w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

n a p ę d y i s t e r o w a n i e

W

praktyce mamy do czynienia
z silnikami elektrycznymi

prądu stałego (stosowanymi głów-
nie w trakcji elektrycznej) oraz sil-
nikami prądu przemiennego (syn-
chronicznymi i asynchronicznymi).
Te ostatnie, ze względu na rodzaj
prądu zasilającego, dzieli się na za-
silane jednofazowo z sieci oraz zasi-
lane trójfazowo. Silniki jednofazo-
we stosuje się do napędu urządzeń
o małej mocy (zazwyczaj do 1 kW).
Do napędu urządzeń o większej
mocy stosuje się silniki trójfazowe
(najczęściej są to silniki o konstruk-
cji klatkowej). Biorąc pod uwagę za-
sadę działania, rozróżnia się silniki
elektryczne prądu przemiennego:
indukcyjne (najczęściej spotykane),
synchroniczne i komutatorowe (co-
raz rzadziej używane).

Właściwości silników elektrycz-

nych zależą od konstrukcji i tech-
nologii uzwojeń. Parametry uzwo-
jenia wpływają na indywidualne ce-
chy silnika, będące jego danymi zna-
mionowymi, tj. napięcie, prąd, pręd-
kość obrotowa. Proces technologicz-
ny ma znaczenie ze względu na ta-
kie cechy, jak: trwałość, niezawod-
ność czy odporność na wpływy śro-
dowiska.

przyczyny pożarów

Niebezpieczeństwo powstania po-

żaru w silnikach elektrycznych jest
stosunkowo duże i wynika przede
wszystkim z faktu nagrzewania się
silników podczas ich pracy. Nagrze-
wanie to spowodowane jest strata-
mi mocy, na które składają się za-

równo straty prądowe, jak i mecha-
niczne, wywołane tarciem.

Zagrożenie pożarowe w silnikach

elektrycznych stwarzają trzy zasad-
nicze czynniki:



zjawiska cieplne powodowane

przepływem prądu, mogące spo-
wodować powstanie łuku elek-
trycznego o temperaturze docho-
dzącej do 6000°C,



stosowanie izolacji palnej, topli-

wej oraz wydzielającej nadmiar
ciepła i dymu,



brak odpowiednich zabezpie-

czeń, chroniących silnik przed
nadmiernym nagrzewaniem.
Najczęstszą przyczyną zapale-

nia się silników elektrycznych jest
przekroczenie temperatury dopusz-
czalnej, tzn. przekroczenie okre-
ślonej temperatury dla danej kla-
sy uzwojenia w jego najgorętszym
punkcie. Pożar silnika elektryczne-
go może też spowodować przecią-
żenie. Jego przyczynami mogą być:
nadmierne obciążenie mechaniczne,
zły stan łożysk (zapylenie, brak ole-
ju), spadek napięcia w sieci, wyba-
czenie wału, uszkodzenie maszyny
napędzanej. Przez uzwojenie silni-
ka płynie wtedy większy prąd elek-
tryczny, co przy długotrwałych prze-
ciążeniach prowadzi do wydziela-

nia się dużej ilości ciepła, przyspie-
szania procesów starzenia izolacji,
wystąpienia zwarć elektrycznych,
a nawet stopienia metalu w wirni-
ku. W przypadku przeciążenia sil-
nika następuje spadek obrotów lub
nawet jego zatrzymanie.

