Instalacje do odprowadzania dymu i ciepła

Zasady doboru przewodów elektrycznych w instalacjach oddymiających
mgr inż. Julian Wiatr
Wojskowe Biuro Studiów Projektów Budowlanych i Lotniskowych w Warszawie
1. Wprowadzenie
Głównym zagrożeniem w czasie pożaru przyczyniającym się do większości wypadków
śmiertelnych jest zadymienie, w skład dymu wchodzą produkty spalania, gazy pożarowe i
tlenek węgla. Bardzo niebezpieczna jest też ich wysoka temperatura która stwarza dodatkowe
zagrożenie np. poprzez rozgorzenie. Silne zadymieni utrudnia sprawne przeprowadzenie
ewakuacji oraz walkę z pożarem, dlatego przepisy z zakresu ochrony przeciwpożarowej w
niektórych przypadkach nakładają obowiązek stosowania specjalnych instalacji do
odprowadzania dymu i ciepła z budynków.
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7
czerwca 2010r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów
budowlanych i terenów rozdział 5 §15 ust.1 „Z każdego miejsca przeznaczonego na pobyt
ludzi w obiekcie, powinny być zapewnione odpowiednie warunki ewakuacji, zapewniające
możliwość szybkiego i bezpiecznego opuszczenia strefy zagrożonej lub objętej pożarem,
dostosowane do liczby i stanu sprawności osób przebywających w obiekcie oraz jego funkcji,
konstrukcji i wymiarów, a także być zastosowane techniczne środki zabezpieczenia
przeciwpożarowego, polegające min. na: … pkt4. zabezpieczeniu przed zadymieniem
wymienionych w przepisach techniczno
budowlanych dróg ewakuacyjnych, w tym: na
stosowaniu urządzeń zapobiegających zadymieniu lub urządzeń i innych rozwiązań
techniczno - budowlanych zapewniających usuwanie dymu”.
Z kolei w §16 ust.1 stwierdza się iż: „Podstawą do uznania użytkowanego budynku
istniejącego za zagrażający życiu ludzi jest niezapewnienie przez występujące w nim warunki
techniczne możliwości ewakuacji ludzi, w szczególności w wyniku: …ust.2 pkt. 5)
niezabezpieczenia przed zadymieniem dróg ewakuacyjnych wymienionych w przepisach
techniczno - budowlanych, w określony tam sposób”;
Przepisy budowlane nakazują, aby w szczególności urządzenia zapobiegające
zadymieniu lub samoczynne urządzenia oddymiające uruchamiane za pomocą systemu
wykrywania dymu powinny być stosowane w następujących przypadkach:
 na klatkach schodowych i przedsionkach przeciwpożarowych, stanowiących drogę
ewakuacyjną w budynku wysokim (W) dla strefy pożarowej ZL II oraz w budynku
wysokościowym (WW) dla stref pożarowych innych niż ZL IV,
 klatkach schodowych i przedsionkach przeciwpożarowych, stanowiących drogę
ewakuacyjną w budynku wysokim (W) dla strefy pożarowej ZL I, ZL III, ZL V lub PM oraz
w budynku wysokościowym (WW) dla strefy pożarowej ZLIV,
 szybach windowych dźwigów dla ekip ratowniczych,
 klakach schodowych obudowanych i zamykanych drzwiami w budynkach:
- niskim (N), zawierającym strefę pożarową ZL II,
- średniowysokim (SW), zawierającym strefę pożarową ZL I, ZL II, ZL III lub ZLV,
- niskim (N) i średniowysokim (SW), zawierającym strefę pożarową PM o gęstości
obciążenia ogniowego powyżej 500 MJ/m2 lub pomieszczenie zagrożone wybuchem.
Na rys. 1 oraz rys. 2 zostały przedstawione sytuacje gromadzenia się dymu w budynku
pozbawionym klap dymowych oraz budynku, w którym zastosowano klapy dymowe.
