Kohajda István Kábelek az épületek tűzvédelmében A tűzvédelmi szempontok érvényesítése az építési projektek legátfogóbb tervezési feladatainak egyike. A tervezőknek és a kivitelezőnek különös körültekintéssel kell eljárnia , hogy teljesítsék a tűzvédelmi előírásokban foglaltakat. A biztonság szem előtt tartása különös jelentőséggel bír azokban az épületekben, ahol rendszeresen sok ember tartózkodik. Ide sorolandóak – a teljesség igénye nélkül - az iskolák, kórházak, hivatali épületek,irodaházak, bevásárlóközpontok, parkolóházak, mélygarázsok, metróállomások, a tömegközlekedés utasforgalmát kiszolgáló más létesítmények, sportcsarnokok és gyülekezőhelyek, valamint a tűzvédelem szempontból magasabb kockázatot jelentő toronyházak, ipari létesítmények és erőművek is. A beépítésre kerülő kábelek megfelelő megválasztásának a felsorolt létesítmények passzív és aktív tűzvédelmében is döntő szerepe van. Rövid előadásomban erre szeretném felhívni az érintett szakmai körök figyelmét mind a villamos installáció végzők, mind a tűzvédelemmel foglalkozók oldalán. A tűzvédelmi szempontból kiemelt besorolású létesítmények tervezése során korábban a „takarékossági szemlélet” érvényesült, azaz a elektromos hálózat tervezésekor nem vették figyelembe a piacon levő, tűzvédelmi szempontból kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkező korszerű szigetelésű kábeleket. Ezek ugyan kétségtelenül többe kerülnek, mint a hagyományos PVC szigetelésű kábelek, viszont lényegesen magasabb biztonsági színvonalat képviselnek. Remélhetőleg hosszú távon mind a beruházók, mind pedig a tervezők felismerik, hogy a kábelezés kialakításánál a PVC kábelek alkalmazása esetében rövid távon jelentkező megtakarítás nem állítható szembe egy esetleges tűz során a kábelek közrehatása következtében bekövetkező kárral.
A hagyományos PVC szigetelésű kábelek hatása az épületek tűzbiztonságára A szakemberek körében köztudott, hogy hagyományos szigetelt kábelek és vezetők kötegei potenciális veszélyforrást jelentenek az épületek tűzbiztonsága szempontjából. A kábelek égése levegő jelenlétében kémiailag rendkívül összetett folyamat. A hőmérséklet emelkedése során a szigetelésben levő összetevők lebomlása miatt egy sor reakciós termék képződik, amely füst vagy gáz formájában szabadul fel. Tekintsük át , történik egy hagyományos PVC szigetelésű kábelekkel behálózott épületben tűz esetén? −
Az égő kábel-szigetelésből rendkívül intenzíven füst képződik, amely magas koncentrációban tartalmaz mérgező gázokat. Ezek hatását gyakran alábecsülik, pedig az épülettüzek áldozatainak túlnyomó része nem a lángok által okozott sérülésektől, hanem füstmérgezés következtében veszíti el az életét. Egy kilogramm PVC szigetelőanyag elégésekor a kábelgyártáshoz nagy mennyiségben alkalmazott aromás lágyítószerek miatt közel 500 köbméternyi sűrű, fekete füst képződik, amely gyorsan szétterjed az épületben és annyira lerontja a látási viszonyokat, hogy már a tűz kiterjedése előtt veszélyezteti és nehezíti a menekülést, az áldozatok mentését. A helyszínre érkező tűzoltók számára is akadályozza a tűzfészek lokalizálását, az oltás megkezdését.
