Причини пожеж електротехнічного характеру

1 лютого 2023

Електротехнічні причини пожеж – є однією з найпоширеніших причин пожеж – майже кожна п'ята пожежа. Чи електротехнічні причини пожеж є достатньо обґрунтованими?

Як показав багаторічний досвід та практика дослідження пожеж для висування та остаточного прийняття версії причини виникнення пожежі дізнавачу та слідчому, часом достатньо виявити у місці вогнища пожежі оплавлений електричний провідник.

Знаючи, що коротке замикання, має достатній тепловий імпульс і здатне спалахнути ізоляцію струмопровідних частин і горючі матеріали, що знаходяться поблизу електроустановок, 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 правильний.

Для об'єктивного розкриття злочинів та обґрунтованого визначення причини пожежі необхідне повне та якісне дослідження всієї електричної мережі об'єкта пожежі, фіксація виявлених у вогнищі фрагментів електротехнічних пристроїв та правильне вилучення необхідних для проведення інструментальних досліджень речових доказів.

При розслідуванні пожеж з місця пожежі як речові докази повинні вилучатися елементи електромережі (апарати захисту, комутаційні апарати, відрізки кабелів та проводів з мідними та алюмінієвими жилами), що мають характерні сліди впливу дуги короткого замикання або температурного руйнування.

Послідовність дій осіб, які займаються дізнанням пожеж, неодноразово зазначалося у спеціальній літературі. Вважаємо за корисне систематизувати і знову повторити їх.

Версія можливості виникнення пожежі від електроустановок повинна висуватися та відпрацьовуватись у всіх випадках, коли на об'єкті пожежі було електрообладнання. Огляд електроустановок є чималою складністю, тому доцільно здійснювати його із залученням фахівців енергетиків. Причому слід пам'ятати, що це огляд неспроможна обмежуватися лише приміщеннями, у яких відбувалося горіння, т.к. Для відпрацювання версій можливості виникнення пожежі від електрообладнання необхідне знання стану всієї електричної мережі, починаючи від джерела живлення (трансформаторної підстанції) до найбільш віддалених споживачів електроенергії, які перебували на об'єктах пожежі.

Версії про причини пожеж, пов'язаних з експлуатацією електроустановок – це найбільш широка група причин. Це зумовлено насамперед енергоозброєністю на виробничих підприємствах, у сільському господарстві та у побуті, можливістю виходу з ладу електротехнічної продукції, а також низькою якістю технічного обслуговування електрогосподарства. Слід зазначити, що причетність електрообладнання до виникнення пожеж часто «встановлюється» без достатніх підстав. Це вимагає більш глибокого і грамотного дослідження всіх тих явищ, що передували пожежі та мали місце в його процесі, які мають важливе значення при встановленні справжньої причини виникнення пожежі при відпрацюванні висунутих версій про можливу причину пожежі.

Слід мати на увазі, що практично всі джерела запалювання, пов'язані з експлуатацією електричних установок, мають великий запас теплової енергії і здатні запалити більшість горючих речовин і матеріалів.

До причин пожеж електротехнічного характеру належать:

електрична дуга;
коротке замикання;
перевантаження електричних кіл;
більший перехідний опір;
іскріння;
перенапруга електричної мережі;
перехід електричного струму на металеві заземлені конструкції будівель та споруд;
перехід 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 поява або наявність деяких з них передбачено нормальним режимом роботи електроустановок. Наприклад, електричні дуги виникають під час проведення електрозварювальних робіт; іскріння відбувається в колекторних електродвигунах, магнітних пускачах та контакторах; наявність нагрітих або розжарених частин є в нагрівальних приладах та ін.

Необхідно знати, що перенапруга електричної мережі, великий перехідний опір і перевантаження ланцюга може призвести до короткого замикання, виникнення електричної дуги, і навпаки, коротке замикання може призвести до перевантаження електричної мережі, іскріння, утворення електричної дуги, переходу електричного струму на металеві заземлені конструкції та ін.

Тобто одні аварійні режими переходять в інші більш небезпечні щодо можливості виникнення пожеж.

Електрична дуга

Електрична дуга має дуже високу температуру (1500-4000 °С) і може спалахнути практично будь-який горючий матеріал, стикаючись з ним безпосередньо, а також за допомогою променистої теплоти. Електрична дуга утворюється внаслідок стійкого електричного розряду між двома металевими елементами електричної установки, що мають різні потенціали. В електричній дузі відбувається інтенсивна іонізація газового проміжку, плавлення та горіння металу. Крім того, відбувається інтенсивне розбризкування розплавлених частинок металу, що мають великий запас теплової енергії, які потрапляючи на горючі матеріали можуть запалити їх.

