Детаљније о кваровима на електричним инсталацијама

(download)

ЕЛЕКТРИЧНЕ ИНСТАЛАЦИЈЕ – ЧЕСТ УЗРОК ПОЖАРА

Коаутор:             Мр Неџад Хаџиефендић, Електротехнички факултет Београд

Узрок великог броја пожара у стамбеним, пословним и јавним објектима су кварови на електричним инсталацијама. Старе, неодржаване, оштећене и нестручно изведене електричне инсталације представљају латентну опасност која може изазвати пожар. Последњих година у свету постоји тренд истраживања начина настанка почетног пожара услед кварова у електричној инсталацији. Истовремено се ради и на развоју детектора који би могли да открију потенцијално критична места у електричним инсталацијама, а затим и спрече појаву почетног пожара.

У раду је приказан преглед врста кварова на електричним инсталацијама који су најчешћи узрок пожара. За сваки од оваквих кварова (електрични лук, загревање услед повећане омске отпорности без електричног лука, загревање услед преоптерећености електричне инсталације итд.) објашњени су процеси који доводе до паљења електричне изолације или запаљивих предмета у близини електричних инсталација.

1. Увод

Велики број пожара у пословним, јавним и стамбеним објектима проузрокован је старим, неодржаваним, оштећеним и нестручно изведеним електричним инсталацијама. Сви напред наведени узроци за последицу имају неку врсту квара на електричним инсталацијама. Неке врсте кварова се на време детектују класичним заштитним компонентама, које у случају појаве квара искључују струјно коло тако да не може доћи до пожара [1, 2]. Међутим, постоје врсте кварова при чијој појави заштитне компоненте уопште не одреагују, па се услед трајања квара стварају услови за настанак пожара. Велике материјалне штете, повреде људи а неретко и губитак људских живота су последице пожара узрокованих кваром на електричним инсталацијама. У овом раду је приказан преглед до сада познатих и публикованих информација о начинима настанка пожара узрокованих кваровима на електричним инсталацијама у стамбеним, пословним и јавним објектима. Прегледом доступне документације може се закључити да се овом проблему нарочита пажња поклања у САД, Јапану и неким Скандинавским земљама (Норвешка, Шведска,...).


2. Статистика пожара у свету

Према статистичким подацима Националног Ватрогасног Друштва САД [3], прикупљених у периоду 1993.–1997. год., у САД се током овог периода у стамбеним објектима годишње догодило 41200 пожара изазваних неком врстом квара на електричним инсталацијама. У посматраним пожарима се на годишњем нивоу догодило 336 смртних случајева цивила, 1446 повреда цивила и направљена је материјална штета од 643,9 милиона америчких долара. Пожари настали услед квара на електричним инсталацијама учествовали су са 9,7% у укупном броју пожара насталих у посматраном периоду у САД, захваљујући чему су заузели пето место од укупно 12 најчешћих врста пожара (разврстаних према узроку). Материјална штета од 643,9 милиона долара представља 14,4% укупне материјалне штете настале у свим пожарима у посматраном периоду, стављајући кварове на електричним инсталацијама на друго место ранг листе узрочника, према висини материјалне штете проузроковане пожарима. У табели 1 приказан је процентуална расподела пожара у САД-у изазваних кваром на електричним инсталацијама према месту настанка квара.

Табела 1.    Процентуална расподела пожара изазваних кваром на електричним инсталацијама према месту настанка квара [3]