−
A tűz során felszabaduló korrozív gázok hatására önmagában csekély tűzkár mellett is jelentős
járulékos károk keletkezhetnek, olyan helyeken amelyeket a tűz közvetlenül nem ér. Az általánosan alkalmazott PVC-szigetelésű kábelek égésekor klórgáz (PVC=polivinilklorid ), ammóniák, illetve a hidrogéncianid keletkezik. Ezek megtámadják a tűztől távol lévő épületgépészeti berendezéseinek alkatrészeit, elektromos szerkezeteket, különösen azok fémérintkezőit, és így a tűzkárt megtöbbszörözhetik. A levegő nedvességtartalmával vagy az oltóvízzel egyesülve agresszív savakatt alkotnak, ami behatol a betonba, érintkezésbe lép a szilárdságát erősítő acélszerkezettel és így akár az egész épület struktúráját maradandóan meggyengítheti, károsíthatja. −
A meggyulladt kábeleken a tűz átterjedhet más épületrészekbe, emeletekre. A kábelfelszállóaknákban a kéményhatás következtében nehéz megakadályozni a továbbégést és a füst terjedését.
−
A hagyományos kábelek szigetelése hő hatására megolvad, így azokban zárlat keletkezik, ezért alkalmatlanná válnak a további működésre. A sérült áramkör által működtetett berendezések – még ha nincsenek is a tűz közelében – már nem tudják ellátni a feladatukat. A korszerű, automatizált gépészeti eszközökkel felszerelt létesítményekben ezért további igényként merül fel a biztonsági berendezések működőképességének fenntartása vészhelyzetben. Különösen elvárás, hogy a tűzesetben a menekülést és mentést segítő fontosabb technikai berendezések a szükséges ideig használhatóak maradjanak: ilyenek a tűzjelzőrendszer, a látogatók, dolgozók riasztását és az intézkedések közlését szolgáló berendezések, a biztonsági világítás, a tűzbiztos személyi felvonók, a füstelszívóberendezés. A tűz elleni küzdelmet támogató gépészeti berendezések működőképességét ennél hosszabb ideig is fenn kell tartani. ( Pl. nyomásfokozó szivattyúk, gépesített füstelszívók, tűzoltó-liftek, korházak ágyliftjei... ) Ez alpvetően a villamos betáplálás biztosítását jelenti a biztonsági berendezések részére tűz esetén is. Az energiaellátás zavartalansága speciális kábelnyomvonalak kialakítását követeli meg.
A korszerű létesítményekben elhelyezhető kábelekkel szembeni követelményeket a tűzvédelem szempontjából a következőképpen összegezhetjük: A passzív tűzvédelem területén az élet és vagyonbiztonság biztosítása érdekében a kábelek égése során követelmény: − az alacsony a füstkibocsátás − nem keletkeznek mérgező és korrozív gázok − a lángok nem terjednek tovább az égő kábelen Az aktív tűzvédelem területén a kábelek − meghatározott ideig tartsák meg villamos szigeteltségüket a tűzben is, − alkalmas tartószerkezettel installálva az elvárt ideig biztosítsák a biztonsági berendezések működőképességét . Ezen igények felismerése késztette a vezető kábelgyártókat az elmúlt két évtizedben egy új termékcsalád kifejlesztésére. Ez az új kábelgeneráció a „halogénmentes és tűzálló kábelek” csoportja , míg a hozzájuk tartozó rögzítési rendszerek a „ tűzálló tartószerkezetek” elnevezéssel váltak ismertté a hazai piacon.
A kábelek gyártásában alkalmazott speciális technológiák A halogénmentes műanyagkeverékek kifejlesztésével kellően alacsony szintre sikerült leszorítani a mérgező és korrozív anyagok jelenlétét, valamint a füstkibocsátást. A kábelek égési jellemzőinek javítása a szigetelőanyagok magasabb fokú feldolgozásával érhető el. Magas hőmérsékleten a hőre lágyuló szigetelések és köpenyek megpuhulnak, mielőtt a lángok elérik a kábelt. Azokon a helyeken, ahol nyomás nehezedik a kábelre a vezetők között rövidzárlat jöhet létre. A megoldást a térhálósított műanyagok alkalmazása jelenti, amelyek nem csöpögnek le és ezáltal magasabb hőmérsékleten is biztonságot garantálnak rövizárlat ellen. A térhálósítással gyártott hőálló szigetelések megtartják mechanikai szilárdságukat és nem olvadnak meg. Mindezek mellett mechanikai tulajdonságaik és kémiai ellenállóképességük is jobbak.