Podobne zjawisko nadmierne-

go pobierania prądu i przegrzania
uzwojenia może wystąpić w mo-
mencie rozruchu silnika, ponie-
waż pobrany prąd jest kilkakrot-
nie większy od znamionowego. Na
przykład, silnik trójfazowy pod-
czas rozruchu pobiera dość znacz-
ny prąd rozruchowy równy 5-8×I

n

(I

n

– prąd znamionowy). Zwiększo-

ny pobór prądu przy rozruchu powo-
duje, że silnik uzyskuje swoją usta-
loną temperaturę zamiast po kilku-
dziesięciu minutach pracy, już po
kilku lub kilkunastu minutach, za
szybko się nagrzewając. Wprawdzie
rozkład temperatur wewnątrz silni-
ka zależy od jego budowy, czyli od
grubości uzwojeń i sposobu prze-
wiewu, to jednak między obudową
a częściami wewnętrznymi silnika
różnica temperatur przeważnie wa-
ha się w granicach od 30 do 40°C.
Na podstawie badań [1] ustalono,
że kiedy temperatura obudowy sil-
nika osiąga temperaturę 65°C, to

wewnątrz uzwojeń temperatura
może osiągnąć 105°C, a przy tem-
peraturze obudowy 85°C, tempera-
tura wewnątrz uzwojeń może wy-
nieść 135°C, tj. osiągnie taką tem-
peraturę, przy której następuje to-
pienie izolacji.

Badania potwierdziły również, że

uzwojenia pracujące w podwyższo-
nych temperaturach działają wielo-
krotnie krócej od tych, których tem-
peratury dopuszczalne nie zostały
przekroczone. Na przykład, uzwo-
jenia przeciążone, pracujące w tem-
peraturze 105°C, nie działają dłu-
żej niż 2 lata. Natomiast te same
uzwojenia nieprzeciążone, a pracu-
jące w temperaturach nieprzekracza-
jących 85°C, pracują ponad 15 lat.
Temperatury długotrwałe dopusz-
czalne dla poszczególnych elemen-
tów silników, których przekrocze-
nie powoduje zmiany strukturalne
izolacji (starzenie się), przedstawio-
no w

tabeli 1.

Przekroczenie dopuszczalnych

temperatur pracy dla izolacji z kau-
czuku (gumy) – 80°C, lakieru i za-
lewy asfaltowej, oplotu bawełnia-
nego i nasyconego papieru – 95°C,
stwarza niebezpieczeństwo powsta-
nia pożaru. Wytrzymałość izolacji na
podwyższone temperatury w silni-

Nazwa elementu lub zespołu silnika

Dopuszczalna długotrwała temperatura [

°

C]

Palne materiały izolacyjne.

Komutatory i pierścienie ślizgowe.

Łożyska.

50

Uzwojenia kompensacyjne i uzwojenia zwarte o izolacji palnej.

60

Trudno palne materiały izolacyjne.

Uzwojenia stojanów o izolacji trudno palnej.

Uzwojenia połączone z komutatorami.

65

Uzwojenia kompensacyjne i uzwojenia o izolacji trudno palnej.

80

Tab. 1 Temperatury długotrwałe dopuszczalne dla poszczególnych elementów silnika [2]

Silniki elektryczne są najbardziej rozpowszechnionymi odbiornikami energii elektrycz-

nej. Ich zadaniem jest zmiana energii elektrycznej w siłę napędową poruszającą różne-

go rodzaju pompy, wentylatory i inne urządzenia mechaniczne.

40

n a p ę d y i s t e r o w a n i e

przyczyny pożarów

w silnikach elektrycznych

mgr Tomasz Sawicki

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

ku ma bardzo duże znaczenie, zbyt
niska może stanowić zagrożenie po-
wstania pożaru.

Zjawisko nadmiernego pobra-

nia prądu i przegrzania uzwojenia
może również wystąpić w przypad-
ku braku jednej fazy. Silnik przy
braku jednej fazy przy obciążeniu
zewnętrznym traci moment napę-
dowy, co powoduje, że pozostałe
uzwojenia pobierają większy prąd.
Nadmierne obciążenie pracującego
silnika lub włączenie go w takim
stanie powoduje szybki wzrost tem-
peratury uzwojeń, które mogą się
zapalić.

