Jak zabezpieczyć instalację w budynkach drewnianych przed pożarem?

Uszkodzenie izolacji kabli przyczyną niebezpiecznego iskrzenia
Główną przyczyną wywołującą pożar instalacji elektrycznej jest uszkodzenie izolacji kabli zasilających, co skutkuje nadmiernym wydzielaniem się ciepła wraz z przepływem prądu. Podobna sytuacja występuje w miejscach połączenia przewodów z gniazdami znajdującymi się na ścianach, czy też bezpośrednio z odbiornikami energii elektrycznej. Wraz z obluzowaniem się przewodów, w miejscu niepewnego styku dochodzi do iskrzenia. Z jednej strony, do uszkodzenia izolacji kabli może doprowadzić nasza nieuwaga, np. wiercenie otworu w ścianie gdzie poprowadzona jest instalacja elektryczna. Z drugiej strony, materiał z którego wykonana jest izolacja podlega starzeniu się i w połączeniu z błędnym prowadzeniem przewodów (np. nadmierne zagięcie przewodu podczas prowadzenia instalacji) może dojść do jej pęknięcia. W połączeniu z czynnikiem rozprzestrzeniającym ogień tj. znajdującym się w pobliży łatwopalnym materiałem w postaci np. elementów drewnianych, plastikowych części gniazdka, firan i zasłon, występuje bardzo duże prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru w budynku. Więcej przyczyn niebezpiecznego iskrzenia przedstawia tabela 1.

Tabela 1. Najczęstsze uszkodzenia prowadzące do iskrzenia w instalacji elektrycznej

Uszkodzenie izolacji tylko jednego przewodu fazowego (bądź neutralnego) doprowadza do iskrzenia szeregowego. Jest to najniebezpieczniejszy przypadek, ponieważ stosowane do tej pory zabezpieczenia (wyłączniki nadmiarowoprądowe, bezpieczniki, wyłączniki różnicowoprądowe) nie zapewniają ochrony przed tego typem zakłóceniem występującym w obwodzie elektrycznym.  Firma Siemens będąca prekursorem w dziedzinie aparatury zabezpieczeniowej niskiego napięcia, wprowadziła w 2012 roku na rynek europejski przeciwpożarowy detektor iskrzenia (AFDD) 5SM6. Druga generacja detektora od początku 2017 roku dostępna jest na polskim rynku dla szerokiego grona użytkowników (fot. 1).

Fot. 1. Przeciwpożarowy detektor iskrzenia 5SM6 (z lewej strony) oraz w komplecie z wyłącznikiem nadmiarowoprądowym 5SY60 firmy Siemens (z prawej strony)Fot. Siemens

Tym samym możliwa jest realizacja kompleksowej ochrony instalacji elektrycznych przed skutkami niebezpiecznego iskrzenia (tabela 2).

Tabela 2. Kompleksowa ochrona instalacji elektrycznej proponowana przez firmę Siemens.

Zabezpieczenie zgodne z normami
Norma IEC 60364-1 / HD 60364-1 definiuje obszary zastosowań, a także cele i wymagania stawiane instalacjom elektrycznym niskiego napięcia. W sekcji 131.3 omawiana jest wymagana ochrona przed skutkami termicznymi w instalacjach elektrycznych, m.in. przed występowaniem łuku elektrycznego. Oznacza to, że w instalacji musi być zapewniona ochrona przed zagrożeniami, które są skutkiem wystąpienia łuku elektrycznego (czyli m.in. iskrzenia). Jednakże do tej pory nie były dostępne urządzenia mogące zapewnić taką ochronę. Siemens jako jedyna do tej pory firma w Europie wprowadziła na rynek zabezpieczenie spełniające taką funkcję – przeciwpożarowy detektor iskrzenia 5SM6. Zabezpieczenie to jest zgodne z normą IEC 62606 / DIN EN 62606 (VDE 0665-10), określającą standardy dla detektorów iskrzenia, według których będą one rozwijane. Norma ta szczegółowo opisuje typowe wymagania (np. zdolność łączeniowa, żywotność urządzenia, kompatybilność elektromagnetyczna, straty energii, zgodność z innymi urządzeniami zabezpieczającymi – RCD i MCB), oraz procedury testowania wyzwoleń w przypadku zarówno iskrzenia szeregowego jak i równoległego.

