35 Elektrická zařízení jako možný iniciační zdroj

Kapitola 38 učebního textu

 

Elektrické zařízení je zařízení:

• které ke své činnosti nebo působení využívá elektrických nebo elektromagnetických jevů.
• u nichž může dojít k ohrožení života, zdraví nebo majetku elektrickým proudem, a zařízení určená k ochraně před účinky atmosférické nebo statické elektřiny.

Lidstvo využívá elektrickou energii již poměrně dlouho zejména k usnadnění práce nebo ke zrychlení výrobních procesů. Elektrické zařízení se však může stát významným zdrojem (iniciátorem) vzniku požáru. Ostatně každoroční statistiky požárů to potvrzují. V následující části je uveden přehled a stručný popis nejčastějších iniciátorů od elektrických zařízení.

Přehled nejčastějších elektrických iniciátorů:

• Elektrická jiskra
• Elektrický zkrat
• Elektrický oblouk
• Elektrický přechodový odpor
• Elektrické přetížení
• Výboj atmosférické elektřiny

Elektrická jiskra

Elektrická jiskra nejčastěji vzniká v místech přerušení elektrického obvodu na dotykových plochách kontaktů (například ve vypínači při zhasnutí/rozsvícení světla). Je to běžná záležitost a tento jev můžeme nazvat jako provozní jiskření. Pro běžné prostředí nepředstavuje významné nebezpečí z hlediska iniciace požáru. Jestliže se však jedná například o výbušné prostředí, pak i jiskry, které vznikají při provozním jiskření, mohou představovat významné riziko z hlediska nebezpečí iniciace výbuchu a následného požáru. Elektrická zařízení pak musí být technicky upravena a do těchto prostředí přímo určena na základě platné legislativy a technické normativy.

Elektrická jiskra však může vznikat také při poruchových stavech na elektrických zařízeních, například při porušení izolace mezi vodiči pod napětím, na nedokonalých spojích apod. Tento druh jiskření se nazývá poruchové jiskření. Jiskra pak často přechází v elektrický oblouk, o kterém bude pojednáno níže.

Elektrický zkrat

Elektrický zkrat nazývaný také spojení nakrátko (dále jen zkrat) je náhodné nebo úmyslné spojení přes zanedbatelný odpor (nebo impedanci) dvou nebo více bodů obvodu, které mají při normálním provozu různá napětí. Zkratový proud, který pak v obvodu vzniká, má vysokou hodnotu, protože elektrický proud ve vedení nejde přes spotřebič, který představuje největší část celkového odporu soustavy. Zkrat vzniká například, když se v důsledku poškození izolace vzájemně dotknou přívodní vodiče k elektrickému spotřebiči (viz obrázek č. 19).

Velikost zkratového proudu je dána vzorcem:

legenda:

• I     velikost zkratového proudu, který vzniká v obvodu (jednotka: A – ampér)
• U   napětí mezi body (vodiči), které jsou při zkratu vodivě spojeny (V – volt)
• R   odpor vodičů (Ω – ohm).

Vznik zkratu a zkratového proudu je doprovázen dalšími negativními jevy, jako jsou např. elektrický oblouk, uvolnění velkého množství tepla a pokles napětí ve zkratovaném obvodu. Vzniklé teplo často nestačí být odváděno do okolí, proto se hromadí a způsobuje významný nárůst teploty vodičů a okolních předmětů. To může způsobit tepelnou degradaci izolace kabelů a dále vznícení hořlavých materiálů. Vzniklé teplo v části obvodu je rovno:

legenda:

• Q   množství vzniklého tepla (J – joule)
• t    doba, po kterou proud vodičem prochází (s – sekunda)

Příčin vzniku zkratu může být mnoho: technická závada na elektrických zařízeních, lidský činitel (neodborné připojení, nesprávné dimenzování), vznik vysokého přepětí, na které není dimenzována izolace vodičů, nepravidelná nebo nesprávná údržba elektrického zařízení, působení vnějších vlivů apod.

 

Obrázek Přeseknutý přívodní kabel k elektrickému spotřebiči (zjednodušený příklad). Je důležité si uvědomit, že při zkratu neprochází elektrický proud přes spotřebič s elektrickým odporem (za normálního stavu jím prochází), ale elektrický obvod je v tomto případě uzavřen zdrojem napětí (většinou zásuvka), fázovým vodičem, kovovým předmětem, který přeseknul kabel a nulovým vodičem. V důsledku malého odporu celé soustavy vzniká vysoký zkratový proud I

 

Mezi základní preventivní opatření proti vzniku požáru od elektrického zkratu patří především správné jištění obvodu pojistky a jističe.

Elektrický oblouk

Elektrický oblouk je trvalý proud elektronů, který proudí ionizovaným vzduchem mezi místy s různým potenciálem (zjednodušeně napětím). Proud v oblouku je tvořen pohybujícími se elektrony a ionty a vytvoří se nejčastěji po oddálení částí, ve kterých proudí vysoké hodnoty elektrického proudu. Elektrický oblouk dosahuje teploty až 10 000 °C, což bez problému stačí k zapálení okolních hořlavých předmětů.

