Instalacje elektryczne zapewniające bezpieczeństwo w czasie pożaru

Wykonanie i eksploatacja instalacji elektrycznych i przeciwpożarowych powinny odbywać się zgodnie z zasadami określonymi w przepisach Polskich Normach i wiedzy technicznej. Spełnienie wszystkich wymogów gwarantuje bezpieczeństwo chronionego obiektu, jego wyposażenia i przede wszystkim ludzi znajdujących się w środku. Autor artykułu porusza najistotniejsze, elektryczne kwestie ochrony przeciwpożarowej.

Wstęp

Projektując i wykonując instalację elektryczną należy pamiętać iż powinna ona zapewnić sprawne funkcjonowanie w różnych warunkach np. w czasie pożaru. Pożar jest nadzwyczajnym zdarzeniem i nie jest możliwe w 100% zabezpieczenie się przed jego powstaniem. Odpowiednio wczesne wykrycie i zasygnalizowanie powstania pożaru może prowadzić do jego ugaszenia zanim dojdzie do zagrożenia życia i zdrowia ludzkiego oraz strat materialnych. Czynniki towarzyszące pożarom takie jak dym czy ciepło stwarzają zagrożenie, ale jednocześnie umożliwiają wykrycie rozprzestrzeniającego się ognia i uruchomienie urządzeń alarmowych i gaśniczych. Instalacja elektryczna powinna doprowadzać zasilanie urządzeń przeciwpożarowych jednocześnie nie powodując zagrożenia porażeniowego dla uczestników akcji gaśniczej.

Środowisko pożarowe a instalacje elektryczne

Aby powstał pożar niezbędny jest udział trzech czynników: palnego materiału, tlenu i źródła ciepła o energii dostatecznej by spowodować zapłon. Rys.1 przedstawia tzw. trójkąt pożarowy, który obrazuje zależności czynników decydujących o powstaniu pożaru.

pozar
Rys.1 Trójkąt pożarowy (N SEP-E 005)

Rozwój pożaru w budynku zależy od źródła pożaru, ilości i składu materiałów palnych, orientacji i geometrii pomieszczenia, powierzchni oraz wielkości i miejsca zlokalizowania otworów wentylacyjnych. Potrzeba oceny skutków pożarów i możliwość przeprowadzania badań laboratoryjnych spowodowała opracowanie modeli matematycznych opisujących przebiegi pożarów (Wiatr 2015). Modele te są to krzywe pożarowe T=f(t) i zostały zdefiniowane w normie PN-EN 1363-2:2001 jako:

krzywa normowa;
krzywa zewnętrzna;
krzywa węglowodorowa;
krzywe parametryczne;
krzywe tunelowe.

W budynku., 30 minut od zainicjowania pożaru, panuje temperatura około 800 ̊C z nieznaczna tendencją wzrostową. Wzrost temperatury powoduje zwiększenie amplitudy drgań atomów w węzłach sieci co prowadzi do zwiększenia prawdopodobieństwa zderzeń elektronów co w konsekwencji skutkuje zmniejszeniem ich ruchliwości. W ten sposób konduktywność przewodów spada a ich rezystancji rośnie.

Analizując wpływ temperatury pożarowej na instalacje elektryczne należy pamiętać iż wzrost rezystancji przewodów niesie za sobą zmniejszenie się spodziewanych prądów zwarciowych. Aby uzyskać skuteczną ochronę przeciwporażeniową poprzez samoczynne wyłączenie, dla urządzeń których działanie jest niezbędne w czasie pożaru, należy zwiększyć przekrój przewodów zasilających te urządzenia do wartości umożliwiających spełnienie warunków samoczynnego wyłączenia zapisanych w normach: PN-HD 60364-4-41:2009 i PN-EN 1363-2:2001(Wiatr 2015).