Међутим, на основу великих материјалних губитака услед пожара изазваних кваровима на електричним инсталацијама не може се извући закључак да су изведени системи напајања прикључених потрошача непоуздани (веза пријемника преко уградних утичница и продужних каблова). Доказ за ову тврдњу се лако изводи: у САД, у око 100 милиона стамбених јединица са просечно 5,4 собе, живи око 270 милиона људи. Ако у свакој соби постоје четири утичнице, онда број могућих прикључених пријемника износи: 4∙5,4∙100∙10⁶=2,16 милијарди. Потребно је извршити редукцију добијеног броја због чињенице да нису на свим утичницама увек прикључени потрошачи. Може се претпоставити да је на половину укупног броја утичница директно прикључен пријемник. Од преостале половине укупног броја утичница, претпоставимо да су на половину прикључени продужни каблови на којима у просеку једна утичница напаја пријемник. Тако се стваран број пријемника електричне енергије у САД процењује на ¾ од 2,16 милијарди, односно 1,62 милијарде. Како се према напред поменутим статистикама види да 0,114∙41200≈4700 пожара годишње настаје услед квара на прекидачима, продужним кабловима и утичницама, и како према истим статистикама [3] прекидачи учествују са само 30% у наведеном броју пожара (4700), закључује се да је 3290 пожара годишње настало услед квара на вези пријемника и утичнице. Вероватноћа да у временском периоду од годину дана конкретна веза пријемник-утичница изазове пожар, процењује се на 3290/1,62x10⁹ или 2x10^-6. Веома мала вероватноћа настанка пожара узрокованих оваквим кваровима показује да су изведени системи напајања прикључених потрошача поуздани са аспекта изазивања пожара. Међутим, проблем није у великој вероватноћи настанка оваквих кварова већ у чињеници да је на електричну дистрибутивну мрежу прикључен екстремно велики број пријемника, који расте из дана у дан.

У европским државама, у којима постоји статистика о узроцима пожара, утврђено је да су кварови на електричним инсталацијама узрочници 15–20% укупног броја пожара [7]. Према истим статистикама из 11 европских земаља (Бугарска, Чешка Република, Француска, Мађарска, Италија, Пољска, Румунија, Русија, Турска и Украјина), у периоду од 1988.–1998. године, број пожара који су узроковани кваром на електричним инсталацијама повећао се за 25%, а постоји и тенденција његовог даљег раста. Занимљиво је да је у истом периоду пораст броја пожара изазваних неелектричним узроцима износио само 5%.


3. Врсте кварова на електричним инсталацијама који могу узроковати пожар

Испитивању кварова на електричним инсталацијама који су изазвали пожар могуће је приступити на више различитих начина:

1.   утврђивањем радњи или пропуста који су довели до кварова на електричним инсталацијама,
2.   класификовањем кварова према функционалној природи уређаја, или неког његовог дела, на коме се квар догодио, и
3.   проучавањем физичких основа настанка пожара узрокованих кваровима на електричним инсталацијама.

Први и други начин испитивања кварова су незаобилазни при реконструкцији догађаја, али у овом излагању пажња ће бити окренута ка трећем начину испитивања кварова на електричним инсталацијама. Наиме, овај начин испитивања може бити добра основа за даљи рад на развоју алгоритама детекције кварова на електричним инсталацијама који се не могу детектовати и изоловати класичним заштитним компонентама (аутоматски осигурач, ЗС прекидач, ЗН прекидач, прекострујно реле, биметално реле итд. [2]).

Главни узроци који при настанку квара на електричним инсталацијама могу довести до паљења електричне изолације или запаљивих материјала у близини електричних инсталација су [3, 4]:

1.    електрични лук (редни и паралелни),
2.    велико омско загревање без електричног лука, и
3.    спољашње загревање.
Важно је напоменути да неки пожари настају комбинацијом горе наведених узрока који се никако не смеју сматрати међусобно искључујућим.

3.1 Електрични лук

Електрични лук представља протицање струје кроз непотпуно јонизовану плазму насталу ударном јонизацијом гасова и пара, створених загревањем до виших температура делова око врхова електрода (два проводника на различитим електричним потенцијалима). Чврст материјал врхова електрода преводи се, преко течне и гасовите фазе, у фазу непотпуно јонизоване плазме. У референци [5] дат је опис физичког процеса у електричном луку. У нормалним условима, под утицајем потенцијалне разлике између две блиско постављене електроде раздвојене изолатором, у електричном колу се региструје проток електричне струје. Температура изолатора расте, услед чега он испарава и број слободних носиоца наелектрисања у њему расте, што резултује смањењем отпорности и порастом струје. Када температура контакта прогресивним процесом достигне одређену вредност, формирају се услови за одржавање лука. Потребно је да постоји гасна средина која омогућава интензивно кретање носилаца електрицитета како би се електрични лук успоставио и одржао. Карактеристике лука су велика густина струје, мали катодни пад напона и висока температура у јонизованој области (од 2000 до 6000°C [8]).