-1-
Rys. 1: Nagromadzenie dymu i ciepła w budynku, w którym brak jest instalacji oddymiającej
Rys. 2:Zasada odprowadzania dymu i ciepła z budynku wyposażonego w instalację
oddymiającą
Oddymianie polega na wytworzeniu odpowiedniej różnicy ciśnień. Można to uzyskać
wykorzystując instalacje grawitacyjne oraz instalacje mechaniczne.
2. Zadania urządzeń i instalacji oddymiających
Urządzenia i instalacje oddymiające powinny:
- zapewnić w chronionym pomieszczeniu wystarczającą widoczność,
- obniżyć stężenie toksycznych gazów pożarowych,
- utrzymać odpowiedni poziom tlenu,
- usunąć ciepło powstające w czasie pożaru.
Proces oddymiania z reguły powinien przebiegać w dwu etapach:
 etap I – utrzymanie dostępności do pomieszczeń w celu ewakuacji ludzi, dlatego instalacje
powinna zostać uruchomiona w jak najkrótszym czasie, zaraz po powstaniu pożaru.
 etap II – powstrzymanie rozprzestrzeniania się dymu poza przestrzeń objętą pożarem.
Rozróżniamy dwa podstawowe sposoby oddymiania:
oddymianie grawitacyjne,
oddymianie mechaniczne.
-2-
3. Instalacje oddymiania grawitacyjnego
W przypadku powstania pożaru w zamkniętym pomieszczeniu lub budynku bardzo szybko
gromadzi się dym i gazy pożarowe wypełniając je najpierw w górnej części a potem
stopniowo obniżając się ku dołowi. Gazy pożarowe posiadają stosunkowo wysoką
temperaturę sięgającą nawet 10000 C mogącą przyczynić się do naruszenia konstrukcji
budynku. Jeżeli w budynku występuje instalacja oddymiająca w odpowiednim czasie po
wykryciu pierwszych oznak pożaru (dymu lub ciepła) następuje jej zadziałanie. Polega ono na
otwarciu specjalnych klap lub okien oddymiających i tym samym odprowadzeniu
nagromadzonych gazów i ciepła na zewnątrz.
Instalacje grawitacyjne są stosowane do odprowadzania gazów pożarowych z klatek
schodowych budynków oraz oddymiania powierzchni produkcyjnych i magazynowych o
dużej powierzchni. W przypadku oddymiania klatek schodowych skuteczność oddymiania
jest dostateczna, jeżeli budynki posiadają powyżej 5 kondygnacji (im wyższy komin tym
silniejsze zasysanie). Otwarciu klapy na stropie lub okna na najwyższej kondygnacji powinno
towarzyszyć otwarcie odpowiednich otworów napowietrzających w dolnej części budynku.
Na rys. 3 została przedstawiona konfiguracja systemu odymiania.
CENTRALKA
SYGNALIZACJI
POŻAROWEJ
CZUJKI
CZUJNIK
DESZCZU
MODUŁ
POGODOWY
TERMOSTAT
ZASILACZ
BATERIA
CZUJNIK
WIATRU
CENTRALKA
ODDYMIANIA
ZASILANIE
230V AC
50Hz
PRZYCISK
"PRZEWIETRZANIE"
PRZYCISK
"ODDYMIANIE"
SIŁOWNIKI
Rys. 3: Konfiguracja systemu oddymiania
4. Zasada działania systemu oddymiania
W momencie wykrycia produktów spalania przez czujki dymu lub przyrostu temperatury
przez czujki temperatury, następuje ich pobudzenie. Sygnał alarmu dociera do centrali
oddymiania, a następnie za pośrednictwem siłowników centrala steruje otwarciem okien lub
klap oddymiających oraz napowietrzających. Jednocześnie sygnał przekazywany jest do
centrali sygnalizacji pożarowej budynku (o ile taka jest w budynku). Uruchomienie systemu
może też nastąpić poprzez wciśnięcie ręcznego przycisku oddymiania. Otwarcie klap jest
sygnalizowane optycznie i akustycznie zazwyczaj w przyciskach alarmowych oddymiania lub
za pomocą sygnalizatorów optyczno-akustycznych. Tego typu systemy posiadają też
możliwość otwarcia klap w celu przewietrzenia pomieszczeń, służą temu specjalne przyciski
przewietrzające, które umożliwiają ręczne otwarcie i zamknięcie klap i okien oddymiających.
