Pożary od elektrycznych źródeł światła

Kategoria: Rozpoznawanie zagrożeń

Z punktu widzenia bezpieczeństwa pożarowego niektóre urządzenia oświetleniowe należy traktować podobnie jak urządzenia grzejne.

W „Przeglądzie Pożarniczym” nr 1/2015 zostały omówione pożary spowodowane przez elektryczne urządzenia grzejne, np. kuchenki elektryczne, grzałki nurkowe czy ogrzewacze wnętrz. W równym stopniu do powstania pożaru mogą przyczynić się niektóre rodzaje urządzeń oświetleniowych, zwane elektrycznymi źródłami światła. Rozkład i wielkość temperatury na powierzchni źródła światła (np. żarówce, promienniku podczerwieni czy żarówce halogenowej) wystarcza, aby powstał pożar, zwłaszcza jeśli jest ono osłonięte materiałem palnym lub znajduje się blisko niego.

Elektryczne źródła światła
Urządzenia oświetleniowe to urządzenia do oświetlenia elektrycznego zewnętrznego i wnętrzowego oraz oświetlenia iluminacyjnego i reklam świetlnych. Składają się ze źródła światła i oprawy oświetleniowej wraz z obwodami zasilającymi i sterującymi ich pracą oraz konstrukcją wsporczą (nośną). Źródło światła wraz z oprawą oświetleniową nazywa się punktem świetlnym.

W zależności od sposobu przemiany energii elektrycznej na energię promienistą rozróżniamy następujące źródła światła:
1) inkandescencyjne (lampy łukowe i żarówki),
2) luminescencyjne z rozdziałem na:
a) lampy fluorescencyjne (świetlówki),
b) lampy wyładowcze (rtęciowe wysokoprężne, sodowe wysokoprężne i niskoprężne),
3) mieszane (rtęciowo-żarowe, rtęciowe z luminoforem).

Do innych, mniej rozpowszechnionych, zalicza się np. lampy jarzeniowe wysokonapięciowe, lampy ksenonowe czy płyty luminescencyjne.

Żarówka to odbiornik energii elektrycznej, w którym przemiana tej energii w światło zachodzi w żarniku wykonanym z drutu wolframowego, skrętki lub dwuskrętki wolframowej. Lampa halogenowa to żarówka z żarnikiem wolframowym, wypełniona gazem szlachetnym z niewielką ilością halogenu (czyli fluorowca, np. jodu). W lampie halogenowej zachodzi proces nazywany halogenowym cyklem regeneracyjnym, który pozwala zwiększyć temperaturę żarnika. Lampy fluorescencyjne (świetlówki) to lampy rtęciowe niskoprężne wytwarzające światło w wyniku wyładowania elektrycznego i fluorescencji zachodzącej w luminoforze, którym pokryte są wnętrza szklanych rur lamp. Lampy rtęciowe wysokoprężne należą do grupy lamp, w których strumień świetlny otrzymuje się w wyniku wyładowania łukowego w jarzniku, tj. wewnętrznej bańce (rurce) ze szkła kwarcowego, w której następuje wyładowanie elektryczne. Bańka wypełniona jest parami rtęci i gazem pomocniczym (argonem) pod ciśnieniem około 2 MPa. W lampach sodowych wysokoprężnych w jarzniku umieszczonym w bańce szklanej o kształcie wydłużonej żarówki znajduje się sód, rtęć oraz gaz pomocniczy (ksenon) o ciśnieniu około 2 kPa [1].

Moc elektryczna źródeł światła wynosi od kilku do kilku tysięcy watów. Tabela 1 zestawia rodzaje elektrycznych źródeł światła i ich moc elektryczną.

