CC BY
22
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
st. kpt. mgr inz. Wojciech KLAPSA1 inz. Dawid BODALSKI1 lic. Sylwester SUCHECKI1
Przyjçty/Accepted/Принята: 30.10.2013; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 01.08.2014; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.09.2014;
BADANIA DOSWIADCZALNE REAKCJI NA OGIEN KABLI ELEKTRYCZNYCH2
Reaction To Fire of Electric Cables. Experimental Research
Экспериментальные исследования реакции на огонь электрических кабелей
Abstrakt
Cel: Przedstawienie wyniköw badan reakcji na ogien kabli elektrycznych wedlug normy PN-EN 60332-1-2:2010, a takze dodatkowych badan ponadnormatywnych. Badania mialy na celu zbadanie wplywu takich parametröw jak: srednica zewn^trzna, liczbq zyl, material, z ktörego wykonano zyly, a takze zastosowanie drucianego ekranu na rozprzestrzenianie ognia przez kable elektryczne. Projekt i metody: Badania wykonano na stanowisku badawczym zgodnym z normq PN-EN 60332-1-2:2010. Jest to podstawowa norma do okreslenia klasy reakcji na ogien Eca oraz dodatkowa w przypadku okreslania klas B1, B2ca, Cca, Dca zgodnie z klasyfikaj przedstawionq w normie klasyfikacyjnej PN-EN 13501-6. Badan dokonano na grupie kabli elektrycznych o srednicach od 7 mm do 17,5 mm, rözniqcych si^ liczbq zyl, a takze materialem, z ktörego wykonano zyly oraz powlok^ zewn^trznq. Cz^sc przewodöw wyposazona byla röwniez w ekran z ocynkowanych druciköw. Metodyk^ badan rozszerzono o pomiary temperatury zyl, za pomocq dwöch termopar umieszczonych wewnqtrz przewodu, na koncach pröbki. Opröcz testöw normatywnych przeprowadzono röwniez badania dla dwu- i trzykrotnie zwi^kszonych czasöw przylozenia plomienia.
Wyniki: Kable ekranowane rozprzestrzenialy ogien w znacznie wi^kszym stopniu niz ich nieekranowane odpowiedniki. W przypadku kabli ekranowanych maksymalny zasi^g zw^glenia rosnie proporcjonalnie do grubosci przewodu. Nie zaobserwowano znacznych röznic w rozprzestrzenianiu ognia pomi^dzy kablami rözniqcymi si^ wylqcznie materialem, z ktörego wykonano zyly. Najwi^kszy wzrost temperatur zanotowano w przewodach o najmniejszej srednicy Temperatury zyl mierzone na koncu oddalonym o okolo 100 mm od miejsca przylozenia palnika osiqgn^ly maksymalnie okolo 40°C przy normatywnym czasie przylozenia plomienia oraz okolo 150°C przy trzykrotnie zwi^kszonej ekspozycji. Dla zadnego z badanych kabli nie zanotowano natomiast wzrostu temperatury zyl w punkcie pomiarowym oddalonym o 500 mm od miejsca przylozenia plomienia.
Wnioski: Podstawowym czynnikiem wplywajqcym na rozprzestrzenianie ognia przez kabel elektryczny jest material, z ktörego wykonano izolaj W przypadku kabli ekranowanych rosnqcy zasi^g zw^glenia wraz ze wzrostem srednicy spowodowany byl wi^kszq ilosciq palnego tworzywa poddanego oddzialywaniu plomienia. Material, z ktörego wykonano zyly, nie ma wi^kszego wplywu na rozprzestrzenianie ognia. Dla kabli o przebadanych srednicach zewn^trznych normatywny czas przylozenia plomienia - to jest 60 sekund, wydaje si^ byc najbardziej optymalny. Przy wydluzonych czasach ekspozycji nie zanotowano zwi^kszenia zasi^gu zniszczen na pröbce, natomiast odnotowano spadek precyzji metody.
SJowa kluczowe: kable elektryczne, reakcja na ogien, zagrozenie pozarowe Typ artykuJu: doniesienie wst^pne
Abstract
Purpose: Presentation of the results of experimental research on the reaction to fire of electric cables according to PN-EN 60332-1-2, as well as some additional tests. The aim of the study was to assess the influence of selected parameters, such as outer diameter, number of cores, the core material and the presence shielding on the fire spread through electric cables.
1 Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej im. Jôzefa Tuliszkowskiego Panstwowy Instytut Badawczy; ul. Nad-wislanska 213, 05-420 Jôzefôw; wklapsa@cnbop.pl / Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute, Poland;
2 Wklad procentowy w powstanie artykulu / Percentage contribution: W. Klapsa - 42%, D. Bodalski - 42%, S. Suchecki - 16%;
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
Project and methods: The study was performed on a testing stand, compliant with PN-EN 60332-1-2. In accordance with the typology presented in the classification standard PN-EN 13501-6, it constitutes a basic document for determining the Eca class reaction to fire, and an additional one for B1 , B2 , C , D classes. The tests were carried out on a group of electric cables with diameter between
ca' ca' ca' ca ° ^
7 mm and 17.5 mm, differing from each other in the amount of cores, as well as, in the core and insulation's materials. Some of the cables had a screen made of galvanized wires. Testing methodology was supplemented with veins temperature measurements, carried out with the use of two thermo-couples positioned at both ends of the sample. Next to the tests based on normative methods, the authors also carried out some tests involving doubled and tripled flame exposure time.