Стійка електрична дуга найбільше часто може виникати при короткому замиканні в газових трубах або броньованих кабелях і значно рідше в електропроводах. При цьому, 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. При електричній дузі по ланцюгах протікають струми короткого запасання, тому при освіті електричної дуги в аварійному режимі електричного ланцюга виникають вторинні (побічні) явища, характерні для короткого замикання. У цьому нерідко джерела запалювання з'являються у місці утворення дуги, а й у інших місцях електричної ланцюга, а й напрямку джерела живлення. У випадках, які не передбачені нормальним режимом експлуатації електроустановок, виникнення електричної дуги найчастіше відбувається при короткому замиканні.

Одним із широко відомих прикладів використання електричної дуги у виробництві є електричне зварювання, при якому по провідникам протікають значні струми та виділяється велика кількість теплової енергії.

Процес електричного дугового зварювання, як правило, супроводжується виникненням:

нагрітих до високої температури або навіть розпечених зварюваних деталей, конструкцій або їх окремих ділянок;
розльотом на значні відстані порівняно більших за розмірами частинок розплавленого металу;
нагріванням контактних елементів та електричних провідників у місцях нещільних з'єднань;
іскріння в місцях неякісного з'єднання або приєднання електричних проводів до зварювального апарату, деталей і конструкцій, що зварюються.

Коротке замикання

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

Коротке замикання виникає при з'єднанні електричних проводів з порушеною ізоляцією, зіткненні проводів із металевими заземленими конструкціями будівель та споруді, попаданні на оголені проводи сторонніх металевих предметів, пробої обвугленої або порушеної ізоляції проводів та інших електроустановлювальних виробів. Внаслідок короткого замикання, через різке зростання струму в електричному ланцюзі, значно зростає температура струмопровідних жил, що призводить до займання ізоляції електричних проводів та кабелів і найчастіше супроводжується розплавленням металу провідників.

Перевантаження електричних кіл

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

Найчастішими причинами, що викликають перевантаження електричних кіл є:

неповне або неметалеве коротке замикання через деякий перехідний опір;
перенапруга в електричній мережі;
робота трифазного двигуна на двох фазах внаслідок 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 по відношенню до необхідної);
заїдання валу електродвигуна внаслідок недостатності мастила, або руйнування підшипників та перекосу валу;
включення 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, при неправильному їх виконанні, опір вищий у порівнянні з опором електричного ланцюга до цих ділянок та після них

Найбільш часто великі перехідні опори виникають у таких випадках:

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 при зниженні зусиль, неувімкнення, підгоряння тощо;
у місцях контактів, виконаних за допомогою різьбових з'єднань в електрообладнанні, яке в процесі роботи схильне до вібрації, і особливо у випадках відсутності пристосувань проти самовідгвинчування;
у місцях з'єднання проводів, виконаних за допомогою паяння, але із застосуванням при підготовці поверхонь кислот, які практично завжди залишаються в місці паяння і згодом викликають посилене окиснення місць з'єднання або поблизу розташованих ділянок проводів.

Утворення джерел запалення у разі великих перехідних опорів, зазвичай, можливо, у мостах появи перехідних опорів, описаних вище. Безпосереднім джерелом запалення у разі 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 «поганого» електричного контакту.

Великий перехідний опір може бути причиною короткого замикання.

Іскріння

Іскріння в електроустановках - це дуже поширене явище і відбувається як за нормальної роботи окремих споживачів електричної енергії, так і в аварійному режимі. Іскріння утворюється при контактному та дуговому електрозварюванні, включенні та виключенні рубильників, магнітних пускачів, контакторів, вимикачів, на кільцях та колекторах електродвигунів при нещільному приляганні до них щіток, та у місцях неякісного з'єднання проводів до споживачів електричної енергії, при зіткненні окремих ділянок або із заземленими конструкціями і т.д. При іскрінні відбувається утворення джерел запалювання, що мають енергію і температуру достатню для запалення багатьох горючих речовин і матеріалів.

Іскріння в не пожежонебезпечних і вибухонебезпечних середовищах, а також за відсутності в безпосередній близькості горючих матеріалів і конструкцій великої небезпеки не становить.

Перенапруга в електричному ланцюзі

У зв'язку з тим, що джерела живлення електроенергією мають обмежені потужності, підключення або відключення від них електроспоживачів призводить до зміни напруги в електричній мережі. Щоб компенсувати зниження напруги при одночасному включенні великої кількості споживачів, напруга джерела живлення завищують. Тому при відключенні більшості споживачів 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, коли, образно кажучи, двигун генератора йде в рознесення. Перенапруга може виникати: - при коротких замиканнях; при попаданні «високої» напруги на низьковольтні мережі; при грозових розрядах; електромагнітної індукції та ін.