По свом положају у електричним инсталацијама електрични лук може бити серијски – редни (слика 1) или паралелни – оточни (слика 2). Серијски или редни електрични лук се може јавити на било ком месту струјног кола од разводне табле до електричног пријемника, укључујући разводну таблу и електрични пријемник. Паралелни или оточни електрични лук се може јавити између фазног и неутралног проводника или између фазног проводника и масе.

Слика 1. Редни (серијски) електрични лук      Слика 2. Паралелни (оточни) електрични лук

Треба истаћи да, са гледишта опасности од настанка пожара, постоји веома битна разлика између редног и паралелног електричног лука. Наиме, у случају појаве серијског – редног лука, у струјном колу у коме се лук појавио струја опада, па се са сигурношћу може очекивати да прекострујна заштита кола неће одреаговати и искључити напајање. Како квар оваквог типа може неометано да траје, вероватноћа настанка пожара је велика. Због чињенице да је практично невидљив од стране свих класичних заштитних компоненти, управо је редни електрични лук један од најчешћих узрока пожара изазваних кваровима у електричним инсталацијама [6].

Најчешће коришћена заштитна компонента у електричним инсталацијама је заштитни прекидач (тзв. аутоматски осигурач). Он се састоји од једнополног, двополног или трополног прекидача са опругом затегнутом при његовом затварању, коме су додати биметално и прекострујно заштитно реле. Њихове полуге делују на окидач опруге, која отвара контакте прекидача. Струјно-временска карактеристика његовог деловања дата је на слици 3.

Слика 3. Струјно-временска карактеристика заштитног прекидача

Са слике 3 може се видети да за струје l_n≤ l≤ l_m реагује биметално заштитно реле, а за струје l > l_m прекострујно реле (за време Δt). Напоменимо да је прекострујно реле подешено да реагује при јачини струје једнакој или нешто мањој од максималне дозвољене струје биметалног релеа. На истом графику приказане су две зоне у којима заштитни прекидач неће одреаговати. При појави редног електричног лука, у струјном колу протичу струје мање од номиналних (лева, затамњена област), а при појави интермитентног паралелног лука, у струјном колу протичу струје веће од номиналних, али не трају довољно дуго да заштитни прекидач одреагује (десна, шрафирана област). На основу овог излагања може се закључити да заштитни прекидач не представља заштиту од појаве редног електричног лука, а да је у већем броју случајева, али не у свим, ефикасна заштита при појави паралелног лука. Због тога је потребно применити посебну врсту заштите чији развој је једна од актуелних тема [6].

Најчешћи узроци појаве електричног лука су:
1.   угљенисање изолације (тзв. трасирање лука),
2.   споља изазвана јонизација ваздуха (пламеном или претходним електричним луком), и
3.   кратак спој.

3.1.1 Угљенисање изолације

У наизменичним електричним колима није тешко изазвати и одржати електрични лук ако постоји угљенисана проводна путања. Показује се да има више начина да се створи таква путања у или на изолационом материјалу. Најједноставнији начин је да се изолација изложи високом електричном напону, услед чега долази до њеног пробоја. Други начин укључује комбинован ефекат влаге и нечистоће на површини изолације, услед чега долази до „цурења“ струје преко површине изолације проводника, што временом може да доведе до формирања угљене путање. Вероватноћа да до овакве појаве дође значајно је већа на старим и неодржаваним електричним инсталацијама.

Изолациони материјали се међусобно веома разликују према отпорности на трасирање лука. У нисконапонским инсталацијама углавном се користе проводници са PVC изолацијом, али, нажалост, PVC је један од најлошијих полимера у погледу отпорности на стварање путање за електрични лук. При излагању PVC изолације температурама од 200–300°C у њој се одиграва процес угљенисања, а део изолације који је угљенисан добија полупроводничке особине, чиме се омогућавају појаве струје цурења и електричног лука [3, 4]. Када се PVC изолација једном оштети прегревањем (тзв. термичка деградација изолације), њена диелектрична чврстоћа значајно опада, па може доћи до електричног пробоја изолације и при номиналним напонима и стандардним собним температурама.

