Pożary od elektrycznych urządzeń grzejnych

W wielu urządzeniach elektrycznych np. piecach, kuchenkach, ogrzewaczach wnętrzowych, grzałkach nurkowych czy żelazkach, energia elektryczną zamieniana jest na energię cieplną. Urządzenia te, nazywane urządzeniami grzewczymi, elektrotermicznymi lub częściej grzejnymi są bezpieczne pod względem pożarowym tylko pod warunkiem ich prawidłowej eksploatacji.

 Według danych statystycznych KG PSP, co roku w naszym kraju dochodzi średnio do 500 pożarów, których przyczyny są związane z eksploatacją elektrycznych urządzeń grzewczych. Według strażaków około 30 proc. z nich wynika z nieprzestrzegania zaleceń eksploatacyjnych.

Fot. 1. Fragment spalonej deski do prasowania zainicjowany rozgrzaną stopą żelazka

Najczęściej pożary powstają z powodu: niewłaściwej eksploatacji i montażu urządzeń grzejnych, ustawienia zbyt blisko materiału palnego, przypadkowego lub celowego przykrycia rozgrzanej obudowy, nieprofesjonalnych przeróbkach elementów obwodu elektrycznego, demontażu lub bocznikowaniu regulatorów i czujników temperatury czy też braku badań eksploatacyjnych wymaganych instrukcjami [2]. Przyczyniają się do nich także włączone do sieci niektóre rodzaje żarówek - należy je traktować tak samo jak urządzenia grzejne, bowiem 90 proc. energii jest w nich zużywane na wytwarzanie energii cieplej.

Elektryczne urządzenia grzejne

Elektryczne urządzenia grzejne są to urządzenia lub zespół urządzeń do celowego przetwarzania energii elektromagnetycznej w energię cieplną. Ich zasady działania są różne. Do najbardziej rozpowszechnionych można zaliczyć urządzenia rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe oraz promiennikowe.

Ze względu na wartość temperatury, w której odbywa się proces grzewczy (temperatury roboczej), wyróżnia się:

• urządzenia niskotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika nie przekracza 300°C (T£ 300°C),
• urządzenia średniotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika zawiera się w granicach 300ºC • urządzenia wysokotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika przekracza 1300°C (T³ 1300°C).

W gospodarstwach domowych można spotkać najrozmaitsze elektryczne urządzenia grzejne. Różnią się wielkością, konstrukcją, przeznaczeniem i mocą grzejną. Ta ostatnia nie przekracza zwykle 1000 W, choć zdarzają się urządzenia z mocą nawet dwukrotnie większą (np. termowentylatory czy dwupalnikowe kuchenki).

Fot. 2. Rozżarzona grzałka w czajniku z uszkodzonym ogranicznikiem temperatury

W urządzeniach gospodarstwa domowego stosuje się dwa typy grzejników: z otwartymi elementami grzejnymi, które charakteryzują się szybkim nagrzewaniem do temperatury ok. 900°C po włączeniu i szybkim stygnięciem po wyłączeniu, oraz z elementami grzejnymi krytymi, które wolniej się nagrzewają. Najczęściej element grzejny występuje w postaci drutu, taśmy lub pręta z materiału oporowego. To on jest zasadniczą częścią elektrycznego, oporowego urządzenia grzejnego, w którym dokonuje się przemiana energii elektrycznej w ciepło.

Fot. 3. Grzałka nurkowa ujawniona na pogorzelisku

Ze względu na przeznaczenie można wyróżnić grupy elektrycznych domowych urządzeń grzejnych:

• grzejniki do ogrzewania pomieszczeń (np. konwekcyjne, akumulacyjne, wentylatorowe, kominkowe, promiennikowe, panelowe, podłogowe, podgrzewacze łazienkowe),
• grzejniki do nagrzewania cieczy (np. bojlery, ogrzewacze przepływowe, grzałki nurkowe, podgrzewacze),
• naczynia grzejne (np. garnki, patelnie, naczynia do smażenia, szybkowary),
• kuchenki do nagrzewania naczyń i ich zawartości (kuchnie, kuchenki, kuchenki mikrofalowe, płyty grzejne, piekarniki, podstawki),
• przyrządy do nagrzewania żywności (np. piece chlebowe, rożna, frytkownice, opiekacze),
• narzędzia grzejne (np. lutownice, żelazka, parniki, zapalarki, opalarki, suszarki do włosów, suszarki łazienkowe, suszarki do naczyń) [3].

Zagrożenie pożarowe

Urządzenia grzejne stosowane w gospodarstwach domowych powinny być tak skonstruowane, by ich uruchamianie i obsługa w czasie normalnego użytkowania nie sprawiała kłopotów przeciętnym użytkownikom, niemającym wykształcenia technicznego. Muszą mieć także odpowiednio opracowaną, zrozumiałą dla wszystkich instrukcję obsługi. W wyniku prawidłowej eksploatacji urządzeń grzejnych oddawane do otoczenia ciepło jest właściwie wykorzystywane, w innym przypadku, oddawane ciepło w postaci promieniowania lub konwencji może stanowić potencjalne źródło pożaru.