Results: Shielded cables spread the fire in a much greater extent than their unscreened counterparts. Shielded cables' maximum charring range increases proportionally to the wire's thickness. There were no significant differences in the fire spread between the cables differing from each other in their core material. The highest temperature was recorded in case of the cables with the smallest diameter. Temperature measured at the end of the conductors located about 100 mm from the point of application of the burner reached its maximum of about 40°C during the normative flame application time, and about 150°C at a tripled application time. At the second measuring point, positioned about 500 mm from the flame application point, there were no temperature changes noticed, for none of the tested samples.
Conclusions: The main factor influencing the fire spread through an electric cable is the material of its insulation. In case of shielded cables the growth of charring range, along with the increase of cable diameter was caused by the greater amount of combustible material subjected to flame influence. The material of conductor does not have a major impact on the fire spread. For cables within tested diameters normative flame application time (i.e. 60 seconds) seems to be the most optimal. With extended exposure times there has been no significant increase of damage range, while there was a noticeable decrease of precision of the method.
Keywords: electric cables, reaction to fire, fire hazard Type of article: short scientific report
Аннотация
Цель: Представление результатов исследований реакции на огонь электрических кабелей, проведенных согласно стандарту PN-EN 60332-1-2:2010, а также дополнительных исследований. Основной целью исследования было определение влияния таких параметров как: наружный диаметр, число проводов, материал, из которого сделаны провода, применение проволочного экрана, которые влияют на распространение огня по электрическими кабелям.
Проект и методы: Исследования были проведены на испытательной установке, соответствующей стандарту PN-EN 60332-12:2010. Это главный стандарт для определения класса реакции на огонь Eca и дополнительный в случае определения классов B1ca, B2ca, Cca, Dca согласно классификации представленной в классификационном стандарте PN-EN 13501-6. Исследования проводились на группе электрических кабелей диаметром от 7 мм до 17,5 мм, отличающихся друг от друга количеством проводов, материалом, из которого сделаны провода, а также внешним покрытием. Часть проводов состояла также из сетки гальванизированных проволок. Методика исследований была расширена измерениями температуры проводов, с помощью двух термопар, помещеннных внутри провода, на концах образца. Кроме нормативных тестов, были проведены также исследования, где время действия огня было увеличено дву- и трехкратно
Результаты: Экранированные кабеля распространяли огонь в значительно большей степени, чем их неэкранированые аналоги. В случае экранированных кабелей максимальная длина обугливания растёт пропорционально толщине провода. Значительные различия в распространении огня между кабелями, отличающимися друг от друга только материалом, из которого были сделаны провода, не были замечены. Самый большой рост температур был зафиксирован в проводах с наименьшим диаметром. Температуры проводов, измеренные на конце, при расстоянии 100 мм от места приложения горелки, составили максимально около 40°C при нормативном времени приложения огня, а также около 150°C при увеличенном воздействии в три раза. Однако для каждого из исследованных кабелей не зафиксирован рост температуры проводов в измерительном пункте, который находился на расстоянии 500 мм от места соприкосновения пламени. Выводы: Основным фактором, влияющим на распространение огня по электрическому кабелю, является материал, из которого сделана изоляция. В случае экранированных кабелей растущая длина обугливания вместе с увеличением диаметра были вызваны большим количеством горючего материала, подверженного воздействию пламени. Материал, из которого сделаны провода, не имеет большого влияния на распространение огня. Для кабелей с исследованным внешним диаметром нормативное время прикосновения пламени - 60 секунд является наиболее оптимальным. При более длительных сроках воздействия не было зафиксировано значительного увеличения масштаба ущерба образца, в то время как было зафиксировано снижение точности метода.
Ключевые слова: электрические кабели, реакция на огонь, пожарная угроза Вид статьи: предварительный отчёт
1. Wprowadzenie
Jednym z zagadnien wspolczesnego budownictwa zwi^zanych z post?pem technologicznym oraz zapewnie-niem odpowiedniej funkcjonalnosci jest wyposazenie bu-dynku w infrastruktur? elektryczn^ oraz teleinformatycz-щ. Pomimo szybkiego rozwoju technologii bezprzewo-dowych wci^z stosuje si? szerokie spektrum przewodow i kabli elektrycznych, zapewniaj^cych zasilanie oraz ko-munikacj? pomi?dzy niezliczon^ liczb^ urz^dzen elek-
trycznych oraz elektronicznych. Kable, podobnie jak inne wykorzystywane w budownictwie wyroby, podlegaj^ ocenie w zakresie reakcji na ogien, a mozliwosc ich stoso-wania w budynkach uzytecznosci publicznej jest uregulo-wana prawnie. Wymagania stawiane s^ po to, aby wyroby pracowaly prawidlowo w normalnych warunkach uzytko-wania obiektu budowlanego, jak rowniez w sytuacji za-grozenia - pozaru lub innego miejscowego zagrozenia [1]. Badanie palnosci kabli elektrycznych jest szczegolnie
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
wazne, poniewaz typ i ilosc materialow palnych wystepu-j^cych w pomieszczeniu jest jednym z glownych czynni-kow wplywaj^cych na szybkosc rozwoju pozaru. Szcze-goln^ uwage nalezy zwrocic na usytuowanie palnych ele-mentow wykonczeniowych na scianach i suficie pomiesz-czenia [2], czyli podstawowych miejscach prowadzenia kabli elektrycznych. W zakresie klasyfikacji reakcji na ogien dla kabli elektrycznych, obecnie obowi^zuje De-cyzja Komisji Europejskiej 2006/751/WE [3] wykonuj^-ca Dyrektywe Rady89/106/EWG, w ktorej przedstawiono kryteria klasyfikacji oraz metody badawcze [4], oraz norma klasyfikacyjna PN-EN 13501-6 [5].