-3-
Dodatkowo w celu zabezpieczenia zarówno samej instalacji jak też elementów budynku oraz
materiałów w nim zgromadzonych stosuje się specjalne moduły pogodowe, które zapewniają
automatyczne zamknięcie otworów przy silnym wietrze lub deszczu.
System oddymiania powinien mieć możliwość współpracy z systemem sygnalizacji
pożarowej. W takim przypadku wymagana jest możliwość uruchomienia centrali oddymiania
przez centralę sygnalizacji pożarowej, jednocześnie zwrotnie powinna zostać przekazana
informacja potwierdzająca uruchomienie siłowników, a także przekazanie alarmu
uszkodzeniowego. W tym celu do przekaźników alarmu pożarowego oraz alarmu
uszkodzeniowego systemu oddymiania należy połączyć obwody wejściowe CSP (np. liniowe
moduły wejściowe), z kolei do elementu wykonawczego CSP należy podłączyć wejście
uruchamiające systemu oddymiania oraz zastosować rozwiązanie umożliwiające
nadzorowanie wszystkich sterowań i połączeń.
Ponieważ ze względu na występujące spadki napięcia na przewodach łączących sterownik z
siłownikiem (zasilany jest on napięciem 24V DC, średni pobór prądu od 0,3A do ok. 2A) są
stosowane rozwiązania, w których centrala oddymiania znajduje się w bezpośredniej bliskości
siłownika. Z tego wynika konieczność zapewnienia odpowiedniej jej odporności na wysoką
temperaturę.
Na rys. 4 przedstawione zostało rozmieszczenie elementów systemu oddymiania
grawitacyjnego.
Rys. 4: Rozmieszczenie elementów systemu oddymiania grawitacyjnego [12].
1. Centrala oddymiania; 2. Przycisk oddymiania; 3. Przycisk przewietrzania; 4.Czujka
dymowa; 5.Napęd okna.
5. Instalacja zapobiegająca zadymieniu nadciśnieniowa
Instalacje nadciśnieniowe mają zastosowanie do oddymiania oraz niedopuszczenia do
zadymienia na klatkach schodowych i dróg ewakuacyjnych. Jej działanie polega na
wytworzeniu regulowanego nadciśnienia, które nie dopuszcza do wtargnięcia dymu na drogi
ucieczki. Specjalny układ elektroniczny kontroluje za pośrednictwem dwu niezależnych linii
-4-
oddymiania i grup napędów oraz specjalnych wyłączników nadciśnieniowych cały proces
oddymiania i przyrostu ciśnienia. Odpowiednie wysterowanie zainstalowanych w obszarze
klap oddymiających i napowietrzających powoduje również skuteczne oddymianie
chronionego obszaru. Przykładowy schemat układu instalacji nadciśnieniowego oddymiania
został przedstawiony na rys. 5.
Przy projektowaniu instalacji nadciśnieniowych przyjmuje się że nadciśnienie w klatce
schodowej będzie wynosić od 20 do 80 Pa, a prędkość przepływającego powietrza w klatce
schodowej będzie nie większa niż 5 m/s. Powietrze powinno napływać do klatki schodowej w
sposób równomierny, tzn. wlot powietrza powinien zapewniać jego rozpływ w dolnej części
klatki schodowej i przemieszczanie się w górę całym jej przekrojem. Otwór wlotowy
świeżego powietrza najlepiej spełnia swoją funkcję, kiedy umieszczony jest możliwie nisko,
nie niżej jednak niż 0,5 m nad podłogą. Nawiew musi dostarczać wymaganą ilość świeżego
powietrza z zewnątrz. Zastosowany układ stopniowania ciśnień pozwala na ukierunkowanie
przepływu świeżego powietrza.