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, określa wymaganie jakim powinny sprostać kable i przewody zasilające urządzenia których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru:

zespoły kablowe (kable i przewody wraz z zamocowaniami) 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, przy czym czas ten może być ograniczony do 30 minut, o ile zespoły kablowe znajdują się w obrębie przestrzeni chronionych stałymi samoczynnymi urządzeniami gaśniczymi wodnymi;
zespoły kablowe umieszczone w pomieszczeniach chronionych stałymi wodnymi urządzeniami gaśniczymi powinny być odporne na oddziaływanie wody, jeżeli przewody i kable ułożone są w ognioodpornych kanałach kablowych wówczas wymaganie odporności na działanie wody uznaje się za spełnione;
przewody i kable elektryczne w obwodach urządzeń alarmu pożaru, oświetlenia awaryjnego i łączności powinny mieć klasę PH odpowiednią do czasu wymaganego dla działania tych urządzeń, zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 50200:2003 Metoda badania palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających;
zespoły kablowe powinny być tak zaprojektowane i wykonane, aby w czasie wymagającym do uruchomienia i działania urządzenia nie wystąpiła przerwa w dostawie energii elektrycznej lub przekazie sygnału spowodowana oddziaływaniami elementów budynku lub wyposażenia.

Rozporządzenie te mówi również że: “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 normie PN-EN 1363-1:2001 Badania odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne”.

Klasyfikacja przewodów elektrycznych pod względem zachowania zdolności do przewodzenia prądu (lub przenoszenia sygnału) od źródła do instalacji w warunkach pożaru jest zawarta w normie PN-EN 50200:2003. Dotyczy ona tylko cienkich przewodów (< 20mm) i nie opisuje zespołów kablowych w rozumieniu Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002r. Norma na podstawie minimalnych czasów funkcjonowania w warunkach pożarowych definiuje klasy:

PH 15;
PH 30;
PH 60;
PH 90;

Wyżej wymienione rozporządzenie powołuje tą normę tylko dla przewodów i kabli elektrycznych w obwodach zasilających urządzenia sygnalizacji pożaru, łączności i oświetlenia awaryjnego.

W przypadku przewodów i kabli sterowania lub zasilania urządzeń służących do ochrony przeciwpożarowej, niezbędne jest użycie rozwiązań ujętych w wykazie wyrobów służących zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia, życia i mienia (Gorgolewski 2013).

Podczas projektowania i wykonywania instalacji elektrycznej należy pamiętać iż pod wpływem wysokiej temperatury izolacja przewodów ulega jonizacji co skutkuje zwiększeniem się prądów upływowych. Większe prądy doziemne mogą prowadzić do niekontrolowanych i niepotrzebnych wyłączeń wyłączników różnicowoprądowych, co w przypadku zasilania urządzeń przeciwpożarowych które wymagają wysokiej niezawodności zasilania nie może mieć miejsca. Dlatego też stosowanie wyłączników różnicowoprądowych w obwodach zasilania urządzeń których działanie niezbędne jest podczas pożaru, jest niewskazane, mimo iż zgodne z przepisami. Jest to częsty błąd projektowy jego przykład widoczny jest na Rys.2.

Rys.2 Zabezpieczenie instalacji zasilającej klapy oddymiające z wykorzystaniem wyłącznika różnicowoprądowego niespełniające kryterium pewności zasilania.

Poza izolacją podstawową przewodów o określonej odporności ogniowej, jako środek ochrony przeciwporażeniowej w obwodach zasilających urządzenia których działanie jest niezbędne w czasie pożaru jest samoczynne wyłączenie zasilania w układzie TN. Możliwe jest stosowanie układu zasilania IT, jednak tylko w wypadku gdy po drugim zwarciu układ zmieni swoją konfiguracje w układ TN. Niedopuszczalny jest natomiast układ TT, gdyż w tym przypadku niezbędne było by zastosowanie wyłączników różnicowoprądowych w celu spełnienia wymagań normatywnych dotyczących maksymalnych czasów samoczynnego wyłączania zasilania.

Aby poprawnie dobrać przewody i kable do zasilania urządzeń przeciwpożarowych należy spełnić wymagania zawarte w normie PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41. Instalacje dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

Innym istotnym aspektem często (świadomie lub nie) pomijanym jest to iż sprawdzenie skuteczności samoczynnego wyłączenia należy wykonać z uwzględnieniem spodziewanego wzrostu rezystancji przewodów w czasie w pełni rozwiniętego pożaru (Wiatr 2015).