Do preventivních opatření patří například odpojování výkonových elektrických zařízení přesně podle předpisu a osobami k tomu určenými, pečlivé dodržování preventivní údržby, používání nehořlavých izolantů všude tam, kde je to možné apod.

Přechodový odpor

V elektrických instalacích se vyskytuje velké množství spojů a upevňování vodičů do elektrických zařízení a spotřebičů. Je-li spoj (styková plocha) mezi dvěma vodiči uvolněný, například v důsledku uvolnění šroubku, nebo jestliže se do spoje dostane nečistota, dojde ke vzniku nedovoleného přechodového odporu v průchodu elektrického proudu. To se projevuje zejména vznikem vysoké teploty, které mohou dosahovat až 1000 °C. Tyto teploty jsou schopny zapálit izolace svorkovnic nebo vodičů, nezřídka taví kovy svorkovnic a zapalují okolní hořlavé předměty.

Mezi základní preventivní opatření eliminující riziko vzniku nebezpečného přechodového odporu patří například vhodné dimenzování velikosti dotykových ploch (stykové plochy mezi dvěma vodiči by měly výt co největší), vodiče připojovat a spojovat pouze osobami s předepsanou odbornou způsobilostí v elektrotechnice a způsobem, který je ve shodě s platnými technickými předpisy apod.

Obrázek Stykové plochy dvou vodičů nejsou dokonale zarovnané. Pohled na spoj pod mikroskopem by toto tvrzení dokázal. Jestliže jsou stykové plochy příliš malé (na obrázku jsou označeny kroužky) vzniká v tomto místě v důsledku vysokého přechodového elektrického odporu značná teplota

 

Proudové přetížení

Přetížení sítě je stav, kdy v obvodu (elektrické síti) dlouhodobě vznikají proudy s hodnotami, které jsou z pohledu norem nadlimitní (neboli jsou „příliš vysoké“). Přetížení může vznikat třeba v případě, když se připojí do obvodu elektrická zařízení s vyšším odběrem elektrické energie, než pro který je obvod dimenzován, nebo jestliže do elektrické sítě připojíme příliš mnoho elektrických spotřebičů apod. Při proudovém přetížení obvodem protéká vyšší proud a to pak vede k zahřívání vodičů (viz výše Joulův-Lenzův zákon).

Teploty, které přitom mohou vzniknout, sice nedosahují hodnot, které vznikají při elektrickém zkratu nebo při elektrickém oblouku, ale jsou dostatečně vysoké k tomu, aby se tepelně namáhala izolace vodičů, což vede ke ztrátě elastičnosti, tepelné degradaci materiálu a ke změně jejich izolačních vlastností. Časem může dojít ke vznícení izolace nebo ke vzniku elektrického zkratu (v důsledku zuhelnatění izolace).

K tepelnému namáhání obvodu může také dojít v případě, kdy teplota okolního prostředí je příliš vysoká, což vede ke zvýšení odporu vodičů (se zvyšující se teplotou totiž roste elektrický odpor vodiče) a tedy ke zvýšení teploty.

Do základních preventivních opatření patří mimo jiné správný návrh (dimenzování) vedení a zapojování do sítě elektrická zařízení o povoleném výkonu a počtu.

Výboj atmosférické elektřiny

Zejména v jarních a letních měsících dochází v mracích k tvorbě elektrostatických nábojů. Potenciálový rozdíl (elektrické napětí) vzniká mezi jednotlivými mraky a také mezi mrakem a zemí. Tento potenciálový rozdíl může být tak obrovský (až několik desítek miliónů voltů), že překoná odpor vzduchu a dojde k jeho vyrovnání výbojem ve formě blesku (tedy k blesku dochází jak mezi jednotlivými mraky, tak také mezi mrakem a zemí). Při tomto výboji vzniká krátkodobě proud o velikosti několik desítek tisíc ampérů.

Účinky bleskových výbojů jsou dynamické, tepelné, elektromagnetické a akustické. Blesk je svým dynamickým účinkem schopen zničit celou stavbu. Tepelný účinek blesku často stačí na zapálení stohu slámy nebo půdy stodoly se snadno hořlavými předměty. Mnohdy se stává, že blesk „sjede“ po elektrickém vedení až do budov a působením elektrodynamických sil vytrhá ze zdi elektrické vedení. V určitých případech také může působením elektrostatické indukce nabít neuzemněné kovové předměty, které se poté mohou vybít, jestliže se dostanou do blízkosti uzemněných
kovových objektů (vzniká jiskra).

Při blesku vzniká přepěťová vlna, která může vyvolat poškození izolačních vlastností vodičů, tím může dojít ke zkratu a vznícení okolních hořlavých předmětů.

Vhodná preventivní opatření spočívají zejména v instalaci tzv. vnější ochrany před bleskem (tzv. hromosvody) – tam, kde to je potřebné, a dále vnitřní ochrany před bleskem (např. ekvipotencionální pospojování).