W Zespole Laboratoriow Procesow Spalania i Wy-buchowosci Centrum Naukowo-Badawczego Ochro-ny Przeciwpozarowej - PIB wykonano serie badan ka-bli elektrycznych wedlug metody okreslonej w standar-dzie PN-EN 60332-1-2:2010 [6]. Jest to podstawowe ba-danie do okreslenia klasy reakcji na ogien Eca oraz bada-nie wstepne do okreslenia klas B1 , B2 , C , D zgodnie
ca' ca' ca' ca 0
z wymaganiami przywolanej normy klasyfikacyjnej. Uzy-skanie pozytywnego wyniku testu obliguje do wykona-nia znacznie bardziej skomplikowanych, pracochlonnych i kosztownych badan wedlug normy PN-EN 50399 [7].
Testom poddano dwie grupy kabli elektrycznych wy-stepuj^ce w tych samych konfiguracjach liczby zyl - 5G1, 12G1, 18G1, 25G1, gdzie jedn^ z grup wyroznialo zasto-sowanie ekranu z ocynkowanych drucikow. Dodatkowo porownano zachowanie kabli o tych samych parametrach, rozni^cych sie od siebie materialem wykonania zyly (miedz lub aluminium). Na podstawie otrzymanych wy-nikow oceniono wplyw powyzszych parametrow na roz-przestrzenianie pionowe plomienia na pojedynczym ka-blu. Wszystkie badania rozszerzono rowniez o pomiary temperatury zyl na koncach probki.
2. Badania
2.1. Stanowisko badawcze
Badania przeprowadzono na stanowisku przygoto-wanym wedlug zalecen standardu PN-EN 60332-1-1 [8], skladaj^cym sie z trzech zasadniczych czesci:
• Oslony metalowej o wysokosci 1200 mm (±25 mm), szerokosci 300 mm (±25 mm) i glebokosci 450 mm (±25 mm), otwartej z przodu i wyposazonej w dwa uchwyty do mocowania probek. Odleglosc miedzy krawedziami uchwytow wynosi 550 mm (±5 mm).
• Zrodla zapalenia - palnika zgodnego z PN-EN 6069511-2 [9] z wyj^tkiem zasilania - w tym przypadku jest to propan techniczny o 95% znamionowej czystosci.
• Komory wolnej od przeci^gow i wyposazonej w regu-lowany wyci^g laboratoryjny (dygestorium).
Badania wedlug standardu PN-EN 60332-1-2 prze-prowadza sie dla pojedynczego izolowanego przewodu b^dz kabla o dlugosci 600 mm (±25 mm). Probke nale-zy przymocowac do dwoch poziomych uchwytow za po-moc^ drutu miedzianego. Dolny koniec probki powinien znajdowac sie w odleglosci ok. 50 mm od podstawy obu-dowy.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
Ryc. 1. Stanowisko badawcze wg PN-EN 60332-1-2 Fig. 1. Test stand according to PN-EN 60332-1-2 Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
2.2. Sprawdzanie parametrow palnika
Palnik propanowy, bed^cy zrodlem zaplonu, nalezy ustawic tak, aby wierzcholek wewnetrznego niebieskiego stozka dotykal powierzchni probki w odleglosci 475 mm (±5 mm) od dolnej krawedzi gornego poziomego uchwy-tu. Palnik winien byc ustawiony pod k^tem 45° (±2°) do pionowej osi probki. Stosuj^c odpowiednie parametry przeplywu powietrza — 10 l/min (± 0,5 l/min) i propanu czystego (o zawartosci > 95%) — 650 ml/min (± 30 ml/ min) przy cisnieniu 1 bar, powinno sie uzyskac plomien o okreslonej mocy oraz wysokosci plomienia. Wysokosc plomienia powinna zawierac sie w granicach 170-190 mm, natomiast wysokosc niebieskiego stozka w zakresie 50-60 mm. Ustawiaj^c parametry palnika w zakresach okreslonych w normie PN-EN 60695-11-2, nie udalo sie osi^gn^c spodziewanych wysokosci plomienia oraz niebieskiego stozka. Odpowiednie wysokosci osi^gnieto em-pirycznie poprzez regulacje przeplywow. Wymagane cha-rakterystyki geometryczne plomienia uzyskano, reguluj^c przeplywy propanu i powietrza w przyblizeniu na odpo-wiednio: 600 ml/min oraz 14 l/min. Dopiero tak wyregu-lowany plomien poddano badaniu mocy. Uklad probier-czy przedstawiono na rycinie 2. Sklada sie on z palnika (1), bloku miedzianego z zamocowan^ termopar^ (2) oraz urz^dzenia do wskazywania temperatury i czasu (3). Na tak zestawionym ukladzie dokonano trzykrotnego ozna-czenia czasu wzrostu temperatury bloku miedzianego od 100°C (±5°C) - 700°C (±3°C). Czas takiego wzrostu powinien wynosic 45 s (±5 s). Uzyskane wyniki potwier-dzily wytworzenie plomienia probierczego o mocy 1 kW.