Rys. 5: Rozmieszczenie elementów instalacji przeciwdymowej nadciśnieniowej[12]
1.Centrala sterująca z czujnikiem różnicy ciśnień, 2. Wentylator, 3. Kanał przewietrzania,
4.Ręczne przyciski wyzwalające, 5.Automatyczne czujki pożarowe, 6. Samozamykacze drzwi,
7. Rurka miedziana, 8.Przewody elektryczne do napędu elektrycznego, linie sygnalizacyjne
czujek pożarowych i przycisków, 9.Czujnik ciśnienia na klatce, 10. Napęd elektryczny,
11.Otwór oddymiania, 12. Czujnik ciśnienia zewnętrznego.
-5-
6. Kable i przewody w systemach sterowania oddymianiem
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków
technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. Nr 75/2002 poz.
690 z późniejszymi zmianami] w §187 określa iż czas dostawy energii elektrycznej do
urządzeń ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru jest uzależniony od czasu, w
którym urządzenie musi funkcjonować.
Wyjątek stanowią przestrzenie objęte ochroną stałych urządzeń gaśniczych wodnych, gdzie
czas ten może zostać ograniczony do 30 minut.
W większości przypadków czas ten może wynosić nawet 90 minut, kiedy to temperatura
pożaru uzyskuje wysokie wartości sięgające 10000 C .
Przebieg zmienności temperatury pożarowej funkcji czasu trwania pożaru dla pożarów w
budynkach przedstawia rys. 6.
Rys. 6: Krzywa normowa „temperatura – czas” obrazująca pożary celulozowe [13]
Podstawowym kryterium wynikającym z przepisów ppoż. jest odporność ogniowa
przewodów i kabli przez określony czas, przez który gwarantują one dostawę energii
elektrycznej do zasilanych urządzeń po czym tracą właściwości dielektryczne.
Według oznaczeń określonych przez CEN kryteriami wg których przeprowadza się ocenę
odporności ogniowej są:
 nośność oznaczana jako R - jest to zdolność elementu próbnego nośnego elementu
konstrukcji do utrzymania obciążenia badawczego bez przekraczania określonych kryteriów
pod względem wielkości i prędkości przemieszczenia.
 szczelność dymowa oznaczana jako E - jest to zdolność elementu próbnego oddzielającego
elementu konstrukcji budowlanej do zapobieżenia przejściu płomieni i gorących gazów oraz
do zapobieżenia pojawienia się płomieni na powierzchni nie nagrzewanej
 izolacyjność ogniowa oznaczana jako I - jest to zdolność elementu próbnego
oddzielającego elementu konstrukcji budowlanej, poddanego oddziaływaniu ognia z jednej
strony, do ograniczenia przyrostu temperatury nie nagrzewanej powierzchni poniżej
określonych poziomów.
Dodatkowymi kryteriami użytkowymi są:
 przepuszczalność promieniowania „W” – jeżeli o izolacyjności decyduje promieniowanie
cieplne,
-6-
 odporność na działanie mechaniczne „M” – w przypadku kiedy o odporności materiału
decyduje oddziaływanie mechaniczne
 samozamykalność „C” – kryterium dotyczy drzwi zaopatrzonych w samozamykacze,
 ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu „S” – dla elementów które powinny zapewniać
ograniczenie rozprzestrzeniania się dymu.
 ciągłość dostawy energii:
- PH - ciągłości dostawy energii przez kable o średnicy do 2,5 mm,
- H - ciągłości dostawy energii przez kable o średnicy przewodów równej lub większej
niż 2,5 mm.
Zgodnie z wymaganiami zwartymi w przepisach poszczególne odcinki kabli i przewodów w
instalacjach sterowania oddymianiem i zapobiegania zadymieniu powinny spełniać kryteria
określone w tabeli 1.
Tabela 1: Kryteria jakie powinny spełniać przewody i kable w instalacjach odymiania
Zastosowanie kabli i
przewodów
Sterowanie i zasilanie
elementów oddzieleń
przeciwpożarowych,
uruchamianych na zasadzie
rozwarcia styków „NC” np.
klapy przeciwpożarowe w
kanałach wentylacyjnych
Wymagania
Podstawa/Uzasadnienie Uwagi
Nie stawia się
wymagań (PH 0)
Urządzenia te ustawiają się
automatycznie w pozycji
„bezpiecznej” w momencie
pojawienia się przerwy w
układzie sterowania.
