أنظمة إطفاء الحريق التلقائية داخل اللوحات الكهربائية: حلول الغاز والأنابيب الدقيقة
ملخص: تعد أنظمة إطفاء الحريق داخل اللوحات الكهربائية مكونات حماية حيوية تعمل على إخماد الحرائق الناتجة عن القوس الكهربائي، وارتفاع درجات الحرارة، وقصر الدائرة مباشرة عند نقطة المنشأ في لوحات الجهد المنخفض والمتوسط. تندمج حلول الأنابيب الدقيقة (خراطيم الاستشعار البوليمرية) والغازات النظيفة (Novec 1230، FM-200) مع هياكل اللوحات المختبرة نوعياً وفق معيار TS EN 61439 لتقضي على ألسنة اللهب في غضون ثوانٍ وتضمن استمرارية عمل المنشأة.
ما هي مخاطر الحريق في لوحات التوزيع الكهربائية وضرورة الحماية منها؟
تتعرض لوحات التوزيع الرئيسية (MDB) ومراكز التحكم بالمحركات (MCC) في المنشآت الصناعية ومراكز البيانات ومشاريع البنية التحتية لأحمال كهربائية مكثفة. وقد تؤدي الوصلات الطرفية غير المحكمة، والتيار الزائد، والأحمال التوافقية، وانهيار العزل، وأعطال القوس الداخلي إلى وميض حراري واشتعال تتجاوز درجات حرارته 1000 درجة مئوية خلال ثوانٍ داخل هيكل اللوحة. وتتدخل أنظمة إطفاء الحريق داخل اللوحات الكهربائية لتوفير حماية موضعية في الأماكن التي تعجز فيها تجهيزات إطفاء المباني التقليدية (مثل شبكات الرشاشات) عن اختراق كابينة اللوحة والتعامل مع الحريق.
في إطار المعايير الدولية، ومع مراعاة معيار NFPA 2001 (معيار أنظمة إطفاء الحرائق بالغازات النظيفة) ومعايير تصنيع اللوحات TS EN 61439-1/2؛ من الضروري أن تتم حماية ما بداخل اللوحات باستخدام وسائط غير موصلة للكهرباء، ولا تترك أي بقايا، ولا تسبب أضراراً للمكونات الداخلية.
كيف تعمل أنظمة إطفاء الحريق بالأنابيب الدقيقة (Micro Tubing)؟
تعمل أنظمة الأنابيب الدقيقة من خلال خراطيم استشعار بوليمرية خاصة وحساسة للضغط (tubing) تُوضع بشكل استراتيجي داخل اللوحة. وتنقسم هذه التكنولوجيا إلى مبدأين هندسيين رئيسيين:
- الأنظمة المباشرة: يتمزق الخرطوم البوليمري المضغوط عند النقطة الأكثر سخونة التي يلامس فيها الحرارة المنبعثة من الحريق (تتراوح عادة بين 110 إلى 170 درجة مئوية). ومن خلال هذه الفتحة الشبيهة بالفوهة، يُرش غاز الإطفاء (مثل FM-200 أو FK-5-1-12) مباشرة على مركز القوس الكهربائي/اللهب، مما يؤدي إلى خنق الحريق في غضون 3 إلى 5 ثوانٍ.
- الأنظمة غير المباشرة: يعمل الخرطوم ككاشف حريق خطي فقط. يؤدي انخفاض الضغط الناتج عن ثقب الخرطوم إلى تشغيل الصمام الرئيسي لأسطوانة الغاز الخارجية. ومن ثم يتم تفريغ الغاز حجمياً وبشكل متجانس في البيئة عبر شبكة من الأنابيب والفوهات المقاومة للصدأ والمثبتة مسبقاً في سقف اللوحة وأقسامها الداخلية.
تتمثل الميزة الكبرى لحلول الأنابيب الدقيقة في أنها تعمل بمبادئ ميكانيكية وهوائية بالكامل دون الحاجة إلى تغذية كهربائية؛ مما يضمن حماية متواصلة حتى أثناء انقطاع التيار الكهربائي العام.
مقارنة بين وسائط الغازات النظيفة: Novec 1230 و FM-200 و CO2
تعتبر الخواص الكيميائية والفيزيائية للوسيط المستخدم داخل اللوحة عاملاً حاسماً في الحفاظ على سلامة أجهزة الفصل والوصل. وفيما يلي أبرز الغازات النظيفة المستخدمة:
- FK-5-1-12 (3M™ Novec™ 1230): مركب كيتون مفلور يُخزن في شكل سائل ويتحول بسرعة إلى غاز عند تفريغه. يتميز بقدرة انعدام استنفاد الأوزون (ODP=0) وإمكانية منخفضة للغاية لإحداث الاحترار العالمي (GWP=1). ولا يترك أي بقايا فيزيائية أو كيميائية على قضبان التوزيع النحاسية أو وحدات PLC أو الموصلات (الكونتاكتورات) داخل اللوحة.
