Badanie układów zasilania oświetlenia awaryjnego

Szkoła Główna Służby Pożarniczej Katedra Techniki Pożarniczej Zakład Elektroenergetyki Ćwiczenie: Badanie układów zasilania oświetlenia awaryjnego Opracował: mł. bryg. dr inż. Ryszard Chybowski mł. bryg. dr inż. Piotr Kustra Warszawa 2011

2 Badanie układów zasilania oświetlenia awaryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z rodzajami oświetlenia awaryjnego, rodzajami opraw oświetlenia awaryjnego, rodzajami zasilania w energię elektryczną tych opraw oraz wymaganiami stawianymi oprawom i zasilaniu ich w energię elektryczną. Rozwój elektroenergetyki umożliwił całkowite przejście oświetlenia sztucznego z innych rodzajów np. łuczywo, lampa naftowa, lampa gazowa itp. na oświetlenie elektryczne. Oświetlenie towarzyszące człowiekowi można podzielić na podstawowe związane z jego działalnością wytwórczą i odpoczynkiem oraz awaryjne przewidziane do stosowania podczas zaniku zasilania oświetlenia podstawowego. W związku z powyższym oprawy oświetlenia awaryjnego są zasilane ze źródła niezależnego od źródła zasilania oświetlenia podstawowego. Oświetlenie awaryjne jest ogólnym określeniem kilku specyficznych odmian oświetlenia pokazanych na rys.1. Rys. 1. Odmiany oświetlenia awaryjnego według [1]. Zgodnie normą [1] oświetlenie awaryjne dzieli się na oświetlenia: ewakuacyjne, umożliwiające identyfikację i wykorzystanie drogi ewakuacyjnej, bezpieczeństwa, zapewniające bezpieczeństwo osobom zatrudnionym na niebezpiecznych stanowiskach pracy, Oświetlenie awaryjne jest to rodzaj oświetlenia, które uruchamia się we właściwym czasie w przypadku zaniku oświetlenia podstawowego Dzieli się je na dwie grupy jak wspomniano powyżej na oświetlenia ewakuacyjne i zapasowe. Oświetlenie drogi ewakuacyjnej jest oświetleniem niezbędnym do oświetlenia dróg ewakuacyjnych w określonym czasie przy minimalnym natężeniu światła, tak, aby umożliwić bezpieczne opuszczenie zagrożonych pomieszczeń lub obiektu, oraz łatwe zlokalizowanie i użycie sprzętu pożarowego i sprzętu bezpieczeństwa. Oświetlenie znaków ewakuacyjnych najczęściej stosuje się do oświetlenia i oznaczenia wyjść ewakuacyjnych i wskazania na nie. Według przepisów w każdym miejscu drogi ewakuacyjnej musi być widoczny, co najmniej jeden oświetlony znak ewakuacyjny, a jeśli to wystarczy muszą być, co najmniej oznaczone wejścia i wyjścia ewakuacyjne. Tego rodzaju oświetlenie ma za zadanie podświetlenie znaków ewakuacyjnych w celu lepszej ich widoczności i ewentualnie może służyć do minimalnego oświetlenia dróg ewakuacyjnych.