Wymagane kable
funkcjonujące w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
Dotyczy to w
szczególności:
przycisków sterowania
ręcznego,
zasilania,
sygnalizacji,
sterowania z central.
Powinny być stosowane
linie nadzorowane przez
centralę.
Sterowanie odłączeniem
wentylacji, urządzeń
technologicznych, wind,
wyłączenie zasilania
Nie stawia się
wymagań (PH 0)
Zgodnie z zasadą iż
uszkodzenie kabla –
powoduje zatrzymanie
urządzeń i/lub zmianę ich
pracy na ”bezpieczną”
Dotyczy to w
szczególności sterowań
z centrali pożarowej
Zasilanie central sterowania
oddymianiem
Wymagane kable
funkcjonujące w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
Wymagane zasilanie
rezerwowe
Zasilanie wentylatorów
oddymiania pożarowego
Wymagane kable
funkcjonujące w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
Wymagane zasilanie
rezerwowe lub
wydzielony obwód poza
przeciwpożarowym
wyłącznikiem prądu
Cecha kabla PH 30
Rozporządzenie [6]
Sterowanie elementów
oddzieleń przeciwpożarowych
do których zadziałania
potrzebne jest dostarczenie
energii elektrycznej np. bramy,
siłowniki.
Zasilanie napędów klap
oddymiania grawitacyjnego
Zasilanie i sterowanie napędu
klap dymowych w instalacjach
zapobiegających zadymieniu
różnicowo-ciśnieniowych dróg
ewakuacyjnych
Wymagane kable
funkcjonujące w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
-7-
Powinny być stosowane
linie nadzorowane przez
centralę.
Zasilanie i sterowanie napędu
klap w instalacjach
pożarowego oddymiania
mechanicznego poziomych
stref oddymiania
Cecha kabla PH 30
Rozporządzenie [6] Sposób
oddymiania podobny do
oddymiania grawitacyjnego
Zasilanie i sterowanie klap
otworów dolotowych powietrza
dla instalacji oddymiania.
Wymagane kable
funkcjonujące
w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie
[6]
Uszkodzenie
kabla
nie
powinno
powodować
uruchomienia klapy otworu
dolotowego
Wymagane kable
funkcjonujące
w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
Linie kablowe do urządzeń
potwierdzających wykonanie
funkcji (położenia klap) w
instalacjach oddymiania
maszynowego.
Linie kablowe potwierdzające
wykonanie funkcji w
instalacjach oddymiania
grawitacyjnego
Kable sterujące urządzeniami
oddymiania pożarowego
przeznaczone do sterowania
ręcznego sterowania przez
uprawniony personel
Kable sygnałowe i sterujące
pomiędzy CSP, CSO, BMS i
tablicami ręcznego sterowania
wentylatorów i klap oddymiania
Wymagane kable
funkcjonujące
w
warunkach pożaru o
cechach PH30
Rozporządzenie [6]
Wymagane kable
funkcjonujące
w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
Wymagane kable
funkcjonujące
w
warunkach pożaru o
cechach PH90
Rozporządzenie [6]
Mogą być stosowane
linie nie nadzorowane
przez centralę.
Na rys. 7 zostały przedstawione rodzaje okablowania stosowane w systemach oddymiania.
-8-
Rys.7: Rodzaje okablowania w systemach oddymiania[12]
Przewody i osprzęt użyty do wykonania instalacji powinien prawidłowo funkcjonować w
przedziałach czasu 30, 60 i 90min. Co odpowiada kryterium zachowania funkcji zespołu
kablowego (kabel + osprzęt) E30; E60 i E90 [1] lub PH15; PH30; PH60; PH90 – wg PN-EN
50200 [2].
Urządzenia oddymiania wymagają skutecznej ochrony przeciwporażeniowej zgodnie z
wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41: 2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia.
