Fire Temperature Effect on Value of Input Voltage Powering Electrical Equipment and the Effectiveness of Safety Protection of Equipment Required

Transkrypt

1 IAPGOŚ 02/ WPŁYW TEMPERATURY POŻARU NA WARTOŚĆ NAPIĘCIA ZASILAJĄCEGO URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE ORAZ SKUTECZNOŚĆ OCHRONY PRZECIWPORAŻENIOWEJ URZĄDZEŃ, KTÓRE MUSZĄ FUNKCJONOWAĆ W CZASIE POŻARU Julia Wiatr Istytut Elektrotechiki w Warszawie Streszczeie. Bezpieczeństwo pożarowe jest jedym z ajważiejszych wymagań stawiaych współczesym budykom. Wiąże się z im szereg wymagań techiczych, które ależy spełić a etapie projektowaia. Poieważ ajważiejszym elemetem działań ratowiczych jest ewakuacja ludzi z budyku objętego pożarem, stawia się określoe wymagaia dla kostrukcji budyku oraz istalowaych w im urządzeń elektryczych i istalacji zasilającej te urządzeia. Wśród istalacji elektryczych staowiących wyposażeie budyku wstępują obwody zasilające urządzeia elektrycze, które muszą fukcjoować w czasie pożaru. Przewody tych istalacji arażoe są a działaie wysokiej temperatury, przez co muszą oe zapewić ciągłość dostaw eergii elektryczej przez czas iezbędy dla fukcjoowaia zasilaych urządzeń. Towarzysząca pożarowi temperatura powoduje zmiejszeie przewodości elektryczej przewodów, co skutkuje pogorszeiem jakości dostarczaej eergii elektryczej objawiającej się admierym spadkiem apięcia oraz pogorszeiem waruków ochroy przeciwporażeiowej tych urządzeń. Fire Temperature Effect o Value of Iput Voltage Powerig Electrical Equipmet ad the Effectiveess of Safety Protectio of Equipmet Required Abstract. Fire safety is oe of the most importat requiremets for moder buildigs. It is associated with a umber of techical requiremets to be met at the desig stage. Because the most importat part of rescue operatios is to evacuate people from the buildig uder the fire, the specific requiremets emerges for the costructio of the buildig ad for the desig of the electrical devices ad their power supply istallatios. Amog the electrical equipmets istalled i the buildig there are circuits supplyig the electrical devices, which must fuctio at the time of the fire. Cables of these istallatios are exposed to high temperature, but must esure the cotiuity of the power supply by the time ecessary for the operatio of the supplied equipmet. The accompayig fire temperature decreases the electrical coductivity of the cables, resultig i the deterioratio of the quality of supplied electrical eergy represeted by the excessive voltage drop ad i the deterioratio of protectio of these devices. 1. Statystyki pożarów Statystyki pożarów powstających w Polsce, prowadzoe przez Komedę Główą Państwowej Straży Pożarej, wykazują że liczba pożarów jest bardzo wysoka. Przyczyami pożarów jest zła wetylacja, ieostrożość użytkowików, zaiedbaia w zakresie bezpieczeństwa eksploatacji urządzeń techiczych itp. Duża liczba pożarów powstających a tereie Polski jest spowodowaa iesprawymi urządzeiami elektryczymi lub iesprawą istalacją elektryczą. Jedą z przyczy tych pożarów jest iepoprawie zaprojektowaa lub iepoprawie wykoaa istalacja elektrycza w budykach. W tabeli 1 zostały przedstawioe dae statystycze pożarów jakie wstąpiły w Polsce w latach , których przyczyą były urządzeia lub istalacje elektrycze. W tabeli 2 zostały przedstawioe dae obrazujące względy udział pożarów spowodowaych przez istalacje elektrycze lub przyłączae do ich urządzeia elektrycze w latach W tabeli 3 zostały przedstawioe dae statystycze względego udziału pożarów spowodowaych przez istalacje elektrycze lub przez przyłączae do ich urządzaia elektrycze. Tabela 3. Względa liczba pożarów spowodowaych wadami istalacji elektryczych lub wadami urządzeń grzejych, ieprawidłową eksploatacją istalacji lub urządzeń grzejych oraz elektryczość statyczą a tle ogólej liczby pożarów budyków w latach [23] Tabela 1. Pożary spowodowae wadami istalacji elektryczych lub wadami urządzeń grzejych, ieprawidłową eksploatacją istalacji lub urządzeń grzejych oraz elektryczość statyczą w latach [23] Tabela 2. Względa liczba pożarów spowodowaych wadami istalacji elektryczych lub wadami urządzeń grzejych, ieprawidłową eksploatacją istalacji lub urządzeń grzejych oraz elektryczość statyczą a tle ogólej liczby pożarów w latach [23] Przestawioa w tabeli 2 statystyka może wprowadzać w błąd, gdyż wykazuje oa względą liczbę pożarów spowodowaych przez istalację lub urządzeia elektrycze lub elektryczość statyczą a tle wszystkich pożarów. Statystyka ta uwzględia wszystkie pożary, w tym lasów, upraw rolych, pojazdów samochodowych itp. Nie wszędzie jedak występują istalacje elektrycze, przez co odiesieie względego udziału istalacji lub przyłączaych do iej urządzeń do globalej liczby wszystkich pożarów jest podejściem iewłaściwym. Bardziej wiarygoda jest statystyka przedstawioa w tabeli 3, gdzie z ogólej liczby pożarów wyłączoo pożary lasów, upraw rolych, pożary pojazdów oraz ie pożary ie związae z budykami. Uzyskay wskaźik wykazuje, że istalacje elektrycze lub przyłączoe do ich urządzeia elektrycze mają zaczy udział w ogólej liczbie pożarów powstających w budykach. Artykuł recezoway otrzymao: r., przyjęto do druku: r.

