n a p Ä™ d y i s t e r o w a n i e
n a p Ä™ d y i s t e r o w a n i e
przyczyny pożarów
w silnikach elektrycznych
mgr Tomasz Sawicki
Silniki elektryczne sÄ… najbardziej rozpowszechnionymi odbiornikami energii elektrycz-
nej. Ich zadaniem jest zmiana energii elektrycznej w siłę napędową poruszającą różne-
go rodzaju pompy, wentylatory i inne urzÄ…dzenia mechaniczne.
praktyce mamy do czynienia równo straty prądowe, jak i mecha- nia się dużej ilości ciepła, przyspie- wewnątrz uzwojeń temperatura
Wz silnikami elektrycznymi niczne, wywoÅ‚ane tarciem. szania procesów starzenia izolacji, może osiÄ…gnąć 105°C, a przy tem-
prÄ…du staÅ‚ego (stosowanymi głów- Zagrożenie pożarowe w silnikach wystÄ…pienia zwarć elektrycznych, peraturze obudowy 85°C, tempera-
nie w trakcji elektrycznej) oraz sil- elektrycznych stwarzają trzy zasad- a nawet stopienia metalu w wirni- tura wewnątrz uzwojeń może wy-
nikami prÄ…du przemiennego (syn- nicze czynniki: ku. W przypadku przeciążenia sil- nieść 135°C, tj. osiÄ…gnie takÄ… tem-
chronicznymi i asynchronicznymi). zjawiska cieplne powodowane nika następuje spadek obrotów lub peraturę, przy której następuje to-
żð
Te ostatnie, ze względu na rodzaj przepływem prądu, mogące spo- nawet jego zatrzymanie. pienie izolacji.
prądu zasilającego, dzieli się na za- wodować powstanie łuku elek- Podobne zjawisko nadmierne- Badania potwierdziły również, że
silane jednofazowo z sieci oraz zasi- trycznego o temperaturze docho- go pobierania prądu i przegrzania uzwojenia pracujące w podwyższo-
lane trójfazowo. Silniki jednofazo- dzÄ…cej do 6000°C, uzwojenia może wystÄ…pić w mo- nych temperaturach dziaÅ‚ajÄ… wielo-
we stosuje się do napędu urządzeń stosowanie izolacji palnej, topli- mencie rozruchu silnika, ponie- krotnie krócej od tych, których tem-
żð
o małej mocy (zazwyczaj do 1 kW). wej oraz wydzielającej nadmiar waż pobrany prąd jest kilkakrot- peratury dopuszczalne nie zostały
Do napędu urządzeń o większej ciepła i dymu, nie większy od znamionowego. Na przekroczone. Na przykład, uzwo-
mocy stosuje się silniki trójfazowe brak odpowiednich zabezpie- przykład, silnik trójfazowy pod- jenia przeciążone, pracujące w tem-
żð
(najczęściej sÄ… to silniki o konstruk- czeÅ„, chroniÄ…cych silnik przed czas rozruchu pobiera dość znacz- peraturze 105°C, nie dziaÅ‚ajÄ… dÅ‚u-
cji klatkowej). BiorÄ…c pod uwagÄ™ za- nadmiernym nagrzewaniem. ny prÄ…d rozruchowy równy 5-8×I żej niż 2 lata. Natomiast te same
n
sadę działania, rozróżnia się silniki Najczęstszą przyczyną zapale- (I  prąd znamionowy). Zwiększo- uzwojenia nieprzeciążone, a pracu-
n
elektryczne prądu przemiennego: nia się silników elektrycznych jest ny pobór prądu przy rozruchu powo- jące w temperaturach nieprzekracza-
indukcyjne (najczęściej spotykane), przekroczenie temperatury dopusz- duje, że silnik uzyskuje swojÄ… usta- jÄ…cych 85°C, pracujÄ… ponad 15 lat.