Część 4 –41. Instalacje dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem
elektrycznym.
Ponieważ urządzenia te muszą funkcjonować przez wymagany czas pod działaniem wysokiej
temperatury, pojawiają się problemy z dostawą energii elektrycznej o właściwych
parametrach.
Zgodnie z prawem Wiedemanna – Franza wskutek działania wysokiej temperatury
pożarowej ulega zwiększeniu rezystancja przewodów zasilających.
-9-
Z w/w prawa wynika, że stosunek przewodnictwa cieplnego i przewodnictwa elektrycznego
w dowolnym metalu jest wprost proporcjonalny do temperatury. Wraz ze wzrostem
temperatury powstaje wzrost przewodnictwa cieplnego i spadek przewodnictwa
elektrycznego co można zapisać następującą zależnością:

 L T

(1)
gdzie:
 - konduktywność przewodnika, w [ m /(   mm ) ],
 - współczynnik przewodności cieplnej przewodnika,
2
8
L- stała Lorentza ( L  2,44 10 W
T- temperatura przewodnika, w [K].
   K 2 ),
.
Wartość rezystancji przewodu w temperaturze większej od 200 C można
następującego wzoru:
RTk  R20  (
Tk 1,16
)
293,16
wyznaczyć z
(2)
gdzie:
RTk - rezystancja przewodu w temperaturze Tk, w [],
Tk – temperatura końcowa, w której oblicza się rezystancje przewodu
RTk , w [K],
R20 - rezystancja przewodu w temperaturze 200 C, w [].
Przebieg zmienności rezystancji przewodów elektrycznych funkcji temperatury przedstawia
rys. 8.
Rys. 8: Zmienność rezystancji przewodu funkcji temperatury pożarowej
Wzrost rezystancji przewodów zasilających pod działaniem temperatury, powoduje
pogorszenie warunków ochrony przeciwporażeniowej oraz wzrost spadków napięć, który
skutkuje pogorszeniem jakości dostarczanej energii elektrycznej zasilającej te urządzenia.
W celu zneutralizowania wpływu tego niekorzystnego zjawiska przewody zasilające muszą
zostać przewymiarowane. Wymagany przekrój przewodów należy wyznaczyć z
- 10 -
uproszczonych wzorów (właściwych dla przewodów SCu  50 mm2 lub SAl  70 mm2), które
uwzględniają współczynnik wzrostu rezystancji spowodowany działaniem temperatury:
- dla obwodu jednofazowego
S  200 
k p  I  l  cos 
(3)
  U %  U nf
gdzie:
U nf - fazowe napięcie nominalne, w [V]
kp 
RTk
R20
- współczynnik wzrostu rezystancji przewodu powodowany działaniem
temperatury, w [-]
- dla obwodu trójfazowego
S  100  3 
k p  I  l  cos 
(4)
  U %  U n
W normie PN-HD 60364 – 4 - 41: 2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4 –
41. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym
(tabela 2) zostały jednoznacznie określone dopuszczalne czasy wyłączenia zasilania podczas
zwarć doziemnych jednofazowych. Najbardziej ostre wymagania w odniesieniu do czasu
wyłączenia norma określa w odniesieniu do układu zasilania TT. Czasy te są o połowę krótsze
od największych dopuszczalnych czasów określonych dla układów zasilania TN (TN-S; TNC-S; TN-C).
Z tego względu jedynym skutecznym zabezpieczeniem od porażeń realizowanym przez
samoczynne wyłączenie w układzie zasilania TT jest wyłącznik różnicowoprądowy, który nie
nadaje się do zabezpieczania urządzeń ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru.
Sytuacja ta powoduje, że układ zasilania TT nie nadaje się do zasilania urządzeń
elektrycznych, które muszą funkcjonować w czasie pożaru.
Nieprzydatność wyłącznika różnicowo prądowego w obwodach zasilających urządzenia ppoż.
została wyjaśniona w dalszej części artykułu.
