Dobór przewodów zasilających urządzenia ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru

Przedstawiono wpływ temperatury panującej w czasie pożaru na zachowanie funkcji urządzeń ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru. Opisane zostały zasady doboru przewodów zasilających urządzenia ppoż. funkcjonujące w czasie pożaru, nie znajdujące odzwierciedlenia w normach przedmiotowych. Pod wpływem wysokiej temperatury, sięgającej blisko 800°C, odnotowuje się prawie pięciokrotny wzrost rezystancji przewodów zasilających. Nie uwzględnienie tego zjawiska na etapie projektowania instalacji elektrycznej zasilającej urządzenia ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru może doprowadzić do nieskutecznej ochrony przeciwporażeniowej oraz utraty funkcji tych urządzeń wskutek dużych spadków napięcia. Przedstawiony przykład rachunkowy w oparciu o pompę pożarową odnosi się do wszystkich urządzeń ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru. Opisywane zjawiska zostały potwierdzone przez Laboratorium Kryminalistyczne Komendy Wojewódzkiej Policji w Gdańsku, gdzie prowadzone dochodzenie w sprawie pożaru w jednym z budynków wykazało, że pompy pożarowe nie zadziałały w skutek dobrania przewodów zasilających bez uwzględnienia wzrostu rezystancji przewodów spowodowanych działaniem wysokiej temperatury.

Przy doborze przewodów zasilających urządzenia elektryczne funkcjonujące w czasie pożaru oprócz właściwej klasy odporności ogniowej należy zadbać o właściwy dobór przekroju.
Powszechnie akceptowalne zasady doboru przewodów przeznaczonych do zasilania urządzeń elektrycznych mogą prowadzić do błędnych wyników.
Pod działaniem temperatury zmianie ulega rezystancja przewodów. Wzrost rezystancji przewodów spowodowany wzrostem temperatury może stać się przyczyną błędnego
działania urządzeń elektrycznych oraz nieskutecznej ochrony przeciwporażeniowej.
Spośród dostępnych środków ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu, w obwodach zasilających urządzenia elektryczne, których funkcjonowanie jest konieczne w czasie pożaru, powszechnie stosowane jest samoczynne wyłączenie w czasie nie dłuższym niż określony w zeszycie 41 normy PN-IEC 60364.
Stosowanie wyłączników różnicowoprądowych do zabezpieczenia tych urządzeń nie jest dobrym rozwiązaniem z uwagi na wymaganą wysoką niezawodność zasilania tych
urządzeń.
W wyniku działania wysokiej temperatury odnotowuje się wzrost prądów upływowych doziemnych oraz wzrost prądów upływowych pomiędzy poszczególnymi żyłami przewodów.
Zjawisko to nasila się wskutek pojawiającej się jonizacji izolacji i może prowadzić do niekontrolowanego działania wyłączników różnicowoprądowych, co w konsekwencji spowoduje pozbawienie funkcji zasilanego urządzenia ppoż.

Wraz z upływem czasu od zainicjowania pożaru, bardzo szybko wzrasta temperatura pomieszczeń objętych pożarem. Pomimo indywidualnego przebiegu pożaru w zależności
od miejsca jego wystąpienia, opracowane zostały wykresy „temperatura-czas” modelujące przebiegi niektórych rodzajów pożarów.
Zgodnie z normą EN 1363-2:1999[22], zostały zdefiniowane następujące krzywe „temperatura-czas” symulujących przebieg pożarów w pomieszczeniach:
• krzywa normowa
• krzywa węglowodorowa
• krzywa zewnętrzna
• krzywe parametryczne
• krzywe tunelowe.
Najbardziej znana jest krzywa normowa „temperatura – czas” obrazująca pożary celulozowe, która jest powszechnie stosowana w badaniach ogniowych budynków.
Krzywą tą opisuje następujące równanie [14]:

Przykład krzywej normowej odzwierciedlającej rozwój temperatury w pożarach celulozowych, to jest w pożarach, w których paliwem jest głównie drewno i materiały drewnopodobne w odniesieniu do temperatury pokojowej wynoszącej 20°C, została przedstawiona na rysunku 1.