Iskrzenie między komutato-

rem a szczotkami lub pierścieniem
a szczotkami, może spowodować
powstanie łuku elektrycznego obej-
mującego cały obwód pierścienia lub
komutatora. Łuk może z łatwością
przenieść się na uzwojenia lub na
korpus silnika, powodując zapale-
nie się izolacji lub innych znajdują-
cych się w pobliżu materiałów pal-
nych. Zanieczyszczenie komutatora
lub mechaniczne uszkodzenie (wy-
tarcie) wycinków, powoduje bardzo
często iskrzenie.

Przebicie izolacji może nastą-

pić na skutek nagłego wzrostu na-
pięcia. Towarzyszy mu powstanie
łuku elektrycznego, który topi me-
tal uzwojenia i zapala izolację. Prze-
bicie izolacji może powstać zarówno

w nowej izolacji, jeśli została źle wy-
konana lub z niewłaściwego mate-
riału, jak i w starej izolacji, na sku-
tek procesów jej starzenia.

Gwałtowny powrót napięcia za-

silającego do zatrzymanego silni-
ka wskutek braku dopływu ener-
gii elektrycznej może być przyczy-
ną pożaru. Silnik przy braku ener-
gii zasilającej zostaje zatrzymany,
a przy ponownym przywróceniu
napięcia, nagle obciążony może
ulec spaleniu. Przy zahamowaniu
silnik pobiera prąd ośmiokrotnie
większy od znamionowego i jeżeli
w czasie kilku minut nie zostanie
ponownie uruchomiony lub nie zo-
stanie wyłączony spod napięcia, ła-
two może ulec zapaleniu. W przy-
padku zastosowania paska klinowe-
go maszyna może zostać zatrzyma-
na, a silnik obraca się. Wówczas tar-
cie paska klinowego może doprowa-
dzić do zapalenia urządzenia.

Duże obciążenie może być rów-

nież przyczyną zatarcia łożysk. Zja-
wisko to występuje najczęściej w sil-
nikach narażonych na zapylenie opił-
kami metalu lub kamienia ciernego
lub też w przypadku, kiedy obciąże-
nie silnika następuje poosiowo, a ło-
żysko jest przystosowane do prze-
noszenia obciążeń promieniowych.
W takim przypadku może dojść do
zakleszczenia kulek łożyska, szyb-
kiego przyrostu temperatury łoży-

Rodzaj prądu sieci

Objawy

Przyczyny

Silniki prądu

stałego

Nadmierne iskrzenie

na komutatorze.



Niewłaściwe ustawienie szczotek.



Drgania szczotek na skutek

chropowatości powierzchni komutatora.



Złe dotarcie szczotek.



Przerwa jednego lub kilku zwojów

wirnika.



Zwarcie w uzwojeniu wirnika.



Przeciążenie silnika.

Nadmierne grzanie się

wirnika.



Zwarcie w uzwojeniu.



Przeciążenie silnika.

Nadmierne grzanie się

uzwojenia wzbudzenia.



Zwarcie w uzwojeniu.



Zbyt duży prąd wzbudzenia.

Silniki indukcyjne

trójfazowe

Nadmierny pobór prądu,

silnik „buczy”.

Nadmierne

nagrzewanie się stojana.



Przerwa w jednej z faz stojana.



Zwarcie w uzwojeniu.

Silnik pobiera nadmierny

prąd przy biegu jałowym.



Zbyt wysokie napięcie.



Wadliwe połączenie.

Nadmierne

nagrzewanie się wirnika.



Zwarcie w uzwojeniu.



Przeciążenie silnika.

