Причини пожеж електротехнічного характеру

Пожежі з електротехнічних причин є одними з найпоширеніших – майже кожна п'ята пожежа.

Знаючи, що коротке замикання здатне підпалити ізоляцію струмопровідних частин і горючі матеріали, що є поблизу електрообладнання, деякі фахівці вважають, що правильно встановили причину пожежі. Далі інші елементи та апарати захисту електричної мережі об'єкта пожежі їх не цікавлять. Такий висновок щодо достовірності причини пожежі не є об’єктивним.

Для об'єктивного визначення причини пожежі потрібне дослідження всієї електричної мережі об'єкта, фіксація виявлених у вогнищі фрагментів електротехнічних пристроїв та проведення їх інструментальних досліджень.

Під час розслідування займання з місця пожежі як речові докази слід вилучати елементи електромережі (апарати захисту, комутаційні апарати, відрізки кабелів або окремих проводів), що мають характерні сліди впливу дуги короткого замикання або температурного впливу.

Версію можливості виникнення пожежі від електрообладнання слід висувати та відпрацьовувати завжди, коли на об'єкті пожежі було електрообладнання. Обстеження електрообладнання потребує спеціальних знань, тому доцільно залучати до нього фахівців електротехнічного профілю. Потрібно пам'ятати, що це обстеження не може обмежуватися лише приміщеннями, у яких було горіння. Для відпрацювання версій можливості виникнення пожежі від електрообладнання потрібно обстежити електричну мережу від джерела живлення (трансформаторної підстанції) до найбільш віддалених споживачів електроенергії, що були на об'єктах пожежі.

Версії про причини пожеж, пов'язаних з експлуатацією електрообладнання, – дуже широка група причин. Це зумовлено насамперед наявністю великої кількості електрообладнання на виробничих підприємствах, у сільському господарстві та в побуті, ненадійністю електротехнічної продукції, низькою якістю технічного обслуговування в електрогосподарстві. Варто зазначити, що причетність електрообладнання до виникнення пожеж часто «встановлюється» без достатніх підстав. Це вимагає більш прискіпливого дослідження всіх явищ, що передували пожежі та були причетні до неї, і мають важливе значення для  з’ясування її об’єктивної причини.

До причин пожеж електротехнічного характеру належать:

• електрична дуга;
• коротке замикання;
• перевантаження електричних кіл;
• більший перехідний опір;
• іскріння;
• перенапруга електричної мережі;
• дія електричного струму на металеві заземлені конструкції будівель та споруд;
• дія електричного струму на слаботочні електричні лінії (радіо, телефонні та ін.);
• теплова дія електронагрівальних приладів;
• теплова дія електричних ламп розжарювання, їх аварійний режим та проплавлення колб;
• аварійний режим роботи люмінесцентних світильників.

Для підвищення якості огляду електрообладнання на пожежі доцільно докладніше розглянути кожну з наведених вище причин, маючи на увазі, що появу або наявність деяких з них передбачено нормальним режимом роботи електрообладнання. Наприклад, електричні дуги виникають під час проведення електрозварювальних робіт; іскріння відбувається в колекторних електродвигунах, магнітних пускачах та контакторах; нагріті або розжарені частини є в нагрівальних приладах тощо.

Потрібно знати, що перенапруга електричної мережі, великий перехідний опір і перевантаження ланцюга може призвести до короткого замикання, виникнення електричної дуги, і навпаки, коротке замикання може спричинити перевантаження електричної мережі, іскріння, утворення електричної дуги, перехід електричного струму на металеві заземлені конструкції тощо.

Тобто одні аварійні режими переходять в інші, небезпечніші щодо можливості виникнення пожеж.