Могуће је да се на проводницима са термички оштећеном PVC изолацијом догоди паралелан кратак спој и успостави следећи самоодржавајући циклични процес:
-     почетни ток струје цурења се дешава због постојања угљенисаног слоја изолације,
-     изолација се загрева услед струје цурења и додатно угљенише, чиме се додатно смањује отпор изолације,
-     услед смањења отпора изолације струја цурења се повећава, све до појаве паралелног електричног лука,
-     електромагнетне силе на месту успостављеног електричног лука распршују истопљене делове проводника,
-     када се истопљени делови проводника који су формирали електрични лук распрше, отпорност успостављеног контакта се тренутно повећа а јачина струје смањи,
-     међутим, струја цурења и даље тече кроз угљенисани материјал, што опет може довести до смањења отпора, топљења метала и повећања струје.

Иако цикличан, овај процес се не одиграва сваки пут у истом временском интервалу, нити са истим максималним јачинама струја. Типичне максималне јачине струја које се успостављају у току објашњеног процеса нису веће од 50А, мада, додуше ретко, могу достићи вредности и до 250А. Стога је заштитној компоненти потребно одређено време да реагује при описаној појави (видети слику 3). Услед тога, квар може да траје довољно дуго да се створе услови за настанак пожара. Време потребно да осигурачи реагују зависи и од јачине струје пре настанка квара, тј. од отпорности конкретног струјног кола у коме се квар догодио.

3.1.2 Споља изазвана јонизација ваздуха

Природна диелектрична чврстоћа ваздуха је 3MVm^-1, али електрични пробој може да се догоди и при значајно мањим вредностима електричног поља ако је ваздух јонизован. Ваздух се може јонизовати пламеном или раније успостављеним електричним луком. Експерименти су показали да у пламену диелектрична чврстоћа ваздуха пада на око 0,11МVm-1 [1]. Ако се, на пример, квар у облику електричног лука појави у дистрибутивном воду, створиће се велика количина јонизованих гасова који могу да пређу релативно велико растојање за кратко време. Уколико јонизовани гас на свом путу распростирања наиђе на друго електрично коло, може да изазове нови квар и појаву новог електричног лука на другој локацији.

3.1.3 Кратки спојеви

Кратак спој је назив за изненадан квар који настаје услед наглог смањења отпора и повећања струје у струјном колу. Може да има два облика:
1.    директан кратак спој, код којег је остварен добар контакт метала са металом преко пуног попречног пресека – тзв. метални кратак спој, и
2.    варничење, код којег не постоји почетни контакт метала са металом, већ струја тече кроз електрични лук – тзв. кратак спој преко електричног лука.

Код директног кратког споја, грејање није локализовано на месту квара, већ је распоређено дуж целог електричног кола. Аутоматски прекидач (осигурач) обично прекине напајање струјног кола пре него што се било шта упали услед повећања температуре. Заправо, веома је тешко директним кратким спојем изазвати пожар у добро пројектованим и изведеним електричним инсталацијама.

Кратак спој преко електричног лука је резултат тренутног контакта два огољена проводника. При њиховом додиру тренутно се успоставља велика струја која изазива топљење материјала и јонизовање гасова у области око оствареног контакта. Магнетне силе теже да раздвоје проводнике, али док се они потпуно не раздвоје струја протиче кроз проводни мост од течног метала и јонизованих гасова (електрични лук). Успостављени проводни мост се ипак магнетним силама прекида распршивањем ужарених капљица метала (варница). По завршетку појаве кратког споја са електричним луком, могу се видети оштећене површине на проводницима већег пречника, док проводници мањег пресека могу бити потпуно уништени на месту појаве лука.

Експерименти су показали да кратак спој преко електричног лука може лако бити узрок пожара уколико капи ужареног метала дођу у додир са запаљивим материјалима, као што су нпр. папир или платно [3]. Овакав кратак спој може да настане на месту пресецања или кидања напојног енергетског кабла, између огољених проводника кабла. Вероватноћа појаве кратког споја на месту пресецања кабла се повећава ако правац реза заклапа оштар угао са осом кабла, јер су у том случају додирне површине огољених проводника веће. Деградација изолације такође може да буде узрок настанка кратког споја преко електричног лука.