Drewniane obiekty jako rekomendowany obszar stosowania detektorów AFDD.Fot. Siemens

Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) oraz Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki (CENELEC) rozpatrzyły już stosowność instalacji detektorów iskrzenia. Zgodnie z najnowszym wydaniem normy IEC 60364-4-42 oraz HD 60364-4-42 instalacja przeciwpożarowych detektorów iskrzenia jest zdecydowanie zalecana. W punkcie 421.7, działu mówiącego o ochronie przed pożarem wywołanym przez urządzenia elektryczne, przedstawiono obszar rekomendowanego zastosowania tych urządzeń:

• budynki z sypialniami (domy opieki, szpitale, mieszkania, domy jednorodzinne – szczególnie sypialnie, pokoje dziecięce oraz miejsca w których działają bez nadzoru urządzenia o dużym poborze mocy);
• w miejscach o dużym ryzyku wystąpienia pożaru ze względu na charakter pracy zakładu lub składowania materiałów, tj. kategoria zagrożenia pożarowego BE2 (stodoły, warsztaty stolarskiej, magazyny materiałów łatwopalnych, tartaki);
• w budynkach o palnej konstrukcji – kategoria CA2 oraz konstrukcji podatnej na rozprzestrzenianie się ognia – kategoria CB2 (np. drewniane domki letniskowe);
• w miejscach z zagrożeniem dla dóbr niezastąpionych (muzea, kościoły).

W normie tej zezwala się zarazem, by Komitety Narodowe mogły decydować, czy stosowanie przeciwpożarowych detektorów iskrzenia będzie zaleceniem, czy też wymogiem.

Hale magazynowe to obiekty szczególnie narażone na pożar wywołany niebezpiecznym iskrzeniem.Fot. Siemens

W Niemczech wraz z nowym wydaniem normy DIN VDE 0100-420 (luty 2016) wprowadzono wymóg instalowania detektorów iskrzenia w wielu obszarach, m.in. obwodach jednofazowych AC o prądzie znamionowym nie większym niż 16A, w budynkach użyteczności publicznej szczególnie tam gdzie ewakuacja ludzi jest w jakiś sposób utrudniona. W związku z tym możemy spodziewać się, że inne europejskie kraje, w tym Polska, pójdą w ślad za Niemcami i również w przyszłości wprowadzą taki wymóg.

Ciekawostka: Detektory iskrzenia podobne do 5SM6 firmy Siemens są powszechnie stosowane w Stanach Zjednoczonych, gdzie w roku 2008 został wprowadzony wymóg ich instalacji. Jest to wynikiem występujących w USA warunków zabudowy oraz niższego napięcia znamionowego. Pierwszy czynnik – duża liczba budynków mieszkalnych opartych na konstrukcji drewnianej - wpływa na większe prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru. Niższe napięcie znamionowe skutkuje przepływem większego prądu w instalacji elektrycznej (moce odbiorników energii elektrycznej na podobnym poziomie jak w Europie). Z tego względu podczas wystąpienia iskrzenia wydzielana energia jest większa, co przekłada się na większe prawdopodobieństwo pożaru instalacji elektrycznej i budynku. Iskrzenie występujące w Europie jest z kolei trudniejsze do wykrycia z racji jego mniejszej intensywności (przepływ prądów o mniejszej wartości w obwodach elektrycznych).

Zasada działania
Detektor 5SM6 jest urządzeniem wyposażonym w dwa osobne przekładniki, które służą do wykrywania sygnałów niskich częstotliwości (częstotliwości sieciowych) oraz wysokich częstotliwości HF (rys. 2).