Електрична дуга

Електрична дуга має дуже високу температуру (1500 – 4000 °С), через неї може спалахнути будь-який горючий матеріал, стикаючись з нею безпосередньо чи через випромінювання тепла. Електрична дуга утворюється внаслідок стійкого електричного розряду між двома металевими елементами електричної установки, що мають різні потенціали. Під час електричної дуги відбувається інтенсивна іонізація газового проміжку, плавлення та горіння металу. Крім того, відбувається розбризкування розплавлених частинок металу, що мають великий запас теплової енергії, які, потрапляючи на горючі матеріали, можуть запалити їх.

Стійка електрична дуга найчастіше може виникати під час короткого замикання в газових трубах або броньованих кабелях і значно рідше – в електропроводах. У міру розплавлення та згоряння струмоведучої жили електричного провідника, броні, труби або іншої захисної оболонки, дуга може переміщатися вздовж їх поверхонь у бік джерела живлення, залишаючи точкові або розподілені по довжині проплавлення. Під час електричної дуги по ланцюгах протікають струми короткого замикання, тому під час утворення електричної дуги в аварійному режимі електричного ланцюга виникають вторинні (побічні) явища, притаманні короткому замиканню. Нерідко джерела запалювання з'являються у місці утворення дуги, в інших місцях електричного ланцюга та в напрямку джерела живлення. У випадках, які не передбачені нормальним режимом експлуатації електроустановок, електрична дуга виникає найчастіше під час короткого замикання. Одним із широко відомих прикладів використання електричної дуги у виробництві є електричне зварювання, коли по провідниках протікають значні струми та виділяється велика кількість теплової енергії.

Під час електричного дугового зварювання:

• є нагріті до високої температури або розпечені зварювані деталі, конструкції або їх окремі ділянки;
• розлітаються на значні відстані частинки розплавленого металу;
• нагріваються контактні елементи та електричні провідники у місцях нещільних з'єднань;
• виникає іскріння у місцях неякісного з'єднання або приєднання електричних проводів до зварювального апарата, зварюваних деталей і конструкцій.

Коротке замикання

Серед причин пожеж електротехнічного характеру коротке замикання є найпоширенішим, хоча нерідко воно може бути наслідком будь-якої іншої аварійної ситуації в електричному ланцюзі.

Коротке замикання виникає в разі з'єднання електропроводів з порушеною ізоляцією, контакту проводів із металевими заземленими конструкціями будівель та споруді, потрапляння на оголені проводи сторонніх металевих предметів, пробоїв обвугленої або порушеної ізоляції проводів та інших електротехнічних виробів. Унаслідок короткого замикання через різке зростання струму в електричному ланцюзі, значно підвищується температура струмопровідних жил, що призводить до займання ізоляції електропроводів та кабелів і найчастіше супроводжується розплавленням металу провідників.

Перевантаження електричних кіл

Перевантаженням називається явище, коли в електричній мережі, обмотках електричних машин, приладах та апаратах виникають струмові навантаження, що перевищують допустимі.

Найчастіші причини перевантаження електричних кіл:

• неповне або неметалеве коротке замикання через деякий перехідний опір;
• перенапруга в електричній мережі;
• робота трифазного двигуна на двох фазах унаслідок обриву третьої або спрацьовування одного із запобіжників;
• заклинювання, перевантаження механізму, що наводиться електродвигуном (наприклад, двигуна транспортерної лінії);
• неправильний вибір електродвигуна для заданого робочого механізму (занижена потужність);
• заїдання вала електродвигуна внаслідок нестачі мастила, руйнування підшипників та перекосу вала;
• під’єднання до електричної мережі не передбачених розрахунком потужних споживачів електроенергії.

Великий перехідний опір

Великий перехідний опір – це опір ділянки електричного ланцюга в місці з'єднання окремих елементів (місця з'єднання проводів, приєднання їх до електроприймачів, контактних елементів тощо), у яких, за неправильного їх виконання, опір вищий порівняно з опором електричного ланцюга до цих ділянок та після них.

