulika, projektant HVAC na elektryka, budowlaniec na architekta, a specjalistę od bezpieczeństwa pożarowego zaprasza się na koniec i to głównie do zaopiniowania projektu budowlanego, który nie posiada dokumentacji elektrycznej i kiedy może być już za późno (z punktu widzenia finansowego, ponieważ kontrakt został już podpisany, a inwestor otrzymał już kredyt z banku).

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU z 2010 r. nr 109 poz. 719).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r. nr 75 poz. 690, z późniejszymi zmianami).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!