3 Oświetlenie strefy otwartej jest to awaryjne oświetlenie ewakuacyjne stosowane w celu umożliwiające właściwe zakończenie działań w sposób bezpieczny osobom działającym oraz uniknięcia paniki oraz umożliwienia dotarcia do miejsca, z którego droga ewakuacyjna może być rozpoznana. Celem oświetlenia strefy otwartej (zapobiegającego panice) jest zmniejszenie prawdopodobieństwa paniki i umożliwienie bezpiecznego ruchu ludzi w kierunku dróg ewakuacyjnych przez zapewnienie warunków widoczności umożliwiających dotarcie do miejsc, z których drogi ewakuacyjne mogą być rozpoznane. Zaleca się, aby drogi ewakuacyjne lub strefy otwarte były oświetlone w wyniku padania światła bezpośredniego na płaszczyznę roboczą jak również zaleca się oświetlenie przeszkód występujących na wysokości do 2m powyżej tej płaszczyzny. Oświetlenie strefy wysokiego ryzyka jest to awaryjne oświetlenie ewakuacyjne stosowane dla bezpieczeństwa osób biorących udział w potencjalnie niebezpiecznym procesie lub znajdujących się w potencjalnie niebezpiecznej sytuacji, osobom przebywającym w tej strefie. Oświetlenie drogi ewakuacyjnej wymagania W przypadku dróg ewakuacyjnych o szerokości do 2m średnie natężenie oświetlenia na podłodze wzdłuż środkowej linii drogi ewakuacyjnej powinno być nie mniejsze niż 1lx a na centralnym pasie drogi obejmującym nie mniej niż połowę szerokości drogi natężenie oświetlenia powinno stanowić, co najmniej 50%podanej wartości. Z powodu obniżenia sprawności źródeł światła w okresie eksploatacji, zabrudzenia opraw i innych czynników zewnętrznych najlepiej jest projektować natężenie oświetlenia na poziomie minimum 1,25 lx przyjmując że na drodze ewakuacyjnej nie ma światła odbitego od podłóg, ścian i sufitów. Nie należy, zatem stosować do potrzeb oświetlenia ewakuacyjnego światła odbitego a jedynie bezpośrednie oświetlenie powierzchni drogi ewakuacyjnej. Przy doborze opraw oświetleniowych należy brać również pod uwagę wysokość ich montażu nad poziomem drogi ewakuacyjnej oraz sprawność (wartość skuteczności świetlnej lampy) w pracy bateryjnej. Rys. 2. Przykład rozwiązania oświetlenia drogi ewakuacyjnej. Szersze drogi ewakuacyjne mogą być traktowane, jako kilka dróg o szerokości 2m lub mogą mieć oświetlenie jak w strefach otwartych (zapobiegających panice).

4 Stosunek maksymalnego natężenia oświetlenia do minimalnego natężenia oświetlenia wzdłuż centralnej linii drogi ewakuacyjnej nie powinien być większy niż 40:1. Stosunek min do max natężenia oświetlenia definiuje równomierność oświetlenia drogi ewakuacyjnej. Tabela 1 Zależność dopuszczalnej maksymalnej światłości oświetlenia ewakuacyjnego od wysokości umieszczenia lamp oraz rodzaju oświetlenia awaryjnego. Wysokość h umieszczenia opraw Maksymalna światłość I max przy Maksymalna światłość I max przy nad poziomem podłogi oświetleniu dróg ewakuacyjnych i oświetleniu stref wysokiego ryzyka [m] stref otwartych(zapobiegających [Cd] panice) [Cd] h<2,5 500 1000 2,5 h<3,0 900 1800 3,0 h<3,5 1600 3200 3,5 h<4,0 2500 5000 4,0 h<4,5 3500 7000 h 4,5 5000 10000 Minimalny czas pracy oświetlenia ewakuacyjnego (pozwalający bezpiecznie opuścić zagrożoną strefę) podczas ewakuacji powinien wynosić 2 godziny Na drodze ewakuacyjnej 50% wymaganego natężenia światła powinno być osiągnięte w czasie nie dłuższym niż 5sekund a pełny poziom natężenia światła w czasie nie dłuższym niż jedna minuta. Oświetlenie strefy otwartej (zapobiegające panice) Celem oświetlenia strefy otwartej jest zmniejszenie prawdopodobieństwa powstania paniki i umożliwienie bezpiecznego ruchu osób w kierunku dróg ewakuacyjnych poprzez stworzenie odpowiednich warunków widoczności pozwalających na odnalezienie kierunku ewakuacji. Oświetlenie to jest stosowane w strefach o nieokreślonych drogach ewakuacyjnych w halach lub obiektach o powierzchniach podłogi większej niż 60m 2 lub mniejszych pomieszczeniach, jeżeli istnieje dodatkowe zagrożenie wywołane obecnością dużej liczby osób. Natężenie oświetlenia nie powinno być mniejsze niż 0,5lx na poziomie podłogi na niezabudowanym polu czynnym strefy otwartej, z wyjątkiem wyodrębnionego przez wyłączenie z tej strefy obwodowego pasa o szerokości 0,5m. Rys.3 Przykład awaryjnego oświetlenia strefy otwartej. Pozostałe wymaga gania stawiane oświetleniu strefy otwartej są analogiczne jak w przypadku oświetlenia drogi ewakuacyjnej.