Найчастіше великі перехідні опори виникають:

• у місцях з'єднання проводів між собою, коли замість паяння, зварювання, опресування або затискачів під болти застосовуються скручування проводів з алюмінієвими та мідними жилами;
• у місцях підключення проводів до рубильників, електродвигунів та інших апаратів без спеціальних затискачів та наконечників;
• у рубильниках, магнітних пускачах, вимикачах, штепсельних роз'ємах (розетках, вилках) на контактних елементах;
• у місцях контактів, виконаних за допомогою різьбових з'єднань в електрообладнанні, яке в процесі роботи схильне до вібрації, особливо якщо немає пристосувань проти самовідгвинчування;
• у місцях з'єднання проводів, виконаних за допомогою паяння, із застосуванням для підготовки поверхонь кислот, які майже завжди залишаються в місці паяння і згодом спричиняють посилене окиснення місць з'єднання або найближчих ділянок проводів.

Утворення джерел займання можливе в місцях появи перехідних опорів, описаних вище. Безпосереднім джерелом займання можуть бути:

• елементи електроустановок, нагріті до високої температури теплом, виділеним електричним струмом у місці великого перехідного опору;
• електричні іскри або частинки розплавленого та розжареного металу, що виникають у місці нещільного електричного контакту.

Великий перехідний опір може бути причиною короткого замикання.

Іскріння

Іскріння –  дуже поширене явище, буває як за нормальної роботи окремих споживачів електричної енергії, так і в аварійному режимі. Іскріння утворюється під час контактного та дугового електрозварювання, увімкнення та вимкнення рубильників, магнітних пускачів, контакторів, вимикачів, на кільцях та колекторах електродвигунів за нещільного прилягання до них щіток, та у місцях неякісного приєднання проводів до споживачів електричної енергії, у разі контакту окремих ділянок або із заземленими конструкціями тощо. Під час іскріння утворюються джерела займання, що мають енергію і температуру, достатні для займання горючих речовин і матеріалів.

Іскріння в не пожежонебезпечних і не вибухонебезпечних середовищах, де немає поблизу горючих матеріалів і конструкцій, великої небезпеки не становить.

Перенапруга в електричному ланцюзі

У зв'язку з тим, що джерела живлення електроенергії мають обмежені потужності, підключення або відключення від них електроспоживачів призводить до зміни напруги в електричній мережі. Щоб компенсувати зниження напруги за одночасного під’єднання великої кількості споживачів, напругу джерела живлення завищують. Тому, коли більшість споживачів відключаються, напруга в електричній мережі стає вищою за номінальну (127, 220, 380 В). Величина перенапруги може бути різною і особливо великих відмінностей найчастіше досягає у сільській місцевості.

Причиною перенапруг в електричній мережі може бути також вихід з ладу регулятора числа оборотів на місцевих електростанціях. Перенапруга може виникати через короткиі замикання; потрапляння високої напруги на низьковольтні мережі; під час грозових розрядів; електромагнітної індукції та ін.

Пожежна небезпека перенапруги, залежно від конкретних умов, може виявлятися в:

• підвищенні ймовірності виникнення короткого замикання;
• збільшенні струмового навантаження на окремих ділянках електричного ланцюга та можливості виникнення перевантаження;
• підвищенні тепловиділення в електронагрівальних пристроях;
• підвищенні ймовірності виникнення аварійних режимів у лампах розжарювання;
• підвищенні ймовірності виходу з ладу окремих елементів побутових електроприладів та промислового електроустаткування.

Дія електричного струму на заземлені металеві конструкції

Дія електричного струму на металеві заземлені конструкції будівель та споруд, що мають електричне з'єднання із землею (дахи, водостічні труби, труби системи опалення та водопостачання, металеві балки, сітки під шаром штукатурки тощо), стається внаслідок контакту їх з одним із фазних дротів, що перебувають під напругою. У разі контакту між ними виникає струм витоку, що може спричинити спрацьовування електричного захисту, якщо його обрано правильно. У цьому випадку небезпека переходу електричного струму на металеві конструкції обмежується місцем торкання дроту до конструкції, де можливе значне іскроутворення та короткочасне виникнення електричної дуги, які можуть підпалити розташовані поблизу горючі матеріали.