- HFC-227ea (FM-200): غاز صناعي يمتص الحرارة ويخمد اللهب عن طريق كسر سلسلة التفاعل الكيميائي. يتمتع بمقاومة عزل عالية، وهو غير موصل للكهرباء ولا يسبب تآكلاً للمعدات.
- ثاني أكسيد الكربون (CO2): يعمل على خنق اللهب عن طريق تقليل تركيز الأكسجين. ومع ذلك، نظراً لمتطلبات التخزين تحت ضغط عالٍ والصدمة الحرارية المفاجئة (التبريد الشديد) الناتجة أثناء التفريغ، فإنه يُفضل استخدامه في خلايا المحولات المغلقة وحجيرات الجهد المتوسط بدلاً من لوحات الجهد المنخفض التي تحتوي على بطاقات إلكترونية حساسة.
ما هي المعايير الهندسية والتصميمية في أنظمة الإطفاء داخل اللوحات؟
تعتمد موثوقية النظام على الحسابات الهندسية الدقيقة. تقوم شركة Devpan، التي تنشط في منطقة Dudullu OSB الصناعية بإسطنبول على مساحة إنتاج تبلغ 5000 متر مربع، بتحسين تكاملات السلامة هذه في لوحاتها المصنعة وفق المعايير التالية:
- حسابات الحجم والتعبئة: عند حساب الحجم الصافي المتاح للكابينة (م³)، يجب خصم الحجم الذي تشغله قواطع وأجهزة الفصل، واختيار سعة الأسطوانة وفقاً لتركيز التصميم المنصوص عليه في معيار NFPA 2001.
- درجة الحماية IP ومنافذ التسريب: يُعتبر زمن بقاء الغاز معلقاً في الهواء أمراً فائق الأهمية في عمليات الإطفاء الداخلي. بينما تدعم فئات الحماية والكتامة IP54 أو IP55 في اللوحات المصنعة طبقاً لإجراءات الاختبار TS EN 61439 بقاء الغاز داخل اللوحة؛ يجب دمج خوانق حريق أوتوماتيكية (fire dampers) في فتحات التهوية تغلق تلقائياً بمجرد استشعار الحريق.
- مستوى تصنيف الفصل داخل الكابينة (Form 2b – Form 4b): في اللوحات ذات مستويات الفصل العالية، تُفصل الوحدات الوظيفية بألواح معدنية، لذا يجب تمديد خطوط الأنابيب الدقيقة بهندسة تتيح لها المرور عبر كافة حجيرات القضبان والقواطع دون استثناء.
- تكامل الإشارات: يجب أن ترسل مفاتيح الضغط (pressure switch) الموجودة على صمام الأسطوانة إشارة تلامس جافة إلى أجهزة PLC باللوحة أو أنظمة SCADA/BMS الخارجية؛ لضمان الفصل الفوري (Trip) للقاطع الرئيسي.
الأسئلة الشائعة
هل تفصل أنظمة إطفاء الحريق داخل اللوحات التيار الكهربائي تلقائياً؟
لا تقوم أنظمة الأنابيب الدقيقة وأنظمة الإطفاء الغازية بقطع الطاقة ميكانيكياً بشكل مباشر؛ إلا أن الممارسة الهندسية القياسية تعتمد على إرسال إشارة فصل فورية (Trip) عبر مفتاح الضغط (pressure switch) إلى وشيعة الفصل في القاطع المصبوب الرئيسي (MCCB) أو القاطع الهوائي (ACB) لقطع الطاقة الكهربائية في الحال.
هل تضر الغازات المستخدمة بمعدات اللوحة وقضبان التوزيع؟
كلا. تعتبر الغازات النظيفة مثل Novec 1230 و FM-200 غازات ذات قوة عزل عازلة عالية (dielectric)، وغير موصلة للكهرباء، ولا تترك أي رواسب. ولا تسبب تآكلاً أو رطوبة أو ملوثات كيميائية على المعدات بعد الإطفاء؛ مما يسمح بإعادة تشغيل المنشأة بسرعة دون الحاجة إلى أعمال تنظيف.
ما هي فترات الصيانة الدورية لأنظمة الأنابيب الدقيقة؟
يجب فحص قراءات الضغط على مقياس المانومتر شهرياً بصرياً. أما على أساس سنوي، فيجب فحص ضغط النيتروجين، ومرونة الخرطوم البوليمري، وحلقات إحكام الصمامات، ونقاط تلامس الإشارات من قبل فنيين متخصصين وتوثيق ذلك في تقارير فنية.