Tab. 2 Objawy nieprawidłowego działania silników elektrycznych oraz przyczyny ich

powstania [4]

41

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

n a p ę d y i s t e r o w a n i e

ska oraz obudowy silnika, powodu-
jąc w konsekwencji zapalenie się sil-
nika lub znajdujących się w pobliżu
materiałów palnych. W czasie pracy
łożysk w silniku elektrycznym ist-
nieje możliwość zatarcia między sto-
janem a wirnikiem na skutek ciepła
pochodzącego od tarcia lub przecią-
żenia silnika, co również może być
przyczyną jego zapalenia. Najczęściej
zatarcia tego rodzaju mają miejsce,
gdy silnik pracuje w pomieszcze-
niach niemających dobrej wentylacji.
Przegrzanie silnika może być spowo-
dowane nie tylko przeciążeniem, ale
i niedostatecznym chłodzeniem, gdy
wentylator jest uszkodzony bądź gru-
ba warstwa kurzu pokrywa silnik,
uniemożliwiając tym samym odpro-
wadzenie nadmiaru ciepła z uzwoje-
nia lub obudowy.

ślady zjawisk

termicznych [3]

Ślady zwarć elektrycznych na

uzwojeniach silników o obudo-

wie otwartej i przewiewowej moż-
na zauważyć w postaci niewiel-
kich wytopień i natopień miedzi
oraz charakterystycznych osma-
leń i nalotów barwnych, wskazują-
cych na miejscowe działanie wyso-
kiej temperatury. Zwarcia między-
zwojowe pozostawiają na poszcze-
gólnych zwojach ślady w postaci
stopień i przetopień drutów. Cha-
rakterystyczne jest występowanie
tych stopień w wewnętrznych war-
stwach uzwojeń. Można zaobserwo-
wać, że stopienia te w pewnych kie-
runkach pogłębiają się, zwiększa-
jąc swoją wielkość i intensywność.
Zwarcia międzyfazowe pozostawia-
ją ślady w postaci stopień na uzwo-
jeniach dwóch sąsiednich faz. Sto-
pienia występują miejscowo, a ich
wielkość zależy od intensywności
działania łuku elektrycznego.

W wyniku złego stanu zabezpie-

czeń lub w silnikach dużej mocy
zabezpieczanych bezpiecznikami
o dużym prądzie znamionowym,
w miejscu zwarcia mogą wystąpić

intensywne wytopienia nie tylko
uzwojeń, lecz także innych elemen-
tów konstrukcji silnika. W miejscu
zwarć uzwojeń do masy, w zależ-
ności od stanu uziemienia, ślady
mogą występować w postaci inten-
sywnych wytopień i stopień wraz
z widocznym rozpryskiem metalu
lub w postaci punktowego „przy-
spawania” fragmentu uzwojenia do
metalowej części konstrukcji.

Należy dodać, że najczęstszymi

zjawiskami poprzedzającymi pożar
silników, są:



nadmierne grzanie się silnika

zauważalne przy dotknięciu jego
obudowy lub odnotowane wska-
zaniami amperomierza,



wzrost temperatury izolacji

uzwojenia,



przepalenie się wkładek bezpiecz-

nikowych lub wyłączenie samo-
czynnych wyzwalaczy natych-
miast po wyłączeniu silnika,



nietypowy odgłos silnika, tzw.

„buczenie”, wskazujące na zwar-
cie międzyzwojowe,



gwizd łożysk w czasie pracy sil-

nika.
Objawy nieprawidłowego dzia-

łania silników elektrycznych oraz
przyczyny ich powstania przedsta-
wia

tabela 2.

literatura

1. T. Strzelecki, Urządzenia elek-

tryczne. Ochrona przeciwpożaro-
wa, Instytut Wydawniczy CRZZ,
Warszawa 1972.

2. T. Uczciwek, Bezpieczeństwo i hi-

giena pracy oraz ochrona prze-
ciwpożarowa w elektroenerge-
tyce, Centralny Ośrodek Szkole-
nia i Wydawnictw SEP, Warsza-
wa 1998.

3. R. Zieliński, Badania instala-

cji elektrycznej na miejscu po-
żaru, Wydawnictwo „Proble-
mów Kryminalistyki”, Warsza-
wa 1992.

4. Poradnik warsztatowca mecha-

nika, Wydawnictwo Nauko-
wo-Techniczne, Warszawa 1981.

42

reklama