synchroniczne i komutatorowe (co- czalnej, tzn. przekroczenie okre- loną temperaturę zamiast po kilku- Temperatury długotrwałe dopusz-
raz rzadziej używane). ślonej temperatury dla danej kla- dziesięciu minutach pracy, już po czalne dla poszczególnych elemen-
Właściwości silników elektrycz- sy uzwojenia w jego najgorętszym kilku lub kilkunastu minutach, za tów silników, których przekrocze-
nych zależą od konstrukcji i tech- punkcie. Pożar silnika elektryczne- szybko się nagrzewając. Wprawdzie nie powoduje zmiany strukturalne
nologii uzwojeń. Parametry uzwo- go może też spowodować przecią- rozkład temperatur wewnątrz silni- izolacji (starzenie się), przedstawio-
jenia wpływają na indywidualne ce- żenie. Jego przyczynami mogą być: ka zależy od jego budowy, czyli od no w tabeli 1.
chy silnika, będące jego danymi zna- nadmierne obciążenie mechaniczne, grubości uzwojeń i sposobu prze- Przekroczenie dopuszczalnych
mionowymi, tj. napięcie, prąd, pręd- zły stan łożysk (zapylenie, brak ole- wiewu, to jednak między obudową temperatur pracy dla izolacji z kau-
kość obrotowa. Proces technologicz- ju), spadek napiÄ™cia w sieci, wyba- a częściami wewnÄ™trznymi silnika czuku (gumy)  80°C, lakieru i za-
ny ma znaczenie ze względu na ta- czenie wału, uszkodzenie maszyny różnica temperatur przeważnie wa- lewy asfaltowej, oplotu bawełnia-
kie cechy, jak: trwaÅ‚ość, niezawod- napÄ™dzanej. Przez uzwojenie silni- ha siÄ™ w granicach od 30 do 40°C. nego i nasyconego papieru  95°C,
ność czy odporność na wpływy śro- ka płynie wtedy większy prąd elek- Na podstawie badań [1] ustalono, stwarza niebezpieczeństwo powsta-
dowiska. tryczny, co przy długotrwałych prze- że kiedy temperatura obudowy sil- nia pożaru. Wytrzymałość izolacji na
ciążeniach prowadzi do wydziela- nika osiÄ…ga temperaturÄ™ 65°C, to podwyższone temperatury w silni-
przyczyny pożarów
Nazwa elementu lub zespoÅ‚u silnika Dopuszczalna dÅ‚ugotrwaÅ‚a temperatura [°C]
Palne materiały izolacyjne.
Niebezpieczeństwo powstania po-
Komutatory i pierścienie ślizgowe. 50
A
ożyska.
żaru w silnikach elektrycznych jest
Uzwojenia kompensacyjne i uzwojenia zwarte o izolacji palnej. 60
stosunkowo duże i wynika przede
Trudno palne materiały izolacyjne.
wszystkim z faktu nagrzewania siÄ™
Uzwojenia stojanów o izolacji trudno palnej. 65
silników podczas ich pracy. Nagrze- Uzwojenia połączone z komutatorami.
wanie to spowodowane jest strata- Uzwojenia kompensacyjne i uzwojenia o izolacji trudno palnej. 80
mi mocy, na które składają się za- Tab. 1 Temperatury długotrwałe dopuszczalne dla poszczególnych elementów silnika [2]
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
40
Rodzaj prÄ…du sieci Objawy Przyczyny
żðNiewÅ‚aÅ›ciwe ustawienie szczotek.
żðDrgania szczotek na skutek
chropowatości powierzchni komutatora.
Nadmierne iskrzenie
żðZÅ‚e dotarcie szczotek.
na komutatorze.
żðPrzerwa jednego lub kilku zwojów
wirnika.
Silniki prÄ…du
żðZwarcie w uzwojeniu wirnika.
stałego
żðPrzeciążenie silnika.
Nadmierne grzanie siÄ™
żðZwarcie w uzwojeniu.
wirnika.
żðPrzeciążenie silnika.
Nadmierne grzanie siÄ™
żðZwarcie w uzwojeniu.
uzwojenia wzbudzenia.
