SAMMENDRAG OG KONKLUSJONER...

Transkript

1

2

3 2 INNHOLDSFORTEGNELSE SAMMENDRAG OG KONKLUSJONER INNLEDNING Bakgrunn Problemstilling Hva er kunnskapsnivået med hensyn til elektriske branner? Hvor raskt oppstår brann på grunn av elektrisk feil og varmgang fra elektrisk utstyr? Pyrofort materiale Målsetting for prosjektet FORSØKSUTRUSTNING Forsøksoppsettet Eldetektoren Virkemåte Eldetektoren i praktisk bruk i forsøkene Målesystemet Måleparametere Loggesystemet Aktuelle elfeil: FORSØK I Forsøksperioder Innledende forsøk uten elfeil Løse koblingspunkter og høy strøm Løse koblingspunkter, vibrasjoner og høy strøm Resultater og diskusjon av resultater Uten elektrisk feil Løse koblingspunkter Løse koblingspunkter og vibrasjoner Effektutviklingen i koblingspunktene Hva skyldes de lokale skadene? FORSØK I Generelt Forsøksperioder Forsøksresultater Høy strøm i løse koblingspunkter uten vibrasjoner Lav strøm, løse koblinger uten vibrasjoner Høy strøm, løse koblinger og vibrasjoner Hva er årsaken til den lokale temperaturøkningen i koblingspunktene? Videre arbeid om hvordan elfeil forårsaker brann Skyldes varmgang i elmateriell gløding eller serielysbue? Vil lysbuedetektoren også gi alarm ved glødende koblingspunkt? Hvordan fører varmgang i elmateriell til brann? Vil lavere strøm føre til mer stabil varmgang og brann enn høy strøm? Hvordan er det mulig å tidsakselerere "el og brann? Problemstillinger reist av DSB vedr. lysbuer og varmgang i koblingspunkter38 5 LAVTEMPERATUR VARMEPÅVIRKNING FRA ELUTSTYR Innledning Antennelsestemperaturen for tre og andre cellulosematerialer Beskrivelse av problemet med pyrofore materialer...41

4 3 5.4 Beskrivelse av to branntilfeller Beskrivelse av et branntilfelle som trolig skyldtes pyrofort tre Beskrivelse av et branntilfelle som sannsynligvis ikke skyldtes pyrofort tre Betingelser for dannelse av pyrofort materiale Observasjoner som kan gjøres i forkant av en farlig situasjon Regler og forskrifter for maksimal varmeeksponering fra utstyr Elektriske golvvarmeanlegg Ildsteder, fyringsanlegg og skorsteiner SINTEF NBLs vurderinger Forsøksresultater Videre arbeid Hvilke varmedoser skal til for å antenne forskjellige trematerialer?...48 REFERANSER...49

5 4 SAMMENDRAG OG KONKLUSJONER Brann pga elektrisk feil i installasjonsmateriell Det er gjennomført forsøk med et elektrisk anlegg, hvor det ble introdusert elektriske feil i elmateriell. Dette ble gjort for å undersøke om slike feil kan føre til brann. Temperatur, strømstyrke, spenning og motstand ble målt i stikkontakter, støpsler, koblingsbokser, kabelgjennomføringer og downlights. Sannsynligheten for at det skal oppstå brann i installasjonsmateriell er egentlig temmelig lav. At det likevel oppstår en del branner i boliger hvert år i elmateriell, skyldes det store mengden av slikt materiell. Sannsynligheten for å oppnå brann i laboratorieforsøk med slikt materiell i løpet av noen måneder er derfor temmelig lav, hvis man ikke provoserer det elektriske anlegget, med for eksempel løse koblingspunkter, høy strøm, vibrasjoner, hyppige utkoblinger av anlegget (strømbrudd), spenningsstøt etc. Dette er påvirkninger som relativt hyppig kan forekomme i elektriske anlegg. Koblingspunktene der elektriske ledninger kobles til elmateriell er det svake punkt i elektriske anlegg, spesielt løse koblingspunkter. Løse koblingspunkter i elmateriell, kombinert med vibrasjoner og høy strøm (16 A), førte relativt rask til varmgang i koblingspunktet, som igjen førte til smelting av metall og sterk forkulling av plasten rundt koblingspunktet. I et tilfelle ble også selve dekselet til stikkontakten termisk skadet, og sponplateveggen over stikkontakten ble sviskadet. Det kan stilles spørsmål om en annen veggkonstruksjon og tapet på veggen kunne ha medført antennelse av tapetet og brannspredning i veggen. Termoelementer kunne ikke plasseres i selve koblingspunktet fordi de smeltet, slik at de ble ødelagt. Det ble målt temperaturer i området C ca 5 mm fra koblingspunktet, inne i stikkontakten. Temperaturen var sannsynligvis vesentlig høyere i selve koblingspunktet, trolig over 1000 C, ettersom koblingspunktet smeltet. Den maksimale effektutviklingen i koblingspunktet i stikkontakten var ca W, mot 0,1-0,5 W i godt tilskrudde koblinger. Høy strøm (16 A) i løse koblingspunkter førte trolig til ustabil varmgang, fordi koblingspunktet smeltet så mye at det oppstod strømbrudd eller kortslutning. Løse koblingspunkter og høy strøm, uten vibrasjoner, kunne også medføre varmgang og relativ svak forkulling av koblingspunktet, men varmgangen var mer beskjeden og hadde vesentlig lavere sannsynlighet. Løse koblingspunkter, vibrasjoner og lav strøm (2-3 A) medførte ikke nevneverdig varmgang. Perioden med disse forsøksbetingelsene ble imidlertid for kort til å trekke entydige konklusjoner med hensyn til at dette ikke kunne utgjøre noen brannfare. Brann på grunn av lavtemperatur varmepåvirkning fra belysning Forsøk med en innfelt downlight i isolerte tak (i nærheten av innfelt lysarmatur) har vist at det oppsto raskt en konstant temperatureksponering av tre i området C. Til tross for at denne varmeeksponeringen pågikk i vel et halvt års tid, medførte dette at treet bare ble svakt brunsvidd. Slike forsøk må gå over meget lang tid, trolig flere år, før pyrofore materialer kan dannes, som senere kan medføre brann. Pyrofort treverk kan dannes på grunn av langvarig lavtemperatur varmepåkjenning av tre, slik at treet blir termisk nedbrutt, uttørret og porøst. Slikt tre kan, hvis det er i varmeisolerende forhold, selvantenne på grunn av temperatureksponering så lavt ned som 80 C. Dette er vesentlig lavere enn antennelsestemperaturen for tre, som ligger i området C. Dersom tre blir antent på grunn av en temperatureksponering under 250 C, må antennelsen skyldes pyrofort tre. Hvis derimot temperatureksponering er over 250 C, skyldes antennelsen direkte antennelse (pilot- eller spontanantennelse).