Ryc. 2. Uklad do pröby sprawdzajqcej wg PN-EN 60695-11-2 (1 - palnik, 2 - blok miedziany z termoparq, 3 - urzqdzenie do
wskazywania temperatury i czasu) Fig. 2. Experimental set-up according to PN-EN 60695-11-2 (1 - burner, 2 - copper block with thermocouple, 3 - time and temperature measurement device) Zrödlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
2.3. Probki do badan
Zgodnie ze standardem PN-EN 60332-1-2 pröbk? sta-nowi odcinek izolowanego przewodu lub kabla o dlugo-sci 600 mm (±20 mm). Pröbki zestawiono w trzy grupy. Pierwsz^ (patrz tabela 1) stanowi^ nieekranowane kable o skr?conych warstwowo, izolowanych zylach z cienkich druciköw w powloce z PCW, w czterech wariantach röz-ni^cych si? liczb^ zyl, a wi?c i srednic^ zewn?trzn^. Ozna-czenia kabli stosowane w tabelach 1, 2, 3 podano wedlug normy PN-HD 361 S3:2002/A1:2007P [10]. Wszystkie pröbki przed badaniami poddano sezonowaniu, zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 60332-1-2, to jest przez co najmniej 16 godzin w temperaturze (23±5)°C i wilgot-nosci (50±20)%.
W sklad drugiego zestawu wchodzily przewody tego samego producenta o tych samych liczbach zyl, w ktörych zastosowano ekran z ocynkowanego drutu miedzianego.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8 Tabela 1.
Zestaw 1 - kable nieekranowane
Set 1 - unshielded cables
Table 1.
Lp. No. Rodzaj kabla Cable type Liczba zyl Amount of cores Srednica zewn^trzna [mm] Outer diameter [mm] Rodzaj zyly Core type
1. H05VV-F 5G1 7,1 Miedz/ Copper
2. H05VV-F 12G1 10,5 Miedz/ Copper
3. H05VV-F 18G1 12,7 Miedz/ Copper
4. H05VV-F 25G1 14,7 Miedz/ Copper
Zrôdlo: Opracowanie wlasne Source: Own elaboration.
Ryc. 3. Zestaw 1 - kable nieekranowane Fig. 3. Set 1 - unshielded cables Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Zestaw 2 - kable ekranowane Set 2 - shielded cables
Tabela 2. Table 2.
Lp. No. Rodzaj kabla Cable type Liczba zyl Amount of cores Srednica zewnçtrzna [mm] Outer diameter [mm] Rodzaj zyly Core type
1. H05VC4V-F 5G1 9,5 Miedz/ Copper
2. H05VC4V-F 12G1 13,3 Miedz/ Copper
3. H05VC4V-F 18G1 15,5 Miedz/ Copper
4. H05VC4V-F 25G1 17,5 Miedz/ Copper
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 4. Zestaw 2 - kable ekranowane Fig. 4. Set 2 - shielded cables
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
Trzeci zestaw stanowily odmienne przewody. Byly to dwa rodzaje probek o tym samym przekroju zyly, tym samym materiale powloki zewn^trznej (izolacja z polietylenu usie-ciowanego w powloce poliwinitowej), wyst^puj^ce w dwoch wariantach - o zylach miedzianych i aluminiowych.
Tabela 3.
Zestaw 3 - kable z zylami z aluminium i miedzi
Table 3.
Set 3 - cables with aluminum and copper cores
Rodzaj Liczba zyl Amount of cores Srednica Rodzaj zyly
Lp. kabla zewnçtrzna [mm] Core type
No. Cable Outer diameter
type [mm]
1 YKXS 1x50 RMC 13,2 Miedz/Copper
2 YAKXS 1x50 RMC 12,7 Aluminium/ Aluminum
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 5. Zestaw 3 - kable z zylami z aluminium i miedzi Fig. 5. Set 3 - cables with aluminum and copper cores Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
2.4. Metoda badawcza
Przygotowan^ probke o znormalizowanej dlugosci 600 mm (± 20 mm) zamocowano do uchwytow za pomoc^ drutu miedzianego tak, aby dolny koniec probki byl w odleglosci ok. 50 mm od podstawy obudowy. Maj^c skalibrowan^ moc palnika oraz probke zamocowan^ tak, jak to opisano powy-zej, ustawiono palnik w taki sposob, aby czubek stozka kon-trolnego (odwzorowuj^cego niebieski stozek w plomieniu) stykal sie z powierzchni^ probki. Dobran^ w ten sposob po-zycje robocz^ palnika ustalono, ustawiaj^c specjalny ogra-nicznik na prowadnicy. Nastepnie palnik wycofano, zdjeto stozek kontrolny, po czym podpalono i skontrolowano wyso-kosc plomienia. Zapalony palnik przystawiono do probki na czas zalezny od jej srednicy (patrz tabela 4). Po odsunieciu palnika odczekano, az pal^cy sie lub tl^cy przewod zgasnie.
Tabela 4.
Czasy przylozenia palnika w zaleznosci od srednicy zewnetrznej kabla
Table 4.
Burner reaction times depending on cable outer diameter
Zewn^trzna srednica probki do badan [mm] Outer diameter of specimen [mm] Czas przylozenia palnika [s] Burner application time
D < 25 60 ± 2
25 < D < 50 120 ± 2
50 < D < 75 240 ± 2
D > 75 480 ± 2
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
Wszystkie probki mialy srednicç zewnçtrzn^ mniej-sz^ niz 20 mm, a zatem zgodnie z tabel^ 4 czas przyloze-nia palnika wynosil dla nich 60 sekund. Dla kazdej z probek wykonano po trzy badania przy normatywnym cza-sie przylozenia plomienia. Dodatkowo dla 5 przewodow wykonano badania przy czasie dzialania plomienia wy-dluzonym do 120 s i 180 s. Za wyniki badan uznaje siç zmierzon^ wysokosc H zniszczenia (zwçglenia) probki. Na uwagç zasluguje fakt istnienia rozbieznosci w sposo-bie pomiaru tej odleglosci pomiçdzy zal^cznikiem A do normy PN-EN 60332-1-2 a norm^ klasyfikacyjn^ PN-EN 13501-6. W pierwszym przypadku wynik pozytywny otrzymujemy, gdy odleglosci od dolnej krawçdzi gorne-go uchwytu do granic obszaru zwçglonego wynosz^ od-powiednio ponad 50 mm w stosunku do granicy gornej oraz ponizej 540 mm w stosunku do granicy dolnej. Norma klasyfikacyjna natomiast mowi, iz wysokosc rozprze-strzenienia plomienia od miejsca przylozenia palnika nie moze przekroczyc 425 mm, nie wspominaj^c o rozprze-strzenianiu ognia w dol. Zakres badan rozszerzono o po-miary wzrostu temperatury zyly wewn^trz kabla. Pomiaru dokonywano za pomoc^ dwoch termopar zamocowanych na dwoch koncach kabla. Uklad taki pozwolil zbadac, do jakich temperatur rozgrzewa siç zyla wewnçtrzna w za-leznosci od zastosowanego materialu (miedz lub aluminium) oraz oceniono wplyw procesu przekazywania cie-pla - na drodze przewodzenia - na rozprzestrzenianie siç ognia po oslonie kabla elektrycznego.
Ryc. 6. Termopara do pomiaru wzrostu temperatury zyly wewnetrznej
Fig. 6. Thermocouple for measuring the core temperature increase Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
o to
N-
W o
o a.
fi
R o*
o
ft O
o 13
P
O
p O
ra i
p*
a*
o S'
ë-
<1.
o' P
Ci g
n
o 00 si os L/l -t. OJ —' 2 r o -p
00 o îo o Czas przylozenia plomienia [s]
H05VC4V-F ffi o i.J! < fi ►Tj H05VV-F H05VC4V-F Rodzaj kabla Cable type
12G1 o i.J! o 00 o {M o 5G1 18G1 25G1 5G1 12G1 Liczba zyl Amount of cores
00 4i. OJ si OJ o OJ i.J1 si OJ OJ OJ OJ OJ OJ K) K) UJ Ui M 00 K> O 1—' h- Odleglosc gora [mm] Upper limit [mm]
o si Ul 4i. o i.J1 o as {J\ {Si {SI {SI CD CD CD CD CD W U O si M Odleglosc dol [mm] Lower limit [mm]
00 i.J! si OJ OJ o OJ K> OJ OJ OJ K> <1 O O U> so Os OJ O OJ OJ IO Odleglosc gora [mm] Upper limit [mm]
4i. 00 4i. 4i. o o 4i. 00 4i. 4i. i.J1 4i.Ji.4i.4i.4i. {O OO {O {O {O K> si O O <Ji Odleglosc dol [mm] Lower limit [mm]
OJ o o 00 OJ OJ OJ OJ K> OJ OJ OJ K> 00 i—' —'si U> K> O K> 4i. Ui Odleglosc gora [mm] Upper limit [mm]
4i. 00 o OJ o 4i. o 4i. 4i.Ui4i.4i.4i. ^O CD ^O {O {O {Si ,—i ,—i o K> Odleglosc dol [mm] Lower limit [mm]
o OJ o OJ i.J1 OJ OJ o as K> OJ OJ OJ K> ^ ^ {Jj {O Os <1 K> OJ Srednia gôrna [mm] Average upper limit [mm]
o o 4i. o o 4i. OJ 4i. 00 4i-4i.4i.4i.4i. ai si il Oi Oi Srednia dolna [mm] Average lower limit [mm]
3,09% si ©s ©s o si ©s OJ 00 OJ ©s 6,31% 5,73% 5,10% 4,19% 9,53% Wspôlczynnik zmienno- sci; géra [%] Coefficient of variation; up [%]
o 4i. ©s o ©s o 1>J ©s ©s as ©s 0,92% 1,98% 1,11% 1,75% 1,03% Wspôlczynnik zmienno- sci; dôl [%] Coefficient of variation; up [%]
N-
W &
o &
s o*
o
ft O
O 13
p
o
P o
n- 5
zT 1
a* g
o >-! S'
» <
o' p
Ç3 Vi
ft
o 2 r o -p
YAKXS ffi O ill Ki o Q n < % è ^ > ►rj ►Tj « » O o » fier M re t£. a- w f 1 »
X iji o 5G1 12G1 18G1 25G1 5G1 12G1 18G1 25G1 1x50 Liczba zyl Amount of cores
OJ as o XNIOmWJIUIUIW OS^OI—'i—' tjJ Lft ^O 00 Odleglosc gora [mm] Upper limit [mm]
Ji. so Odleglosc dol [mm] Lower limit [mm]
OJ Ji. OJKiKiOJOJOJOJOJOJ OUJ<l<Ji^OSOSOsK) IO Odleglosc gora [mm] Upper limit [mm]
Ji. so Ji.Ji.4i.4i.4i.4i.4i.4i.4i. OSji-MOSji-^lOOMM Odleglosc dol [mm] Lower limit [mm]
u> so OJKiKiOJOJOJOJOJOJ slsl^OMMWO^yiUl oo<iooK)osooji.^^ Ui Odleglosc gora [mm] Upper limit [mm]
Ji. 00 so Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji. Odleglosc dol [mm] Lower limit [mm]
OJ OOOO^OOK)Ji.OSiJlJi. (jiO^^OOJOJOJi-Ji. Srednia gôrna [mm] Average upper limit [mm]
-li. Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji.Ji. Ji.Ji.Ji.<lJi.<l<lK)tjJ Srednia dolna [mm] Average lower limit [mm]
OS LTi 1,94% 0,71% 1,12% 1,27% 2,70% 1,23% 0,70% 1,09% 1,59% Wspôlczynnik zmienno- sci; géra [%] Coefficient of variation; up [%]
o OS ^ 0,23% 0,31% 0,42% 0,12% 0,40% 0,20% 0,96% 0,31% 0,58% Wspôlczynnik zmienno- sci; dôl [%] Coefficient of variation; down [%]
n
0
1
02 3.