3.2 Омско прегревање

Могући узроци омског прегревања могу бити:
1.    струјно преоптерећење електричне инсталације,
2.    додатна топлотна изолација,
3.    „лутајуће струје“ и земљоспојеви,
4.    значајан пораст напона изнад номиналне вредности, и
5.    лош контакт проводника.

3.2.1 Струјно преоптерећење проводника и осталих компоненти електричних инсталација

Експериментима је показано да се струјним преоптерећењем компоненте електричних инсталација могу загрејати до високих температура, али да би дошло и до настанка почетног пожара, јачина струје која протиче кроз њих мора да буде чак 3–7 пута већа од номиналне [3]. Пошто је већина струјних кола на ниском напону заштићена аутоматским прекидачима или осигурачима номиналне струје од 10 до 20А, чија је улога да искључе напајање уколико се струјно преоптерећење догоди, може се сматрати да је оно веома редак узрок пожара у електричним инсталацијама ниског напона. Међутим, проблем настаје ако је електрична компонента неквалитетно израђена и не може да поднесе своју, од произвођача декларисану, номиналну струју. Пракса у нашој земљи је показала да се на тржишту могу наћи неквалитетне електричне компоненте, нпр. продужни каблови кинеске производње, који се, иако декларисани за номиналну струју од 16А, прегревају и пале при мањим струјним оптерећењима.

3.2.2 Додатна топлотна изолација

До прегревања проводника може доћи и при нормалним струјним оптерећењима, уколико се спречи одвођење топлоте тј. повећа топлотна изолација, што се нпр. може остварити намотавањем проводника или постављањем неког облика спољне топлотне изолације. Лабораторијском демонстрацијом је показано да се енергетски кабл може запалити у току нормалног рада уколико се смота и прекрије одећом [3]. Овакве ситуације су веома честе у стамбеним и пословним објектима у нашој земљи (слика 4).

Слика 4. Пример некоректно постављеног продужног кабла

3.2.3 „Лутајуће струје“ и земљоспојеви

Под „лутајућим струјама“ се подразумевају електричне струје које се, услед квара неког дела електричне инсталације (нпр. услед земљоспоја), појаве у проводним деловима у којима нису очекиване. Такви проводни делови могу се озбиљно прегрејати, чиме се стварају услови за настанак пожара. Земљоспојеви настају при додиру огољеног дела фазног проводника са металним предметом (металним кровом, мердевинама итд), услед чега температура проводника, а посебно оствареног контакта, значајно расте, чак и при малим јачинама струје квара. На слици 5 приказана су два дела истог проводника (означени словима A и B), истопљеног и прекинутог услед пробоја његове изолације и појаве земљоспоја преко кућишта разводног ормана [4]. Види се да је осталим проводницима такође изгорела изолација услед пожара, али да се нису истопили, што јасно указује на то да је управо истопљени проводник изазвао пожар у разводном орману, који се убрзо проширио на цео пословни објекат. У случајевима када су струјна кола заштићена помоћу заштитних уређаја диференцијалне струје, напајање места квара се у случају појаве земљоспоја веома брзо искључује, па је вероватноћа настанка пожара значајно смањена [2].

Слика 5    Пример квара – земљоспоја којим је проузроковаон велики пожар у једном пословном објекту [4]

3.2.4 Значајан пораст напона изнад номиналне вредности

Пораст напона изнад номиналне вредности је редак узрок паљења електричних инсталација. Изолациони материјали који се користе за проводнике и остале компоненте електричних инсталација способни су да издрже мања повећања напона, која су редован догађај у електродистрибутивном систему. Ипак, појава паљења је могућа уколико се напон повећа услед:
1.   удара грома,
2.   квара у преносно-дистрибутивном системи, при коме се нисконапонска електрична инсталација споји директно на висок напон, и
3.   прекида нултог проводника.