2 38 IAPGOŚ 02/ Opis środowiska pożarowego Do zaiicjowaia pożaru koiecze są trzy czyiki: materiał paly, utleiacz oraz źródło ciepła o dostateczie dużej eergii. Materiały pale są to substacje, które ogrzae ciepłem dostarczoym z zewątrz lub powstałym w wyiku reakcji chemiczej lub biologiczej zaczyają wydzielać gazy w ilości wystarczającej do ich trwałego zapaleia się. Tle z kolei jest jedym z ajaktywiejszych pierwiastków chemiczych, który wchodzi w reakcję z wieloma pierwiastkami i związkami chemiczymi. Jeżeli proces te odbywa się gwałtowie, wówczas towarzyszą mu efekty świetle oraz wysoka temperatura. Zjawisko to azywamy spalaiem. Rozróżiamy dwa rodzaje paleia się: paleie się z powstaiem płomiei i tleie/żarzeie się (bez płomiei). Na rysuku 1 przedstawioo tzw. trójkąt pożarowy obrazujący waruki iezbęde do powstaia pożaru Fazy rozwoju pożaru Na rysuku 2, zilustrowae zostały fazy pożaru w odiesieiu do przebiegu temperatury pożaru w pomieszczeiu w fukcji czasu. Poszczególe fazy moża opisać w astępujący sposób: Faza I zwaa iaczej wzrostem lub rozwojem pożaru albo też fazą przed rozgorzeiem. Charakteryzuje się stosukowo iską średią temperaturą, a szybkość rozkładu termiczego i spalaia zależy od ekspoowaej a źródło ciepła powierzchi materiałów palych. Powstające podczas tego stadium strumieie ciepła ie przekraczają zazwyczaj 50 kw/m 2. Pożar jest kotroloway przez paliwo. Faza II pożar w pełi rozwiięty zway rówież fazą po rozgorzeiu, podczas której temperatura osiąga swą maksymala wartość ( C) a wszystkie materiały pale ulegają spalaiu. W trakcie trwaia tej fazy płomieie wypełiają całe pomieszczeie, pożar staje się kotroloway przez wetylację, tz., że jego dyamika zależy w główej mierze od dostępu powietrza. Faza III jest to okres wygasaia (stygięcia). Przejście pożaru w III fazę ajczęściej astępuje po wyczerpaiu się materiału palego i co się z tym wiąże zmiejszeiem temperatury i pozostałych parametrów pożaru. Przyjmuje się, iż początek tego stadium określa spadek temperatury do 80% wartości maksymalej. Rys. 1. Waruki iezbęde do powstaia pożaru, tzw. trójkąt pożarowy W opisie pożarów ależy wyróżić dwa podstawowe określeia: Spalaie proces fizykochemiczy, w którym w wyiku zachodzącej z dostateczie dużą szybkością reakcji chemiczej między paliwem a utleiaczem, którym ajczęściej jest tle (reakcji utleiaia), wydziela się duża ilość eergii; spalaie zapoczątkowuje zapło, samozapło lub samozapaleie. Spalaie materiału palego odbywać się rówież bezpłomieiowo. W takim przypadku występuje tleie się materiału oraz żarzeie. Tleie się lub żarzeie materiału jest wyikiem iedostateczej ilości utleiacza iezbędego do powstaia procesu spalaia materiału palego. Pożar - iekotroloway w czasie i przestrzei proces spalaia materiałów zachodzący poza miejscem do tego celu przezaczoym. Środowisko pożaru - przestrzeń budyku ze strefą spalaia oraz bezpośredie sąsiedztwo. Rozwój pożaru w budyku jest uzależioy w szczególości od źródła iicjacji pożaru, składu i ilości materiałów, powierzchi, orietacji i geometrii pomieszczeia oraz lokalizacji i wielkości otworów wetylacyjych. Pożar w pomieszczeiu obejmuje ogół zjawisk związaych z tworzeiem się i rozprzestrzeiaiem strefy spalaia czyli płomiei, powstawaiem gazowych produktów rozkładu termiczego dymu, oraz wymiaą ciepła i masy w pomieszczeiu i w jego bezpośredim sąsiedztwie. Wieloletie badaia pożarów w pełej skali oraz obserwacje pożarów rzeczywistych w budykach pozwoliły a uogólieie ich opisu poprzez podaie zależości zmia średiej temperatury gazów spaliowych w czasie, wyróżiając trzy główe fazy przebiegu tego zjawiska, które przedstawia rysuek 2. Rys. 2. Krzywa rozwoju pożaru w pomieszczeiu średia temperatura pożaru w fukcji czasu 2.2. Rozgorzeie Oprócz opisaych faz pożaru, a rysuku 2 widocze jest zdarzeie azwae rozgorzeiem (ag. flashover). Jest to momet przejścia pożaru ze spalaia powierzchiowego do spalaia w całej objętości materiałów palych w pomieszczeiu. Czas trwaia rozgorzeia jest stosukowo krótki w porówaiu z czasem trwaia poszczególych faz pożaru, dlatego też jest oo uzawae za zdarzeie, a ie odrębą fazę. W praktyce rozgorzeie polega a spalaiu się produktów rozkładu termiczego i spalaia (dymu). W czasie pożaru w zależości od geometrii przegród budowlaych oraz sposobu wetylacji mogą wystąpić astępujące typy rozgorzeia: - powracające (pomieszczeie jest moco zadymioe, gazy opadają a podłogę, ogień przygasa, do wybuchu brakuje tleu, otwarcie drzwi lub oka powoduje wydostawaie się dymu a zewątrz oraz gwałtowy apływ powietrza do pomieszczeia objętego pożarem; wydostające się a zewątrz gazy posiadające wysoką temperaturę wskutek mieszaia się z powietrzem ulegają zapłoowi; ogień spalającej się a zewątrz mieszaki wraca do pomieszczeia wciągay strumieiem apływającego świeżego powietrza),