6 Antennelsen skjer ikke ved den temperaturen treet ble eksponert for, men ved minimum 250 C. Oppvarmingen til 250 C skjer ved selvoppvarming, på grunn av effektiv oksidasjon av forkullet og porøst tre. Det er vanskelig å forstå at pyrofort materiale vil dannes på en fri overflate av små og konsentrerte varmekilder som belysning og annet elmateriell, på grunn av for stort varmetap. Man må trolig opp i vesentlig høyere temperaturer for å oppnå antennelse i dette tilfellet. Varmeeksponering inne i trevegg /-tak med isolasjon fra for eksempel innfelt halogenbelysning kan trolig medføre dannelse av pyrofort tre, som kan føre til brann ved lavtemperatur varmeeksponering, godt under antennelsestemperaturen for tre. 5

7 6 1 INNLEDNING 1.1 Bakgrunn Problemstilling Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB) har henvendt seg til SINTEF NBL for å få belyst følgende problemstilling: Et viktig tema innen det totale brannsikkerhetsarbeidet, som forvaltes av produktsikkerhetssiden i DSB, er i hvilken grad en elektrisk feil i installasjonsmateriell og lavtemperatur varmepåvirkning fra belysning og annet elutstyr/-materiell er i stand til å forårsake brann i boliger. Det man i stadig større grad erfarer ifølge det svenske tidsskriftet Brand & Rädning (nr 9-10, 2004), er at mens elektriske feil og sterk varmgang, i for eksempel en stikkontakt, tidligere medførte at brannen stoppet i kontakten, erfarer man nå i mye større grad at brannen sprer seg videre til bygningskonstruksjonen. Dette kan være et resultat av at det benyttes plastprodukter som brenner for lett. Stikkontakter tidligere ble laget av solid bakelitt, mens de nå blir laget av tynn termoplast, som smelter ved lave temperaturer. Elektrisk feil er ifølge DSBs brannstatistikk er (hvis man antar at de brannene med ukjent brannårsak har samme fordeling som de med kjent brannårsak) årsaken til grovt anslått hver fjerde brann i Norge. Brann på grunn av elektriske anlegg og utstyr er en trussel som alle må leve med, uansett hvor godt man sikrer seg. Det er umulig å sikre seg 100 % mot en slik brannårsak. Det brøt for eksempel ut brann i en sofa i kongeparets dagligstue på Skaugum i Brannen ble forårsaket av at en leselampe med halogenpære veltet og falt ned i en sofa, slik at sofaen tok fyr (Dagbladet ) Hva er kunnskapsnivået med hensyn til elektriske branner? Sannsynligheten for brann i en komponent i en elektrisk installasjon er egentlig i utgangspunktet temmelig lav. Dette kan fastslås på grunnlag av antall branner pr år i forhold til det totale antallet stikkontakter i boliger i Norge. Det var ifølge DSBs brannårsaksstatistikk i tiårsperioden i gjennomsnitt ca 75 branner pr år på grunn av elektrisk feil i installasjonsmateriell i boliger i Norge. Dette tallet viste en stigende tendens i løpet av tiårsperioden. Disse brannene utgjorde nærmere 8 % av boligbrannene, som ble etterforsket av politiet (Stensaas-1, 2007)). Den reelle andelen er trolig høyere, på grunn av at en stor andel av brannene med ukjent årsak (15-20 %), sannsynligvis skyldes elektrisk feil. Branner som skyldes elektrisk feil kan være vanskelige å påvise, særlig i de tilfeller hvor brannen har forårsaket overtenning av boligen. SINTEF NBL har gjennomgått statistikk i Norge for de siste ti år (fra DSB, basert på innrapportering fra politi og det lokale eltilsyn (DLE)). Det ble funnet at 49 % av brannene i elektriske anlegg skyldes serielysbue. NFPA (National Fire Protection Association) i USA har på grunnlag av tilsvarende statistikk, basert på vel branner pr år i elektrisk installasjonsmateriell og belysning, funnet at 47 % av brannen skyldes en eller annen form for kortslutning, mens bare 6 % skyldes serielysbue. Elektrisk strøm er stort sett det samme i USA og Norge, til tross for noe forskjellig spenning, strømstyrke og frekvens. Dette indikerer at brannetterforskere tolker elektrisk feil forskjellig, sannsynligvis på grunn av at årsaken til elektriske branner enda ikke er forstått skikkelig.