Instalacje przeciwpożarowe

Według Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 21 kwietnia 2006r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków i innych obiektów budowlanych, do instalacji przeciwpożarowych zalicza się urządzenia służące do wykrywania i zwalczania pożaru. Są to:

instalacje i urządzenia dźwiękowego systemu ostrzegawczego DSO;
instalacje oświetlenia awaryjnego;
instalacja i urządzenia systemu sygnalizacji pożaru SSP;
instalacje i urządzenia wchodzące s kład systemu oddymiania;
instalacje sterujące drzwiami i bramami przeciwpożarowymi.

Najczęściej są to instalacje elektryczne zasilane napięciem stałym 12 lub 24 V, gdzie przewody zasilające używane są jako sygnałowe. Służą one do przekazywania informacje o wykrytych zagrożeniach, sygnałów sterujących czy komunikatów głosowych. Wyżej wymienione urządzenia mogą pracować poprawnie tylko i wyłącznie gdy są sterowane przez człowieka lub odpowiedni system wykrywania zagrożeń.

Dzięki instalacjom przeciwpożarowym możliwe jest wczesne wykrycie pożaru i zaalarmowanie o nim za pomocą sygnałów akustycznych i optycznych oraz uruchomienie urządzeń gaśniczych i innych urządzeń użytkowych.

Wszystkie wymienione wyżej instalacje należy wykonać zgodnie z projektem uzgodnionym pod względem ochrony przeciwpożarowej. Warunkiem dopuszczenia instalacji do użytku jest przeprowadzenie niezbędnych testów, prób i badań potwierdzających jej poprawne działanie. Podczas dalszej eksploatacji urządzenia i instalacje powinny być regularnie poddawane przeglądom technicznym i konserwacji zgodnie z zasadami ujętymi w Polskich Normach. Konserwacja i przeglądy techniczne powinny odbywać się w sposób określony w instrukcji producenta urządzeń, nie rzadziej niż raz w roku (Skiepko 2007).

Projektant instalacji elektrycznej w której skład wchodzą obwody zasilania urządzeń przeciwpożarowych powinien wykazywać się nie tylko wiedzą z zakresu instalacji elektrycznych ale również wiedzą z zakresu pożarnictwa, budownictwa, wentylacji, instalacji sanitarnych i akustyki. Wszystkie instalacje powinny być ze sobą powiązane i współpracować. Nieprecyzyjne określenie zasad współpracy wszystkich instalacji lub ich brak prowadzi do nieprawidłowego ich działania mimo że każda z osobna jest wykonana prawidłowo.

W projektach często nie ujmuje się tras prowadzenia kabli i przewodów, pozostawiając to w kwestii wykonawcy. Wykonawca w takim wypadku zazwyczaj interpretuje to na swoja korzyść wykonując instalacje w sposób różniący sie od pierwotnych założeń projektowych. To z kolej może prowadzić do takiej sytuacji gdzie instalacja wykonana zgodnie z projektem, nie jest dopuszczona do użytkowania przez odpowiednie organy upoważnione i inwestora.

Innym problemem związanym z trasami prowadzonych kabli i przewodów jest fakt, ze podczas wykonywania projektu nie jest brana pod uwagę konieczność wykorzystania specjalnych mocowań dla kabli ognioodpornych. Samo wykorzystanie kabli ognioodpornych wymaga od projektanta zwiększonej wiedzy i analizy funkcji jakie będą spełniać w aspekcie ochrony przeciwporażeniowej (Skiepko 2007).

W projektach instalacji elektrycznych często pomijany jest fakt, iż trasy prowadzonych przewodów czy też korytek kablowych przechodzą przez granice różnych stref pożarowych. Brak odpowiednich zapisów w projekcie, nieznajomość zasad wykonywania przejść przeciwpożarowych lub ich niszczenie prowadzi do powstania dodatkowego zagrożenia przeciwpożarowego. Na Rys.3 widoczny jest przykład prawidłowego wykonania przejścia trasy korytka kablowego przez granice dwóch stref pożarowych.

Rys.3 Prawidłowo wykonane przejście korytka kablowego przez granice dwóch stref pożarowych.