Познато је да удар грома може да проузрокује паљење, не само електричних инсталација, већ свих врста запаљивих материјала. Проблем квара у преносно-дистрибутивном систему, при коме се нисконапонска електрична инсталација споји директно на висок напон, веома ретко се дешава. За разлику од њега, прекид нултог проводника није ретка појава. Уколико је неутрални проводник у прекиду, на прикључним контактима потрошача, који је предвиђен за рад на напону од 220V, може се појавити напон између 0 и 380V (тачна вредност напона је у том случају одређена импедансама посматраног и осталих потрошача у разводном систему [2]). Уколико је напон на прикључку пријемника већи од номиналног, струја у пријемнику ће такође бити већа од номиналне и проузроковати прегревање. Како је у том случају изолација пријемника изложена повећаном термичком и напонском напрезању, постоји могућност њеног електричног пробоја. Паљења и пожари у оваквим околностима уопште нису изненађење.

3.2.5 Лоши контакти

Уколико електрични контакт није добро причвршћен и није мале отпорности, он временом може да постане прогресиван квар. Процес често има особине нестабилне позитивне повратне спреге. Последица велике отпорности контакта је локално загревање, услед чега се поспешује процес оксидације контакта и врши релативно микропомерање његових делова. Спој постаје лабавији, слој оксида има мању проводност, појављују се локална електрична микропражњења у контакту и отпорност на месту контакта расте, услед чега се дисипација енергије на њему повећава, а температура наставља да расте. У одређеном тренутку температура лошег контакта порасте довољно да се створе услови за паљење запаљивих материјала који би се нашли у његовој непосредној околини.

Иначе, електрични контакт два проводника се понаша као нелинеаран елемент кола, поготово ако су направљени од различитих материјала. При струјама већим од 10А пад напона на лошем контакту је око 2V, а за мале струје може да буде и неколико десетина волти (слика 6). Ово је у великој мери последица чињенице да се при јачинама струје од 4–6А појављују електрична микропражњења на контактима, која се не могу појавити при мањим струјама. При струји јачине 20А, снага дисипације на споју бакар/месинг је око 50W, а на споју бакар/гвожђе око 35W. Занимљиво је да снага дисипације зависи само од врсте употребљених материјала, а не и од ефективне величине оствареног контаката.

Слика 6. Снага дисипације и пад напона на споју два проводника од различитих материјала

Пропуштањем струје различитих јачина кроз контакт бакар/бакар уочено је да се приближно 15W дисипира на њему при струји јачине 1А, а око 25W при струји јачине 2,5А. Анализом површине контакта помоћу X-зрака утврђено је да је велика отпорност на лошем споју бакар/бакар последица прогресивног формирања слоја Cu₂O, који је диелектрик мале проводности.

Проток наизменичне струје преко контакта и повећање температуре поспешују процес стварања метал-оксида на површинама оба дела контакта. Када су два метала раздвојена слојем метал-оксида, прикључени напон може да изазове локалне електричне пробоје у њему. Ова раније поменута електрична микропражњења локално повећавају температуру контакта, која у неким тачкама достигне вредност температуре топљења метал-оксида (типична температура топлих тачака контакта Cu/Cu споја је око 1250°C, а температура топљења Cu₂O 1230°C). Кроз слој метал-оксида се, његовим топљењем, стварају метални мостови без нечистоћа. У насталим металним мостовима мале отпорности протиче струја велике јачине, али због њихове ограничене могућности за пренос струје, убрзо се прегревају, топе и распадају. Уколико је струја довољне јачине, процес је самоодржив због високе температуре, јер се наставља оксидација метала, чиме се надокнађује количина метал-оксида претворена топљењем у чист метал.

Услед описаног процеса отпорност контакта се циклично мења између високе и ниске. При струји јачине 1А, на растојању 10mm од контакта у коме се одиграва поменути процес, регистроване су температуре од 200–350°C, које су довољне да изазову паљење запаљивих материјала. У струјним колима кроз која протиче струја јачине 20А снага дисипације ће на лошем контакту, услед описаног процеса, бити 20–40W, а на добром контакту 0,08–0,2W. Примећено је да су челични завртњи подложнији описаном процесу од месинганих. Пример топљења дела сабирнице услед ослобађања топлоте на лошем контакту приказан је на слици 7.

Слика 7. Топљење дела сабирнице услед ослобађања топлоте на лошем контакту [4]

Посебно треба истаћи да велики број пожара изазивају електричари – аматери, правећи спојеве на електричним инсталацијама тако што просто споје проводнике и обмотају их изолационом траком, без лемљења или употребе редних клема (слика 8).