8 7 I SINTEF-rapporten fra 2007 (Stensaas-1, 2007), som er en oppsummering av de viktigste resultatene fra internasjonal forskning på dette feltet, konkluderes det med at serielysbuer som brannårsak så å si ikke omhandles i det hele tatt som årsak til branner i internasjonal brannlitteratur. Det fokuseres vesentlig mer på varmgang og gløding i løse koblingspunkter, lavnivå kortslutning og krypestrøm (arc tracking) som årsak til branner i boliger. Det blir også hevdet av branneksperter internasjonalt at prosessene som fører til brann på grunn av elektrisk feil ikke er forstått skikkelig ennå (Babrauskas, 2005). Det blir slått fast at det er gjennomført lite systematisk forskning på dette feltet. Dette til tross for at grovt anslått hver fjerde brann i boliger har sammenheng med elektrisk feil i elektrisk anlegg eller elektrisk utstyr. 1.2 Hvor raskt oppstår brann på grunn av elektrisk feil og varmgang fra elektrisk utstyr? Det er en vanlig oppfatning i dag at det tar lang tid fra en elektrisk feil oppstår, til det blir brann. Det kan imidlertid i noen tilfeller ta forbausende kort tid ved kraftig varmgang eller lysbuer. Dersom temperaturen er over antennelsestemperaturen til aktuelle materialer, vil varmgang fra elmateriell og elutstyr kunne føre til brann relativt raskt. Hvis derimot temperaturen i for eksempel belysning er lavere enn antennelsestemperaturen, kan det likevel oppstå brann. Ved langvarig, lavtemperatur varmepåkjenning (vesentlig under 250 C) kan det dannes pyrofort (selvantennelig) materiale, som kan forårsake brann. Det kan ta flere måneder og år før brann oppstår på grunn av varmgang fra for eksempel belysning eller annet elektrisk utstyr. 1.3 Pyrofort materiale Det blir hevdet at temperaturer ned mot 80 C har forårsaket brann i trekonstruksjoner (Babrauskas-2, 2001), til tross for at tre har en antennelsestemperatur i området C. Det skjer en form for selvoppvarming på grunn av oksidasjon av nedbrutt tre. Dette er tre som er blitt forkullet, tørt, sprøtt og porøst (pyrofort materiale) på grunn av langvarig, lavtemperatur varmepåkjenning i oksygenfattige omgivelser. Dersom det samtidig er gode isolerende forhold, slik at varmeproduksjonen blir større enn varmetapet, vil temperaturen stige. Hvis temperaturen i tre stiger til ca 250 C, vil treet kunne selvantenne og begynne å brenne. Jo høyere temperaturen er på varmekilden (men under 250 C), jo raskere vil det oppstå brann. Branner på grunn av pyrofort tre vil vanligvis ta lang tid før brann utvikler seg, vanligvis flere måneder og år. 1.4 Målsetting for prosjektet Målsettingen for prosjektet er å finne ut hvordan elektriske installasjoner (med elektrisk feil) og varmpåvirkning fra elektrisk utstyr og materiell i vanlig bruk (uten elektrisk feil, primært belysning) forårsaker brann i boliger, både ved høytemperatur og lavtemperatur varmepåkjenning. Med dette menes varmepåkjenning med temperaturer som henholdsvis ligger over og under antennelsestemperaturen til materialet. For å undersøke dette, skulle det gjennomføres forsøk i SINTEF NBLs laboratorium. Forsøkene skulle gi en bedre forståelse for hvilke mekanismer som fører til lokal temperaturøkning i elektrisk installasjonsmateriell, og hvordan dette medfører stor varmepåkjenning av brennbare materialer og til slutt antennelse og brann. Dette skal gi bakgrunnskunnskap for målrettede tiltak innen det forebyggende arbeidet og enklere forklare årsaken til elektriske branner.

9 8 2 FORSØKSUTRUSTNING 2.1 Forsøksoppsettet Det er blitt gjennomført forsøk i et elektrisk anlegg i SINTEF NBLs laboratorium. Elektriske feil er introdusert i elektriske installasjoner i anlegget, for å undersøke om disse kan føre til lokal oppvarming og eventuelt til brann. Det er koblet opp et elektrisk system i laboratoriet til SINTEF NBL, som skal simulere et elektrisk anlegg i en bolig. Tabell 2.1 viser beskrivelse av type elektrisk installasjonsmateriell som er koblet opp, mens Figur 2.1 viser forsøksoppsettet. Det er koblet opp stikkontakter, koblingsbokser, koblingsklemmer, kabler, 12 V og 220 V downlights, lysrør, etc. i to 16 A strømkretser. Det elektriske systemet er, som det fremgår av Figur 2.1a, bygget inn i et brannsikkert rom, hvor brann kan oppstå, uten at det ville forårsake brannspredning til resten av laboratoriet. Dermed kan strømmen stå på kontinuerlig, uten at man trenger å være redd for at det skal oppstå brann når det ikke er folk tilstede. Det elektriske systemet er montert på realistiske veggkonstruksjoner ( veggbokser ), med isolasjon og brennbar veggkledning, slik som sponplate med tapet. I tillegg vil elmateriell ha forurensninger, slik som støv, skitt, lo ( hybelkaniner ) og lignende. a) b) Figur 2.1: Bilde b) viser bl.a. stikkontakter montert på veggbokser som skal tilsvare vanlige vegger i boliger. Det elektriske systemet er plassert i et brannsikkert rom, se bilde a). På ytterveggen vises noe av det avanserte målesystemet som brukes under testene, for kontinuerlig registrering av temperatur, strøm og spenning. Det er montert opp to 2 x 16 A kurser som kan ha opp til 9 objekter (stikkontakter, brytere, kabler etc.) i hver kurs, det vil si totalt 18 objekter. Objektene er montert inn i realistiske vegg- eller takkonstruksjoner med isolasjon. Et målesystem for kontinuerlig måling og logging av temperatur, spenning og strøm (12 V) er bygd opp og koblet til elsystemet (230 V). Det brannsikre rommet er bygget opp av Leca-blokker, hvor objektene er isolert fra hverandre ved hjelp av gipsplater, for å hindre brannspredning til naboobjektene. Systemet ble våren/forsommeren 2007 satt i drift i en periode, uten å introdusere elektriske feil. Dette ble gjort for å eliminere feil og svakheter i målesystemet og objektene, og for å etablere disse forsøkene som referanseforsøk til senere forsøk med elektriske feil.