3 IAPGOŚ 02/ opóźioe (występuje w pomieszczeiu, w którym gazy pożarowe wypełiają całe pomieszczeie moco zubożoe w tle, gdzie spalaie płomieiowe ustało (występuje tleie się materiałów palych a podłodze); gwałtowy dopływ powietrza z zewątrz wskutek otwarcia drzwi lub oka powoduje szybkie wzbogaceie gorących gazów pożarowych w tle co skutkuje ich wybuchem; mieszaie gazów pożarowych z powietrzem może trwać awet kilka miut przez co te rodzaj rozgorzeia azyway jest opóźioym), - ubogiej mieszaki (do pomieszczeia objętego pożarem zapewioy jest dostateczy dopływ powietrza; z biegiem czasu stężeie gazów palych przekracza dolą graicę wybuchowości, co skutkuje wybuchem mieszaiy gazów palych z powietrzem- jest to lekki rodzaj rozgorzeia, który staowi wstęp do rozgorzeia pełego) - przemieszczające się (gazy pożarowe uchodzące p. w warstwie ad sufitem podwieszaym dostają się do iego pomieszczeia bogatego w tle, gdzie występuje czyik eergetyczy umożliwiający zapło gazów; wskutek podciśieia powstającego w płoącym pomieszczeiu ogień po zapłoie gazów palych wraca do pomieszczeia objętego pożarem tą samą drogą co uchodzące z iego gazy do sąsiediego pomieszczeia) - wsteczego ciągu płomiei (występuje w pomieszczeiu o ubogim stężeiu tleu, gdzie powstaje spalaie bezpłomieiowe, zwae rówież tleiem; brak tleu powoduje zaik paleia, obiżeie temperatury oraz powstaie podciśieia; gwałtowy apływ powietrza wskutek otwarcia drzwi lub oka powoduje szybką reakcję tlących się materiałów palych, które przechodzą do spalaia płomieiowego i wybuchu mieszaiy gazów palych z powietrzem) - bogate (gwałtowe zmieszaie się dymu ubogiego w tle z apływającym świeżym powietrzem powstaje w pomieszczeiach, gdzie występują tzw. pożary pełzające; po pojawieiu się ogia wskutek braku dopływu powietrza przyrastająca objętość gazów pożarowych wytwarza adciśieie; otwarcie oka lub drzwi powoduje gwałtowy apływ powierza i wybuch mieszaiy gazów palych z powietrzem). Obraz rozwoju pożaru w pomieszczeiu spowodoway źródłem o iewielkiej mocy, rzędu 5 W (iedopałek papierosa rzucoy a fotel) przedstawia rysuek 3. Na rysuku tym symboliczie ozaczoo wzrost wydzielaego ciepła podczas spalaia w I i II fazie rozwoju pożaru. Z chwilą zaistieia zjawiska rozgorzeia temperatura pożaru osiąga wartość rzędu ( ) C, a pożar przechodzi w sta quasi-stacjoary, który charakteryzuje się stosukowo małymi zmiaami jego parametrów w czasie. W tym czasie astępuje częściowe oddawaie ciepła do otoczeia poza pomieszczeie objęte pożarem. Sta te sygalizują płomieie wydostające się przez drzwi oraz oka. W tej fazie dyamika rozwoju pożaru zależy od dopływu tleu, którą warukują w główej mierze przekroje otworów wetylacyjych. 3. Krzywe symulujące przebieg pożaru Prowadzoe a szeroka skalę badaia zjawisk pożarowych oraz rozwoju pożaru pozwoliły a opracowaie uogólioych krzywych pożarowych temperatura czas, przedstawiających spodzieway przyrost temperatury fukcji czasu tj. T = f(t): - krzywa ormowa, - krzywa węglowodorowa, - krzywa zewętrza, - krzywe parametrycze, - krzywe tuelowe. Krzywe te zostały przedstawioe w ormie EN :1999 Fire resistace test. Part 2. Alterative ad additioal procedures, której wymagaia staowią podstawę prowadzeia badań ogiowych. Spośród wyszczególioych krzywych pożarowych temperatura czas ajbardziej szczególe miejsce zajmuje krzywa ormowa, zwaa rówież krzywa celulozową, która opisuje uogólioy przebieg pożaru w budykach oraz krzywe tuelowe opisujące uogólioy przebieg pożarów w tuelach komuikacyjych Krzywa ormowa (celulozowa) Krzywa ta obrazuje pożary celulozowe, które występują w budykach. Jest oa powszechie stosowaa w badaiach ogiowych budyków. Krzywą tą opisuje astępujące rówaie [11]: T = 345lg(8t +1)+20 (1) gdzie: T temperatura [ 0 C ], t czas [mi], atomiast jej przebieg przedstawia rysuek 4. Rys. 4. Krzywa rozwoju pożaru w pomieszczeiu średia temperatura pożaru w fukcji czasu 3.2. Krzywa Tuelowa Szczególą grupę pożarów staowią pożary w tuelach komuikacyjych, które jako budowle odróżia: - długość, która jest iewspółmierie wielka w porówaiu z pozostałymi wymiarami tuelu, - wetylacja pożarowa zależa od długości tuelu, - zikome odprowadzaie ciepła a zewątrz. Wskutek zikomego odprowadzaia ciepła a zewątrz temperatury pożarowe osiągają ajwyższe wartości ze wszystkich pożarów w obiektach budowlaych. Pożary te są symulowae przez krzywe tuelowe: - iemiecką RABT - holederską Rijkswaterstaat. Rys. 3. Ogóly obraz I i II fazy pożaru w pomieszczei [13, 12] Przebiegi obydwu krzywych przedstawia rysuek 5.