żðZbyt duży prÄ…d wzbudzenia.
Nadmierny pobór prądu,
żðPrzerwa w jednej z faz stojana.
silnik  buczy .
Nadmierne
żðZwarcie w uzwojeniu.
nagrzewanie siÄ™ stojana.
Silniki indukcyjne
Silnik pobiera nadmierny
trójfazowe
żðZbyt wysokie napiÄ™cie.
prąd przy biegu jałowym.
żðWadliwe poÅ‚Ä…czenie.
Nadmierne
żðZwarcie w uzwojeniu.
nagrzewanie siÄ™ wirnika.
żðPrzeciążenie silnika.
Tab. 2 Objawy nieprawidłowego działania silników elektrycznych oraz przyczyny ich
powstania [4]
ku ma bardzo duże znaczenie, zbyt w nowej izolacji, jeśli została z
le wy-
niska może stanowić zagrożenie po- konana lub z niewłaściwego mate-
wstania pożaru. riału, jak i w starej izolacji, na sku-
Zjawisko nadmiernego pobra- tek procesów jej starzenia.
nia prądu i przegrzania uzwojenia Gwałtowny powrót napięcia za-
może również wystąpić w przypad- silającego do zatrzymanego silni-
ku braku jednej fazy. Silnik przy ka wskutek braku dopływu ener-
braku jednej fazy przy obciążeniu gii elektrycznej może być przyczy-
zewnętrznym traci moment napę- ną pożaru. Silnik przy braku ener-
dowy, co powoduje, że pozostałe gii zasilającej zostaje zatrzymany,
uzwojenia pobierają większy prąd. a przy ponownym przywróceniu
Nadmierne obciążenie pracującego napięcia, nagle obciążony może
silnika lub włączenie go w takim ulec spaleniu. Przy zahamowaniu
stanie powoduje szybki wzrost tem- silnik pobiera prąd ośmiokrotnie
peratury uzwojeń, które mogą się większy od znamionowego i jeżeli
zapalić. w czasie kilku minut nie zostanie
Iskrzenie między komutato- ponownie uruchomiony lub nie zo-
rem a szczotkami lub pierścieniem stanie wyłączony spod napięcia, ła-
a szczotkami, może spowodować two może ulec zapaleniu. W przy-
powstanie Å‚uku elektrycznego obej- padku zastosowania paska klinowe-
mującego cały obwód pierścienia lub go maszyna może zostać zatrzyma-
komutatora. A
uk może z łatwością na, a silnik obraca się. Wówczas tar-
przenieść się na uzwojenia lub na cie paska klinowego może doprowa-
korpus silnika, powodując zapale- dzić do zapalenia urządzenia.
nie się izolacji lub innych znajdują- Duże obciążenie może być rów-
cych się w pobliżu materiałów pal- nież przyczyną zatarcia łożysk. Zja-
nych. Zanieczyszczenie komutatora wisko to występuje najczęściej w sil-
lub mechaniczne uszkodzenie (wy- nikach narażonych na zapylenie opił-
tarcie) wycinków, powoduje bardzo kami metalu lub kamienia ciernego
często iskrzenie. lub też w przypadku, kiedy obciąże-
Przebicie izolacji może nastą- nie silnika następuje poosiowo, a ło-
pić na skutek nagłego wzrostu na- żysko jest przystosowane do prze-
pięcia. Towarzyszy mu powstanie noszenia obciążeń promieniowych.