10 9 Tabell 2.1: Oversikt over forskjellig elektrisk utstyr som er koblet opp i forsøksoppsettet. Objekt nr. 1 2 Kurs 1 (16 A) Kurs 2 (16 A) Beskrivelse Fabrikat nr. Objekt Beskrivelse Dobbel stikkontakt*, utenpåliggende, skrue Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, fjærkobling påliggende Dobbel stikkontakt, uten- Biltema 11 Dobbel stikkontakt, uten- Fabrikat Elko 10 Dobbel stikkontakt, innfelt, Elko 3 Dobbel stikkontakt, innfelt Elko 12 påliggende 4 Koblingsklemme, fjærkobling Clas Dobbel stikkontakt, utenpåliggende 13 Ohlson 5 Koblingsboks, skruekobling Halogen spotlight innfelt i (sukkerbit) mm isolert tak, 230 V 6 Kabel gjennom 20 mm isolert Halogen spotlight innfelt i vegg u/rørgjennomføring mm isolert tak, 12 V m/trafo 7 Koblingsboks, fjærkobl. m/lås Wago 16 Ledig for el.materiell/utstyr 8 Koblingsboks, fjærkobl. u/lås Wago 17 9 Kabel gjennom isolert vegg, 2,5 mm 2 u/rørgjennomføring 17 * Denne ble senere (i forsøkene i 2008) byttet ut med en dobbel stikkontakt. Elko Elko Elko Elko Elko Figur 2.2: En prinsippskisse for elsystemet.

11 10 Det som forbrukte strøm i de to strømkretsene var to stråleovner med trinnløs regulerbar effekt. På denne måten kunne strømforbruket reguleres i området 0-18 A og avgi en effekt på i området 0-4 kw. Figur 2.3: Bildet viser de to stråleovnene med trinnløs regulerbar effekt som utgjorde strømforbruket i de to strømkretsene. 2.2 Eldetektoren Virkemåte Gjensidige forsikring har for tiden under utvikling en såkalt lysbuevakt eller eldetektor. Eldetektoren, som vises i Figur 2.4, ble installert i forsøksoppsettet for å undersøke hvilke elfeil denne gir alarm på. Eldetektoren er et sikkerhetsprodukt som skal installeres i sikringsskapet. Produktet vil ved hjelp av algoritmer gi alarmer dersom det er en elektrisk feil i form av lysbue i det elektriske anlegget. Dette produktet er utviklet av firmaet PowerCraft.Net for Gjensidige forsikring. Det var et ønske fra Geir Ottersen ved DSB (kontaktperson for prosjektet i 2006 og deler av 2007) at dette systemet skulle testes i prosjektet. Figur 2.4: Eldetektoren som er blitt installert i forsøksoppsettet.

12 11 En lysbue, som er en høytemperatur elektrisk utladning, oppstår når det er løse koblingspunkter i det elektriske anlegget. Dersom det er et lite gap mellom ledere som skulle vært sammenkoblet, vil strømmen hoppe over gapet, dersom spenningen er tilstrekkelig høy. Ved hjelp av algoritmer skal eldetektoren i følge produsenten PowerCraft.Net klare å oppdage feil i det elektriske anlegget på mindre enn ett sekund. Når en feil er oppdaget, gis det alarm som utløses ved en lysindikator på enheten, samt et lydsignal på et eksternt betjeningspanel. Noen elektriske apparater genererer lett lysbuer, for eksempel en elektrisk drill eller sveiseapparat. Ved slik normal bruk vil ikke alarmen utløses, fordi motoren har et regelmessig strømtrekk. Hvis man hyppig skrur av og på drillen, vil alarmen utløses, fordi dette ikke oppfattes av enheten som et regelmessig strømtrekk. Ved alarm må man derfor være oppmerksom på hva slags elektrisk utstyr som benyttes. Eldetektoren er designet til å oppdage lysbuer på strømnettet. En lysbue er karakterisert av ikke-periodisk støy som avtegner seg på strømkurven. Strategien for å oppdage en lysbue er ifølge produsenten PowerCraft.Net å sammenligne to påfølgende perioder av signalet ved å beregne differansen mellom de to signalene. Signaler med periodisitet vil dermed bli filtrert bort, inkludert periodisk støy. En virkelig lysbue, som medfører ikke-periodisk støy, vil dermed bli detektert ved å analysere irregulariteten. Eldetektoren kan benyttes til å finne ut om elektrisk feil på grunn av løse koblinger skyldes serielysbue eller glødende koblingspunkter, eller begge i kombinasjon. Hvis det oppstår lokal varmgang i et koblingspunkt uten at eldetektoren gir alarm, vil det være en klar indikasjon på at det ikke er snakk om en serielysbue, men et glødende koblingspunkt. Dersom den gir alarm, kan varmgangen skyldes enten serielysbue, eller en kombinasjon av disse to fenomenene Eldetektoren i praktisk bruk i forsøkene Umiddelbart etter at eldetektoren ble satt i drift i anlegget, gikk den i alarm ved at den hele tiden stod og blinket. Ifølge PowerCraft.Net skyldtes dette sannsynligvis at den ikke var kalibrert eller innstilt riktig. PowerCraft.Net var ved SINTEF NBL for å gjennomføre kalibreringen av eldetektoren, men det ble oppdaget at eldetektoren hadde feil. Den ble tatt med tilbake for reparasjon. Eldetektoren ble etter dette ikke installert igjen i det elektriske anlegget. 2.3 Målesystemet Måleparametere Målesystemet kan inndeles i to deler, nemlig fellesmålinger og objektspesifikke målinger. Fellesmålingene består av følgende målinger: 1. Kursstrøm (1-18 A) 2. Kursspenning ( V) 3. Romtemperatur De objektspesifikke målingene består av følgende målinger: 1. Spenningen (i mv) over hvert objekt 2. Differansetemperaturen i koblingspunktet i hvert objekt.