Якщо електричний струм діє на металеві конструкції, які не мають заземлення і щільного з'єднання окремих частин між собою, то на шляху руху струму виникають великі перехідні опори, можливий періодичний пробій повітряного зазору чи постійні іскри. Загоряння при цьому можливе як від нагрівання металевих частин, так і іскріння. Нагрів та іскріння можуть бути настільки сильними, що окремі ділянки металевих конструкцій можуть оплавитися. За такого явища струм витоку може бути недостатнім для спрацьовування навіть правильно обраного захисту.

Нагрівання металевих конструкцій та іскріння може бути не тільки в тому місці, де виявлено торкання електричного дроту до частин будівлі, а зовсім на інших ділянках, на яких немає електричних комутацій, іноді віддалених на кілька сотень метрів від місця торкання. Під час пожежі від розтікання електричного струму металевими конструкціями будівель можлива наявність декількох вогнищ. У цьому разі пожежа може виникнути навіть у декількох будинках.

Дія електричного струму на металеві конструкції можлива в разі:

• обриву дроту повітряної лінії електропередач;
• механічного пошкодження ізоляції електропроводів, прокладених за металевими конструкціями та комунікаціями будівель;
• використання металевих конструкцій та комунікацій як зворотного проводу під час електрозварювальних робіт;
• використання металевих конструкцій та комунікацій будівлі як заземлення;
• руйнування ізоляторів або пошкодження ізоляції проводів у металевих трубостійках на введенні у будівлі тощо.

Дія електричного струму можлива не тільки на металеві конструкції будівлі, але й інші електричні мережі. Якщо це станеться в слаботочні лінії, то може призвести до їх займання та пожежі. Це можливо в місцях спільного прокладання ліній різної напруги, контакту або перетину, якщо в них буде пошкоджена ізоляція.

Теплова дія та аварійний режим роботи ламп розжарювання

Основними причинами виникнення пожеж від електричних ламп розжарювання є:

• безпосередній контакт горючих матеріалів із нагрітою колбою лампи;
• дія теплового випромінювання лампи на горючі матеріали;
• розлітання розпечених крапель спіралі, що утворилися під впливом дуги між електродами або одним з електродів і ниткою розжарювання, що обгоріла;
• потрапляння нагрітих частинок спіралі на горючі матеріали внаслідок вибуху колби лампи розжарювання.

Виникнення пожеж від ламп розжарювання може бути зумовлене:

• порушенням правил експлуатації ламп розжарювання, наприклад, використанням їх у пожежонебезпечних приміщеннях без захисних скляних ковпаків;
• недотримання мінімально допустимих відстаней від ламп розжарювання до легкозаймистих та горючих матеріалів, використання паперових абажурів тощо;
• неякісним енергопостачанням (різкими коливаннями напруги в електричній мережі, що може спричинити виникнення дуги або вибух колби).

Ступінь нагрівання колб електричних ламп розжарювання залежить від відстані від нитки розжарювання до колби та від потужності лампи. Лампи меншої потужності з малим розміром колб можуть мати вищу температуру на поверхні колб, ніж потужніші лампи більших розмірів. У ламп потужністю від 40 до 100 Вт в умовах нормальної експлуатації температура на поверхні колб в межах 125-240 °С. Але за умови акумуляції тепла (наприклад, контакту з будь-якими матеріалами) вона може підвищуватися на кілька сотень градусів і призвести до займання горючих матеріалів. Так, наприклад, лампа розжарювання потужністю 100 Вт, обгорнута бавовняною тканиною, вже через 5 хвилин може мати температуру поверхні колби 350 °С, що призведе до загоряння тканини.