Inne wymagania prawne dotyczące ochrony przeciwpożarowej

Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca 2003 r. w sprawie uzgadniania projektu budowlanego pod względem ochrony przeciwpożarowej określa konieczność współpracy projektanta i rzeczoznawcy do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych w zakresie opracowania projektu zgodnie z wymaganiami ochrony przeciwpożarowej. Spośród wielu punktów wymienionych w rozporządzeniu, z elektrycznego punktu widzenia istotne są:

podział obiektu na strefy pożarowe;
warunki ewakuacji, oświetlenie awaryjne oraz przeszkodowe;
sposób zabezpieczenia przeciwpożarowego instalacji użytkowych, a w szczególności wentylacyjnej, ogrzewczej, gazowej elektroenergetycznej, odgromowej;
dobór urządzeń przeciwpożarowych w obiekcie, dostosowany do wymagań wynikających z przyjętego scenariusza rozwoju zdarzeń w czasie pożaru a w szczególności: stałych urządzeń gaśniczych, systemu sygnalizacji pożarowej, dźwiękowego systemu ostrzegawczego, instalacji wodociągowej przeciwpożarowej, urządzeń oddymiających, dźwigów przystosowanych do potrzeb ekip ratowniczych.

Norma PN-B-02852:2001 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Obliczanie gęstości obciążenia ogniowego oraz wyznaczanie względnego czasu trwania pożaru, wymienia odpowiednie wartości gęstości obciążenia ogniowego , dla elektryka istotne są wymagania dla:

rozdzielni elektrycznych – do 1000 MJ/m2;
szachtów instalacyjnych – do 1000 MJ/m2;

Warunki ewakuacji opisane w wyżej wymienionym rozporządzeniu mówią że z każdego miejsca w obiekcie przeznaczonego do przebywania ludzi, należy zapewnić odpowiedni warunki ewakuacji, umożliwiające szybkie i bezpieczne opuszczenie zagrożonej strefy lub objętej pożarem. Z elektrycznego punktu widzenia istotne są zapis o konieczności zapewnienia oświetlenia awaryjnego (ewakuacyjnego i zapasowego) w pomieszczeniach i na drogach ewakuacyjnych które wymienione zostały w przepisach techniczno-budowlanych. Również wspomniana została konieczność zapewnienia możliwości rozgłaszania sygnałów ostrzegawczych i komunikatów głosowych przez dźwiękowy system ostrzegawczy w budynkach dla których jest on wymagany (Celej 2014).

W budynku w którym zanik zasilania może powodować zagrożenie dla życia lub zdrowia ludzi należy stosować zasilanie z co najmniej dwóch niezależnych źródeł oraz wyposażyć go w samoczynnie załączające się oświetlenie awaryjne.

Oświetlenie zapasowe należy zastosować w obiektach w których po zaniku podstawowego oświetlenia zachodzi konieczność kontynuowania czynności w sposób niezmieniony lub ich bezpiecznego zakończenia. Czas działania oświetlenia zapasowego powinien być dobrany odpowiednio do uwarunkowań wynikających z wykonywanych czynności i warunków panujących w danym pomieszczeniu.

Oświetlenie ewakuacyjne należy stosować (Celej 2014):

w pomieszczeniach:
– widowni kin, teatrów i filharmonii oraz innych sal widowiskowych;
– audytoriów, sal konferencyjnych, czytelni, lokali rozrywkowych oraz sal sportowych przeznaczonych dla ponad 200 osób;
– wystawowych w muzeach;
– o powierzchni netto ponad 1000 m2 w garażach oświetlonych wyłącznie światłem sztucznym;
– o powierzchni netto ponad 2000 m2 w budynkach użyteczności publicznej, budynkach zamieszkania zbiorowego oraz w budynkach produkcyjnych i magazynowych;

na drogach ewakuacyjnych:
– z pomieszczeń wymienionych wyżej;
– oświetlonych wyłącznie światłem sztucznym;
– w szpitalach i innych budynkach przeznaczonych przede wszystkim do użytku osób o ograniczonej zdolności poruszania się;
– w wysokich i wysokościowych budynkach użyteczności publicznej i zamieszkania zbiorowego.