4 40 IAPGOŚ 02/2012 Rys. 5. Krzywe tuelowe temperatura czas [17] 1-iemiecka RABT; 2- holederska Rijkswaterstaat. Cechą charakterystyczą pożarów w tuelach komuikacyjych jest występowaie zjawiska komiowego, które powoduje, że temperatura pożaru uzyskuje wciągu 5 miut wartość około C Krzywe parametrycze Dość ciekawą grupę staowią krzywe pożarowe temperatura-czas zwae krzywymi parametryczymi, których przebieg jest uzależioy do wskaźika otworów oraz od gęstości obciążeia ogiowego Q, która jest jedym z podstawowych parametrów określających zagrożeie pożarowe. Określa oa średią spodziewaą ilość ciepła w [MJ] wydzielaego podczas spalaia materiałów palych zgromadzoych w pomieszczeiu, strefie pożarowej lub składowisku materiałów stałych w odiesieiu do 1 m 2 powierzchi i wyraża się w [MJ/m 2 ]. Gęstość obciążeia ogiowego oblicza się zgodie z wymagaiami ormy PN-B-02852:2001 Ochroa pożarowa budyków. Obliczaie gęstości obciążeia ogiowego oraz wyzaczaie względego czasu trwaia pożaru [15], z wykorzystaiem astępującego wzoru: Q = å i=1 (Q ci G i ) gdzie: Q gęstość obciążeia ogiowego [MJ/m 2 ], liczba materiałów palych zgromadzoych w budyku, pomieszczeiu lub strefie pożarowej, F powierzchia rzutu poziomego budyku, pomieszczeia lub strefy pożarowej [m 2 ], G i masa poszczególych materiałów palych zgromadzoych w budyku, pomieszczeiu lub strefie pożarowej [kg], Q ci ciepło spalaia poszczególych materiałów palych zgromadzoych w budyku, pomieszczeiu lub strefie pożarowej [MJ/kg]. Krzywe te wykreślae są a podstawie obliczeń prowadzoych w odiesieiu do określoego pomieszczeia i w praktyce ie zajdują zastosowaia. Mają oe charakter teoretyczy, choć staowią uszczegółowioy przebieg krzywej ormowej, dokładie odzwierciedlając spodzieway przebieg pożaru. Przykładowe przebiegi krzywych parametryczych przedstawioe a rysuku 6 dowodzą słuszość przyjęcia krzywej celulozowej przy prowadzeiu badań ogiowych ze względu a to, że opisuje oa waruki ekstremale. Opis matematyczy krzywych parametryczych jest stosukowo prosty lecz prowadzi do bardzo pracochłoych obliczeń, przez co został pomiięty. F (2) Rys. 6. Przykładowe krzywe parametrycze, których przebieg jest uzależioy od gęstości obciążeia ogiowego Q oraz wskaźika otworów O [17]: O A h / A, Ai hi t h A i gdzie: O wskaźik otworów (góry rysuek 0 = 0,06 m 1/2 ; doly rysuek 0 = 0,08 m 1/2, A i pole powierzchi i-tego otworu (oka i drzwi), w [m 2 ] h i wysokość i-tego otworu, w [m 2 ] A t pole powierzchi wszystkich przegród brutto wraz z otworami (powierzchia ścia, okie podłóg oraz sufitów),w [m 2 ] 4. Temperatura pożaru a przewodość elektrycza W budykach są istalowae urządzeia przeciwpożarowe do wykrywaia zagrożeń pożarowych oraz urządzeia wspomagające akcję ratowiczą. Szczególą grupę odbiorików staowią urządzeia elektrycze, których fukcjoowaie w czasie pożaru jest iezbęde dla skuteczego przeprowadzeia ewakuacji ludzi uwięzioych w płoącym budyku. Do urządzeń tych ależy zaliczyć [14]: - dźwigi dla ekip ratowiczych, - pompy pożarowe, - oświetleie awaryje, - Dźwiękowy System Ostrzegaia, - wetylację pożarową. Przewody zasilające te urządzeia w czasie pożaru muszą zagwaratować dostawę eergii elektryczej o wymagaych parametrach oraz skuteczą ochroę przeciwporażeiową przez czas określoy w sceariuszu zdarzeń pożarowych. Wraz z rozwojem pożaru rośie temperatura otoczeia, której działaiu poddae są przewody zasilające urządzeia wspomagające prowadzeie akcji ratowiczej. Przewody te wykoywae są z materiałów zapewiających odporość a działaie ogia przez określoy czas, odpowiedio 30, 60 lub 90 miut [20]. Pomimo tego, że izolacja opóźia przeikaie ciepła do przewodika, w krótkim czasie astępuje zrówaie się temperatury przewodu z temperaturą gazów pożarowych. Przewody ułożoe w tyku agrzewają się rówież bardzo szybko z uwagi a kumulacje ciepła przez pojemość cieplą przegród budowlaych. Badaia ogiowe prowadzoe w Zakładzie Badań Ogiowych Istytutu Techiki Budowlaej w Warszawie wykluczają możliwość układaia w tyku przewodów zasilających urządzeia ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru. Kumulacja ciepła jest tak duża, że osłoa

5 IAPGOŚ 02/ tykiem ie gwaratuje zachowaia ciągłości dostaw eergii elektryczej przez wymagay czas. Na rysuku 7 przedstawioo przykładowy przebieg agrzewaia izolacji oraz żyły przewodu miedziaego. Rys. 7. Przebieg czasowy agrzewaia się izolacji oraz żyły miedziaej przewodu czterożyłowego [18] Wraz ze wzrostem temperatury przewodu wzrastają amplitudy drgań atomów w węźle sieci krystaliczej, która zwiększa prawdopodobieństwo zderzeń z elektroami. Skutkuje to zmiejszeiem ruchliwości elektroów, a tym samym zmiejszeiem koduktywości metalu. Zgodie z prawem Wiedemaa Fraza Loretza (1853 rok doświadczale stwierdzeie przez Wiedemaa i Fraza; 1873 potwierdzoe przez Loretza) stosuek przewodictwa cieplego i przewodictwa elektryczego w dowolym metalu jest wprost proporcjoaly do temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury powstaje wzrost przewodictwa cieplego i spadek przewodictwa elektryczego [9]: l g = L T (3) gdzie: - koduktywość przewodika [ m/ (W mm 2 ) ], - współczyik przewodości cieplej przewodika [W / (m K)], L- stała Loretza ( L = 2, W W K -2 ), T- temperatura przewodika [K]. Prawo Wiedemaa Fraza ie jest spełioe dla wszystkich metali, co potwierdza badaia prowadzoe w Wielkiej Brytaii a początku XXI wieku. Badaia te jedak wykazały, że prawo to zajduje zastosowaie dla metali powszechie stosowaych do budowy kabli i przewodów elektryczych. Zatem zmiaa rezystywości jedostkowej przewodu a jedostkę temperatury może zostać zapisaa astępującym rówaiem: d dt gdzie: T temperatura bezwzględa, w [K], - rezystacja jedostkowa przewodu [ W mm 2 / m], - temperaturowy współczyik rezystacji odiesioy do temperatury 20 0 C (dla metali stosowaych a przewody moża przyjmować = 0,004 K -1 ). Rozwiązaie rówaia (4) prowadzi do astępującego wzoru: r = C e a T (5) (4) Przyjmując jako r 20 dla temperatury początkowej 20 0 C (293,16 K), po przekształceiach otrzymuje się stałą całkowaia: 1 C (6) , 16 e Wzór a rezystację przewodu w temperaturze wyższej od 20 0 C (293,16 K), przyjmie astępującą postać: 1 T ( T 293,16) 20 e e 293, e T e Prowadzeie obliczeń bezpośredio z wykorzystaiem wzoru (7) prowadzi do błędych wyików w zakresie wyższych temperatur, poieważ wzór te ie uwzględia różych czyików termodyamiczych, takich jak: asyceie cieple przewodu, wymiaa ciepła z otoczeiem, zmieość temperaturowego współczyika rezystacji itp. Ma o zaczeie teoretycze. Dobre wyiki daje postać przybliżoa wzoru (7), którą otrzymuje się po rozwiięciu go w szereg: æ r = r 20 1+a DT + a 2 2 DT ö ç (8) æ æ W zakresie temperatur ie wyższych od C zmieość rezystacji przewodu wystarczy opisać za pomocą pierwszych dwóch wyrazów wzoru (8) zastępując rezystywość rezystacją przewodu: R= R 20 (1+a DT) (9) Jest to fukcja liiowa, która bezpośredio wyika z iezmieości temperaturowego współczyika rezystacji w zakresie temperatur od 50 0 C do C. W zakresie temperatur wyższych od C, które występują w czasie pożaru, wzór (8) ie może zostać uproszczoy do pierwszych dwóch składików ze względu a to, że przebieg zmieości rezystacji przestaje być liiowy. Dla temperatur większych od 200 o C, zmiaie ulega temperaturowy współczyik rezystacji, przez co wzrost rezystacji przewodu ie może zostać opisay zależością liiową. Dla celów praktyczych wartość rezystacji przewodu w temperaturach większych od C moża wyzaczyć z astępującego wzoru: R R (7) 2 2 (1 T ) (10) 20 T gdzie: - drugi współczyik temperaturowy rezystacji (dla metali stosowaych a przewody = 10-6 K -2 ). Korzystaie w praktyce ze wzoru (9) lub (10) w zależości od przedziału rozpatrywaych temperatur daje zadowalające wyiki choć jest zaczym uproszczeiem. W praktyce dostateczie dobre rezultaty dają obliczeia wykoywae za pomocą wzoru wykładiczego, który uwzględia ieliiowe zmiay współczyika przy temperaturach wyższych od K [18]: 1,16 Tk RT R20 (11) k 293,16 gdzie: R Tk - rezystacja przewodu w temperaturze T k, w []; T k temperatura końcowa, w której oblicza się rezystacje przewodu R Tk, w [K]; R 20 - rezystacja przewodu w temperaturze 20 0 C, w []. Na rysuku 8 przedstawioo zmieość rezystacji fukcji temperatury [R= f(t)], obliczoej z wykorzystaiem wzorów (9), (10) oraz (11).

6 42 IAPGOŚ 02/2012 Rys. 8. Zależość rezystacji przewodu fukcji temperatury wyzaczoa z wykorzystaiem wzorów (9), (10) oraz (11) [18] Przedstawioe a rysuku 8 charakterystyki R = f(t) wykazują, że obliczeia prowadzoe z wykorzystaiem wzorów (10) oraz (11) dają porówywale wyiki, z których moża korzystać w praktyce. Aaliza rysuku 8 pozwala wyciągąć wiosek, że przewód elektryczy pod działaiem temperatury pożarowej może zwiększyć swoją rezystację awet pięciokrotie, co egatywie wpływa a jakość dostarczaej eergii elektryczej zasilającej urządzeia elektrycze, które muszą fukcjoować w czasie pożaru oraz może wyelimiować ochroę przeciwporażeiową realizowaą przez samoczye wyłączeie zasilaia. Poieważ ormy przedmiotowe oraz przepisy techiczoprawe dotyczące doboru przewodów ie wymagają uwzględiaia zjawiska wysokiej temperatury pożarowej, w praktyce odotowywae są przypadki iepoprawej pracy urządzeń elektryczych wspomagających akcję ratowiczą lub całkowitego pozbawieia ich swojej fukcji. Wszelkie dochodzeia popożarowe prowadzoe są pod kątem przyczy powstaia pożaru oraz sprawdzeia poprawości zaprojektowaia i wykoaia istalacji elektryczej zgodie z obowiązującymi ormami i przepisami techiczo-prawymi. Sytuacja ta powoduje, że Państwowa Straż Pożara ie prowadzi w tym zakresie żadych statystyk. W tym miejscu ależy zwrócić uwagę a ieprzydatość przewodów i kabli alumiiowych do zasilaia urządzeń przeciwpożarowych, których fukcjoowaie jest koiecze w czasie pożaru ze względu a ich stosukowo iską temperaturę topieia wyoszącą około 660 o C. Miedź atomiast posiada temperaturę topieia wyoszącą 1083 o C, której przekroczeie skutkuje przechodzeiem w sta ciekły z jedoczesym skokowym wzrostem rezystacji. Problem arasta w istalacjach wykoywaych w tuelach komuikacyjych, gdzie temperatura otoczeie w czasie pożaru w krótkim czasie uzyskuje wartość 1200 o. W tak wysokiej temperaturze stopieiu ulega rówież miedź a zastosowaie izolacji ogiochroej ie zapewi ciągłości dostaw eergii do zasiaych urządzeń przez co zachodzi koieczość stosowaia dodatkowych środków ochroych p. atestowaych przeciwpożarowych kaałów kablowych. 