5 Oświetlenie strefy wysokiego ryzyka. Celem oświetlenia awaryjnego strefy wysokiego ryzyka jest zapewnienie bezpieczeństwa ludziom zaangażowanym w potencjalnie niebezpieczny proces lub sytuację i umożliwienie im właściwego zakończenia procedur ze względu na bezpieczeństwo innych osób przebywających w nieruchomości. W sytuacjach wysokiego ryzyka awaryjne natężenie oświetlenia na płaszczyźnie odniesienia nie powinno być mniejsze niż 10% eksploatacyjnego natężenia oświetlenia wymaganego dla danych czynności. Jednak natężenie to nie powinno być mniejsze niż 15 lx. Należy również wyeliminować efekt stroboskopowy. Równomierność natężenia oświetlenia w strefie wysokiego ryzyka nie powinna być mniejsza niż 0,1. Awaryjne oświetlenie strefy wysokiego ryzyka powinno zapewniać pełne wymagane natężenie światła w sposób ciągły lub w ciągu 0,5s. w zależności od występującego potencjalnego zagrożenia wynikłego z niedokończenia przebiegu procesu lub czynności technologicznych. Rozmieszczenie opraw (źródeł światła) oświetlenia awaryjnego. W celu zapewnienia właściwej widzialności umożliwiającej ewakuację wymaga się, aby były oświetlone strefy określonej przestrzeni. Z wymagania tego wynika, że wskazane jest umieszczenie źródeł światła, co najmniej 2m nad podłogą. W celu zapewnienia odpowiedniego natężenia oświetlenia, źródła światła oświetlenia ewakuacyjnego zgodnie z PN-EN 60598-2-22:2004/AC, powinny być usytuowane w pobliżu każdych drzwi wyjściowych. Oświetlenie to powinno również znaleźć się w takich miejscach, w których może wystąpić zagrożenie dla osób ewakuowanych, ma ono na celu uprzedzenie tych ludzi o potencjalnym niebezpieczeństwie. Źródła światła powinny być umieszczane: przy każdych drzwiach wyjściowych przeznaczonych do wyjścia ewakuacyjnego, w pobliżu schodów, tak, aby każdy stopień był oświetlony bezpośrednio, w pobliżu każdej zmiany poziomu, obowiązkowo przy wyjściach ewakuacyjnych i znakach bezpieczeństwa, przy każdej zmianie kierunku, przy każdym skrzyżowaniu korytarzy, na zewnątrz i w pobliżu każdego wyjścia końcowego, w pobliżu każdego punktu pierwszej pomocy, w pobliżu każdego urządzenia przeciwpożarowego i przycisku alarmowego. Klasyfikacja opraw oświetleniowych (źródeł światła oświetlenia awaryjnego) Oświetlenie awaryjne jest przewidziane do stosowania podczas zaniku zasilania oświetlenia podstawowego i z tego powodu oprawy do oświetlenia awaryjnego są zasilane również ze źródła niezależnego, jakim są akumulatory. Lampy oświetlenia awaryjnego powinny być klasyfikowane zgodnie z działem 2 normy IEC 60598-1 z takim wyjątkiem, że całe oświetlenie awaryjne powinno być klasyfikowane, jako odpowiednie do bezpośredniego montażu na powierzchniach normalnie palnych (oznakowane symbolem F). Oprawy oświetleniowe powinny być czytelnie oznakowane znamionowym napięciem lub zakresem(-ami) znamionowego napięcia zasilania.