Tabela 1. Rodzaje elektrycznych źródeł światła i ich moc elektryczna [2]

Rodzaj źródła

Moc

[W]

żarówki standardowe 10-1500
żarówki halogenowe 5-2000
świetlówki standardowe 20-200
świetlówki energooszczędne 18-95
świetlówki kompaktowe 5-55
lampy rtęciowe wysokoprężne 50-2000
lampy rtęciowo-żarowe 100-1250
lampy metalohalogenkowe 30-3500
lampy sodowe wysokoprężne 35-1000
lampy sodowe niskoprężne 15-200
lampy indukcyjne 55-85

Żarówki należą do najbardziej popularnych i najstarszych źródeł światła, w których przemiana energii elektrycznej w energię świetlną następuje w sposób temperaturowy, tzn. światło wytwarzane jest przez żarnik (drut) wolframowy, rozgrzany przez przepływający prąd do stanu żarzenia, do temperatury ok. 2500º C. W żarówkach standardowych ok. 90% energii jest zużywane na wytwarzanie energii cieplnej, dlatego powinno się je traktować tak samo, jak urządzenia grzejne.

Zagrożenie pożarowe stwarzane przez urządzenia oświetleniowe
Podczas eksploatacji żarówek, w zależności od ich mocy i położenia, szklana bańka może się znacznie nagrzewać. Ciepło wytwarzane przez żarówki standardowe o mocy 60 W i większej w bezpośrednim kontakcie ze stałym materiałem palnym jest zdolne do zainicjowania spalania i pożaru. Temperatura szklanej bańki żarówki powyżej 160ºC może powodować zagrożenie dla otoczenia, np. przegrzanie, stopienie, a w konsekwencji zapalenie elementów oprawy oświetleniowej. Przykładem zainicjowania pożaru od nagrzanej żarówki w oprawie może być następujące zdarzenie. W oborze na drewnianych belkach stropowych przymocowane były lampy w typowej oprawie kanałowej z kloszem. Wewnątrz każda lampa miała metalową płytkę (osłonę), której zadaniem była ochrona przed nadmiernym nagrzaniem się (od temperatury żarówki) podstawy obudowy oprawy wykonanej z tworzywa sztucznego. Wada montażowa w jednej z takich lamp spowodowała obluzowanie metalowej osłony i jej przesunięcie na dno szklanego klosza. Promienie cieplne od rozgrzanej żarówki zostały wówczas skierowane ku górze, na podstawę oprawy, zamiast w dół – na szklany klosz. Podstawa nagrzała się do temperatury, w której tworzywo sztuczne zaczęło się topić i kapać na żarówkę, pokrywając ją ciemną warstwą skorupy ze stopionego plastiku. Nadmiernie wysoka temperatura wewnątrz lampy spowodowała zapalenie się drewnianej belki stropowej, do której przymocowana była podstawa lampy.

Inny przypadek wzniecenia ognia od żarówki spowodował reflektor o mocy elektrycznej 1,3 kW. Na nagrzaną szybę reflektora spadła przemoczona deszczem flaga. Po 10 min tkanina zaczęła wydzielać dym, a po 24 min (przy temperaturze ok. 460ºC) płat tkaniny zapalił się płomieniem.

Powierzchnia bańki standardowej żarówki nagrzewa się nierównomiernie, zależy to od mocy żarówki i sposobu jej umocowania. Duży wpływ na nagrzewanie się żarówki ma dostęp powietrza. Gdy jest on utrudniony, np. gdy żarówka znajduje się pod przykryciem lub bańka szklana styka się punktowo z materiałem palnym, żarówka zacznie się intensywnie nagrzewać. Źródła podają [3], że żarówka o mocy 100 W ułożona poziomo i zakryta tkaniną po minucie świecenia nagrzewa się do temperatury 70ºC, po dwóch minutach do 103ºC, a po pięciu – do 340ºC. W tej temperaturze tkanina zaczyna się palić. Żarówka o mocy 25 W ułożona poziomo na nakrytym obrusem stole w miejscu styku bańki szklanej z tkaniną nagrzewa się po 20 min do temperatury ok. 100°C, żarówka 40 W – do ok. 150°C, 75 W – 250°C, 100 W – 300°C, 200 W – 330°C, a żarówka o mocy 500 W – do ok. 470°C.

Z badań przeprowadzonych w Instytucie Kryminalistyki MSW wynika, że po 20 min świecenia żarówki w miejscu styku nagrzanej bańki szklanej z materiałem akumulującym ciepło temperatura wzrasta średnio o 40% przy żarówkach ustawionych trzonkiem gwintowym w dół i 90% przy żarówkach ustawionych trzonkiem do góry [4].

pozary od elektrycznych zrodel swiatla 1

W tabeli 2 podano wyniki pomiarów temperatury ustalonej szklanych baniek żarówek w różnych jej punktach oraz w różnych warunkach chłodzenia – gdy są osłonięte i nieosłonięte [5].

Tabela 2. Temperatura ustalona żarówek w punktach podanych na rysunku w zależności od warunków chłodzenia i mocy elektrycznej. Bańki żarówek osłoniętych były szczelnie  przykryte kocem z włókna szklanego

Moc

żarówki

[W]

Punkt

pomiaru

Temperatura żarówki w zależności od położenia [°C]
I II III
osłonięta nieosłonięta osłonięta nieosłonięta osłonięta nieosłonięta
40 a 154 129 165 119 240 190
b 127 101 210 168 226 175
c 129 88 160 102 152 114
d 132 78 142 86 120 80
75 a 258 164 248 170 332 230
b 225 145 310 227 323 210
c 240 132 232 158 240 169
d 250 123 210 112 184 110
100 a 277 196 279 190 378 270
b 258 176 335 259 352 249
c 262 166 260 175 230 198
d 270 160 235 144 220 140
150 a 300 198 314 200 392 278
b 317 181 380 295 366 252
c 304 163 300 197 283 169
d 287 146 338 218 220 116

Pomiary te wskazują, że rozgrzane żarówki, szczególnie jeżeli znajdują się pod przykryciem (lub będą osłonięte), mogą spowodować zapalenie wielu stałych materiałów palnych, zarówno wykonanych z surowców włókienniczych, drzewnych jak i tworzyw sztucznych.

W określonych warunkach, szczególnie w żarówkach starszego typu, może zapalić się łuk elektryczny między jedną elektrodą a drugą. To spowoduje rozerwanie bańki żarówki lub przetopienie jej rozżarzonymi cząstkami metalu. Temperatura cząstek roztopionego metalu w momencie oderwania wynosi około 1800°C, jest wystarczająca do przetopienia bańki lub jej rozerwania i zapalenia wielu porowatych oraz włóknistych materiałów palnych [5].

Inną przyczyną zagrożenia pożarowego są iskrzenia w oprawce żarówki, szczególnie niebezpieczne w pomieszczeniach, w których przechowuje się ciecze i gazy palne.

Mniejsze zagrożenie pożarowe niż żarówki stwarzają lampy fluoroscencyjne. Jego źródłem jest tutaj osprzęt współpracujący ze świetlówką: statecznik (dławik) może nagrzać się do temperatury 120ºC i wyższej, a zapłonnik (starter) chwilowo osiąga temperaturę 100ºC. Odnotowano pożary, w których nadmiernie nagrzany statecznik spowodował zapalenie się podstawy lampy wykonanej z tworzywa sztucznego. W starszych zapłonnikach znajduje się kondensator papierowy zalany palną masą, topiącą się w temperaturze 105ºC. Zdarza się, że przez otworki zapłonnika wyrzucane są na zewnątrz płomienie, które mogą zapalić inne materiały. Znany jest przypadek, w którym w wyniku uszkodzenia zapłonnika doszło do zapalenia się par kleju rozpuszczalnikowego przechowywanego w 50 l otwartym zbiorniku bezpośrednio pod świecącą lampą.

Bardzo niebezpieczne pod względem pożarowym są lampy łukowe – mamy tu do czynienia z bardzo wysoką temperaturą łuku, rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza [6]. Obecnie tego rodzaju lampy spotkamy już tylko w specjalnych zastosowaniach, gdzie wymagana jest bardzo duże natężenie oświetlenia padającego w jednym kierunku, np. w przemyśle filmowym.

Lampy halogenowe nagrzewają się do jeszcze wyższych temperatur. Temperatura żarnika żarówki wynosi około 2900ºC. Żarówki osadzane są najczęściej w reflektorach (odbłyśnikach) oraz w bańkach przypominających kształtem zwykłe żarówki.

W literaturze [6] znajdziemy wyniki pomiaru temperatury na powierzchni środkowej części szybki ochronnej oprawy lampy halogenowej typu ZW3-L500. Przy lampie o mocy 300 W po 30 min świecenia wyniosła ona 209ºC, a przy mocy 500 W po 35 min świecenia osiągnęła 262ºC.

Niebezpieczne pod względem pożarowym są lampy rtęciowe (rtęciówki) – jarznik rozgrzewa się do kilku tysięcy stopni Celsjusza. W razie pęknięcia zewnętrznej bańki ochronnej jarznik może eksplodować i spowodować zapalenie materiału łatwopalnego, na który upadnie [7].

Ogrzewanie promiennikowe
Do ogrzewania obiektów o znacznej wysokości i kubaturze oraz ogrzewania miejscowego używa się technicznych źródeł promieniowania (promienników). Szerokie zastosowanie znalazły promienniki lampowe i rurkowe. Sporadycznie stosuje się ceramiczne i kwarcowe. Najbardziej popularny promiennik – lampowy – ma konstrukcję zbliżoną do żarówki. Część wewnętrzna powierzchni bańki jest pokryta warstwą aluminium, pełniącą rolę odbłyśnika. Żarnik promiennika lampowego wykonany jest ze skrętki wolframowej i osiąga temperaturę 1900ºC. Lampowy promiennik podczerwieni o mocy 250 W na wierzchołku szklanej czaszy po 4 min od jego włączenia osiąga temperaturę 315ºC, a po 20 min – 659ºC [8]. W promiennikach rurkowych temperatura zewnętrznej powierzchni rurki to zwykle ok. 700ºC. Promienniki ceramiczne mają drut oporowy zaprasowany w materiale ceramicznym. Ich temperatura nie przekracza 700ºC. Promienniki kwarcowe mają postać skrętki grzejnej umieszczonej w rurze kwarcowej. Skrętka osiąga temperaturę 1000ºC, sama rura 500ºC. [9]

Szczególne zagrożenie pożarowe stwarzają ogrzewacze promiennikowe do hodowli zwierząt. Są to na ogół lampy żarowe lub promienniki podczerwieni, zwane potocznie „kwokami”. Takie urządzenia grzejne umieszczone zbyt blisko ścioły lub palnej konstrukcji obiektu mogą zainicjować pożar. Dochodzi do niego najczęściej wtedy, kiedy nie stosuje się w wykonanych instalacjach opraw ochronnych, a lampy zawiesza się nad podłożem w odległości mniejszej niż dopuszczalna, bezpośrednio na przewodach zasilających.

W Laboratorium Kryminalistycznym w Lublinie przeprowadzono badania eksperymentalne po pożarze w celu ustalenia temperatury, do jakiej promiennik zawieszony na danej wysokości nagrzewa palne podłoże. W kącie probierczym ustawiony został promiennik o mocy 250 W, nagrzewano nim przez 30 min podłoże wyścielone słomą i trocinami. Następnie dokonywano pomiaru temperatury na powierzchni ściółki i powierzchni czaszy promiennika. Pomiary przeprowadzone zostały przy różnych odległościach promiennika od podłoża. Do eksperymentu użyto promiennika z bańką przezroczystą i rubinową. Temperatura na wierzchołku czaszy bańki przezroczystej wyniosła 650ºC, a na czaszy z bańką rubinową – 430ºC. Przy promienniku zawieszonym na wysokości 2 cm temperatura podłoża w przypadku promiennika z bańką przezroczystą wyniosła 410ºC, a z bańką rubinową – 320ºC. Dla wysokości 4 cm podłoże osiągnęło temperaturę 340ºC i 270ºC, przy wysokości 5 cm – 280ºC i 240ºC, a przy 10 cm – 230ºC i 180ºC.

W czasie eksperymentu stwierdzono ponadto, że w temperaturze podłoża 230ºC nastąpiło wydobywanie się dymu ze ścioły, a przy 280ºC – jej zwęglenie i tlenie się [10].

Obecnie na krajowym rynku dostępne są promienniki podczerwieni w szkle miękkim (np. IR1) o mocy 250 W, które w osi prostej w odległości 40 cm od wiszącej kopuły bańki osiągają temperaturę 50ºC, w odległości 20 cm – 100ºC, a w odległości 10 cm – 175ºC.

Podpalenia
Sprawcy przestępczych podpaleń dążą do uniknięcia odpowiedzialności karnej. Praktyka wskazuje, że przez podpalenie przestępca bardzo często zamierza zatrzeć ślady swojego czynu, np. zabójstwa, nadużyć finansowych, włamań z kradzieżą, gdyż ogień jest uważany za najlepszy środek zniszczenia śladów działalności przestępczej. Aby zapewnić sobie alibi sprawcy podpaleń wykorzystują także elektryczne źródła światła znajdujące się w obiekcie, w którym ma dojść do pożaru. Najczęściej są to żarówki zawinięte w materiał łatwopalny, np. tkaniny. W jednym z opracowań [11] opisano przypadek podpalenia za pomocą żarówki. Dotyczył on włamania do szkoły i kradzieży. Sprawca, chcąc zatrzeć ślady, owinął świecącą się żarówkę w płótno, a na podłodze ułożył papiery oraz szmaty. Po pewnym czasie płótno na żarówce się zapaliło, spadło na podłogę, zapaliło zgromadzone tam materiałów, co doprowadziło do pożaru budynku.

Ślady popożarowe
W przypadku żarówek oświetleniowych, promienników podczerwieni czy żarówek halogenowych może dojść do rozdzielenia żarnika świecącej żarówki. W miejscu rozdzielenia powstają niewielkie stopienia. Jeżeli w momencie przetopienia żarnika pęknie szklana bańka żarówki, żarnik szybko się utleni, a na jego powierzchni powstanie proszkowa struktura trójtlenku wolframu o barwie żółtej lub fiołkowej [6]. Podczas oględzin miejsca pożaru należy poszukiwać resztek szkła żarówki. Jeżeli z resztkami żarnika będą stopione odłamki szkła, to można przypuszczać, że żarówka świeciła się, a dany obwód elektryczny był pod napięciem. Jeżeli kawałki szkła są ostre i niestopione z żarnikiem, lecz wciśnięte między jego spirale, oznacza to żarówka nie świeciła się, a więc dany obwód nie był pod napięciem. Jeżeli pożar spowodowała żarówka zanieczyszczona nadmiarem osadu pyłu i kurzu, wtedy odłamki szkła będą miały silnie zabrudzenia spalonym osadem. [12]

Badania elektrotechniczne
Nie we wszystkich przypadkach można wyjaśnić okoliczności powstania i rozwoju pożaru na podstawie oględzin czy też informacji uzyskanych od osobowych źródeł dowodowych. Wątpliwe kwestie wymagają wyjaśnienia w wyniku ekspertyzy kryminalistycznej. Badania elektrotechniczne urządzeń oświetleniowych zabezpieczonych na miejscu pożaru pomagają ustalić, czy dane urządzenie w czasie pożaru było włączone do sieci elektrycznej i świeciło oraz czy mogło być przyczyną powstania pożaru. Aby określić możliwość zapalenia się materiałów palnych od urządzenia oświetleniowego, dokonuje się pomiaru temperatur za pomocą termopary doprowadzonej do podłogi kąta probierczego w różnych odległościach od szklanej banki żarówki oraz temperatury na powierzchni bańki ustawionej trzonkiem w odpowiednim kierunku (dół, bok, góra). W toku badań stwarza się także nienormalne warunki pracy danego urządzenia, np. poprzez osłonięcie powierzchni żarówki kocem z włókna szklanego. Pomiar temperatury dokonywany jest w miejscu stykania się bańki żarówki z nałożoną osłoną.