Tabela 2:Dopuszczalne czasy trwania zwarć w instalacjach nn zgodnie z PN-HD 60364-4-41.
Układ 50 V< Uo≤ 120 V
sieci
s
TN
TT
120 V< Uo≤ 230 V 230 V< Uo≤ 400 V Uo> 400 V
s
s
s
a.c. d.c.
a.c.
0,8 Wyłączenie może być 0,4
wymagane z innych
0,3 przyczyn niż ochrona 0,2
przeciwporażeniowa
d.c.
5
a.c.
0,2
d.c.
0,4
a.c.
0,1
d.c.
0,1
0,4
0,07
0,2
0,04
0,1
Uo- nominalne napięcie ac lub dc przewodu fazowego względem uziemionego przewodu PE lub PEN
- 11 -
W odniesieniu do urządzeń ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru przy zasilaniu
w układzie TN, spodziewany prąd zwarcia jednofazowego należy obliczać z następujacego
wzoru:
I k1 
U0
( k p  Rk ) 2  ( X k ) 2
 Ia
(5)
gdzie:
kp – współczynnik wzrostu rezystancji przewodu powodowanej działaniem temperatury określony wzorem, w[-].
Należy zwrócić uwagę na to, że podczas pożaru izolacja przewodów podlega silnemu
nagrzewaniu przez co ulega ona, która skutkuje znacznymi wartościami doziemnych prądów
upływowych. Prądy te mogą powodować niekontrolowane działanie urządzeń
różnicowoprądowych powodując wyeliminowanie urządzenia, które musi funkcjonować
podczas akcji gaśniczej.
Zabezpieczenia obwodów zasilających urządzenia ppoż., których funkcjonowanie jest
wymagane podczas akcji gaśniczej należy dobierać tak by zachowana była skuteczna ochrona
przeciwporażeniowa oraz wyeliminowana możliwość ich zadziałania wskutek:
- prądów rozruchowych silników
- prądów załączeniowych lamp, transformatorów, zasilaczy impulsowych itp. urządzeń
- zwiększonych prądów podczas normalnego użytkowania
- braku wybiórczości z zabezpieczeniami na niższych stopniach zabezpieczeń.
W celu wyeliminowania zbędnych zadziałań zabezpieczeń nie należy w tych obwodach
stosować zabezpieczeń:
- różnicowoprądowych
- przeciążeniowych działających na wyłączenie.
Prądy znamionowe lub nastawcze zabezpieczeń zwarciowych należy zwiększyć o jeden lub
dwa stopnie w stosunku do wartości wynikających z obliczeń przy spełnieniu warunku
odporności cieplnej dobieranych przewodów przy zwarciach i przeciążeniach.
W celu wyjaśnienia tego problemu niżej zostanie przedstawiona zasada działania wyłącznika
różnicowoprądowego.
Wyłącznik różnicowoprądowy (RCD) jest to urządzenie, które mierzy różnicę prądu
wpływającego (przewodem L) i wypływającego (przewodem N) z chronionej instalacji (patrz
rys. 9 i rys. 10). Prąd różnicowy I (zwany również prądem upływu) stanowi różnicę
pomiędzy prądem płynącym w przewodzie fazowym (przewodach fazowych) a prądem
płynącym w przewodzie neutralnym N:
(IL1  IL2  IL 3 )  IN  0
(6)
Jednym z najważniejszych parametrów wyłącznika różnicowoprądowego jest znamionowy
prąd różnicowy In. Prąd zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego zawiera się w
granicach 0,5 In - 1In. Zatem poprawnie działający wyłącznik różnicowoprądowy spowoduje
wyłączenie zasilania , jeżeli spełniony będzie warunek:
- 12 -
(IL1  IL 2  IL 3 )  IN  (0,5  1)In
(7)
Parametry wyłączników różnicowoprądowych:
- napięcie znamionowe Un, w [V],
- znamionowy różnicowy In, w [A],
- prąd znamionowy długotrwały In, w [A],
- typ wyłącznika ( A, AC, B ),
- rodzaj wyzwalacza (np. selektywny – S),
- wytrzymałość zwarciowa, w [kA],
- częstotliwość znamionowa, w [Hz].
