Nebezpečí požáru vlivem vadného elektrického kontaktu - část 1

Ztrátový výkon na svorkách
Opravdu nejdůležitějším požadavkem na elektrické spojení je stabilní přítlačný tlak na kontakty a malý přechodový odpor. Je-li naopak dosahováno malého přítlačného tlaku, což vyvolá velký přechodový odpor, např. u tzv. "vakl" kontaktu, zvyšuje se při průtoku elektrického proudu místem ztrátový výkon. Tento ztrátový výkon se projevuje zvýšeným oteplením a v závislosti na intenzitě protékajícího proudu a velikosti přechodového odporu (P=I²xR) může způsobit dosažení zápalných teplot až kolem 800 DC (obrázek 1). Ztrátový výkon kolem 60W představuje již velmi akutní riziko požáru. V odborných kruzích jsou často uváděny jako požárně nebezpečné již podstatně nižší hodnoty.
 

Ač jsou někdy elektrická spojení vytvářena lisováním či stlačováním, nejčastější formou propojení jsou různé typy svorek. Ty jsou především v domovních instalacích prováděny individuálně a ručně. Po celou dobu životnosti zařízení si musejí zachovat bezchybnou funkčnost, ačkoli na ně často působí různé mechanické, teplotní nebo chemické vlivy. V globálním pohledu se tedy není co divit, že u elektrických spojení dochází nezřídka k poruchám, které často zapříčiňují škody vlivem požáru (obrázek 2).


Příčiny vzniku požárů
Podle vyšetřování příčin vzniku požárů jsou nejčastějšími příčinami následující závady elektrických instalací:

• šrouby svorek nejsou dotaženy dostatečným utahovacím momentem - elektrické spojení je volné,

• šrouby svorek jsou dotaženy příliš vysokým utahovacím momentem, čímž se poškodí svorka či vodič,

• elektrické vodiče nejsou správně zavedeny do otvoru svorky, není správně provedeno odizolování nebo kontaktní plocha je příliš malá,

• lisovaná či stlačovaná spojení jsou vyhotovena nevhodným nářadím, které vyvozuje nedostatečný či příliš velký tlak, jenž vede k poškození spoje či nedostatečnému stlačení,
  

• u hliníkových vodičů nedošlo před spojením k úpravě povrchu (ke zbavení zoxidované vrstvy),
  

• není správně připojen hlavní sektorový vodič,

• spojovací prvek (svorka, dutinka,...) nepasuje k průřezu, tvaru či materiálu vodiče,
  

• spojovací prvek a/nebo vodič není dostatečně dimenzován,
  

• do svorky je zavedeno příliš mnoho vodičů.

Rozsah škod způsobených chybným elektrickým spojením začíná u ohořelých svorek, které jistě zná každý elektrikář, pokračuje požáry bytů (viz obrázky 3a a 3b) a končí velkými škodami na budovách či průmyslových zařízeních. Vedle rozsáhlých materiálních škod je třeba mít stále na zřeteli i nebezpečí zranění lidí, domácích zvířat či dokonce jejich úmrtí.


Zejména pokud dojde k újmě na zdraví, musí zhotovitel takovéto vadné instalace počítat s příslušným postihem. Velmi nepříjemné jsou i nepřímé škody, které mohou vzniknout např. výpadkem výroby v průmyslovém podniku.

Chování ochranných prvků
Vadné elektrické spojení se zvýšeným přechodovým odporem je možno považovat za topný element zapojení v sérii v elektrickém obvodu. Ochranné prvky elektrických zařízení jako jističe, pojistky či proudové chrániče nejsou pro rozlišení takových zvýšených přechodových odporů vůbec vhodné.

Zjednodušeně řečeno ochranné přístroje reagující na přetížení rozeznají a zareagují na nárůst proudu nad definovanou maximální mez. Takové hodnoty může být dosaženo např. paralelním připojením několika spotřebičů. Vznik sériového přechodového odporu však nevede k nárůstu proudu obvodem, ba právě naopak, proud klesne:


přičemž R_s je odpor spotřebiče a R_p je přechodový odpor. Takže k vybavení ochranného prvku nemůže dojít.

Rovněž proudové chrániče reagují na poruchové proudy odtékající např. vlivem vadné izolace mimo elektrický obvod přímo do země. Na sériový přechodový odpor tedy rovněž nereagují.

Jestliže ale požár pokročí, dojde zpravidla k porušení elektrické izolace a tím ke vzniku nové vodivé cesty mimo původní elektrický obvod, na což pak zareaguje zpravidla proudový chránič a v případě zkratu i jistič či pojistka. Za těchto okolností, po eskalaci požáru, již přerušení elektrického obvodu ovšem šíření ohně nezastaví. Z uvedeného je zřejmé, že sériový přechodový odpor je velmi zrádný a často jeho vznik není doprovázen ani markantním snížením funkčních vlastností elektrického obvodu.

Početní příklad
Neúčinnost obvyklých ochranných prvků znázorňuje následující příklad: V úvahu je vzat zásuvkový obvod s připojeným otopným ventilátorem s topným výkonem (P_v) a s určitým vnitřním odporem (R_v). Obvod je jištěn proudovým chráničem s chybovým proudem 30 mA a jističem charakteristiky B s jmenovitým proudem 16A. Odpory přívodních vodičů a vinutí motoru jsou v příkladu zanedbány. Díky vadnému elektrickému spojení na svorce se vytvořil zvýšený přechodový odpor (R_p). Základní parametry tedy jsou:

Provozem jmenovaného spotřebiče vzniká následující proud I, který teče i poškozeným spojem:


Poruchový výkon P_p na přechodovém odporu R_p činí tedy:


Vypočítaná hodnota pro Pp převyšuje 60W, a představuje tedy akutní nebezpečí požáru. Je o to nebezpečnější, že poruchu nezachytí ani předřazený proudový chránič či jistič. Žádný poruchový proud do země či na kostru neodtéká a ani protékající proud 12,75A nedosahuje jmenovitého proudu jističe 16A.

Rovněž nedochází ke znatelnému omezení funkce teplometu, neboť ten i přes zvýšený přechodový odpor dodává pouze neznatelně menší tepelný výkon:

 
Výkon Pp připadající na porouchané místo s odporem P_p se na kontaktech přemění v teplo. Uvolněná energie je více než dostatečná, aby obklopující hořlavý materiál ohřála a posléze i zapálila (obrázek 4). Takovýto vadný elektrický spoj zůstane pravděpodobně nezpozorován až do doby, kdy vlivem zvýšené teploty dojde k vývinu zápachu či kouře, a v nejhorším případě i požáru.