VI
o »
o
s
I
a>
ft ë
o' &
o »
o
B. ft
B.
ÏÏ-§
o N 02
£ o*
N-ft
B. 02
ft
B. 02
o
N
r02
o ft
P. o
E 3
02 &
N
O g
ct> s
a
02
3N-&
O <T> N OS &2 O S£. N ft
^ a &
H- 02
O D,
N- 02 ft B
B-'l 02 g,
u £
o 02
S-3 & 7?
Ut
cr
£5 Q.
02
■g s.
N —
s*
g: o ft
02 a, ^ '-02
N ft
a
<t
B. . 02 ^
OS b
O Ë
S
0q 3
¡4 $ ?
N ft'
* »> 0q | I 9-o
H &
o "
B. ^ fT e B. •-3 ft
3 g-s S
O §T
a
o
3! ft N
N g
N
ta 3- .
cr q c
N
f M
& S?
1
O §
•a o
3
S-
B. E c
K &
02 &
02*
* I Vï
e ©
a o
oo
S? ë
£ fiT
en
g —
ST fj>
o
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
Pi?c przewodow poddano rowniez badaniom przy dwu- i trzykrotnie wydluzonym czasie przylozenia plo-mienia. Wyniki przedstawiono w tabeli 6.
4. Analiza wynikow
Analizuj^c roznice w otrzymanych wynikach, mozna zauwazyc, ze dla normatywnego czasu przylozenia plo-mienia znacznie wi?ksze rozbieznosci wyst?puj^ w war-tosciach odleglosci do gornej granicy zw?glenia - zgod-nie z kierunkiem wi?kszego rozprzestrzeniania si? ognia, osi^gaj^c wartosci od 0,7% do 2,7%. W przypadku wartosci do dolnej granicy zw?glenia roznice w wi?kszo-sci przypadkow nie przekraczaj^ 1%. Odnosz^c roznice w wynikach do srednicy kabla elektrycznego, latwo za-uwazyc, ze najwi?ksze roznice wartosci odleglosci do gornej granicy wyst?puj^ przy najmniejszej srednicy za-rowno kabla ekranowanego, jak i nieekranowanego.
Norma wskazuje, ze nalezy przebadac jedn^ probk? i dopiero wowczas, gdy nie spelni ona wymagania, wyko-nuje si? kolejne dwie proby, przy czym jezeli dadz^ one wynik pozytywny, to uznaje si?, ze kabel spelnia wymagania. W przypadku wartosci odleglosci od dolnej kra-w?dzi gornego uchwytu do granic obszaru zw?glonego znacznie wi?kszych od 50 mm, roznice w kolejnych se-riach nie maj^ wi?kszego znaczenia dla koncowej klasy-fikacji kabla elektrycznego pod k^tem spelnienia wyma-gan normy. Na ponizszych dwoch wykresach (ryc. 7, ryc. 8) zestawiono zmierzone odleglosci do granic zw?glenia w zaleznosci od liczby zyl (srednicy zewn?trznej), po-rownuj^c kable ekranowane z nieekranowanymi. Anali-zuj^c wykresy, nalezy pami?tac o fakcie, iz kabel posiada tym lepsze wlasciwosci, im jego odleglosc od dolnej kra-w?dzi gornego uchwytu do gornej granicy zw?glenia jest wi?ksza, natomiast do dolnej kraw?dzi zw?glenia mniej-
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
sza.
Ul> priyloll nil poli'ki т M) h Bumtr J-pp ¿JliOlt Lin^ ■ Ы \
■ "OSWJ-
l!Ei] I SGI
floinlUWi
itair fcvpf .■.rr-:-inl nl rmn
Ryc. 7. Wielkosc zniszczen w zaleznosci od liczby zyl
- gorna granica zw^glenia
Fig. 7. Destruction size depending on amount of cores
- upper carbonization limit Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
ti»i prtftoierNd ршли« ■ №i Uu-нсг Jiiul time - bis
11 iriL.vi: J'i-f
g s
Ryc. Fig.
№AdU| hJbUl- kliU JYI
QHkwl ■ jmvuiU v! vvif t
8. Wielkosc zniszczen w zaleznosci od liczby zyl
- dolna granica zw^glenia
8. Destruction size depended on amount of cores
- lower carbonization limit Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
Analizuj^c oba wykresy, jednoznacznie mozna stwier-dzic, ze kable elektryczne ekranowane w znacznie wi?k-szym stopniu rozprzestrzeniaj^ plomien w stosunku do kabli nieposiadaj^cych ekranu. W przypadku wartosci do gornej granicy zw?glenia dla kabla ekranowanego widac wyrazne zmniejszanie si? mierzonej odleglosci (pogarszanie wlasciwosci palnych) wraz ze wzrostem liczby zyl, a co za tym idzie srednicy zewn?trznej. W przypadku kabli nieekrano-wanych odleglosci te wahaj^ si? w granicach precyzji bada-nia. Odleglosc do dolnej granicy zw?glenia praktycznie nie zalezy od rodzaju kabla ani liczby zyl, a ewentualne rozbieznosci rowniez mieszcz^ si? w granicach precyzji metody.
Najlepiej sposrod przebadanych kabli zachowywa-ly si? przewody typu YKXS oraz YAKXS. W przypadku probki kabla z zylami aluminiowymi zauwazono wpraw-dzie nieco wi?ksze rozprzestrzenianie plomienia, jednak s^ to roznice rz?du kilkunastu milimetrow, w przypadku odleglosci do gornej granicy zw?glenia.
Kolejne dwa wykresy (ryc. 9, ryc. 10) przedstawiaj^ wyniki badan przeprowadzonych na zestawie pi?ciu ka-bli przy wydluzonych czasach oddzialywania plomienia (120 s i 180 s).
Ryc. 9. Wielkosc zniszczen w zaleznosci od czasu przylozenia
palnika, gorna granica zw^glenia Fig. 9. Destruction size depended on burner application time, upper carbonization limit Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
I UM? I U.I <I.'WV J 1.1 NlTiVY ■ t ■: IIK\<.IV Ml
(.jltlMjr dr^d^lvli^^h
Ryc. 10. Wielkosc zniszczen w zaleznosci od czasu przylozenia
palnika, gorna granica zw^glenia Fig. 10. Destruction size depended on burner application time, upper carbonization limit Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Badania wykazaly, iz zwi^kszenie czasu przylozenia plomienia negatywnie wplywa na precyzj^ metody. Wspolczynnik zmiennosci przy pomiarze odleglosci do gornej granicy zw^glenia osi^ga wartosc nawet 10,7%, natomiast przy odleglosci do dolnej granicy 2,2%. Za-notowano tendenj spadkow^ odleglosci od dolnej kra-w^dzi gornego uchwytu do gornej granicy zw^glenia po-mi^dzy czasem normatywnym i dwukrotnie wydluzonym (wi^ksze zniszczenia), jednak pomi^dzy dwu- i trzykrot-nym czasem trend ten zanika, a roznice wynosz^ maksy-malnie kilkanascie milimetrow. W przypadku dolnej granicy zw^glenia dla kazdego z kabli odnotowano jedynie minimalne wahania parametru.
Celem zbadania wplywu przewodzenia ciepla przez zyly na rozprzestrzenianie ognia, podczas wszystkich badan dokonywano pomiarow temperatury na obu kon-cach odcinka kabla. Dolna termopara znajdowala si§ w odleglosci ok. 100 mm od miejsca przylozenia palnika, natomiast gorna w odleglosci ok. 500 mm. Na ponizszym wy-kresie (ryc. 11) zestawiono przykladowe temperatury za-rejestrowane podczas badan zestawu kabli ekranowanych H05VC4V-F o roznej liczbie zyl przy czasie oddzialywa-nia 180 s. Analizy tej zaleznosci dokonano przy wydluzonym czasie oddzialywania palnika ze wzgl^du na nieznacz-ny wzrost temperatur w czasie okreslonym w normie.
-11" H
J
--1.' "jI ■ [tfTAr.fi^nit ■
-J№L HM4 IMTMfl
-1B1
-JlTai^wtyiii
; jci
TVn# HI
Ryc. 11. Przykladowy wykres przedstawiajqcy wzrost temperatury zyly w czasie badania dla roznych ilosci zyl
w kablu ekranowanym H05VCV-F Fig. 11. Sample graph showing core temperature increase during the test for different amount of cores for shielded cables H05VCV-F Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Najwi^kszy i najbardziej dynamiczny wzrost temperatury odnotowano dla kabla o najmniejszej liczbie zyl. Z wykresu wynika, iz wzrost temperatury zarejestrowano jedynie na dolnej termoparze, ktora byla w blizszej odleglosci od zrodla ognia. Mozna rowniez zauwazyc, ze cha-rakterystyka wzrostu temperatury rosla liniowo. W przypadku pomiarow temperatury dla kabli rozni^cych si§ materialem, z jakiego wykonane byly zyly, podobnie jak w poprzednich przypadkach zaobserwowano nagrzewa-nie jedynie na niewielkiej odleglosci od miejsca przylo-zenia plomienia. Wzrost temperatury zyly miedzianej na-st^puje wczesniej niz aluminiowej, lecz dynamika wzrostu tej drugiej ostatecznie doprowadza do zrownania si§ wynikow po niespelna trzyminutowej ekspozycji, co za-prezentowano na rycinie 12.
■ '¿Tb ■■ i rni»jiii'»
"J." j - \ -■-'I' ivnl II L^«^
- "irVj. 1/ ..,15,- A l f
Wi
Ryc. 12. Przykladowy wykres przedstawiajqcy wzrost temperatury zyly aluminiowej i miedzianej w czasie badania
Fig. 12. Sample graph showing core temperature increase during the test for different core material (aluminum, copper) Zrodlo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
Odnotowane temperatury s^ znacznie nizsze od temperatur samozaplonu materialow stalych, a proces przewodzenia ciepla przez zyly kabla nie ma istotnego wplywu na rozprzestrzenianie ognia po kablu. Temperatury w odleglosci niespelna 50 cm od miejsca przylozenia pal-nika nawet przy tak dlugim czasie przylozenia palnika wzrastaj^ zaledwie o kilka stopni i nie przekraczaj^ 30oC.
5. Wnioski
Na podstawie otrzymanych wynikow mozna stwier-dzic, ze rozprzestrzenianie plomienia na pojedynczym ka-blu elektrycznym zalezy w glownej mierze od materia-lu powloki i izolacji, z ktorej zostal wykonany. Srednica kabla elektrycznego (liczba zyl) nie wplywa zasadniczo na wielkosc rozprzestrzeniania si§ plomienia, niemniej jednak zauwazono, ze w przypadku kabli elektrycznych ekranowanych, w badanym zakresie srednic widoczny jest proporcjonalny wzrost zasi^gu zw^glenia wraz ze zwi^kszaniem si§ grubosci przewodu. Roznice w warto-sciach byly jednak niewielkie, i co wazne, jedynie w mi-nimalnym stopniu powi^kszaj^ce si§ wraz ze wzrostem czasu przylozenia, w zwi^zku z czym mozna uznac, ze zastosowanie ekranu cienkich ocynkowanych drucikow miedzianych nie b^dzie wplywalo znacz^co na rozprzestrzenianie si§ ognia w warunkach pozarowych. Badania
ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗВИТИЕ
porównawcze kabli miedzianych i aluminiowych wyka-zaly, ze sama przewodnosc cieplna zyly kabla elektrycz-nego nie odgrywa znacz^cej roli w rozprzestrzenianiu si? plomienia. Mozna równiez uznac, iz wydluzony czas od-dzialywania zródla ognia nie ma wi?kszego wplywu na zasi?g zniszczen. Stwierdzono, ze dobór czasu przyloze-nia zródla ognia zastosowany w metodzie jest odpowiedni i dluzsze oddzialywanie zródla ognia nie ma uzasadnio-nych podstaw. St^d wniosek, ze wielkosc rozprzestrzenia-nia ognia dla pojedynczego kabla jest w pewnym zakre-sie stala dla danego materialu, z jakiego wykonana zosta-la powloka zewn?trzna i izolacja zyl. Dodatkowym wnio-skiem plyn^cym z przeprowadzonych badan jest fakt, ze wydluzony czas przylozenia zródla zapalenia nie powo-duje znacznego pogorszenia uzyskiwanych wyników. Podsumowuj^c, nieskomplikowana metoda badawcza po-kazala, ze glównym czynnikiem wplywaj^cym na rozwój pozaru jest material, z którego wykonano powlok? oraz izolacj? kabla elektrycznego.
Literatura
1. Klapsa W., Malozi?c D., Suchecki S., Badania reakcji na ogien dla kabli elektrycznych -przeglqd metod badawczych, BiTP Vol. 28 Issue 4, 2012, pp. 131-139.
2. Mroczko G., Znaczenie aprobat technicznych dla bezpie-czenstwa pozarowego obiektów budowlanych, BiTP Vol. 24 Issue 4, 2011, pp. 87-92.
3. Decyzja Komisji z dnia 27 pazdziernika 2006 r. zmienia-jqca decyzj? Komisji 2000/147/WE wykonujqcq dyrekty-w? Rady 89/106/EWG w odniesieniu do klasyfikacji odpor-nosci wyrobów budowlanych na dzialanie ognia (2006/751/ WE).
4. Malozi?c D., Koniuch Ariadna, Reakcja na ogien metody badan i kryteria klasyfikacji, BiTP Vol. 17 Issue 1, 2010, pp. 63-74.
5. EN 13501-6:2014-04 (E) Fire classification of construction products and building elements - Part 6: Classification using data from reaction to fire tests on electric cables.
6. PN-EN 60332-1-2:2010 Badania palnosci kabli przewodów elektrycznych oraz swiatlowodowych Cz?sc 1-2: Sprawdza-nie odpornosci pojedynczego izolowanego przewodu lub kabla na pionowe rozprzestrzenianie si? plomienia. Metoda badania plomieniem mieszankowym 1kW.
7. PN-EN 50399:2011 Wspólne metody badania palnosci przewodów i kabli - Pomiar wydzielania ciepla i wytwarzania dymu przez kable podczas sprawdzania rozprzestrzeniania si? plomienia - Aparatura probiercza, procedury, wyniki.
8. PN-EN 60332-1-1:2010 Badania palnosci kabli przewodów elektrycznych oraz swiatlowodowych Cz?sc 1-1: Sprawdza-nie odpornosci pojedynczego izolowanego przewodu lub kabla na pionowe rozprzestrzenianie si? plomienia. Apara-tura.
9. PN-EN 60695-11-2:2006 Badanie zagrozenia ogniowego -Cz?sc 11-2: Plomienie probiercze - Znamionowy plomien probierczy mieszankowy 1 kW - Urzqdzenia, uklad do pró-by sprawdzajqcej i wytyczne.
10. PN-HD 361 S3:2002/A1:2007P Klasyfikacja przewodów i kabli.
D01:10.12845/bitp.35.3.2014.8
st. kpt. mgr inz. Wojciech Klapsa w 2004 r. uzyskal sto-pien magistra inzyniera w Szkole Glównej Sluzby Pozar-niczej w Warszawie. W 2006 r. uzyskal dyplom inz. che-mii w Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie. Obecnie pelni sluzb? w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej Panstwowym Instytucie Ba-dawczym w Józefowie w Zespole Laboratoriów Proce-sów Spalania i Wybuchowosci. Oficer PSP
inz. Dawid Bodalski w roku 2013 ukonczyl studia na Wydziale Inzynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej. Obecnie pracuje na stanowisku mlodszego specjalisty w Zespole Laboratoriów Procesów Spalania i Wybuchowosci w Centrum Naukowo-Badawczym Ochrony Przeciwpozarowej - PIB w Józefowie.
lic. Sylwester Suchecki w 2010 r. ukonczyl studia w Wyzszej Szkole Gospodarki Euroregionalnej na Wydziale Nauk Spolecznych w Józefowie i uzyskal dyplom licencjata. Obecnie pracuje w Centrum Naukowo-Ba-dawczym Ochrony Przeciwpozarowej Panstwowym In-stytucie Badawczym w Józefowie w Zespole Laborato-riów Procesów Spalania i Wybuchowosci jako mlodszy specjalista.