Badania żarówek polegają również na szczegółowych oględzinach ich żarników za pomocą aparatury mikroskopowej (mikroskopów stereoskopowych lub elektronicznych). Ich celem jest przede wszystkim ujawnienie deformacji żarników, śladów utlenień, nadtopień szkła, stopień rozdzielonych końcówek itp. Te ślady pozwalają pokazać , czy w trakcie zdarzenia żarówka się świeciła. [13]

Badania eksperymentalne mają ustalić, czy w określonych warunkach dane urządzenie mogło doprowadzić do zainicjowania spalania. Stanowisko do przeprowadzenia eksperymentu buduje się na podstawie danych uzyskanych z oględzin miejsca pożaru oraz z zeznań świadków. Warunki pracy danego urządzenia oświetleniowego podczas eksperymentu powinny być jak najbardziej zbliżone do warunków panujących na miejscu zdarzenia.

Należy dodać, że badania eksperymentalne z urządzeniami oświetleniowymi niejednokrotnie przyczyniają się do wyeliminowania związku badanego urządzenia z przyczyną powstania pożaru. Przykładem może być pożar w zakładzie produkcyjnym, gdzie wstępnie przypuszczano, że nieosłonięta żarówka standardowa o mocy 100 W spowodowała zapalenie się płyty pilśniowej o grubości 5 mm, znajdującej się w odległości 5 cm od szklanej bańki. Eksperyment przeprowadzony przez rzeczoznawcę całkowicie wyeliminował tę hipotezę. Ustalono bowiem, że płyta pilśniowa po 4 godz. ogrzewania żarówką o mocy 100 W z odległości 5 cm nagrzała się jedynie do 72º C. Taka temperatura nie wystarcza do zapoczątkowania procesu zapalenia się płyty, a więc nie mogła spowodować pożaru [14].

Tomasz Sawicki jest członkiem Polskiego Towarzystwa Ekspertów Dochodzeń Popożarowych

Literatura
[1] http://home.agh.edu.pl/ (wejście 24.03.2015).
[2] A. Siwik, K. Adamczyk, L. Ptasiński, Laboratorium elektroenergetyki przemysłowej, AGH 1997.
[3] T. Strzelecki, Urządzenia elektryczne. Ochrona przeciwpożarowa, Instytut Wydawniczy CRZZ, Warszawa 1972.
[4] R. Zieliński, Badania instalacji elektrycznej na miejscu pożaru, Wydawnictwo Problemów Kryminalistyki Warszawa 1992.
[5] R. Chybowski, Bezpieczeństwo pożarowe i porażeniowe eksploatacji urządzeń elektrycznych, SGSP, Warszawa 2012.
[6] J. Jaworski, Ustalenie przyczyny powstania pożaru. Urządzenia grzejne, ich charakterystyki termiczne i badania elektrotechniczne. Poradnik, Medium Grupa, Warszawa 2014.
[7] K. Pukacka, Urządzenia elektryczne. Profilaktyka pożarowa, Instytut Wydawniczy Związków Zawodowych, Warszawa 1982.
[8] R. Zieliński, Charakterystyki termiczne urządzeń grzejnych, Wydawnictwo Zakładu Kryminalistyki KGMO, Warszawa 1983.
[9] Elektrotechnika i elektronika dla nie elektryków, praca zbiorowa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1999.
[10] R. Zieliński (red.), Problematyka badań elektrotechnicznych w kryminalistyce, M. Mandryk, Zagrożenie pożarowe w hodowli zwierząt przy ogrzewaniu promiennikami, Wydawnictwo Centralnego Laboratorium Kryminalistycznego KGP, Warszawa 1994.
[11] B. Hołyst, Kryminalistyczna problematyka pożarów Wydawnictwo Zakładu Kryminalistyki KGMO, Warszawa 1962.
[12] P. Borowski, F. Pawłowski, Pożar. Przyczyny, przebieg, dochodzenie, Arkady 1981.
[13] M. Goc, J. Moszyński (red.), Ślady kryminalistyczne. Ujawnione, zabezpieczone, wykorzystane Difin 2007.
[14] B. Przysłupski, Badania popożarowe urządzeń elektrycznych, Przegląd Pożarniczy 9/1978.