Nowości

Kable w ogniu

Fragmenty broszury prezentowanej na V Międzynarodowej Konferencji i Wystawie Inteligentny Budynek

Autor :  K. Kornowska, B. Szota
Kryteria akceptacji kabli ognioodpornych
Odporność materiałów na działanie ognia oraz rozprzestrzenianie płomienia są własnościami, które mają zasadniczy wpływ na bezpieczeństwo obiektu w warunkach pożaru. Coraz częściej kryteria oceny oprócz odporności na zapalenie się, obejmują również skutki jakie wywołują palące się materiały. W krajach europejskich obowiązują różne wymagania dla kabli ognioodpornych, stosowane są też odmienne metody badań. Stale udoskonalane laboratoryjne metody badań nie w pełni pozwalają przewidzieć, jak w warunkach pożaru zachowają się kable ułożone w wiązkach, oraz jak niezawodne będą instalacje z nich wykonane. W zależności od kryterium oceny kabel może być uznany za nierozprzestrzeniający płomienia (flame retardant) lub ognioodporny (fire resistant). W przypadku kabli zasilających urządzenia, które przez określony czas powinny pracować w warunkach pożaru, wymagane jest spełnienie obu tych kryteriów.
Bardzo istotna jest również toksyczność gazów wydzielających się z materiału podczas palenia, ich działanie korozyjne oraz gęstość wydzielanego dymu.
Kable tradycyjne
Przez długie lata za niepalne uważano kable w powłokach polwinitowych, ponieważ polwinit z uwagi na zawartość chloru jest jednym z trudniej zapalnych tworzyw sztucznych. Powłoki z tworzyw sztucznych zawierających chlorowce (chlor w polichlorku winylu, brom w uniepalniaczach bromo-organicznych, fluor w policzterofluoroetylenie) w warunkach pożaru ulegają rozkładowi. Pod wpływem wysokiej temperatury wydziela się z nich chlorowodór, bromowodór lub fluorowodór. Gazy te powodują zatrucia ludzi znajdujących się w obiekcie objętym pożarem oraz korozję konstrukcji metalowych i elementów sprzętu elektronicznego. W połączeniu z parą wodną powstają silne, żrące kwasy wywołujące oparzenia.
Podczas palenia powłok kabli wykonanych z czystych tworzyw węglowodorowych np. polietylenu
lub polipropylenu nie powstają korozyjne gazy; wydzielany jest tlenek węgla, dwutlenek węgla i para wodna. Tworzywa te są łatwo zapalne, szybko rozprzestrzeniają płomień i dodatkowo przenoszą ogień poprzez kapiące, płonące krople tworzywa.
Nowoczesne rozwiązania
Nieustanny rozwój chemii organicznej i inżynierii materiałowej pozwala na ciągłe doskonalenie materiałów stosowanych na izolację kabli. Wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa, stawianych wykonawcom nowoczesnych systemów okablowania, zasilania itp. zmusza producentów kabli i przewodów do ciągłego poszukiwania nowych oraz ulepszania istniejących rozwiązań, które tym wymaganiom mogłyby sprostać.
Nowoczesne kable niepalne to kable bezhalogenowe, wykonane w całości z tworzyw nie zawierających w swoim składzie chlorowców (chloru, bromu, fluoru). Kable te nie rozprzestrzeniają płomienia poza obszar jego działania oraz charakteryzują się niską emisją korozyjnych gazów, obniżoną toksycznością produktów spalania i mała gęstością wydzielanych dymów.
Kategorie kabli bezhalogenowych z materiałów o zmniejszonej
palności