Fot. 4. Stopiony i spalony czajnik elektryczny znaleziony na pogorzelisku

Jeśli powierzchnia grzejna urządzenia styka się bezpośrednio z podłożem, powstaje duża akumulacja ciepła. Jeżeli podłoże jest wykonane z materiału będącego złym przewodnikiem ciepła, to po pewnym czasie nagromadzona energia cieplna spowoduje wzrost temperatury podłoża ponad temperaturę zapalenia niektórych materiałów palnych. Przykładowo, żelazko z termostatem o mocy 750 W po 25 minutach pracy w zetknięciu z drewnianą powierzchnią wytworzy temperaturę 392°C, lutownica grzałkowa o mocy 250 W położona na drewnianej powierzchni po 30 minutach wytworzy w miejscu styku temperaturę 460ºC [4], a grzałka nurkowa o mocy 1000 W już po 4 minutach w miejscu zetknięcia się elementu grzejnego z powierzchnią płyty wiórowej wytworzy temperaturę 860ºC [2].

Szczególne niebezpieczeństwo pożaru stwarza akumulacja ciepła w przypadku przykrycia (osłonięcia) elementu grzejnego materiałem będącym złym przewodnikiem ciepła. W takiej sytuacji akumulowana energia cieplna powoduje duży wzrost temperatur w miejscu styku danego materiału z urządzeniem grzejnym. Przykładowo, w miejscu przykrycia lutownicy grzałkowej o mocy 250 W wytworzy się temperatura wynosząca 650ºC. Żarówka tradycyjna o mocy 75 W w miejscu styku bańki szklanej z materiałem akumulującym osiąga temperaturę 332°C [4].

Fot. 5. Fragment rozerwanego zbiornika do podgrzewania wody

Grzałki nurkowe oraz naczynia grzejne powinny być chłodzone wodą. Pozbawienie ich możliwości intensywnego chłodzenia, z jednoczesnym brakiem lub uszkodzeniem wyłącznika termicznego, doprowadza do wytworzenia w nich wysokiej temperatury, która może spowodować zapalenie znajdujących się w pobliżu materiałów palnych. Przykładowo grzałka nurkowa o mocy 1000 W grzejąca wodę w metalowym garnku, po jej wyparowaniu, doprowadzi dno garnka do temperatury 511°C po 168 minutach od włączenia grzałki [2].

Niebezpieczne bywa uszkodzenie zabezpieczeń termicznych w elektrycznych podgrzewaczach wody. Uszkodzenie termoregulatora oraz ogranicznika temperatury powoduje ciągłe nagrzewanie, którego konsekwencją może być zapalenie obudowy, a w przypadku braku lub uszkodzenia zaworu bezpieczeństwa najczęściej dochodzi do rozerwania zbiornika bojlera i uszkodzenia pomieszczenia, w którym się znajdował. Na przykład terma z uszkodzonymi zabezpieczeniami termicznymi o pojemności 5 l i mocy 1500 W po 150 minutach na powierzchni metalowego zbiornika osiągnie temperaturę 600°C [4]. We wszystkich tych przykładach nastąpi zapalenie materiału palnego.

Najczęściej od domowych urządzeń grzejnych zapalają się stałe materiały palne wykonane z surowców włókienniczych (np. tkaniny pościelowe, dekoracyjne, bielizna, odzież), surowców drzewnych (np. papier, tektura, meble) oraz z tworzyw polimerowych (np. wyposażenie mieszkania). Temperatura zapalenia tych materiałów mieści się w granicach 250-500ºC. Na przykład gazeta ulega zapaleniu już przy 230ºC, tkanina bawełniana - 255ºC, wyroby gumowe - 260°C, drewno 270-400ºC, tektura 300-360ºC, płyty paździerzowe 320-350ºC, a wyroby z tworzyw sztucznych 310-520ºC [5].

Można zatem przyjąć, że niebezpieczna pożarowo dla wielu materiałów palnych jest średnio temperatura 300ºC.

Fot. 6. Farelka nieprawidłowo osadzona w obudowie drewnianej ze śladami nadpaleń

Rozkłady temperatur

Aby uzyskać informację o temperaturze, która może powstać na powierzchni przenośnych urządzeń grzejnych, przeprowadzono badania elektryczne [2] przedstawiające rozkłady temperatur i charakterystyki termiczne tych urządzeń. Ich wyniki świadczą o tym, że szczególne niebezpieczeństwo powstania pożaru stwarza akumulacja ciepła w przypadku przykrycia urządzenia grzejnego osłoną źle przewodzącą ciepło. Ryzyko wzrasta, jeżeli taka osłona wykonana jest z materiału palnego.

Jak wynika z tabeli 2, prawie wszystkie z badanych urządzeń przy maksymalnej mocy grzejnej w warunkach niewłaściwej eksploatacji potrafią wytworzyć temperaturę na tyle wysoką, że będzie zdolna do zapalenia wielu materiałów palnych. Temperaturę niższą od przyjętej jako niebezpieczna pożarowo osiągnęła osłona elementu grzejnego w suszarce do włosów, może ona jednak spowodować zapalenie papieru. W przypadku niektórych suszarek nawet pozostawienie ich podłączonych do gniazda zasilania może po pewnym czasie spowodować przegrzanie, a tym samym stworzyć zagrożenie pożarowe. Jedynie grzejnik olejowy osiągnął temperaturę, która jest zbyt niska, by spowodować zapalenie materiałów palnych przykrywających element grzejny.

Fot. 7. Żelazko z przewodem przyłączeniowym ujawnione na pogorzelisku

W tabeli 3 przedstawiono minimalny czas, po jakim dane urządzenie grzejne będzie stanowić zagrożenie pożarowe. Temperatura mierzona była na elemencie grzejnym, jego osłonie lub obudowie podczas pracy urządzenia w normalnych warunkach eksploatacji (nieosłonięte) lub pod przykryciem (osłonięte).