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 Halogénmentesség IEC 60754-1 EN 50267-2-1 VDE 0472-815 (új VDE 0482) 267-2-1. rész Korrozív égési gázok IEC 60754-2 EN 50267-2-3 VDE 0472-813 (új VDE 0482) 267-2-3. rész Füstsűrűség IEC 61034-1 EN 50268 VDE 0472-816 (új VDE 0482) 268. rész Lángterjedés egyedi kábelen IEC 60332-1 EN 50265-2-1 VDE 0472-804B (új VDE 0482) 265-2-1. rész Egyéb NF C20-454 BS 6425-2 NF C20-454 BS 7622-1 BS 4066-1 Lángterjedés IEC 60332-3-24 EN 50266-2-4 VDE 0472-804C BS 4066-3
Követelmémyek Nemzetközi IEC Európai CENELEC Német VDE kábelkötegen (új VDE 0482) 266-2-4. rész Szigetelőképesség megtartás IEC 60331-11 EN 50200 VDE 0472 814. rész Egyéb BS 6387 Integrált funkciótartás 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-T 0 [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.