łuku elektrycznego, który topi me- W takim przypadku może dojść do
tal uzwojenia i zapala izolację. Prze- zakleszczenia kulek łożyska, szyb-
bicie izolacji może powstać zarówno kiego przyrostu temperatury łoży-
n r 7 - 8 / 2 0 0 5 w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
41
n a p Ä™ d y i s t e r o w a n i e
ska oraz obudowy silnika, powodu- wie otwartej i przewiewowej moż- intensywne wytopienia nie tylko gwizd łożysk w czasie pracy sil-
żð
jąc w konsekwencji zapalenie się sil- na zauważyć w postaci niewiel- uzwojeń, lecz także innych elemen- nika.
nika lub znajdujących się w pobliżu kich wytopień i natopień miedzi tów konstrukcji silnika. W miejscu Objawy nieprawidłowego dzia-
materiałów palnych. W czasie pracy oraz charakterystycznych osma- zwarć uzwojeń do masy, w zależ- łania silników elektrycznych oraz
łożysk w silniku elektrycznym ist- leń i nalotów barwnych, wskazują- ności od stanu uziemienia, ślady przyczyny ich powstania przedsta-
nieje możliwość zatarcia między sto- cych na miejscowe działanie wyso- mogą występować w postaci inten- wia tabela 2.
janem a wirnikiem na skutek ciepła kiej temperatury. Zwarcia między- sywnych wytopień i stopień wraz
pochodzÄ…cego od tarcia lub przeciÄ…- zwojowe pozostawiajÄ… na poszcze- z widocznym rozpryskiem metalu literatura
żenia silnika, co również może być gólnych zwojach ślady w postaci lub w postaci punktowego  przy-
przyczyną jego zapalenia. Najczęściej stopień i przetopień drutów. Cha- spawania fragmentu uzwojenia do 1. T. Strzelecki, Urządzenia elek-
zatarcia tego rodzaju mają miejsce, rakterystyczne jest występowanie metalowej części konstrukcji. tryczne. Ochrona przeciwpożaro-
gdy silnik pracuje w pomieszcze- tych stopień w wewnętrznych war- Należy dodać, że najczęstszymi wa, Instytut Wydawniczy CRZZ,
niach niemających dobrej wentylacji. stwach uzwojeń. Można zaobserwo- zjawiskami poprzedzającymi pożar Warszawa 1972.
Przegrzanie silnika może być spowo- wać, że stopienia te w pewnych kie- silników, są: 2. T. Uczciwek, Bezpieczeństwo i hi-
dowane nie tylko przeciążeniem, ale runkach pogłębiają się, zwiększa- nadmierne grzanie się silnika giena pracy oraz ochrona prze-
żð
i niedostatecznym chłodzeniem, gdy jąc swoją wielkość i intensywność. zauważalne przy dotknięciu jego ciwpożarowa w elektroenerge-
wentylator jest uszkodzony bÄ…dz
gru- Zwarcia międzyfazowe pozostawia- obudowy lub odnotowane wska- tyce, Centralny Ośrodek Szkole-
ba warstwa kurzu pokrywa silnik, ją ślady w postaci stopień na uzwo- zaniami amperomierza, nia i Wydawnictw SEP, Warsza-
uniemożliwiając tym samym odpro- jeniach dwóch sąsiednich faz. Sto- wzrost temperatury izolacji wa 1998.
żð
wadzenie nadmiaru ciepła z uzwoje- pienia występują miejscowo, a ich uzwojenia, 3. R. Zieliński, Badania instala-
nia lub obudowy. wielkość zależy od intensywności przepalenie się wkładek bezpiecz- cji elektrycznej na miejscu po-
żð
działania łuku elektrycznego. nikowych lub wyłączenie samo- żaru, Wydawnictwo  Proble-
ślady zjawisk W wyniku złego stanu zabezpie- czynnych wyzwalaczy natych- mów Kryminalistyki , Warsza-
czeń lub w silnikach dużej mocy miast po wyłączeniu silnika, wa 1992.
termicznych [3]
zabezpieczanych bezpiecznikami nietypowy odgłos silnika, tzw. 4. Poradnik warsztatowca mecha-
żð
Ślady zwarć elektrycznych na o dużym prądzie znamionowym,  buczenie , wskazujące na zwar- nika, Wydawnictwo Nauko-
uzwojeniach silników o obudo- w miejscu zwarcia mogą wystąpić cie międzyzwojowe, wo-Techniczne, Warszawa 1981.
reklama
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
42