Слика 8.   Пример нестручно изведене електричне инсталације у једном стамбеном објекту у нашој земљи

Експерименти су показали да температура оваквих електричних спојева достиже 50–95°C при струји јачине 10А, а 130–300°C при струји јачине 20А. Примећено је да се у оваквим случајевима кварови не дешавају само на споју, већ се могу догодити и на растојању од неколико центиметара од споја, услед корозивне деградације метала. Наиме, услед прегревања на лошем споју, ослобађа се корозивни HCl гас из PVC изолације проводника. После одређеног временског периода долази до прекида проводника услед корозивне разградње метала, а место прекида проводника постаје потенцијално место појаве редног електричног лука.

Услед загревања лошег електричног контакта може доћи до паљења:
-     предмета од материјала са малом термичком инерцијом (постељине, прекривача, јастука) постављених директно уз утичницу (снага дисипације потребна за паљење је 28W),
-     пластичних делова компоненти електричних инсталација (снага дисипације потребна за паљење је 30W), и
-     дрвених конструкција и предмета (снага дисипације потребна за паљење је 35–50W).

Уколико је снага дисипације на лошем електричном контакту 45–50W може доћи до топљења алуминијумских проводника. Ужарене капљице метала могу изазвати пожар уколико дођу у контакт са запаљивим материјалима.

3.3 Спољашње загревање

У већини случајева спољашњег загревања проводници и остале компоненте електричне инсталације су жртва, а не узрок пожара, јер се електрични лук у многим случајевима јавља као последица деградације изолационог материјала и јонизације околног ваздуха, узрокованих спољашњим загревањем. Експерименти су показали да се квар (кратак спој) на електричним проводницима изолованим умреженим полиетиленом дешава на температурама од око 270°C, а на проводницима са PVC изолацијом и PVC омотачем на 250°C [3]. Сличан квар се може десити и у светиљкама у стамбеним објектима, које су предвиђене за рад на температурама мањим од 60°C. У оквиру експеримента [3], оваква светиљка је загрејана до температуре 202–205°C. Квар на електричној инсталацији се појавио за мање од 65 сати непрекидног рада на тој температури. Изолација проводника је постала крта, ломила се и отпадала са проводника, што је довело до кратког споја.


4. Комбиновани кварови

Пожар углавном настаје комбинацијом више описаних узрока. Већина пожара узрокованих кваром на електричним инсталацијама настаје тако што прво дође до прегревања компоненте, које је потом праћено варничењем, а на крају и паљењем. На пример, проводник се може прегрејати услед струјног преоптерећења или постојања лошег електричног споја. Прегревање може да смањи диелектричну чврстоћу изолације проводника, услед чега може доћи до појаве кратког споја на местима где је проводник савијен или прелази преко метала.

Комбиновани ефекат настанка пожара се најбоље уочава на лошем споју утикач-утичница, поготово код термичких пријемника који су подвргнути честим укључењима и искључењима, услед чега се троши контактни материјал, ствара лош спој и локално загрева PVC изолација. На крају процеса деградације метала и изолације, долази до појаве електричног лука, који је способан да изазове почетни пожар на споју утикач-утичница (слика 9). Кораци који воде ка паљењу услед лошег споја утикач-утичница су следећи:
1.    струјно преоптерећење и лоши контакти проузрокују загревање проводника и пораст температуре,
2.    термичка деградација PVC изолације,
3.    ослобађање корозивног HCl гаса из PVC изолације,
4.    упијање влаге услед хигроскопске активности калцијум-карбонатне испуне кабла,
5.    појава иницијалних површинских и унутрашњих варничења,
6.    формирање угљенисаних путања на површини и у унутрашњости PVC изолације,
7.    појава електричног лука, и на крају
8.    паљење.

Слика 9. Пример паљења лошег споја утикач-утичница [7]

Вероватноћа појаве пожара се повећава ако, осим електричних, постоје и механички поремећаји у електричним инсталацијама. Експериментима спроведеним у Норвешкој [8], утврђено је да се температура доброг споја утикач-утичница, у тачкама контакта, стабилизује на око 60°C. Међутим, када је у току рада са нормалним струјним оптерећењем спој утикач-утичница био изложен слабим вибрацијама, температура у тачкама контакта је за кратко време порасла на 400-450°C, што је изазвало топљење метала и појаву електричног лука.