A képen a szokásos extrudált, valamint az ezután térhálósított szigetelés viselkedése közötti különbséget láthatjuk 100°C feletti hőmérsékleten. A térhálósítás kémiai úton és beta-sugárzással történhet. A műanyagkeverékek kémiai térhálósítása során különböző adalékanyagokat dolgoznak be,melyek aztán a tűzben további bomlástermékek keletkezését jelenti. Az elektronbesugárzási eljárás közben az elektrongyorsító néhány másodperc alatt térhálósítja a szigetelőanyagokat. A homogén besugárzást és ezzel együtt a homogén térhálósodást egy speciális kezelési redszer garantálja. Mitől tűzálló a „tűzálló kábel” ? Amikor a kábelek „tűzállóságáról” beszélünk, akkor ez alatt a vezetők szigetelőképességének fenntartását értjük a tűzben. Hogyan érhető el, hogy egy kábel végletes körülmények között is alkalmas marad az elektromos áram továbbítására ? A tűzálló kábelek az alkalmazott szigetelőanyagokon kívül szerkezetükben is eltérnek a hagyományos kábelektől. Az erek szigeteltségének megtartását a rézvezetőket burkoló speciális ásványi alapú MICA szalag és üvegszálbeszövés biztosítja akár 1000°C hőmérsékleten is.
“Ásványi” “Ásványi”
Mica ,üveg
A halogénmentes szigetelőanyagokhoz adott ásványi égésgátló anyagok alkalmazásával akadályozhatóak a kábelszigetelés elégése során végbemenő láncreakciók. Ezek az égésgátló anyagok veszélytelen végtermékekké bomlanak le a tűzben. Ehhez az átalakulási folyamathoz nagy mennyiségű energia szükséges, ami az égési folyamatból vonódik el. Az erekre extrudált szigetelés az égés során ásványi oxiddá és vízzé bomlik. A felszabaduló víz gőzként csapódik le az anyag felületén és így megakadályozza az oxigén további belépését a polimer szerkezetébe. A keletkező hamut a hő hatására megolvadt üvegszálak a MICA tekercseléshez tapasztják. Az így keletkezett „burkolat” biztosítja a továbbiakban a rézvezetők szigeteltségét a tűzben.
Egy másik kevésbé elterjedt technológiai irány a hő hatására keramizálódó anyagok alkalmazása az erek szigetelésére. A vizsgálati szabványok A kábelek speciális „képességei” csak vészhelyzetben mutatkoznak meg. Annak igazolására, hogy a gyártók által kínált kábelek valóban megfelelnek az ismertetett elvárásoknak az alábbiakban felsorolt szabványok az irányadóak.
Követelmémyek
Nemzetközi IEC
Európai CENELEC
Német VDE
Egyéb
Halogénmentesség IEC 60754-1
EN 50267-2-1
VDE 0472-815 (új VDE 0482) 267-2-1. rész
NF C20-454 TP 20B/3C
Korrozív égési gázok
IEC 60754-2
EN 50267-2-3
VDE 0472-813 (új VDE 0482) 267-2-3. rész
BS 6425-2 NF C20-454 TP 20B/3C
Füstsűrűség
IEC 61034-1
EN 50268
VDE 0472-816 (új VDE 0482) 268. rész
BS 7622-1 TP 20B/3C
Lángterjedés egyedi kábelen
IEC 60332-1
EN 50265-2-1
VDE 0472-804B (új VDE 0482) 265-2-1. rész
BS 4066-1 TP 20B/3C
Lángterjedés
IEC 60332-3-24
EN 50266-2-4
VDE 0472-804C
BS 4066-3
Követelmémyek
Nemzetközi IEC
Európai CENELEC
kábelkötegen Szigetelőképesség IEC 60331-11 megtartás Integrált funkciótartás
EN 50200
Német VDE
Egyéb
(új VDE 0482) 266-2-4. rész
TP 20B/3C
VDE 0472 814. rész
BS 6387 TP 20B/3C
DIN 4102 12. rész
Ezek a szabványok részletesen leírják azokat az égetési vizsgálatokat, amelyeket el kell végezni ahhoz, hogy az előírt vizsgálati tanúsítványokat kiadhassák. A magyar piacon elsősorban a német gyártók termékei kaphatóak, ezért az általuk alkalmazott vizsgálati szabványokat ismertetem. Meghatározott körülmények között égő kábelek és vezetékek füstsűrűségének mérése MSZ EN 50268-2 / IEC 61034 / VDE 0472 816 A előkészített kábelmintákat egy 3m x 3m x 3m vizsgálókamrában meghatározottt körülmények között kell elégetni. A keletkező füstöt egy keverőventillátorral egyenletesen eloszlatják a kamra légterében, majd mérik a fényáteresztőképességet. A IEC szabványban a látási körülmények maximálisan 50%-os romlását engedik meg. Léteznek azonban szigórúbb feltételeket előíró létesítmények : a londoni metróban beépített termékek esetében nem megengedett a 80% -nál alacsonyabb vizsgálati eredmény.