13 12 Differansetemperaturen er temperaturforskjellen mellom temperaturen i den enkle strømførende stikkontakten til høyre, og den tilsvarende, ikke strømførende stikkontakten, til venstre. Differansetemperaturen blir dermed det samme som temperaturøkningen i målepunktet i stikkkontakten. Hensikten med å måle temperaturdifferanse på denne måten, er at målingene blir mer nøyaktige. Selve termoelementet i alle objekter, både de med og uten løst koblingspunkt, er koblet til kontaktpunktet L for Live, og det er dette punktet som eventuelt har løs kobling. Termoelementet som måler temperaturen er ikke plassert i berøringspunktet mellom leder og koblingsskruen i for eksempel en stikkontakt, men 3-4 mm fra dette stedet, på motsatt side av messingfjæren som holder pinnene til støpselet på plass. Figur 2.5: Bildet viser prinsippet for måling av differansetemperaturen for et objekt (en enkel stikkontakt objekt 1). Differansetemperaturen er det samme som temperaturøkning i målepunktet i forhold til en tilsvarende strømløst målepunkt i et objekt Loggesystemet Målesystemet som ble benyttet under forsøkene er vist i Figur 2.7. Ettersom selve målesystemet er et system basert på 12 V, som måler på et 230 V i et elektrisk anlegg, må det installeres en skilleforsterker mellom dataloggerne (på bordet i Figur 2.7) og det elektriske anlegget. Figur 2.9, Figur 2.10 og Figur 2.11 viser prinsippskisser for dette i henholdsvis objekter koblet i serie, innfelte halogenlamper og kabel gjennom vegg. Systemene med brytere for objekter i serie er laget for å enkelt å kunne skifte ut objekter, halogenlamper og kabel gjennom vegg, uten å måtte koble fra strømmen for hele elektriske anlegget. To skilleforsterkere (én for temperatur og én for spenningen for hvert objekt) ble montert mellom det elektriske anlegget og dataloggerne. To skap med skilleforsterkere ble, som det fremgår av Figur 2.7, montert på den ene kortveggen til rommet av Leca-blokker. På bordet foran veggen ligger to IMP-stasjoner som ble benyttet i første forsøksperiode (høsten 2007).

14 13 Figur 2.6: Bildet viser en boks av sponplater med en 12 V downlight med en kloss som skal simulere en trebjelke i nærheten. Et termoelement er plassert på klossen (se pilen), og et termoelement er plassert på utsiden av kassen. Temperaturen som registreres av målesystemet er dermed differansen mellom disse temperaturene. Hensikten med å måle temperaturdifferanse på denne måten, er at målingene blir mer nøyaktige. Kassen med downlight ble fylt med Rockwool-isolasjon før det ble koblet til strøm. Figur 2.7: Bildet viser målesystemet som bestod av to skap med skilleforsterkere plassert på veggen, og tre dataloggere (den tredje vises ikke på dette bildet). På bordet foran veggen ser vi de to IMP-stasjonene som ble benyttet i første forsøksperiode (høsten 2007).

15 Figur 2.8: Bildet viser objektene i kurs 1. Veggboksene ble atskilt med gipsplater for å hindre brannspredning fra et objekt til neste objekt. Boksene som er fylt med isolasjon og består av 12 mm sponplater, skal simulere en isolert vegg. Dette bildet er tatt før rommet var bygget helt ferdig. De røde koblingsboksenene midt i bildet inneholder hurtigklemmer og sukkerbit. På golvet under er det tilsvarende veggbokser med kabelgjennomføringer. Bryterne på bildet er montert for at man skal kunne koble ut objektet ved feil, varmgang eller brann i objektet. Alle objektene i kurs 1 og 2 ble koblet i serie. 14

16 Figur 2.9: Prinsippskisse for testobjekter koblet i serie. 15

17 16 Figur 2.10: Prinsippskisse for måling av temperatur i innfelt halogenlampe (230 V, <1 A).

18 Figur 2.11: Prinsippskisse for måling av temperatur i kabelgjennomføring. 17

19 Aktuelle elfeil: Aktuelle feilsituasjoner i installasjonsutstyr som er vurdert introdusert i det elektriske anlegget, er gjengitt i Tabell 2.2: Tabell 2.2: Aktuelle feilsituasjoner som er vurdert i prosjektet Aktuelt installasjonsmateriell Aktuell feilsituasjon Stikkontakt (innfelt/utenpåliggende) Stikkontaktforgreining m/skjøteledning Støpsel/plugg stikkontakt - skruestøpsel - europlugg Kabel - Kontaktsvikt/løs kobling 1 i et koblingspunkt - Skitt, støv og fuktighet med salt i koblingspunkt - Høy strømbelastning - Vibrasjoner av koblingspunkt - Kontaktsvikt i koblingspunkter - Løstsittende støpsel i stikkontakt - Skadet ledning med: - Mekanisk skadet isolasjon 2 - Mekanisk skadet flertrådet leder - Punktering av isolasjon - Forkullede spor 3 - Termiske skadet ledning - Elektrisk skadet pga strømstøt - Skitt, støv og fukt i stikkontakt - Løstsittende støpsel i stikkontakt - Kontaktsvikt i skruekobling - Krypestrøm (arc tracking) mellom pinnene - Mekanisk skade 4 av støpsel/stikk. Skadet ledning rundt 90 hjørne med mekanisk skadet/punktert isolasjon/temperaturskader (smelting av isolasjon eller forkullede spor) i hjørnet. Mekanisk/termisk skade på kabel: a. Termisk skade og delvis kortslutning. Lag flere slike feil på en kabel (med varmepistol, lighterflamme etc.). b. Mekanisk skade og delvis kortslutning. Lage feil på en kabel, f.eks. fjerning av isolasjon, kutt i isolasjonen (med kniv), klemming av kabel i dør flere ganger. c. Skade på grunn av gjentatte spenningsstøt i en viss periode. Aktuelt brennbart materiale Innfelt i vegg med realistisk veggkonstruksjon med trestendere, papp, brennbar isolasjon og veggkledning (tapet, furu, strie etc.) Både stikkontakt og skadet ledning kan ligge under et relativt lett brennbart teppe. - Innfelt stikkontakt i trevegg - Sofa/lenestol skjøvet inn mot støpsel - På sponplatevegg med papirtapet/vinyltapet/ strietapet eller furuvegg - På sponplatevegg med papirtapet/vinyltapet/ strietapet eller furuvegg - Gulv - Teppe Kontaktsvikt på grunn av ufullstendig tilstramming av koblingspunkter, med forskjellige grader av kontaktsvikt. Mekanisk skade som følge av klemming mellom dør og dørterskel, tunge møbler (piano) satt på ledning. Forkullede spor kan gi lysbue-krypestrømdannelse ( arc tracking ). Mekanisk skade har oppstått pga at møbler og lignende er blitt skjøvet inn mot støpsel i stikkontakt