W budynkach których występuje system sygnalizacji pożarowej oraz podział na strefy pożarowe, instalacje wentylacyjna i klimatyzacyjna należy powiązać z systemem przeciwpożarowym budynku. Podczas pożaru i uruchomieniu alarmu drugiego stopnia powinno nastąpić automatyczne wyłączenie wentylacji i klimatyzacji w całej strefie pożarowej. W kanałach wentylacyjnych należy umieścić czujniki dymu. Gdy czujniki wykryją dym w instalacji lub centrali klimatyzacyjnej powinno nastąpić jej wyłączenie i włączenie wentylacji pożarowej.

W większości przypadków system SSP jest dwustopniowy. Alarm stopnia pierwszego powiadamia operatora o wykryciu zagrożenia. Kilkuminutowa zwłoka pozwala zweryfikować słuszność włączenia alarmu. Alarm drugiego stopnia powoduje (Celej 2014):

automatyczne przekazanie sygnału do komendy Państwowej Straży Pożarnej;
wyłączenie wentylacji i klimatyzacji obsługującej pomieszczenia w strefie pożaru;
załączenie wentylacji pożarowej;
zjazd wind na przystanek podstawowy;
zamknięcie drzwi przeciwpożarowych w strefie w której powstał pożar;
zniesienie ewentualnych blokad dostępu do drzwi wejściowych budynku;
automatyczne włączenie sygnału alarmowego SSP lub dźwiękowego systemu ostrzegawczego DSO, informującego ludzi o zaistniałym zagrożeniu.

W scenariuszach pożarowych przyjmowane jest iż system sygnalizacji pożarowej ma możliwość sterowania wszystkimi urządzeniami przeciwpożarowymi w obiekcie (Celej 2014).

Podsumowanie

Podczas pożaru oddziaływanie wysokiej temperatury wpływa na wzrost rezystancji przewodów zasilających. Niesie to za sobą poważne konsekwencje takie jak wzrost spadków napięć i spadek prądów zwarciowych.

Wysoka temperatura wpływa również na izolację kabli i przewodów, pod jej wpływem ulega ona degradacji co prowadzi do zwiększenia się wartości prądów upływowych, a w konsekwencji do niepotrzebnych zadziałań wyłączników różnicowoprądowych. Z tego też powodu nie należy stosować tzw. “różnicówek” w obwodach zasilających urządzenia przeciwpożarowe.

Podczas projektowania instalacji elektrycznej w której częścią składową jest instalacja przeciwpożarowa, projektant musi brać pod uwagę wiele aspektów i wykazać wiedzą z zakresu nie tylko instalacji elektrycznych ale również z pożarnictwa, budownictwa, wentylacji, instalacji sanitarnych oraz akustyki.

Literatura

Celej A (2014) Uzgodnienie projektu budowlanego pod względem ochrony przeciwpożarowej, Elektro Info nr 10:28-35
Gorgolewski Ł (2013) Instalacje elektryczne w czasie pożaru – przeciwpożarowy wyłącznik prądu, Spektrum nr 1-2: I-VII
N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania uradzeń, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.
PN-B-02852:2001 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Obliczanie gęstości obciążenia ogniowego oraz wyznaczanie względnego czasu trwania pożaru.
PN-EN 1363-1:2001 Badania odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne
PN-EN 1363-2:2001 Badanie odporności ogniowej. Część 2. Procedury alternatywne i dodatkowe.
PN-EN 50200:2003 Metoda badania palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających
PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41. Instalacje dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2012 roku, w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. nr 75/2002 poz. 690 z późniejszymi zmianami].
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji dnia 21 kwietnia 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 109, poz. 719).
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca 2003 r. w sprawie uzgadniania projektu budowlanego pod względem ochrony przeciwpożarowej (DzU nr 121, poz. 1137 z późniejszymi zmianami).
Skiepko E (2007) Instalacje elektryczne i przeciwpożarowe w praktyce, Elektro Info nr 4:46-49
Wiatr J (20015) Ochrona przeciwporażeniowa urządzeń elektrycznych, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru, Elektro Info nr 7-8:71-76

mgr inż. Krzysztof Makar
01.06.2016