Halogénmentesség vizsgálata A halogénmentes kábeleknek klór, fluór, bróm mentesnek kell lennie. A vizsgálat során a szigetelőanyag meghatározott mennyiségét egy megfelelően előkészített rézhuzal segítségével gázégő lágjába tartják. A műanyag halogénmentes, ha nem tapasztalható a láng zöld, kékeszöld elszíneződése.( A klór és a bróm okoz ilyen elszíneződést.)
Korrozív gázok keletkezésének vizsgálata IEC 60754-2 / VDE 0472 813 Meghatározott mennyiségű anyag-mintát zárt égető kemencében szabályozott levegőáramoltatás mellett elégetnek. A felszabaduló gázokat 30 percen keresztül speciális mérőedényeken áramoltatják át, ahol vizsgálják a keletkező oldatok vezetőképességét és PH-értékét. A mérési eredményekből a legcsekélyebb mennyiségű halogén-vegyület jelenléte is kimutatható. A vizsgált szigetelőanyag megfelel az előírásoknak, ha a mért PH-érték 4,3 felett van és az oldat vezetőképessége kisebb mint 10 mikroS/mm.
Kábel lángállóság vizsgálata IEC 60332-1 / VDE 0472 804 A gyújtólángba tartott kábelen a tűz az égési felületen csak kis mértékben terjedhet túl, és a lángoló szigetelés a gyújtóforrás eltávolítása után magától kialszik. A vizsgálat időtartama a kábel méretétől függően 60-tól 480 másodpercig terjedhet.
Kötegelt elrendezésű kábelek függőleges lángállósági vizsgálata IEC 60332-3 / VDE 0472 804 C A kéményhatást szimuláló 1 x 2 x 4m méretű vizsgálószekrényen alul és felül 400x800mm-es nyílások biztosítják a levegő be és kiáramlását. A minták számát és az égetés időtartamát az adott vizsgálati kategóriá szerinti éghetőanyag-mennyiség ( a kábeleken található szigetelőanyagok
mennyisége ) határozza meg:
Vizsgálati kategória
Éghetőanyag-mennyiség
A vizsgálat időtartama
A
7 liter/m
40 perc
B
3,5 liter/m
40 perc
C
1,5 liter/m
20 perc
A vizsgálószekrény hátsó falánál rögzített 3,5m hosszúságú kábelmintákon a láng nem terjedhet az égő szintjénél 2,5 m-nél magasabbra. A gázégő eltávolítása után a kábelek égése magától megszűnik.
A képeken balról jobbra haladva a vizsgálat kezdete, egy megfelelő kábel, majd egy teljes magasságában elégett, nem megfelelő kábel vizsgálatának eredményei láthatóak.
A szigetelőképesség megtartása IEC 60331 / VDE 0472 814 A szabadon fekvő égésnek kitett kábel érszigetelése és köpenye meghatározott ideig (180 percig) megtartja szigetelőképességét, azaz nem keletkezik zárlat.