5. Закључак

Прегледом доступне светске статистике о узроцима пожара, утврђено је да број пожара узрокованих кваром на електричним инсталацијама учествује са 10–20% у укупном броју пожара. Због сталног пораста броја електричних потрошача у становима и старења електричне инсталације у стамбеним, пословним и јавним објектима, постоји тенденција раста броја пожара овог типа. Међутим, понекад се поставља питање да ли је сваки пожар који се припише кваровима на електричној инсталацији заправо узрокован њима. Стога су систематична истраживања настанка пожара услед кварова на електричним инсталацијама неопходна како би се поспешиле методологије истраживања пожара, али и нашли начини да се овакви кварови на време спрече. У овом раду је изложен преглед свих кварова на електричним инсталацијама који могу бити узрок пожара. Може се закључити да су два типа квара – прегревање лошег електричног контакта и редни електрични лук, најкритичнији са аспекта могућности настанка пожара, зато што их ниједна класична заштитна компонента не детектује. Треба нагласити да највећа пажња овом проблему посвећује у САД-у. У тој држави је патентиран уређај који детектује редни електрични лук и у случају његове појаве искључује напајање, а законом је прописана његова обавезна уградња у разводне табле. Цена оваквог уређаја на америчком тржишту износи око 50$.

Како у нашој земљи број стамбених, пословних и јавних објеката, као и укупан број електричних потрошача у њима, непрекидно расте, повећава се и број локација на којима може доћи до пожара узрокованих кваром на електричним инсталацијама. Ако се томе додају чињенице да се на нашем тржишту електричних компоненти појављују неквалитетни производи, чије се електричне карактеристике не подударају са декларисаним, као и да велики број неовлашћених лица врши извођење, поправке и преправке електричних инсталација и уређаја, може се закључити да је вероватноћа настанка пожара услед кварова на електричним инсталацијама у нашој земљи већа него у земљама у којима постоји строжија законска регулатива. Предлаже се доношење строжије законске регулативе у нашој земљи, која се односи на: критеријуме за периодичност прегледа електричне инсталације, дозволе за пласирање електричних производа на тржиште и казнене мере појединцима који неовлашћено врше извођење, поправке и преправке електричних инсталација и уређаја. Потребно је организовати програме усмерене ка едукацији становништва, у оквиру којих би се становништву указало на потенцијалне последице непоштовања законске регулативе из поменуте области. У свим наведеним напорима, снаге треба да удруже научно-истраживачке установе Републике Србије, Криминалистичка полиција и надлежна Министарства, како би заједно стицали нова искуства о најчешћим узроцима пожара узрокованих кваровима на електричним инсталацијама и на основу стечених сазнања радили на унапређењу законске регулативе.

6. Референце

[1]      Радаковић З., Јовановић М., „Специјалне електричне инсталације“, Академска мисао, Београд, 2008.

[2]      Костић М., „Теорија и пракса пројектовања електричних инсталација – друго, проширено издање“, Академска мисао, Београд, 2005.

[3]      Babrauskas V.,“How Do Electrical Wiring Faults Lead to Structure Ignitions?“ pp. 39-51 in Proc. Fire and Materials 2001 Conf., Interscience Communications Ltd., London, 2001.

[4]      Gillman T.H., Le May I.,“Mechanical and Electrical Failures Leading to Major Fires“, Engineering Failure Analysis, Vol. 14, pp. 995-1018, 2007.

[5]      Xoт E., „Електрично загревање“, Светлост, Сарајево, 1989.

[6] Хаџиефендић Н, „Штетни ефекти појаве редног електричног лука у нисконапонским електричним инсталацијама“, Магистарски рад, Електротехнички факултет у Београду, 2002.

[7]      European Copper Institute,“Overview of electrical safety in 11 countries“, Barcelona, 2002.

[8]     SINTEF, “Fire in electrical installations”, Norwegian Institute of Technology, January 28, 2008.

 

 

 

Булевар краља Александра 73
11120 Београд, Србија
Лабораторија бр. 89
Тел./Факс: 011 3218 328