Podczas pożaru w budynku temperatura po około 30 minutach od chwili jego zainicjowania osiąga średnio wartość około 850°C i wykazuje nieznaczne tendencje wzrostowe wraz z upływem czasu trwania pożaru:
• po 30 min temperatura osiąga ok. 842°C;
• po 60 min temperatura osiąga ok. 945°C;
• po 90 min temperatura osiąga ok. 980°C.
Przebieg pożaru w budynku zależy od wielu czynników, do których należy zaliczyć przede wszystkim gęstość obciążenia ogniowego1), która jest uzależniona od rodzaju i masy zgromadzonych w budynku materiałów palnych oraz konstrukcji budynku, typu i przeznaczenia budynku, a także od wpływu czynników zewnętrznych.
Pod działaniem tak wysokiej temperatury powszechnie stosowane przewody instalacji elektrycznej ulegają zniszczeniu przez co do zasilania urządzeń przeciwpożarowych
należy stosować kable i przewody przeznaczone do pracy w wysokiej temperaturze.
Do podtrzymania podstawowych funkcji instalacji elektrycznej w przypadku pożaru są stosowane specjalne kable odporne na działanie wysokiej temperatury. W zależności od
wymaganego minimalnego czasu sprawnego działania kabli
– odpowiednio 30, 60, 90 min. – mogą one mieć różne klasy
podtrzymania funkcji E30, E60 i E90 (DIN VDE 4102 cz. 12) [3] lub klasy odporności ogniowej PH15, PH30, PH60, PH90 (PN-EN-50200) [4].
Do obiektów o podwyższonych wymaganiach przeciwpożarowych, takich jak: budynki handlowe, hotele, kina, teatry, szpitale, muzea, centra przetwarzania danych, centrale telefoniczne, banki, dworce lotnicze, zaliczyć można jeszcze m.in. elektrownie, kopalnie, stocznie i tunele.
Dokładne wymagania w zakresie czasu funkcjonowania urządzeń przeciwpożarowych w czasie pożaru określa Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. Nr 75/2002 poz. 690 z późniejszymi zmianami – ostatnia z 12 marca 2009 roku Dz. U. Nr 56/2009 poz. 461] [5].
Przewody zasilające urządzenia ppoż. należy instalować powyżej urządzeń tryskaczowych z uwagi na to, że pod działaniem wody w krótkim czasie (około 30 minut) tracą one właściwości izolacyjne [17].
Pod wpływem wysokiej temperatury rośnie rezystancja przewodu, która jest uzależniona od temperatury, w jakiej znajduje się przewód.
W temperaturze nie wyższej od + 200°C, zmiany rezystancji przewodów można opisać liniową zależnością [12]


Dobierane przewody do zasilania urządzeń ppoż. muszą również spełniać wymagania minimalnej wytrzymałości mechanicznej, długotrwałej obciążalności prądowej i przeciążalności, odporności na nagrzewanie przez prądy zwarciowe, spadku napięcia oraz samoczynnego wyłączenia zasilania podczas zwarć zgodnie z powszechnie akceptowalnymi zasadami opisanymi w normach przedmiotowych oraz dostępnej literaturze technicznej.
Przy doborze przewodów zasilających urządzenia ppoż. należy uwzględnić wzrost ich rezystancji spowodowany wzrostem temperatury pożarowej, który znacząco wpływa na wymagany przekrój przewodu wyznaczany z warunku spadku napięcia oraz warunku samoczynnego wyłączenia zasilania podczas zwarć doziemnych.
Zatem na etapie projektowania instalacji elektrycznej w budynku, gdzie będą instalowane urządzenia ppoż., które muszą funkcjonować w czasie pożaru (obwody zasilania: pomp pożarowych, DSO, wind przeznaczonych dla ekip ratowniczych, opraw oświetlenia awaryjnego nieposiadających modułów awaryjnych) przewody zasilające oraz przewody
połączeń wyrównawczych obejmujące te urządzenia należy dobierać zgodnie z zasadami określonymi w normie PN-IEC 60364 przy uwzględnieniu wzrostu rezystancji spowodowanej
działaniem wysokiej temperatury.
Największe problemy pojawiają się w obwodach zasilających pompy pożarowe napędzane silnikami elektrycznymi lub inne urządzenia ppoż. charakteryzujące się dużymi prądami rozruchowymi.
Silniki elektryczne podczas rozruchu pobierają znacznie większy prąd niż wartość prądu znamionowego.

Do napędu pomp pożarowych stosuje się silniki indukcyjne klatkowe z uwagi na ich prostą konstrukcje oraz wysoką niezawodność.
Zwykłe silniki klatkowe charakteryzują się dużymi prądami rozruchowymi, wynoszącymi (5-7,5)In co powoduje, że w normalnych warunkach eksploatacji dla silników klatkowych o mocach większych niż 5,5 kW stosuje się układy rozruchowe.
Silnik indukcyjny klatkowy charakteryzuje się dużymi prądami rozruchowymi oraz zmiennym współczynnikiem mocy, którego wartość zależy od obciążenia. Charakterystykę prądu rozruchowego silnika indukcyjnego klatkowego przedstawia rysunek 1.
Natomiast zależność zmian współczynnika mocy od obciążenia silnika cosϕ = ƒ(P/PN) przedstawia rysunek 2.
Podczas rozruchu nieobciążonego silnika pojawia się mała wartość jego współczynnika mocy oraz znaczny prąd rozruchowy, przez co spadek napięcia w obwodzie zasilającym silnik podczas rozruchu jest znacznie większa jak w warunkach normalnej pracy.
Spadek ten będzie tym większy im większa będzie moc zasilanego silnika.
Zatem należy sprawdzić dobrane przewody w obwodach zasilających silniki po kątem czy nie zostanie przekroczona dopuszczalna wartość spadku napięcia.