Rys. 2. Schemat budowy detektora 5SM6.Fot. Siemens

Wbudowany przetwornik analogowy przygotowuje sygnał RSSI (ang. Received Signal Strength Indication – wskaźnik mocy sygnału wysokiej częstotliwości) przesyłany do mikrokontrolera. Reprezentuje on moc łuku elektrycznego (iskrzenia) w zakresie próbkowania sygnału od 22 do 24 MHz, co eliminuje wpływ szumów tła pochodzących m.in. od iskrzenia na komutatorze silnika wiertarki czy odkurzacza (szumy te mają największą wartość w zakresie od 15 do 18 MHz). Dzięki temu zabiegowi detektor w niezawodny sposób wykrywa niebezpieczne iskrzenie wywołane uszkodzeniem w instalacji elektrycznej, nie reagując na iskrzenie robocze (niegroźne) urządzeń elektrycznych. Mikrokontroler analizując dostarczone sygnały przygotowuje sygnał wyzwalający, który poprzez cewkę wyzwalającą działa na mechanizm łączeniowy sprzężonego z detektorem wyłącznika nadmiarowoprądowego lub kombinowanego (wyłącznik nadmiarowoprądowy z członem różnicowoprądowym). Powoduje to wyłączenie zasilania w przypadku uszkodzenia obwodu elektrycznego, zagrażającemu wystąpieniem pożaru. 

Możliwe konfiguracje
Przeciwpożarowy detektor iskrzenia 5SM6 jest modułem, który ma na celu wykrywanie niebezpiecznego iskrzenia. Za odłączenie napięcia w zagrożonym obwodzie, w przypadku wykrycia iskrzenia, odpowiada obowiązkowy człon wykonawczy jakim jest wyłącznik nadmiarowoprądowy bądź wyłącznik nadmiarowoprądowy z członem różnicowoprądowym (wyłącznik kombinowany), który jest sprzężony fizycznie z detektorem. Z tego względu detektor 5SM6 występuje w dwóch wariantach dopasowanych do szerokości tych aparatów. Każdy z tych wariantów posiada dodatkowo wykonanie do 16 A oraz do 40 A:

1) Detektor dedykowany do wyłącznika nadmiarowo prądowego (całkowita szerokość kompletu: 2 moduły montażowe, 36mm)
5SM6011-2 (16A)
5SM6014-2 (40A)

Detektor 5SM6 dedykowany do wyłączników nadmiarowoprądowych 5SY60 firmy Siemens.Fot. Siemens

2) Detektor 5SM6 dedykowany dla wyłączników kombinowanych (całkowita szerokość kompletu: 3 moduły montażowe, 54mm)
5SM6021-2 (16A)
5SM6024-2 (40A)

Detektor 5SM6 dedykowany do wyłączników kombinowanych 5SU firmy Siemens.Fot. Siemens

Dzięki takiej koncepcji możliwe jest dopasowanie ochrony przed iskrzeniem do każdego typu jednofazowego obwodu odpływowego do 40 A, stosując odpowiedni wyłącznik nadmiarowoprądowy bądź kombinowany.

Podsumowanie
Detektor iskrzenia 5SM6 podnosi poziom bezpieczeństwa przeciwpożarowego, reagując na przyczyny występowania ognia w instalacjach elektrycznych. Szczególnie zalecane jest stosownie w obiektach o drewnianej konstrukcji (rys 9) oraz wszędzie tam gdzie pożar może nie zostać wykryty w odpowiednio krótkim czasie (budynki z pomieszczeniami sypialnymi) lub przechowuje się materiały łatwopalne (rys 10). Dzięki rozszerzeniu oferty firmy Siemens o detektory iskrzenia do 40 A, możliwe jest zabezpieczanie obwodów zasilających maszyny i urządzenia wykorzystywane w przemyśle zajmującym się obróbką drewna.

Dodatkowe informacje na temat detektora iskrzenia 5SM6  dostępne na stronie www.siemens.pl/AFDD