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

підвищення ймовірності виникнення короткого замикання;
збільшенні струмового навантаження на окремих ділянках електричного ланцюга та можливості виникнення перевантаження;
підвищення тепловиділення в електронагрівальних пристроях;
підвищення ймовірності виникнення аварійних режимів у лампах розжарювання;
підвищення ймовірності виходу з ладу окремих елементів побутових електроспоживачів (телевізорів, радіоприймачів, блоків живлення та ін.), а також промислового електроустаткування.

Перехід електричного струму на заземлені металеві конструкції

Перехід 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), відбувається внаслідок зіткнення їх з одним із фазних дротів, що знаходяться під напругою. У разі контакту між ними виникають значні струми качки, які можуть спричинити спрацьовування електричного захисту, якщо вона обрана 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 поблизу розташовані горючі матеріали.

Якщо відбувається перехід електричного струму на металеві конструкції, які мають хорошого заземлення і досить щільного з'єднання окремих частин між собою, то 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. При такому явищі струм витоку може бути недостатнім для спрацьовування навіть правильно обраного захисту.

Характерно, що нагрівання металевих конструкцій і іскріння може відбуватися 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. Пожежі від розтікання електричного струму металевими конструкціями будівель характерні можливою наявністю декількох вогнищ. У цьому випадку пожежа може виникнути навіть у різних будинках.

Перехід електричного струму на металеві конструкції можливий:

при обриві дроту повітряної лінії електропередач;
при механічному пошкодженні ізоляції електропроводів, прокладених за металевими конструкціями та комунікаціями будівель;
при використанні металевих конструкцій та комунікацій як зворотний провод при проведенні електрозварювальних робіт;
при використанні металевих конструкцій та комунікацій будівлі як заземлення;
при руйнуванні ізоляторів або пошкодження ізоляції проводів у металевих трубостійках на введенні у будівлі та ін.

Перехід електричного струму можливий не тільки на металеві конструкції будівлі, але й інші електричні мережі. Якщо цей перехід відбудеться в слаботочні лінії, то може призвести до їх займання та пожежі. Такий перехід можливий у місцях спільного прокладання лінії різної напруги, при зіткненні або перетині, якщо в них буде пошкоджена ізоляція.

Теплова дія та аварійний режим роботи ламп розжарювання

Основними причинами виникнення пожеж від електричних ламп розжарювання є:

безпосередній дотик горючих матеріалів із нагрітою колбою лампи;
дія теплового випромінювання лампи на горючі матеріали;
виліт 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 та ін;
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. При цьому лампи меншої потужності з малим розміром колб можуть мати більш високу температуру на поверхні колб, ніж потужніші лампи більших розмірів. У ламп лампи потужністю від 40 до 100 Вт, що виготовляються промисловістю, в умовах нормальної експлуатації температура на поверхні колб знаходиться в межах 125-240 °С. Але за умови акумуляції тепла (наприклад, зіткнення 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 хв. може мати температуру на поверхні колби 350 °С і призвести до загоряння тканини.

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

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

При руйнуванні колби лампи розжарювання можливе випадання розпечених частинок спіралі та потрапляння їх на горючі матеріали. При утворенні всередині колби лампи розжарювання електричної дуги попадання розпечених частинок металу на горючі матеріали можливе не тільки при руйнуванні колби лампи, але і при розплавленні її розплавленими частинками металу. Дослідження показали, що при оплавленні нікелевих електродів краплі металу 50% випадків проплавляють колбу лампи розжарювання, залишаючи отвори діаметром від 1 до 3 мм. Розжарені краплі нікелю при виході 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 знаходиться в діапазоні 1500-2200 °C, що представляє їхню високу пожежну небезпеку.

Аварійний режим роботи люмінесцентних світильників

Пожежна безпека люмінесцентних світильників означає практичну неможливість загоряння як самого світильника, так і навколишнього середовища, що повинно забезпечуватися конструкцією світильника, вибором комплектуючих виробів та матеріалів з температурними характеристиками, що відповідають тепловому режиму роботи світильника. При цьому 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-регулюючими 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), в результаті чого відбувається розм'якшення і витікання маси заливки, що призводить до займання полімерних розсіювачів люмінесцентного світильника.

Певну пожежну небезпеку становлять стартери, т.к. всередині деяких з них знаходяться легкозгоряються матеріали (паперовий конденсатор, картонні прокладки та ін.).

Теплова дія електронагрівальних приладів

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

При цьому безпосередніми джерелами запалення можуть бути: