Zjawiska elektryczne stwarzające zagrożenia pożarowe to:

- przepływ prądu przez rezystancję,

- prądy wirowe,

- prądy upływu,

- łuk elektryczny,

- prądy zwarcia,

- prądy przeciążeniowe,

1. Przepływ prądu przez rezystancję.

Wszystkie elementy przewodzące prąd charakteryzują się pewną rezystancją. Zależy ona od rodzaju materiału z jakiego dany element został wykonany oraz od jego wymiarów.

Prąd elektryczny płynący przez prze­wodnik powoduje jego nagrzewanie się wywołane stratami energii na rezystancji. Przy prądzie przemiennym występują jeszcze dodatkowo straty wywołane wpływem zmiennych pól magnetycznych, które rosną wraz z częstotliwością. Ciepło wydzielone w przewodniku powoduje wzrost energii wewnętrznej przewodnika, czyli wzrost temperatury. Jednak ciepło wydzielone w przewodniku nie równa się przyrostowi energii wewnętrznej przewodnika z powodu strat energii. Na podstawie tego można określić bilans energii:

Q_p = Q_c + Q_k gdzie:

Q_p - ciepło wydzielone w przewod­niku,

Q_c - ciepło powodujące wzrost energii wewnętrznej przewodnika,

Q_k - ciepło oddane do otoczenia.

Do elementów posiadają­cych właściwości zamiany energii elektrycznej w ciepło oprócz oporni­ków należą również cewki, uzwojenia transformatorów, silników, generato­rów, przewody, kable, linie przesy­łowe itp. Jak już na wstępie wspomnia­łem ciepło to może być użyteczne (grzejniki), może być trak­towane jako ciepło strat odprowa­dzane do otoczenia (przez przewo­dzenie, konwekcję i promieniowanie). Wydzielające się ciepło powoduje wzrost temperatury urządzenia. Wzrost ten nie może przekroczyć wartości dopuszczalnych, tj. takich, które nie powodują zniszczenia i przyśpieszonego zużycia urządzeń. Ponadto nadmierna temperatura może być przyczyną uszkodzenia połączeń stykowych. W końcowych przypad­kach może nastąpić zapalenie się izolacji lub materiałów palnych znaj­dujących się w pobliżu urządzeń elektrycznych.

2. Prądy wirowe.

W urządzeniach takich jak transformatory, silniki, generatory stosuje się materiały ferromagnetyczne. Jest to przeważnie stal i jej stopy. Wykorzystywanie w tych urządzeniach zmiennego strumienia elektromagne­tycznego powoduje powstanie sił elektromagnetycznych. Siła ta po­wstaje w uzwojeniu i w rdzeniu. Pod upływem zaindukowanego w rdzeniu napięcia powstają prądy, zamykające się w całej objętości rdzenia i mogą one przybierać duże wartości. Ze względu na kołowy kształt drogi ich przepływu, nazwano je prądami wiro­wymi. Moc wytworzona przez prądy wirowe wydziela się w postaci ciepła co powoduje wzrost temperatury rdzenia. Szkodliwe działanie prądów wirowych można ograniczyć wykonu­jąc rdzenie z cienkich blach magne­tycznych odizolowanych od siebie (papier, lakier, emalia izolacyjna) i ułożonych swą płaszczyzną prostopa­dłe do drogi zamykania się tych prą­dów. Innym sposobem jest zwiększenie rezystywności materiału rdzenia. Uszkodzenie izolacji między blachami rdzenia może spowodować stopienie i zespawanie się tych blach. Występuje przy tym wydzielanie się bardzo dużej ilości ciepła co powoduje niebezpie­czeństwo powstania pożaru (np. zapalenie się oleju w transformato­rach). Prądy wirowe mogą powstrzy­mać także w metalowych płaszczy­znach kabli jednofazowych.

3. Prądy upływu.

Prąd upływu jest to prąd czynny płynący w izolacji układów pojemnościowych na skutek jej niedoskonałości. Jest to też prąd płynący do ziemi przez pewną rezystancję nieza­leżnie od prądu roboczego. Prądy te mogą wywołać długotrwałe iskrzenie i nagrzewać miejsca przez które płyną. Zabezpieczenie przed skutkami prą­dów upływu to stosowanie dodatko­wych, dobrych uziemień wszystkich metalowych części i konstrukcji urzą­dzeń. Należy także kontrolować stan uziemień i stan izolacji przewodów.

4. Prądy zwarcia.

Prądy zwarcia występują wtedy gdy nastąpi zwarcie. Ze zwar­ciem mamy do czynienia w następują­cych przypadkach: przy połączeniu bezpośrednim nazywane zwarciem metalicznym, przy połączeniu przez łuk elektryczny nazywane zwarciem łukowym lub przy połączeniu przez przedmiot o bardzo małej rezystancji punktów obwodu elektrycznego należących do różnych faz albo przez połączenie jednego czy większej liczby takich punktów z ziemią nazywane zwarciem doziemnym. Prąd zwarcia jest to prąd o przebiegu krótkotrwałym i o wartości przekraczającej zwykle wielokrotność wartość prądu znamio­nowego. Prądy te mogą wywołać w urządzeniach szkodliwe działanie cieplne lub dynamiczne. Wartość tego ciepła zależy od kwadratu prądu i czasu jego przepływu. Zapobieganie przed działaniem prądów zwarcia polega na eliminowaniu przyczyn powodujących zwarcia i ograniczaniu skutków zwarć już powstałych. Aby eliminować przyczyny należy dobierać właściwe izolacje i odstępy między częściami urządzeń przewodzących prąd, a także należy właściwie dbać o dobry stan izolacji i stosować szybko działające zabezpieczenia, które szybko wyłączyłby zagrożone obwody.

5. Łuk elektryczny.

Łuk elektryczny jest to silnie zjonizowany (przewodzący) gaz, występujący pomiędzy dwoma elek­trodami ( styki wyłącznika pod napię­ciem). Największe niebezpieczeństwo pożarowe stanowi łuk elektryczny, który może palić się przy zwarciach. Może być tak, że rezystancja łuku będzie stosunkowo duża i prąd zwar­ciowy będzie miał tak małą wartość, że nie zadziałają zabezpieczenia. Łuk może powstać także między przewo­dem jednej fazy a konstrukcją stalową słupa na którą ten przewód spadł, albo między konstrukcją a ziemią. Niebez­pieczeństwo pożarowe wynika z dużej temperatury łuku.

6. Prądy przeciążeniowe.

Prądy przeciążeniowe są to takie prądy płynące przez urządzenia elektryczne, których wartość przekra­cza od kilku do kilkuset razy prąd znamionowy tego urządzenia. W związku z takim stanem temperatura urządzenia np. kabla przekracza dopuszczalną granicę. Przekroczenie temperatur granicznych wiąże się ze zmianą właściwości materiałów izola­cyjnych. Szczególnie podatne na te zmiany są materiały pochodzenia organicznego takie jak PCV, poliety­len, guma. Wysoka temperatura powo­duje powstawanie zmian chemicznych (utlenianie się, zwęglanie się) i zmian w wytrzymałości mechanicznej. W sytuacjach ekstremalnych stany takie mogą doprowadzić do zapalenia się izolacji lub materiałów palnych znaj­dujących się bardzo blisko tej izolacji.

I. Transformatory.

Transformatory to urzą­dzenia elektryczne przetwarzające energię elektryczną o danym napięciu na energię elektryczną o innym napię­ciu. Transformator zbudowany jest z rdzenia wykonanego najczęściej ze stali o właściwościach ferromagne­tycznych oraz dwóch oddzielnych i izolowanych uzwojeń z drutu mie­dzianego nawiniętego na rdzeń. Trans­formatory dużej mocy są obudowane i umieszczone w kadzi olejowej, nato­miast małe transformatory są bez obudowy. Bezpośrednimi przyczynami powstania pożarów i wybuchów transformatorów są:

- uszkodzenie uzwojeń (uszkodzenie izolacji powodujące przepływ dużego prądu zwarciowego i związane z tym wydzielanie bardzo dużych ilości ciepła),

- przepięcia (pojawienie się napięcia znacznie wyższego od znamionowego np. na skutek wyładowania atmosfe­rycznego w linii),

- prądy wirowe w rdzeniu przy złym stanie izolacji między blachami rdze­nia,

- uszkodzenie izolatorów doprowadza­jących przewody zasilające do trans­formatorów (powoduje to zwarcia i powstawanie łuków elektrycznych),

- pogorszenie właściwości izolacyj­nych oleju (może powodować zwarcia i iskrzenie).

Ochrona przeciwpożarowa transformatorów polega na:

- właściwa obudowa,

- stosowanie zabezpieczeń zwarcio­wych i przeciążeniowych,

- stosowanie urządzeń pozwalających obserwować stan w komorze olejowej (termometr, olejowskaz),

- stosowanie zamiast oleju z ropy naftowej olejów syntetycznych i niepalnych,

- stosowanie poduszek azotowych w hermetycznych zbiornikach olejowych,

- stosowanie stałych instalacji gaśni­czych zraszaczowych lub na CO₂.

Szczegółowe wytyczne odnośnie eksploatacji, budowy no­wych transformatorowych zwarte są w odpowiednich przedmiotowo zarzą­dzeniach ministerialnych.

II. Silniki prądu stałego i zmiennego.

Zbudowane są z trzech podstawowych elementów tj. wirnik, stojan i obudowa. Ogólnie silniki dzielą się na silniki prądu stałego i zmiennego. Dalej silniki prądu zmien­nego dzielą się na synchroniczne i asynchroniczne, następnie silniki asynchroniczne dzielą się na pierście­niowe i klatkowe.

Wszystkie silniki elektryczne z punktu widzenia profilaktyki przeciwpożaro­wej można traktować jednakowo z wyjątkiem silników prądu stałego, w których występuje duże iskrzenie na komutatorze.

Zasada działania silnika jest bardzo podobna do transformatora z tym, że silnik przetwarza energię elektryczną na mechaniczną.

Rozpatrując zagrożenie pożarowe jakie stwarzają silniki należy rozpatrzyć jego stan pracy.

a) Stan jałowy - jest całkowicie bez­pieczny pożarowo.

b) Stan pracy normalnej - jest bez­pieczny pożarowo jeżeli działa wła­ściwie chłodzenie silnika.

c) Stan obciążenia roboczego - nie­bezpieczny pożarowo ponieważ silnik pobiera wtedy więcej mocy z sieci niż jego moc znamionowa. Ciepło wydzie­lane w silniku znacznie rośnie powodując wzrost temperatury dopuszczalnej. W tym przypadku najniebezpieczniejsze są silniki małej mocy, które nie posiadają zabezpieczeń przeciążeniowych.

d) Stan zwarcia - przyczyną stanu jest m. in. zatrzymanie wirnika bez odłączenia napięcia lub zwarcie bezpośrednie w uzwojeniu stojana lub wirnika. W pierwszym przypadku bardzo duża część mocy znamionowej pobieranej z sieci zamieniają się w ciepło w uzwojeniach. Są to stany bardzo niebezpieczne pożarowo i dlatego stosuje się zabezpieczenia zwarciowe. Pożary silników są zdarzeniami bardzo częstymi. Powodem ich jest zła eksploatacja.

Zapobieganie powstawaniu tych pożarów polega na:

- właściwej konstrukcji i wykonaniu silnika,

- odpowiednim doborze silnika do warunków pracy,

- właściwej eksploatacji silnika.

III. Generatory.

Są to urządzenia służące do wytwarzania energii elektrycznej. Generatory prądu zmiennego dzielą się na synchroniczne i asynchroniczne. Podlegają one ogólnej zasadzie odwracalności i dlatego mogą one pracować jako prądnice lub jako silniki. Zatem zasada działania generatorów jak również ich budowa jest bardzo podobna do silników. Przy wytwarzaniu energii elektrycznej w generatorach powstają duże straty w postaci wydzielającego się ciepła. W związku z tym maszyny muszą być chłodzone. W małych maszynach stosuje się chłodzenie powietrzne w obiegu zamkniętym lub wodne. W dużych maszynach stosuje się chłodzenie wodorowe i wodorowo - wodne. Wodór jest w obiegu zamkniętym i odizolowanym od powietrza.

Największe zagrożenie pożarowe w generatorach stwarza system smarowania i chłodzenia łożysk. Powodem większości pożarów generatorów jest właśnie wyciek oleju z układu smarowania i chłodzenia łożysk. Przy zetknięciu oleju z wysoko nagrzanymi powierzchniami powstaje natychmiastowe zapalenie się tego oleju.

Profilaktyka pożarowa tych urządzeń polega na:

- prowadzeniu szczegółowego dozoru pracy urządzeń (obchody turbo - zespołów, stosowanie techniki video, obserwacja wskaźników pracy urządzenia),

- stosowanie stałych urządzeń gaśniczych.

IV. Urządzenia grzejne.

Są to urządzenia przetwarzające energię elektryczną na użyteczną energię cieplną. Urządzenia te mają bardzo szerokie zastosowanie w gospodarstwach domowych i w różnego rodzaju procesach technologicznych. Ze względu na wykorzystanie zjawisk urządzenia grzejne można podzielić na:

- oporowe,

- elektrodowe,

- łukowe,

- indukcyjne,

- pojemnościowe,

- promiennikowe

Nagrzewanie oporowe polega na wykorzystaniu ciepła wydzielanego podczas przepływu prądu przez element grzejny o odpowiedniej rezystancji. Od grzejników domowego użytku najczęściej zapalają się materiały palne, które znajdują się zbyt blisko tych urządzeń.

Nagrzewanie pojemnościowe polega na wykorzystaniu ciepła strat dielektrycznych w dielektrykach niedoskonałych. Metodę tę można stosować tylko do nagrzewania materiałów nieprzewodzących. Większość tych materiałów to materiały palne dlatego też przy niewłaściwej obsłudze lub uszkodzeniu urządzenia może dojść do zapalenia nagrzewanego materiału.

Nagrzewanie promiennikowe polega na wykorzystaniu energii promieniowania padającego na materiał nagrzewany. Najczęściej używane są promienniki lampowe. Zagrożenie pożarowe stwarzane przez te lampy spowodowane jest częstym pękaniem baniek szklanych, których kawałki mogą spowodować zapalenie się materiałów palnych. Zagrożenie pożarowe stwarzane jest również w przypadku bliskiego usytuowania materiałów palnych.

Najwięcej pożarów spowodowanych jest przez urządzenie grzejne domowego użytku tj. żelazka, kuchenki, grzałki, grzejniki. Przyczyny tych pożarów to: nieostrożność osób posługujących się nimi, ustawienie urządzeń grzejnych w pobliżu materiałów palnych, na podłożu palnym lub wadliwe działanie na skutek błędów fabrycz0nych, zużycia, niewłaściwej eksploatacji lub niefachowo wykonanych napraw.

V. Urządzenia oświetleniowe.

Są to urządzenia służące do zmiany energii elektrycznej na energię promienistą (światło). Urządzenia te można by podzielić na:

- lampy żarowe (żarówki)

- lampy fluorescencyjne (świetlówki)

- lampy rtęciowe

- lampy łukowe

Wszystkie te urządzenia stwarzają mniejsze lub większe zagrożenie pożarowe, ale jest ono i tak mniejsze od stwarzanego przez urządzenia grzejne.

Zagrożenie pożarowe stwarzane przez żarówki powodowane jest tym, że tylko ok. 10% energii elektrycznej żarówka zużywa na energię promienistą, a pozostałość wydziela się w postaci ciepła nagrzewającego całą żarówkę do temperatury nawet 300 ⁰C. Drugim elementem tego zagrożenia jest iskrzenie w oprawce co powoduje szczególne niebezpieczeństwo w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem.

Lampy fluorescencyjne stwarzają mniejsze zagrożenie niż żarówki, ponieważ rura nagrzewa się do 50 ⁰C, a dławik i zapłonnik do temperatury 100-120 ⁰C. Bardziej niebezpieczne są lampy rtęciowe ze względu na wysoką temperaturę jarznika (ok. 1000 ⁰C), który w przypadku potłuczenia może zetknąć się z materiałami palnymi. Jeszcze większe zagrożenie stwarzają lampy łukowe ze względu na bardzo dużą (kilka tysięcy ⁰C) temperaturę łuku ale lampy te stosowane są bardzo rzadko (lotnictwo, fotografika).

Profilaktyka pożarowa tych urządzeń polega na:

- usuwaniu kurzu, pyłu z tych urządzeń,

- likwidowanie luzów w połączeniach (stykach),

- stosowanie właściwych do występującego zagrożenia opraw tych urządzeń (przeciwwybuchowe, pyłoszczelne, wodoszczelne itp.),

- umieszczenie materiałów palnych w odpowiednich odległościach od tych urządzeń.

- 2 -

---