6 Oprawy oświetleniowe powinny być czytelnie oznakowane niezbędnymi informacjami o właściwej lampie zamiennej w miejscu widocznym podczas wymiany lampy. Tam gdzie to uzasadnione w oznakowaniu lub instrukcji dołączonej do oprawy oświetleniowej powinien być podany zakres temperatury otoczenia. Oprawy awaryjne z własnym zasilaniem powinny być czytelnie oznakowane informacjami niezbędnymi do prawidłowej wymiany akumulatora, łącznie z typem i napięcie znamionowym akumulatora. Oprawy awaryjne zespolone powinny być oznakowane szczegółowymi informacjami dotyczącymi właściwych lamp zamiennych oświetlenia podstawowego i awaryjnego. Jeżeli lampy oświetlenia podstawowego i awaryjnego różnią się to ich typ powinien być łatwo identyfikowalny. Oprawki lamp oświetlenia awaryjnego w oprawach zespolonych powinny być wyróżnione zielona kropką o średnicy, co najmniej 5mm, widoczną podczas wymiany lampy. W instrukcji dołączonej do oprawy oświetleniowej producent powinien podać szczegółowe informacje o urządzeniach testujących umieszczonych w oprawie lub stosowne instrukcje, jeżeli urządzenia testujące są dostarczane oddzielnie. Instrukcje powinny zawierać szczegóły procedur testujących. Instrukcja powinna zawierać szczegółowe informacje o przekrojach przewodów łączeniowych, które mogą być użyte miedz oprawą awaryjną z własnym zasilaniem, sprzężoną i połączoną z nią oprawą awaryjną peryferyjną. Powinna być określona maksymalna długość przewodów ograniczająca spadek napięcia do 3%. Instrukcja powinna zawierać informację o znamionowym strumieniu światła w awaryjnym trybie pracy lampy. Procedura przygotowania oprawy oświetleniowej do pracy powinna być umieszczona w instrukcjach producenta Producent powinien udostępnić dane fotometryczne dostarczanej lampy. Budowa W oprawach awaryjnych świetlówki użyte, jako źródło światła powinny zaświecić się w trybie awaryjnym bez pomocy zapłonników tlących zgodnie z IEC 60155. Oświetlenie awaryjne nie powinno być realizowane z wykorzystaniem świetlówek z wbudowanym zapłonnikiem tlącym. Urządzenia sterujące pracą lamp awaryjnych i moduły sterujące wbudowane w oprawy lamp powinny być zgodne z normami IEC 60928, IEC 61046. Awaria którejkolwiek lampy oświetlenia awaryjnego przyłączonej do obwodu nie powinna oddziaływać na inne lampy znajdujące się w tym samym obwodzie elektrycznym. Wymaganie to może być spełnione poprzez zastosowanie zabezpieczeń bezpiecznikowych, przekaźnikowych (blokady), lub innych technicznych rozwiązań ochronnych zastosowanych w każdej lampie. W oprawach oświetlenia awaryjnego zespolonych zasilanych centralnie, separacja elektryczna pomiędzy zasilaniem podstawowym i awaryjnym powinna być zapewniona przez izolację podwójną, wzmocnioną, ekran uziemiający lub inne rozwiązanie techniczne. Oprawy oświetlenia awaryjnego z własnym zasilaniem powinny mieć wbudowane w nie układy do ładowania akumulatora z zasilania podstawowego i wskaźnik widoczny podczas normalnej eksploatacji np. sygnalizator który pokazuje następujące stany pracy układu:

7 a) akumulator jest ładowany b) istnieje ciągłość obwodu poprzez wolframowe żarniki lamp oświetlenia awaryjnego, gdy jest to uzasadnione. Sposoby zasilania w energię elektryczną lamp oświetlenia awaryjnego różnią się pewnością działania oraz czasem, jaki musi upłynąć od chwili awarii zasilania podstawowego do chwili załączenia źródła rezerwowego. Bardzo wysoką niezawodnością zasilania charakteryzują się systemy wykorzystujące oprawy oświetlenia awaryjnego zasilane indywidualnie (rys.4). Układ zasilania w tym przypadku działa w sposób następujący; akumulator rezerwowego źródła zasilania ładowany jest z sieci w sposób ciągły. Kiedy osiągnie nominalną pojemność elektryczną proces ładowania ustaje. Stan naładowania monitorowany jest nieprzerwanie przez układ kontrolno-sterujący lampy. Przetwornica napięcia ma za zadanie dopasować napięcie rezerwowego źródła prądu do wartości wymaganej przez lampę oświetlenia awaryjnego. Rys. 4. Zasilanie oświetlenia awaryjnego z indywidualnych akumulatorów 1. świetlówka, 2. prostownik, 3. przetwornica napięcia, 4. akumulator, 5. automatyczny przełącznik, 6. żarówka Przy większych mocach zainstalowanych należy stosować układy oświetlenia awaryjnego zasilane z zespołu prądotwórczego (rys.5) Taka sytuacja ma miejsce, gdy zapotrzebowanie na energie elektryczną do zasilania obwodów systemów bezpieczeństwa pożarowego wynosi kilkaset kilowatów SIEĆ ENERGETYCZNA RG (Rozdzielnia Główna) Główny Punkt Zasilania SZR G Generator prądotwórczy RNR (Rozdzielnia Napięcia Rezerwowego) UPS VFI RNG (Rozdzielnia Napięcia Gwarantowanego) Odbiory I kategorii zasilania (rezerwowane przez generator i UPS) Odbiory II kategorii zasilania (rezerwowane przez generator) Odbiory I kategorii zasilania (nierezerwowane)

8 Rys. 4. Przykład rozwiązania zasilania w energią elektryczną w zależności od kategorii odbiorów. Odbiory III kategorii zasilania są to odbiory niewymagające specjalnych warunków, nie maja znaczenia w strategicznym funkcjonowaniu obiektu. Odbiory kat. III pozostają bez zasilania do chwili powrotu napięcia sieci energetycznej. Do tej kategorii można zaliczyć: Oświetlenie ogólne, Ogrzewanie, Wentylacja podstawowa (bytowa), Odbiory II kategorii zasilania-są to odbiory, dla których chwilowy zanik napięcia nie stanowi zagrożenia a muszą posiadać rezerwę zasilania ze względu na strategiczne funkcjonowanie obiektu. Od źródła rezerwy energii (generatora) wymagana jest bardzo duża niezawodność i gotowość do pojęcia natychmiastowej pracy po zaniku napięcia z sieci energetycznej oraz zdolność do długotrwałego podtrzymywania zasilania. Czas podtrzymania pracy tych odbiorów zależy od pojemności zbiorników paliwa i może być praktycznie nieograniczony. Czas przerwy wynosi od kilku do kilkunastu sekund. Odbiory tej kategorii są niewrażliwe na zaniki napięcia zasilającego, szumy, zmiany częstotliwości, wahania wartości skutecznej, dobrze znoszą odkształcenia napięcia. Do tej kategorii odbiorów można zaliczyć: Oświetlenie awaryjne, Urządzenia i instalacje bezpieczeństwa przeciwpożarowego, Wentylację awaryjną, Windy, itp. Klasyfikacja opraw oświetleniowych Oprawy do oświetlenia awaryjnego ze względu na ich konstrukcję powinny być klasyfikowane i oznakowane w następujący sposób. Oznaczenie typu, trybu pracy, wbudowanych urządzeń i znamionowego czasu pracy oprawy oświetleniowej powinno być przymocowane lub naniesione na oprawie w widocznym miejscu. Oznaczenie składa się z prostokąta podzielonego na trzy lub cztery segmenty zawierające jedną pozycję lub więcej. Stosownie do konstrukcji pozycja uzyska literę lub cyfrę, lub punkt, jeżeli żadnego wskazania nie podano. Postać oznaczenia opraw jest następująca: Segmenty i pozycje wypełnione są literami i cyframi wskazującymi rodzaj konstrukcji. a) Pierwszy segment zawiera jedną pozycję: TYP X z własnym zasilaniem Z zasilanie centralne b) Drugi segment zawiera jedną pozycję: TRYB PRACY 0 zasilanie nieciągłe 1 zasilanie ciągłe 2 zespolona zasilanie nieciągłe 3 zespolona zasilanie ciągle 4 złożona zasilanie nieciągłe 5 złożona zasilanie ciągle 6 peryferyjna c) trzeci segment zawiera cztery pozycje: URZĄDZENIA. Wypełniany stosownie do instalacji.