5. Wpływ temperatury pożarowej a jakość dostarczaej eergii elektryczej (apięcia zasilającego) oraz ochroę przeciwporażeiową Zgodie z wymagaiami ormy PN-EN [24], apięcie zasilające może ulegać odchyleiom od wartości omialej o wartość U 10%. Takie zmiay apięcia w ormalych warukach pracy urządzeń elektryczych są dla ich iegroźe. Problemy mogą się pojawić podczas rozruchu silików, gdzie prądy rozruchowe są zaczie większe iż prądy zamioowe. Powoduje to powstaie większych spadków apięcia iż w czasie pracy ustaloej. Obiżoe o 10% w stosuku do wartości zamioowej apięcie powoduje, że w czasie rozruchu silika a jego zaciskach może pojawić się apięcie o wartościach iższych iż dopuszczale (tabela 4). Wzrost rezystacji przewodu spowodowaego działaiem temperatury pożarowej powoduje dalszy wzrost spadku apięć z jedoczesym wzrostem impedacji pętli zwarcia. Skutkuje to zmiejszeiem wydajości pomp pożarowych, wetylatorów oddymiających wskutek zmiejszeia się mometu silika apędowego oraz pogorszeiem waruków pracy iych urządzeń elektryczych, których fukcjoowaie jest koiecze w czasie akcji gaśiczo-ratowiczej. Momet silika elektryczego w zależości od wartości apięcia zasilającego wyraża się astępującą zależością [22]: M U U 2 M (12) gdzie: M rzeczywisty momet silika elektryczego [Nm], M momet zamioowy silika elektryczego [Nm], U apięcie zamioowe silika elektryczego [V], U rzeczywiste apięcie występujące a zaciskach silika elektryczego [V]. Spadek apięcia a zaciskach silika zaledwie o 10 V % powoduje zmiejszeie mometu o 19 %. Podczas rozruchu silik pobiera prąd zaczie większy iż w czasie pracy ustaloej. Dopuszczaly spadek apięcia w obwodach zasilających pompy pożarowe oraz siliki wetylacji pożarowej w czasie rozruchu wyosi 10 %. Natomiast w czasie pracy ustaloej spadek apięcia w tych obwodach liczoy do złącza budyku do zasilaego urządzeia ie może przekraczać 4 % [21]. Poieważ rozruch sprawego silika przebiega stosukowo szybko, a dopuszczaly spadek apięcia w czasie rozruchu jest zaczie większy od dopuszczalego spadku apięcia w staie pracy ustaloej, decydujący wpływ a poprawą pracę silików urządzeń wspomagających akcję gaśiczoratowiczą ma dopuszczaly spadek apięcia dla stau pracy ustaloej. Zmieość mometu silika idukcyjego zwartego w fukcji apięcia zasilającego przedstawia rysuek 9. Rys. 9. Charakterystyki mometu obrotowego silika idukcyjego klatkowego dla różych wartości apięcia zasilającego [19] Dopuszczale spadki apięcia dla silików będących w staie rozruchu przedstawia tabela 4. Tabela 4. Dopuszczale spadki apicia dla rozruchów silików [22] Zmieiające się w dopuszczalych graicach apięcie ( U 10% ) zasilające źródła światła powoduje, że zmiay strumieia

7 IAPGOŚ 02/ świetlego wyiosą odpowiedio 70% i 140% strumieia zamioowego. Poadto w przypadku długotrwale utrzymującej się wartości apięcia większej o 10% w stosuku do wartości omialej powoduj skróceie czasu eksploatacji żarówki o 25%. Zaczie miejszy wpływ a wartość strumieia świetlego posiadają lampy wyładowcze. Zmiay wartości strumieia świetlego w zależości od zmia apięcia zasilającego moża wyrazić astępującą zależością [16]: U (13) U gdzie: - rzeczywista wartość strumieia świetlego, - zamioowa wartość strumieia świetlego, U rzeczywista wartość apięcia zasilającego, U omiala wartość apięcia zasilającego, - współczyik przyjmoway dla lamp żarowych jako (3,1 3,7) oraz dla lamp wyładowczych jako 1,8. Zmiay względej wartości strumieia świetlego lampy żarowej i wyładowczej w fukcji zmia apięcia zasilającego zostały przedstawioe a rysuku 10. gdzie: DU dop% - dopuszczaly spadek apięcia wg [21] [%], l - długość trasy przewodowej [m], U apięcie zamioowe [V], X - reaktacja przewodu (liii) zasilającej [ W ], I B - spodzieway prąd obciążeia [A], g - koduktywość przewodu zasilającego [m/( mm 2 )], k p - stosuek długości przewodu arażoej a działaie temperatury do długości całej trasy przewodowej. - dla obwodów jedofazowych 1,16 TK l S 293,16 k U dop% U f X tg I 200 B cos p (15) Dobrae przewody ależy astępie sprawdzić z waruku samoczyego wyłączeia. Należy przy tym pamiętać, że do zabezpieczaia obwodów zasilających urządzeia ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru ie moża stosować wyłączików różicowoprądowych oraz jakichkolwiek zabezpieczeń przeciążeiowych. Dopuszczale jest stosowaie