20 19 Aktuelt installasjonsmateriell Belysning (frittstående) - Downlight - Lysrør i tak (drossel) - Arbeidslampe Innfelt belysning i tak (downlight) Aktuell feilsituasjon d. Skade på grunn av stor overstrøm i en viss periode/strømstøt. Kabelbunt (5-6 kveiler) lagt i realistisk isolering, f.eks. under et teppe som er brettet sammen flere ganger. Varmgang fra belysning fra belysning pga nærliggende materiale Innfelt downlight i tak med isolasjon, utført på en amatørmessig måte. Aktuelt brennbart materiale Nærliggende materiale: - Gardin - Strietapet på trevegg - Papirtapet på trevegg Isolerte tretak Som et brannteknisk laboratorium har SINTEF NBL valgt å konsentrere seg om de enkleste og kanskje mest vanlige feil i elektrisk anlegg som fører til brann, nemlig løse koblingspunkter/ kontaktsvikt og varmgang fra innfelt downlight i isolert tak. Skade på kabel, som kan føre til lavnivå kortslutning og serielysbue/gløding, er en annen meget hyppig feilsituasjon, som fører til mange branner (jf brannstatistikk fra NFPA i USA (Twomey, 2006)). Disse feilsituasjonene er det sannsynligvis vanskelig å simulere på en kontrollert og tilfredsstillende måte.

21 20 3 FORSØK I Forsøksperioder Forsøkene kan deles inn i følgende forsøksperioder: 1. Innledende forsøk med et elektrisk anlegg uten elektrisk feil (våren/forsommeren 2007) 2. Forsøk med løse koblingspunkt i stikkontakt og sukkerbit (høsten 2007). 3. Forsøk med løse koblingspunkt i stikkontakt og koblingsklemmer (sukkerbit) med høy strøm, i kombinasjon med vibrasjoner (høsten 2007). 4. Forsøk med løse koblingspunkt i stikkontakt og koblingsklemmer (sukkerbit) med lav strøm, i kombinasjon med vibrasjoner (våren/høsten 2008). 5. Forsøk med løse koblingspunkt i stikkontakt og koblingsklemmer (sukkerbit) med høy strøm, i kombinasjon med vibrasjoner (høsten 2008). 3.2 Innledende forsøk uten elfeil I en innkjøringsperiode ble det elektriske systemet kjørt uten elektrisk feil, kontinuerlig med maksimal strømstyrke på ca A. Til tross for at dette er en viss overstrøm i et 16 A elektrisk anlegg, er dette mulig i dagens elektriske installasjoner, uten at strømvernet løser ut. Alle koblingspunkter var godt tilskrudd, slik at varmgang i koblingspunktene ikke skulle oppstå på grunn av dette. Målesystemet ble også tilkoblet, slik at målinger av strøm og spenning over koblingspunktene, samt motstand og temperatur i koblingspunktet, ble målt kontinuerlig med 5 minutters intervall. Dermed oppnådde man referanseverdier for et korrekt oppkoblet system i forhold til et system med mange elektriske feil. Man fikk dermed demonstrert i hvilken grad et korrekt oppkoblet system medfører varmgang i objektene. Denne innkjøringsperioden varte i ca 3 måneder i løpet av våren og sommeren Løse koblingspunkter og høy strøm Løse koblingspunkter der ledninger kobles til elmateriell, slik som koblingsbokser, stikkontakter, brytere etc., kan oppstå som følge av dårlig elektrikerarbeid eller at ufaglærte utfører slikt arbeid i boligen selv. Løse koblinger kan også oppstå over lang tid ved gjentatt, røff bruk av for eksempel en stikkontakt, eller på grunn av bevegelser som følge av forskjellige former for trafikk i og utenfor boligen. Elektriske motorer som hyppig slår seg av og på (kompressorer i kjøleskap og frysere) kan føre til sterke vibrasjoner. Det kan være høyt strømforbruk i boligen ved lave utetemperaturer om vinteren, samtidig med at andre elektriske apparater med høyt strømforbruk benyttes. Hittil er det blitt konkludert med at det er løse koblingspunkter, forskjellige typer av lavnivå kortslutningsfeil og krypestrøm som er de mest aktuelle elektriske feil i elektriske anlegg som fører til brann. På grunn av at det kan være svært krevende å lage lavnivå kortslutningsfeil, uten at strømvernet løser ut, har vi valgt å konsentrere oss i første omgang om løse koblingspunkter, slik som vis i Tabell 3.1.

22 21 Tabell 3.1: Installasjonsmateriell eller objekter med og uten løse koblingspunkter. Kurs 1 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Kurs 2 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Objekt Elektrisk Objekt Elektrisk Beskrivelse Beskrivelse nr. feil? nr. feil? 1 Enkel stikkontakt, utenpåliggende, skrue kobling kobling Ja, løs Ja, løs 10 Dobbel stikkontakt, innfelt 2 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, fjærkobling tilskrudd påliggende kobling Nei, godt Dobbel stikkontakt, uten- Ja, løs 11 3 Dobbel stikkontakt, innfelt 12 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, tilskrudd Nei, godt 4 Koblingsklemme, fjærkobling utenpåliggende Dobbel stikkontakt, 13 5 Koblingsboks, skruekobling Ja, løs Halogen spotlight innfelt i Varmgang 14 (sukkerbit) kobling 30 mm isolert tak, 230 V 6 Kabel gjennom 20 mm isolert vegg uten rørgjennomgang i mm isolert tak, 12 V Varm- Halogen spotlight innfelt i Varmganføring kabel m/trafo 7 Koblingsboks, fjærkobling Ledig for nytt elmateriell/ Nei 16 med lås elutstyr - 8 Koblingsboks, fjærkobling 17-9 uten lås Kabel gjennom isolert vegg, 2,5 mm 2 med rørgjennomføring Varm kabel 18 - I tillegg til dette er det også gjennomført temperaturmålinger på kabelgjennomføring i vegg, med og uten stålrør. Forsøk med kun løse koblinger i noen stikkontakter og koblingsklemmer pågikk i perioden august til midten av september I forsøkene i denne perioden ble det kjørt med maksimal strøm i begge kretsene, det vil si A. 3.4 Løse koblingspunkter, vibrasjoner og høy strøm Som nevnt i foregående avsnitt kan det oppstå bevegelser i elektriske installasjoner når mennesker beveger seg i huset. Videre kan huset være utsatt for vibrasjoner på grunn av sterk biltrafikk. Vibrasjoner i stikkontakter kan også oppstå når kompressorer i frysere og kjøleskap kobler seg hyppig inn og ut, eller når elektrisk verktøy benyttes. I tillegg til bare løse koblinger, ble også kombinasjonen av løse koblingspunkter og vibrasjoner i koblingspunktet prøvd ut, for å se om dette ville gi ytterligere varmgang, utover det løse koblingspunkter forårsaker. Videre om varmeutviklingen skjer vesentlig raskere og lettere enn ved å benytte bare løse koblingspunkter. Det ble introdusert vibrasjoner på objekt nr 1 (enkel stikkontakt, utenpåliggende, skruekobling) og objekt nr 5 (koblingsboks, med sukkerbit med skruekobling). Figur 3.1 viser hvordan vibrasjoner i koblingspunktet i den enkle stikkontakten ble arrangert. På toppen av kassen ble det plassert en roterende poleringsmaskin. Under den isolerte veggboksen er det plassert seks gummiknotter. Når poleringsmaskinen roterer, vil veggboksen, og dermed også stikkontakten med det løse koblingspunktet, vibrere. Gummiknottene hindrer at vibrasjonene i objektet forårsaker vibrasjoner i objekter i veggboksen ved siden av. Samme prinsipp ble benyttet for alle objekt med vibrasjoner. 1 Varmgang mot tremateriale på grunn av feilmontering. Lampeholder omgitt av steinullisolasjon plassert for nært tremateriale (se Figur 2.6).

23 22 Figur 3.1: Prinsipp for å introdusere vibrasjoner i en stikkontakt. På toppen av kassen er det plassert en roterende poleringsmaskin. Under den isolerte veggboksen er det plassert seks gummiknotter. Når poleringsmaskinen roterer, vil veggboksen, og dermed også stikkontakten med det løse koblingspunktet, vibrere. 3.5 Resultater og diskusjon av resultater Uten elektrisk feil Temperaturer i stikkontakter og koblingsklemmer Tabell 3.2 viser temperaturene som ble oppnådd i godt tilskrudde koblingspunkter i objektene. Man ser at temperaturene økte med ca C i samtlige stikkontakter og koblingsklemmer, når det gikk en maksimal strøm på ca 17 A i begge kursene. Temperaturer i området C ble oppnådd i koblingspunktene, og disse temperaturene holdt seg temmelig stabile, med svingninger på maksimalt ±5 C. Temperaturer i 12 og 230 V downlight Nesten umiddelbart etter at det elektriske anlegget ble satt i drift, ble det oppnådd en temperaturøkning på C ved trebjelken i takboksene med innfelt 12 og 230 V downlight og isolasjon (jf Figur 2.6), det vil si til temperaurer i området C. Disse temperaturene holdt seg stabile i hele perioden. Temperaturen i 12 V downlight var jevnt over ca 5-10 C høyere enn i en 230 V downlight.

24 23 Tabell 3.2: Temperaturer som ble oppnådd i godt tilskrudde koblingspunkter i objektene. Kurs 1 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Kurs 2 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Temperatur Beskrivelse ratur Tempe- Objekt Objekt Beskrivelse nr. nr. ( C) ( C) Dobbel stikkontakt, utenpåliggende Dobbel stikkontakt, innfelt Dobbel stikkontakt, utenpåliggendpåliggende Dobbel stikkontakt, uten ca 40 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende 3 Dobbel stikkontakt, innfelt Koblingsklemme, fjærkoblinpåliggende, Dobbel stikkontakt, uten Koblingsboks, skruekobling Halogen spotlight innfelt i (sukkerbit) Kabel gjennom 20 mm isolert vegg uten rørgjennomføring Koblingsboks, fjærkobling m/lås Koblingsboks, fjærkobling u/lås Kabel gjennom isolert vegg, 2,5 mm 2 u/rørgj.føring mm isolert tak, 230 V Halogen spotlight innfelt i 30 mm isolert tak, 12 V m/trafo, varmgang Ledig for nytt elmateriell/ - utstyr Løse koblingspunkter Tabell 3.3 viser temperaturene i fire løse koblingspunkter (objekt nr 1, 5, 10 og 11, med uthevet skrift), og i godt tilskrudde koblingspunkter (objekt nr. 2, 3, 6-9, 12 og 14). Man ser av tabellen at temperaturene i objekter uten vibrasjoner økte bare med 5-10 C i forhold til når de var godt tilskrudd, det vil si til C. Temperaturen i objekt nr 10 og 11 økte med C, til ca 100 C (se turkis og gul kurve i Figur 3.2) dagen etter at vibrasjonene ble satt på objekt 1 og 5. De godt tilskrudde koblingspunktene i stikkontakter og koblingsklemmer holdt seg stort sett på samme nivå som i disse innledende forsøkene. Temperaturene i 12 og 230 V downlight holdt seg stabilt i området C i en periode på seks måneder.