Obecnie wszystkie podstawowe przewody i kable niskonapięciowe do 1 kV mają swoje odpowiedniki bezhalogenowe. Ich zachowanie w warunkach działania ognia jest rożne, ponieważ rożne jest ich przeznaczenie. W sposób istotny poprawiają stopień zabezpieczenia przeciwpożarowego obiektów i bezpieczeństwo przebywających w nich ludzi, a w czasie pożaru nie utrudniają prowadzenia akcji ratunkowej oraz dają większą możliwość uratowania życia ludzkiego. Istnieją dwie zasadnicze kategorie przewodów i kabli bezhalogenowych.
Kable i przewody bezhalogenowe nie rozprzestrzeniające płomienia
Ta kategoria kabli zachowuje się podobnie jak kable tradycyjne w izolacji polwinitowej tzn. nie rozprzestrzenia płomienia. Po odstawieniu płomienia wykazuje własności samogasnące, ale w przeciwieństwie do kabli w polwinicie nie wydziela toksycznych, agresywnych gazów i gęstych dymów. Izolacja kabla, po spaleniu nie zachowuje jednak swojej funkcji, gdyż w wysokiej temperaturze ulega spaleniu, a zwęglone pozostałości nie zapewniają ciągłości izolacji.
Takie kable i przewody należy stosować w obiektach o podwyższonych wymaganiach przeciwpożarowych, w których występują duże skupiska ludzi oraz koncentracja dóbr kulturalnych i
materialnych o znacznej wartości (hotele, szpitale, biurowce, banki, centra handlowe, supermarkety, wielokondygnacyjne budynki mieszkalne, kina, teatry, muzea, porty lotnicze, hale sportowo-widowi-skowe itp.), w tych instalacjach, których funkcjonowanie nie jest konieczne w warunkach pożaru. Będą to przewody instalacyjne jednożyłowe typu: H05Z-U, H05Z-K, H07Z-U, H07Z-R, H07Z K oraz przewody w izolacji silikonowej typu: DGs, LGs, SID, SIF itd. lub z gumy EPR typu: H05G-U, H07G-R, H07G-K. itd., przewody wielożyłowe typu NHXMH oraz kable elektroenergetyczne typu: N2XH, N2XCH.
Kable bezpieczeństwa - czyli kable i przewody bezhalogenowe
ognioodporne
Najbardziej ostre kryteria w zakresie funkcji bezpieczeństwa i niezawodności stosuje się dla kabli, których przeznaczeniem jest doprowadzenie energii elektrycznej do takich układów i urządzeń, których działanie w warunkach pożaru jest niezbędne do prowadzenia szybkiej, bezpiecznej i skutecznej akcji ratunkowej. Takie kable noszą obiegową nazwę kabli bezpieczeństwa (safety cables). Podobnie jak kable pierwszej kategorii nie wydzielają dymów i innych szkodliwych związków oraz nie rozprzestrzeniają płomienia, a dodatkowo izolacja tych kabli zachowuje swoją funkcję przez co najmniej 180 minut w temperaturze określonej normami (np. wg IEC 60331 jest to temp. 750°C).
Do tej kategorii kabli zalicza się kable ognioodporne FLAME-X 950 oraz kable wykonane wg normy niemieckiej DIN VDE typu: (N)HXH FE180 i (N)HXCH FE180. Przeznaczone do stosowania w systemach alarmowych, sygnalizacyjnych, kontrolnych, sterujących, w obwodach oświetlenia awaryjnego, a także do zasilania wind osobowych, urządzeń klimatyzacyjnych, wyciągów dymu oraz pomp wody gaszącej w urządzeniach wytwarzających kurtynę wodną i innych instalacjach, których działanie w warunkach pożaru jest niezbędne. Kable sygnalizacyjne FLAME-X 950 na napięcie 300/500V posiadają dopuszczenie Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpożarowej do stosowania w systemach sygnalizacji pożaru i automatyki pożarniczej.
Badania odporności kabli na rozprzestrzenianie płomienia
Badanie przeprowadza się najczęściej wg norm międzynarodowych IEC, dokumentów zharmonizowanych HD oraz norm narodowych DIN VDE, BS, CEI i NFC. W tabeli zastawiono rodzaje badań i normy, według których się je przeprowadza.

Badanie odporności na rozprzestrzenianie płomienia
Badanie Norma
Badanie odporności na rozprzestrzenianie płomienia na pojedynczym kablu lub przewodzie (dla przewodów układanych pojedynczo) IEC 60332-1 DIN VDE 0472/804 Metoda B BS 4066-1 HD 405.1 S1 PN-89/E-04160/55 Metoda I CEI 20-35 NFC 32-070 Kategoria C2

Badanie odporności na rozprzestrzenianie płomienia na pojedynczym przewodzie (dla przewodów bardzo cienkich, głównie montażowych) IEC 60332-2 DIN VDE 0472/804 Metoda A BS 4066-2 HD 405.2 S1 PN-89/E-04160/55 Metoda II CEI 20-35/2

Badanie odporności na rozprzestrzenianie płomienia nawiązkach (dla kabli i przewodów układanych w wiązkach) IEC 60332-3 DIN VDE 0472/804 Metoda C BS 4066-3 HD 405.3 S1 PN-89/E-04160/55 Metoda IV CEI 20-22/3

Badanie wg normy IEC 60332-1 jest stosowane do przewodów przeznaczonych do układania pojedynczo. Do pionowo umocowanego przewodu przykłada się znormalizowane źródło ognia przez określony w normie czas. Wynik badania uznaje się za pozytywny, jeśli po odstawieniu palnika, płomień na próbce sam zgaśnie, a na odcinku nie krótszym niż 50 mm - licząc od dolnej krawędzi górnego zacisku - nie będą widoczne zwęglenia lub inne uszkodzenia.
W przypadku przewodów o małej średnicy zewnętrznej, głównie montażowych, przeprowadza się badanie wg normy IEC 60332-2, które różni się od badania wg IEC 60332-1 znacznie mniejszą energetycznością płomienia.
Wg IEC 60332-3 bada się czy kable lub przewody przeznaczone do układania na wiązkach rozprzestrzeniają płomienie w czasie działania zewnętrznego źródła ognia. Badanie przeprowadza się na wiązce kabli lub przewodów przymocowanych do pionowej drabiny, co odtwarza tzw. efekt kominowy pożaru. W zależności od ilości materiału palnego użytego do próby i czasu przyłożenia ognia kable mogą uzyskać różne kategorie. Wymagania dla poszczególnych kategorii przedstawiono poniżej.
Wynik badania uznaje się za pozytywny, jeżeli po wygaszeniu palnika samoistnie zniknie proces palenia się kabli i długość uszkodzonych próbek nie będzie większa niż 2,5 m.
Najostrzejszą jest kategoria A. Kable, które uzyskały tę kategorię spełniają również wymagania dla kategorii B i C, natomiast kable spełniające wymagania dla kategorii C mogą nie spełnić wymagań dla kategorii B i A.
Badanie odporności na rozprzestrzenianie płomienia wg wyżej podanych metod przeprowadza się dla kabli i przewodów tradycyjnych oraz bez-halogenowych.
Odporności kabli na długotrwałe działanie ognia
Najważniejszą cechą kabli ognioodpornych jest wytrzymałość izolacji na działanie ognia. W trakcie badania kabel pod napięciem poddawany jest działaniu ognia przez określony czas tj. co najmniej 3 godziny. Wynik próby uznaje się za pozytywny, kiedy nie nastąpiło zwarcie w izolacji i nie zadziałał bezpiecznik. Warunki badania według poszczególnych norm przedstawiono w tabeli na następnej stronie.
Badanie odporności kabli na rozprzestrzenianie płomienia - badanie na wiązkach
Norma Długość próbek Objętość materiału palnego Szerokość ułożonych kabli Czas trwania próby Maksymalna długość zwęglonych próbek Kategoria
IEC 60332-3 3,5 m 7,0 l/m 3,5 l/m 1,5 l/m 300 mm 40 minut 40 minut 20 minut 2,5 m powyżej palnika próbki nie mogą być zwęglone A B C
Badanie odporności na działanie ognia
Norma Wymagania
IEC 60331 kabel poddawany jest działaniu ognia o temperaturze 750 + 50°C czas trwania próby 3 godziny w czasie badania kabel jest pod napięciem znamionowym
BS 6387 dla kabli na napięcie do 450/750V kabel poddawany jest działaniu ognia o temperaturze:

650 + 40°C - dla kat. A
750 + 40°C - dla kat. B
950 + 40°C - dla kat. C
650 + 40°C, 15 min. - dla kat. W (działanie ognia przy jednoczesnym działaniu wodą)

950 + 40°C, 15 min. - dla kat. Z (działanie ognia w połączeniu z udarem mechanicznym) czas trwania próby 3 godziny w czasie badania kabel jest pod napięciem znamionowym
BS 7846 dla kabli na napięcie 0,6/1 kV kabel poddawany jest działaniu ognia o temperaturze 950 + 40°C - kat. F1 czas trwania próby 3 godziny w czasie badania kabel jest pod napięciem znamionowym
DIN VDE 0472/814 kabel poddawany jest działaniu ognia o temperaturze 800 + 50°C czas trwania próby 3 godziny w czasie badania kabel jest pod napięciem 400V dla kabli i przewodów elektroenergetycznych lub 110V dla kabli i przewodów telekomunikacyjnych.
CEI 20-36 kabel poddawany jest działaniu ognia o temperaturze 750 + 50°C czas trwania próby 3 godziny w czasie badania kabel jest pod napięciem znamionowym
NFC 32-070 kabel poddawany jest działaniu ognia o temperaturze 920 + 20°C - kat. CR1 czas trwania próby 15 min. od chwili osiągnięcia temperatury 920°C w czasie badania kabel jest pod napięciem znamionowym
Najostrzejsze są wymagania norm BS gdzie temperatura ekspozycji kabla wynosi 950°C a kabel w czasie testu jest pod napięciem znamionowym.
Funkcjonalności zespołu kablowego
Badanie funkcjonalności zespołu kablowego w warunkach pożaru wykonywane jest według normy niemieckiej DIN 4102 cz.12. Żadna inna norma europejska nie przewiduje tego badania. Pojęciem zespołu kablowego określa się kable i izolowane przewody elektroenergetyczne, kable i przewody instalacyjne, telefoniczne, kable do transmisji danych łącznie z systemami mocującymi i nośnymi tj. kanałami, korytkami, drabinkami, uchwytami, elementami mocującymi itp. Przy montażu kabli istotny jest: rodzaj mocowania, kąt wygięcia kabli, wysokość podwieszenia, szerokość korytka, rozstaw podparcia, granice obciążalności kołków i stalowych elementów konstrukcji. Korytka i drabinki są obciążone do maksymalnej nośności.
Napięcie próby dla kabli elektroenergetycznych wynosi 400V, a dla kabli telekomunikacyjnych -110V.
W czasie badania temperatura w komorze spalania powinna być zgodna z uniwersalną krzywą temperatury wg DIN 4102 cz.2.
Czas badania jest podzielony na trzy klasy z uwzględnieniem odpowiedniej temperatury otoczenia kabla:

E30 - dla funkcjonowania zespołu w czasie min.
         30 minut w temperaturze ok. 820°C

E60 - dla funkcjonowania zespołu w czasie min.
        60 minut w temperaturze ok. 870°C

E90 - dla funkcjonowania zespołu w czasie min.
        90 minut w temperaturze ok. 980°C.

Zachowanie działania zespołu kablowego istnieje wówczas, gdy nie powstanie zwarcie oraz przerwa w przepływie prądu. Po odpowiednim czasie - 30, 60 lub 90 min. - kable zamontowane na systemach nośnych powinny zachować swoje funkcje. Po badaniu nadaje się takiemu systemowi odpowiednią klasę E30, E60 lub E90. Oznaczenie dodatkowe w symbolu kabla np. (N)HXH FE180/E30 oznacza, że kabel spełnia wymagania normy DIN VDE 0472 cz. 814 w zakresie ognioodporności kabla FE 180 (180 min. 800°C) oraz zachowuje swoją funkcję przez 30 min. przy badaniu wraz systemem mocującym. Wynik próby w dużym stopniu uzależniony jest od jakości zastosowanych systemów nośnych i mocujących oraz sposobu montażu.
W protokółach z badań podaje się szczegóły dotyczące zastosowanego systemu mocowania. Przy układaniu kabli badanych wraz z systemami należy przestrzegać warunków ramowych podanych w świadectwach badania. W przypadku stosowania kabli z utrzymaniem zachowania funkcji, należy stosować atestowane łącznie z kablami systemy nośne. Wybór sposobu mocowania zależy od konstrukcji budynku.
W Polsce żadne laboratorium nie jest przygotowane do przeprowadzania tego typu badań. Na przeprowadzenie badań w Niemczech oczekuje się praktycznie ok. 8-9 miesięcy.
Podsumowanie
We wszystkich krajach europejskich w zakresie ognioodporności badaniom poddaje się same kable i te badania uznaje się za wystarczające. W Polsce nie są określone wymagania i metody badań dla konstrukcji i uchwytów kablowych o zwiększonej wytrzymałości ogniowej. Producenci i jednostki certyfikujące nie mają możliwości przeprowadzenia w Polsce, ani w innych krajach europejskich poza Niemcami, kontrolnego badania odporności systemów kablowych na działanie ognia na kategorie E30 i E90, zgodnie z wymaganiami normy DIN 4102 cz.12.
Zatem odpowiedź na pytanie, czy należy przyjąć rozwiązania niemieckie w sytuacji kiedy nie ma w kraju możliwości zweryfikowania wyników, a na badania w laboratoriach niemieckich oczekuje się kilka miesięcy, wydaje się jednoznaczna.