jedyie zabezpieczeń zwarciowych, które podczas zwarć doziemych spowodują samoczye wyłączeie zasilaia w czasie ie dłuższym od wymagaego przez ormę PN-HD :2009 Istalacje elektrycze iskiego apięcia. Część Ochroa dla zapewieia bezpieczeństwa. Ochroa przed porażeiem elektryczym [7]. W zależości od apięcia zasilającego oraz typu układu zasilającego czasy te zostały podae w tabeli 5. Tabela 5. Dopuszczale czasy trwaia zwarć istalacjach zgodie z PN-HD [1, 7, 8] Rys.10. Względa wartość strumieia świetlego lampy żarowej i wyładowczej jako fukcja zmia wartości apięcia zasilającego [16] Poprawie dobrae przewody, zgodie z wymagaiami orm i przepisów wskutek wzrostu rezystacji powodowaej wysoką temperaturą (w czasie pożaru w budyku wzrost rezystacji jest iemal 5-cio kroty) będą dostarczały eergie elektryczą do zasilaych urządzeń przy zaiżoym apięciu. Spowoduje to zmiejszeie mometów silików, osłabieie atężeia oświetleia ewakuacyjego oraz sile ziekształceia komuikatów przekazywaych podczas akcji gaśiczoratowiczej przez Dźwiękowy System Ostrzegaia. Przy spadku apięcia powyżej 15% zostaie zakłócoa ormale fukcjoowaie styczików oraz przekaźików pracujących w układach automatyki polegająca a iekotrolowaych rozłączeiach obwodów. Wymagay przekrój przewodów zasilających urządzeia ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru ze względu a dopuszczaly spadek apięcia ależy zatem wyzaczyć z uwzględieiem spodziewaego wzrostu rezystacji powodowaej działaiem wysokiej temperatury towarzyszącej pożarowi z wykorzystaiem astępujących wzorów [1, 8]: - dla obwodów trójfazowych: S 1,16 TK l 293,16 k U dop% U X tg I B cos p (14) Najbardziej ostre wymagaia w odiesieiu do czasu wyłączeia orma ta określa dla układu zasilaia TT. Czasy te są o połowę krótsze od ajwiększych dopuszczalych czasów określoych dla układów zasilaia TN (TN-S; TN-C-S; TN-C). Z tego względu jedyym skuteczym zabezpieczeiem od porażeń realizowaym przez samoczye wyłączeie w układzie zasilaia TT jest wyłączik różicowoprądowy, który ie adaje się do zabezpieczaia urządzeń ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru. Sytuacja ta powoduje, że układ zasilaia TT ie adaje się do zasilaia urządzeń elektryczych, które muszą fukcjoować w czasie pożaru. Podobie układ zasilaia IT, mimo jego szeregu zalet, ie adaje się do zasilaia urządzeń ppoż., które musza fukcjoować w czasie pożaru. Układ te przy pojedyczym zwarciu ie stwarza zagrożeń ale wymaga stosowaia Układu Kotroli Stau Izolacji dla zasygalizowaia powstałego zwarcia w celu jego atychmiastowego usuięcia przez obsługę. Natomiast drugie zwarcie w zależości od sposobu uziemieia ochroego zasilaych odbiorików przekształca go odpowiedio w układ TT lub TN. Biorąc pod uwagę waruki ekstremale jakie postają w czasie pożaru i związae z tym problemy eksploatacyje ależy stwierdzić, że układ te rówież ie adaje się do zasilaia odbiorików eergii elektryczej, które muszą fukcjoować w czasie pożaru. S TK l ( ) 293,16 U U dop% 1,16 k p

8 44 IAPGOŚ 02/2012 W myśl wymagań ormy [7] do zasilaia urządzeń ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru adaje się jedyie układ zasilaia TN (TN-C; TN-C-S; TN-S), gdzie waruek samoczyego wyłączeia ależy sprawdzić z wykorzystaiem astępującego wzoru: U (16) 0 I k1 I a T 1, { 2 [ R Rppoż. ( ) ]} (2 X ) 293,16 gdzie: R- rezystacja liii zasilającej ie arażoa a działaie wysokiej temperatury [], R ppoż. odciek przewodu zasilającego urządzeie ppoż., arażoy a działaie wysokiej temperatury [], X reaktacja przewodu zasilającego [], I k1 spodzieway prąd zwarcia jedofazowego z ziemią [A], I a prąd wyłączający w czasie ie dłuższym od określoego w ormie PN-HD :2009 [7], U 0 apięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemioym przewodem PE (PEN) [V]. Uwaga Dobierae przewody muszą rówież spełiać waruek długotrwałej obciążalości prądowej i przeciążalości oraz wytrzymałości zwarciowej. Dobierae zabezpieczeia do obwodów zasilających urządzeia ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru muszą spełiać waruek selektywości w stosuku do zabezpieczeń je poprzedzających. 6. Wioski 1. Do zasilaia urządzeń elektryczych, które muszą fukcjoować w czasie pożaru ależy stosować wyłączie atestowae zespoły kablowe (kable lub przewody wraz z ich kostrukcjami ośymi przed dopuszczeiem do stosowaia muszą przejść wspóle badaia ogiowe). Zgodie z wymagaiami iemieckiej ormy DIN Zachowaie się materiałów i elemetów budowlaych pod wpływem ogia. Podtrzymywaie fukcji urządzeń w czasie pożaru. Wymagaia i badaia [2], dopuszcza się do stosowaia atestowae zespoły posiadające cechę E30; E60 lub E90. Zapewia to ciągłość dostaw eergii elektryczej przez czas odpowiedio 30; 60 lub 90 miut w zależości od wymagaego czasu pracy zasilaych urządzeń. Krajowe przepisy [3; 6] defiiują te wymagaia ieprecyzyjie. 