9 A. zawiera urządzenie testujące B. zawiera zdalny tryb spoczynkowy C. zawiera tryb blokady D. oprawa do stref wysokiego ryzyka d). Czwarty segment zawiera trzy pozycje: stosuje się do opraw z własnym zasilaniem aby uzyskać minimalny czas trwania trybu awaryjnego wyrażony w minutach 10 aby wskazać 10 min. czas trwania 60 1h czas trwania 120 2h czas trwania 180 3h czas trwania Poniżej podano dwa przykłady znakowania z objaśnieniami: X 1 B D 60 Znaczenie: oprawa z własnym zasilaniem, zasilanie ciągłe, zawierająca zdalny tryb spoczynkowy,przeznaczona do strefy wysokiego ryzyka o 60-cio minutowym czasie trwania trybu awaryjnego. Z 1 Znaczenie: oprawa zasilana centralnie o zasilaniu ciągłym Opracowanie wyników pomiarów a) obliczyć wartości średnie otrzymanych wyników. b) sklasyfikować oprawę oświetlenia awaryjnego będącej na wyposażenia stanowiska laboratoryjnego. c) przeprowadzić dyskusję otrzymanych wyników oraz podać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. Pytania 1. Wymień i pokrótce opisz rodzaje oświetlenia awaryjnego. 2. Opisz, jakie wymagania musi spełniać oświetlenie dróg ewakuacyjnych. 3. Opisz, jakie wymagania musi spełniać oświetlenie awaryjne strefy otwartej 4. Scharakteryzuj strefę wysokiego ryzyka i opisz wymagania stawiane oświetleniu awaryjnemu tej strefy. 5. Podaj i pokrótce opisz rodzaje opraw oświetlenia awaryjnego. 6. Podaj przykład klasyfikacji opraw oświetlenia awaryjnego. 7. Podaj, jakie dopuszczalne są czasy przełączenia zasilania z podstawowego na awaryjne i z czym są one związane. Podczas zajęć laboratoryjnych studenci będą wyznaczali czasy przełączania oprawy oświetlenia awaryjnego z podstawowego zasilania na zasilanie awaryjne (akumulatorowe), należy wykonać serię, co najmniej 10-ciu pomiarów. Wyznaczane będzie minimalne napięcie przełączenia zasilania z podstawowego na awaryjne oraz minimalne napięcie powrotu zasilania z awaryjnego na podstawowe (sieciowe). Studenci będą mieli za zadanie opisanie oprawy oświetlenia awaryjnego znajdującej się na wyposażeniu laboratorium. Literatura 1. PN-EN 1838: 2005 Zastosowanie oświetlenia. Świetlenie awaryjne 2. PN-EN 60598-2-22:2004/AC 2006 Oprawy oświetleniowe. Część 2-22 - Wymagania szczegółowe - Oprawy oświetleniowe do oświetlenia awaryjnego. 3. PN-EN 50171: 2007(U) Centralne układy zasilania. 4. Wytyczne projektowania oświetlenia awaryjnego. SITP WP-01:2006