Wyłączniki różnicowoprądowe dzieli się również ze względu na ich czułość:
- wysokoczułe In  30 mA,
- średnioczułe 30 mA < In  300 mA,
- niskoczułe 300 mA < In  3000 mA.
Wyłącznik różnicowoprądowy pełni następujące funkcje w instalacji:
- realizuje samoczynne wyłączenie zasilania w ochronie przy uszkodzeniu i jest
uzupełnieniem ochrony przy dotyku bezpośrednim ( dla I n  30 mA ),
- jest urządzeniem chroniącym instalację przed pożarami wywołanymi zwarciami
doziemnymi ( dla I n  300 mA ):
- prądami upływowymi.
Rys. 9: Uproszczony
schemat ideowy wyłącznika
różnicowego
Rys. 10: Działanie wyłącznika różnicowoprądowego w przypadku:
a) pracy w instalacji nieuszkodzonej;
b) zwarcia przewodu neutralnego N do obudowy;
c) zwarcia przewodu fazowego L do obudowy;
d) zwarcia pomiędzy przewodem fazowym L i
neutralnym N
- 13 -
Zastosowanie wyłączników różnicowoprądowych w instalacjach zasilających urządzenia
ppoż. obniża niezawodność ich działania wskutek możliwych niekontrolowanych wyłączeń
spowodowanych wzrostem prądów upływowych pod działaniem temperatury, która jonizuje
izolację przewodów lub kabli.
Wyłącznik różnicowoprądowy powinien zadziałać, gdy prąd upływowy uzyska wartość w
przedziale (1  0,5) I n co w przypadku nagrzania izolacji przewodu lub kabla nastąpi bardzo
szybko powodując tym samym pozbawienie zasilanego urządzenia swojej funkcji.
Należy również zwrócić uwagę na nieprzydatność przewodów aluminiowych do zasilania
urządzeń oddymiających ze względu na temperaturę topnienia aluminium wynoszącą
około 6600 C. Taka temperatura w przypadku pożaru w pełni rozwiniętego wystąpi po
około 10 minutach od jego wzniecenia (patrz rys. 6).
Literatura
1. DIN 4102-12 „Zachowanie się materiałów i elementów budowlanych pod wpływem ognia.
Podtrzymywanie funkcji urządzeń w czasie pożaru. Wymagania i badania”.
2. PN-EN 50200 „Metoda badania palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony
specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających”.
3. Materiały udostępnione przez firmę NIEDAX KLEINHUIS POLSKA Sp. z o.o.
4. PN-B-02851-1:1997 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Badania odporności ogniowej
elementów budynku. Wymagania ogólne i klasyfikacja.
5. PROFIT Szczepańska M.: „Wybrane problemy palności kabli elektrycznych”- Ochrona
Przeciwpożarowa nr 1/2003.
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002r. w sprawie warunków
technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. 75 poz. 690. z
późniejszymi zmianami].
7. J. Sawicki „Zagadnienia związane ze sterowaniem pożarowych instalacji oddymiania i
odprowadzania ciepła” Konferencja SAP; wrzesień 2004
8. Materiały do projektowania instalacji oddymiających firmy D+H Mechatronic GmbH
9. PN-HD 60364-4-41: 2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4 –41. Instalacje
dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
10. J. Wiatr, A. Boczkowski, M. Orzechowski – Ochrona przeciwporażeniowa oraz dobór
przewodów i ich zabezpieczeń w instalacjach niskiego napięcia. – DW „MEDIUM” 2010
11. J. Wiatr, E. Skiepko - Dobór przewodów do zasilania urządzeń ppoż., które muszą
funkcjonować w czasie pożaru. – elektro.info 10/2010 – cz. I, elektro.info 11/2010 – cz.II.
12. E. Skiepko – Instalacje przeciwpożarowe – DW MEDIUM 2010 – wydanie II.
13. EN 1363:1999-2: Fire resistance test. Part 2. Alternative and additional procedures.
- 14 -