2. Dobierae przewody muszą zapewić dostawę eergii elektryczej o wymagaych parametrach przez wymagay czas pracy zasilaych urządzeń wspomagających ewakuację oraz zapewić skuteczą ochroę przeciwporażeiową, przez co podczas ich doboru ależy uwzględić wzrost rezystacji przewodika w skutek działaia wysokiej temperatury. czego ie wymagają obowiązujące ormy przedmiotowe oraz przepisy techiczo-prawe. 3. Przykrycie przewodów warstwą tyku ie chroi przed wzrostem rezystacji przewodów w skutek działaia wysokiej temperatury (ściaa wraz z tykiem akumuluje ciepło powodując dodatkowe oddziaływaie termicze a przewody). 4. W przypadku prowadzeia kabli lub przewodów w atestowaych kaałach kablowych, które gwaratują termiczą izolację od pomieszczeń objętych pożarem przez wymagay czas, przewody i kable zasilające urządzeia ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru ależy dobierać bez koieczości uwzględiaia wzrostu rezystacji powodowaą wysoką temperaturą. 5. Do zabezpieczaia obwodów zasilających urządzeia ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru ależy stosować zabezpieczeia adprądowe bez zabezpieczeń przeciążeiowych oraz różicowoprądowych (postępująca degradacja izolacji kabla lub przewodu powodowaa działaiem wysokiej temperatury będzie powodowała wzrost doziemych prądów upływowych, które w kosekwecji spowodują iekotrolowae wyłączeie zasilai, pozbawiając urządzeia swojej fukcji). Prądy zamioowe lub astawcze tych zabezpieczeń ależy zwiększyć o jede lub dwa stopie w stosuku do wartości wyikającej ze zwykłych zasad ich doboru z zachowaiem wymagaej odporości cieplej zabezpieczaych przewodów przy zwarciach. 6. Pomimo szeregu działań prowadzoych a rzecz bezpieczeństwa przeciwpożarowego, istalacje elektrycze oraz przyłączae do ich urządzeia elektrycze są przyczyą zaczej liczby pożarów powstających w budykach. Wskaźik te jest bardzo iepokojący. Literatura [1] Wiatr J., Orzechowski M.: Poradik projektata elektryka, DW Medium 2010 wydaie IV. [2] DIN : Zachowaie się materiałów i elemetów budowlaych pod wpływem ogia. Podtrzymywaie fukcji urządzeń w czasie pożaru. Wymagaia i badaia. [3] PN-EN 50200:2006: Metoda badaia palości ciekich przewodów i kabli bez ochroy specjalej stosowaych w obwodach zabezpieczających. [4] Materiały udostępioe przez firmę NIEDAX KLEINHUIS POLSKA Sp. z o.o. [5] PN-B :1997: Ochroa przeciwpożarowa budyków. Badaia odporości ogiowej elemetów budyku. Wymagaia ogóle i klasyfikacja. [6] Rozporządzeie Miistra Ifrastruktury z dia r. w sprawie waruków techiczych jakim powiy odpowiadać budyki i ich usytuowaie (Dz. U. 75 poz z późiejszymi zmiaami). [7] PN-HD : 2009: Istalacje elektrycze iskiego apięcia. Część Istalacje dla zapewieia bezpieczeństwa. Ochroa przed porażeiem elektryczym. [8] J Wiatr., Boczkowski A., Orzechowski M.: Ochroa przeciwporażeiowa oraz dobór przewodów i ich zabezpieczeń w istalacjach iskiego apięcia, DW MEDIUM 2010 [9] Wiatr J., Skiepko E.: Dobór przewodów do zasilaia urządzeń ppoż., które muszą fukcjoować w czasie pożaru, elektro.ifo 10/2010 cz. I, elektro.ifo 11/2010 cz.ii. [10] E. Skiepko: Istalacje przeciwpożarowe, DW MEDIUM 2010 wydaie II. [11] EN :1999: Fire resistace test. Part 2. Alterative ad additioal procedures. [12] Koecki M., Król B., Wróblewski D.: Nowoczese metody działań ratowiczogaśiczych, Warszawa [13] Koecki M.: Wpływ szybkości wydzielaia ciepła i emisji dymu a rozwój pożaru w układzie pomieszczeń, Warszawa [14] Wiatr J., Orzechowski M.: Dobór przewodów i kabli w istalacjach iskiego apięcia. Zagadieia wybrae, DW Medium 2011 wydaie II. [15] PN-B-02852:2001 Ochroa pożarowa budyków. Obliczaie gęstości obciążeia ogiowego oraz wyzaczaie względego czasu trwaia pożaru. [16] Strzałka-Gołuszka K., Strzałka J.: Jakość eergii elektryczej parametry jakościowe, skutki złej jakości i sposoby poprawy cz. 1, INPE r czerwiec-lipiec [17] M. Abramowicz; R. G. Adamski: Bezpieczeństwo pożarowe budyków cz. I SGSP 2002 [18] (december 15,2004 Page 5 of 9) [19] Niestępski S., Parol M., Pasterakiewicz J., Wiśiewski T.: Istalacje elektrycze. Budowa, projektowaie i eksploatacja, OWPW [20] Ochroa przeciwpożarowa w istalacjach elektryczych (zagadieia wybrae), materiały koferecyje koferecji jubileuszu 10-lecia elektro.ifo Warszawa [21] EN IEC Electrical istallatios i buildigs. Selectio ad erectio of equipmet. Voltage drop i cosumers istallatios. [22] Strojy J., Strzałka J.: Projektowaie urządzeń elektroeergetyczych, UWND AGH 2008 wydaie VII. Mgr iż. Julia Wiatr juliawiatr@wp.pl Emerytoway oficer WP, doktorat Istytutu Elektrotechiki w Warszawie. Ukończył Wydział Elektroiki WAT oraz Wydział Elektryczy Politechiki Warszawskiej. Jest zatrudioy a staowisku aczelego iżyiera w WBSPB il w Warszawie. Jedocześie zajmuje staowisko redaktora aczelego miesięczika elektro.ifo, z którym jest związay od początku jego istieia. Opublikował poad 200 artykułów z zakresu zasilaia obiektów budowlaych oraz ochroy przeciwpożarowej. Jest autorem lub współautorem 11 książek z tego zakresu.