Дослідження показали, що бавовна, вата та вироби, виготовлені на їх основі, що перебувають на відстані до 30 мм від колби лампи розжарювання, здатні спалахнути протягом години.

Аварійний режим в лампах розжарювання і, як наслідок, розрив колб, виникнення дуги, оплавлення електродів і проплавлення краплями розплавленого металу колб ламп можливі за значного підвищення напруги в електричній мережі, а також внаслідок низької якості ламп розжарювання (конструктивних і технологічних факторів, наприклад, слабкого контакту в місці приєднання вольфрамової нитки розжарення до нікелевого електрода).

Унаслідок руйнування колби лампи розжарювання можливе випадання розпечених частинок спіралі та потрапляння їх на горючі матеріали. Якщо всередині колби лампи розжарювання утворюється електрична дуга, потрапляння розпечених частинок металу на горючі матеріали можливе не тільки після руйнування колби лампи, але й проплавлення її розплавленими частинками металу. Дослідження показали, що в разі оплавлення нікелевих електродів краплі металу в 50% випадків проплавляють колбу лампи розжарювання, залишаючи отвори діаметром від 1 до 3 мм. Розжарені краплі нікелю під час виходу з колби лампи розжарювання в атмосферу вибухають, утворюючи потік, що складається приблизно з 4000 частинок. Температура частинок нікелю розміром від 0,5 до 3 мм – 1500-2200 °C, що становить високу пожежну небезпеку.

Аварійний режим роботи люмінесцентних світильників

Люмінесцентні світильники найбільш безпечні, що повинно забезпечуватися конструкцією світильника, вибором комплектуючих виробів та матеріалів з температурними характеристиками, що відповідають тепловому режиму роботи світильника. Характеристиками пожежної безпеки є відповідність температури на основних елементах світлового приладу допустимим значенням, як у робочому, так і в аварійному режимі його роботи.

Розглянемо можливі причини появи високих температур на люмінесцентних лампах зі стандартними електромагнітними пуско-регулювальними апаратами (ПРА). З погляду фізичного процесу отримання світла люмінесцентні лампи більшу частину електроенергії перетворюють на видиме світлове випромінювання, ніж лампи розжарювання. Однак за певних умов, пов'язаних з несправностями ПРА люмінесцентних ламп, можливе їх сильне нагрівання (в окремих випадках до 190-200 °С), унаслідок чого відбувається розм'якшення і витікання маси заливки, що призводить до займання полімерних розсіювачів люмінесцентного світильника.

Певну пожежну небезпеку становлять стартери, всередині деяких з них є легкозаймисті матеріали (паперовий конденсатор, картонні прокладки та ін.).

Теплова дія електронагрівальних приладів

Пожежі від електронагрівальних приладів можуть виникати через конструктивні недоліки окремих вузлів, порушення правил експлуатації цих приладів.

Безпосередніми причинами запалювання можуть бути:

• коротке замикання в цих приладах, шнурах та лініях;
• навантаження;
• великий перехідний опір;
• іскріння;
• електрична дуга;
• порушення теплового режиму (витікання рідини, зміна умов теплообміну тощо) роботи електронагрівального приладу;
• розташування чи потрапляння горючих речовин у зону сильного теплового впливу.

До електронагрівальних приладів відносять:

• нагрівачі з трубчастими нагрівальними елементами;
• композиційні електрообігрівачі;
• побутові гнучкі нагрівачі для безпосереднього обігріву людини;
• електроприлади з товстоплівковими нагрівальними елементами;
• бетонні та керамічні електрообігрівальні підлоги та панелі;
• електрокаміни, конвектори, тепловентилятори, радіатори;
• електропечі у лазнях (саунах);
• електротостери, ростери, грилі, шашличниці;
• електроплити, електрочайники, кип'ятильники;
• праски;
• мікрохвильові печі;
• електронагрівальний інструмент.