A vizsgálat során a két fémkarikán támaszkodó 1200mm hosszúságú kábelmintát 750C°-os hőmérsékletű lánggal égetik. A kábel két végén az erekre 2A névleges kioldási áramú biztosítókon keresztül minimum 100V váltakozó feszültséget (vagy a kábel névleges feszültségét) kapcsolják. A vizsgálat időtartama 180 perc. A kábel megfelel a a szigetelőképesség-megtartás követelményeinek, amennyiben a vizsgálat ideje alatt nem következik be zárlat az erek, vagy a kábelér és a föld között.
Installált kábelrendszer funkciótartásának vizsgálata DIN 4102 12 A kábelek installációja alapvetően befolyásolja a teljes kábelrendszer tűzállóságát. Tűzvédelmi szempontból megfelelő kábel nem megfelelő környezetben történt installációja éppen úgy vezethet a kábelrendszer nem megfelelőségéhez, mint az alkalmatlan kábel beépítése. Ahhoz tehát, hogy az installált kábelrendszer tűzvédelmi szempontból megfelelő biztonsággal üzemeljen, a megfelelő szigetelőképeség-megtartással rendelkező kábel mellett a tűzállósági szempontból minősített szerelvényekből álló, alkalmas kábeltartó szerkezet is elengedhetetlenül szükséges. A vizsgálat egy 2 x 3 x 2,5m méretű vizsgálókemencében történik, minimálisan 3m hosszúságú installált kábelrendszeren. A tartószerkezetek szerelése és a kábel elhelyezése a tényleges installációnak megfelelően történik. A vizsgáló tér hőmérséklete az idő függvényében a DIN 4102-2 szabványpontban rögzitett a valós tűzesetek hőmérsékletváltozását követő „egységesített hőmérsékleti görbe” szerint emelkedik 1000C°-ig. A kábelek működöképességét a szigetelőképesség-megtartási vizsgálathoz hasonló módon ellenőrzik. A kábelrendszer megfelelő, ha a vizsgálat során nem következik be rövidzár, vagy a vezető ér folytonosságának megszakadása. A kábelel és a tartószerkezetek minősítése a működőképesség megtartásának időtartama alapján történik. A német szabványi előírásoknak megfelelő kategóriák: E30,E60,E90 a percek számával jelzik funkciótartóképességet.
T-T0 [K] 1000 500
0
30
60
90 120 150 180 [min]
A bal oldali kép a vizsgálókemencében installát kábalrendszert mutatja a gázégő begyújtásakor. A jobb oldali fotón a hőmérséklet emelkedésének hatására meggyúlladt a kábelek műanyag szigetelése és a tartószerkezetek is jól láthatóan deformálódtak. A vizsgálat elvégzéséről jegyzőkönyv készül, ami alapján egy kijelölt független vizsgálólaboratórium – a mi esetünkben a VEIKI VNL Kft. kiállítja a kábelekre és tartószerkezetekre vonatkozó Tűzvédelmi Megfelelőségi Tanúsítványt.
A tűzvédelem szempontjából biztonságos kábelek összefoglaló táblázata
Halogénmentes kábelek
Tűzálló kábelek „funkciótartással”
Vezetékek: (450/750 V) Erőátviteli kábelek: (0,6/1 kV)
Jelkábelek (300V):
H07Z-K H07Z-U
−
−
−
N2XH-J N2XCH NHXMH-J J-H(St)H Bd JB- H(St)H Bd
− −
NHXH FE180/E30 NHXCH FE180/E30 NHXH FE180/E90 NHXCH FE180/E90 JE-H(St)H Bd.. E30 JE-H(St)H Bd..E90
A magyar kábelpiacon elsősorban a VDE szabványoknak megfelelő kábelek kaphatóak. A „tűzálló kábelek” köpenyének narancssárga színe a funkciótartó kábelnyomvonalak megkülönböztetését szolgálja. Az egyes típusokról bővebb információt találnak honlapunkon: www.vlg.hu.