25 24 Tabell 3.3: Temperaturene i fire løse koblingspunkter (objekt nr 1, 5, 10 og 11, med uthevet skrift) og i godt tilskrudde koblingspunkter (objekt nr. 2, 3, 6-9, 12). Kurs 1 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Kurs 2 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Temperatur Beskrivelse ratur Tempe- Objekt Objekt Beskrivelse nr. nr. ( C) ( C) Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, skrue, løs kobling Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, fjærkobl., godt tilskrudd Dobbel stikkontakt, innfelt, godt tilskrudd Koblingsklemme, fjærkobling, godt tilskrudd Koblingsboks, skruekobling (sukkerbit), løs kobling Kabel gjennom 20 mm isolert vegg u/rørgj.føring, varmgang i kabel Koblingsboks, fjærkobling m/lås, godt tilskrudd Koblingsboks, fjærkobling u/lås, godt tilskrudd Kabel gjennom isolert vegg, 2,5 mm 2 u/rørgj.føring Dobbel stikkontakt, innfelt, løs kobling Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, løs kobling Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, godt tilskrudd Dobbel stikkontakt, utenpåliggende Halogen downlight innfelt i 30 mm isolert tak, 230 V Halogen downlight innfelt i 30 mm isolert tak, 12 V m/trafo, varmgang Ledig for nytt elmateriell/ - utstyr 50-55/ / Løse koblingspunkter og vibrasjoner Målte temperaturøkninger i stikkontakt Temperaturen i det løse koblingspunktet i den enkle stikkontakten (objekt 1) viste seg, slik det fremgår av Figur 3.2, å stige til en maksimaltemperatur på vel 435 C kort tid etter at vibrasjonene ble satt i drift. Denne temperaturen falt imidlertid raskt tilbake til sin opprinnelige temperatur på ca 40 C. Perioden med lokal oppvarming i stikkontakten varte i ca 2 timer. Etter ca 18 timer med en temperatur på 40 C, økte temperaturen på nytt til nærmere 460 C, hvoretter temperaturen igjen falt tilbake til ca C. Etter ca 2 timer med denne temperaturen, skjedde et nytt tilsvarende, kortvarig temperatursprang opp til ca 460 C. Temperaturen falt imidlertid raskt tilbake til ca 100 C. Trolig har temperaturen lokalt vært mye høyere i det løse koblingspunktet ( L for Live ) på grunn av at temperaturen ble målt i en viss avstand fra kontaktpunktet. Det andre koblingspunktet (N for Neutral eller nøytrallederen) var alltid godt tilskrudd. Årsaken til at temperaturen falt raskt tilbake til sin opprinnelige verdi, var sannsynligvis at temperaturen i det løse koblingspunktet var så høy at metallet smeltet. Det vil si sannsynligvis over 1000 C. Koblingspunktet smeltet dermed sammen med lederen og koblingspunktet ble tilsvarende en godt tilskrudd kobling. Den lokale oppvarmingen opphørte og temperaturen sank dermed igjen.

26 25 Temperaturøkning over ca 20 C Enkel stikkontakt 5. 'Sukkerbit' i vegg 10. Dobbel stikkontakt 11. Dobbel stikkontakt V Halogen Tid (dager) Figur 3.2: Temperaturutviklingen i en enkel stikkontakt (objekt 1, mørkeblå kurve), koblingsklemme ( sukkerbit ) i en vegg (objekt 5, rosa kurve), to doble stikkontakter (gul og turkiskurve, objekt 10 og 11) og på den ytre overflaten av halogenpære (plommerød kurve, objekt 14) i løpet av 3,5 dager. Vibrasjonen ble startet ved dag null. Temperaturen i objekt 1 steg imidlertid jevnt etter dette, fra ca 100 til 120 C i løpet av ca 2 ½ dag, inntil det på nytt oppstod en rask temperaturøkning til 450 C. Dette resulterte trolig i at hovedsikringen løste ut. Dette skjedde trolig på grunn av at det oppstod kortslutning i det elektriske anlegget. Figur 3.3 viser de lokale skadene på den enkle stikkontakten både på utsiden og på innsiden, og det fremgår at veggen ble brunsvidd over stikkontakten. a) b) Figur 3.3: De lokale skadene i det venstre kontaktpunktet ( live ) i den enkle stikkontakten på: a) utsiden og b) innsiden av stikkontakten (objekt 1).

27 26 Figur 3.4: De lokal termiske skadene på enkel stikkontakt (objekt 1) som følge av den elektriske feilen på grunn av løst koblingspunkt og vibrasjoner. Den rosa kurven i Figur 3.2 viser temperaturen i et dårlig tilskrudd koblingspunkt i en sukkerbit (objekt 5). Temperaturen i koblingspunktet svingte mellom C, noe som kan være tilstrekkelig til å antenne tre og papir og lignende materialer relativt raskt. Temperaturen i objekt 5 begynte å stige ca et døgn etter at vibrasjonene i objekt 1 ble satt i drift. Temperaturen i koblingspunktet svingte som det fremgår av Figur 3.2, mellom C. Temperaturen svingte i dette området i ca 2,5 døgn, det vil si inntil hovedsikringen gikk. Anlegget ble stående strømløst til over helgen (ca 3 dager, fra dag 3 til dag 7), inntil det igjen ble satt i drift. Figur 3.6 viser temperaturene i de samme objektene over en periode på 8 dager (inklusive de 3,5 dagene vist i Figur 3.2). Man ser av kurven at etter strømbruddet, begynte temperaturen i objekt 5 nærmest øyeblikkelig å svinge i samme temperaturintervall som før hovedsikringen gikk. a) b) Figur 3.5: De lokale skadene på: a)koblingsboks og b)ledninger og deler av sukkerbit (objekt 5).

28 27 Temperaturøkning over ca 25 C Enkel stikkontakt 5. 'Sukkerbit' i vegg 10. Dobbel stikkontakt 11. Dobbel stikkontakt V Halogen Tid (dager) Figur 3.6: Temperaturen i de samme objektene som i Figur 3.2 over en periode på 8 dager, inklusive de 3,5 dagene vist i Figur 3.2. De plutselige temperaturstigningene i objekt 1 og 5 ved 0, 1 og 7 dager, vist i Figur 3.6, startet omtrent samtidig med at vibrasjonene ble startet. Ved temperaturregistreringen 5 minutter før, hadde temperaturen i koblingspunktet vært den samme som omgivelsestemperaturen, ca 22 C Effektutviklingen i koblingspunktene Figur 3.7 viser effektutviklingen i koblingspunktet i den enkle stikkontakten (objekt 1) i løpet av de samme 8 dagene som er vist i Figur Effektutvikling (W)) Tid (dager) Figur 3.7: Effektutviklingen (i W) i løst koblingspunkt i stikkontakt (mørkeblå kurve).

29 28 Videre ser man av Figur 3.7 at maksimal effektutvikling i stikkontakten er ca W. Ved den maksimale effektøkningen på ca 11 W var strømstyrken lik 17,6 A og spenningsfallet over koblingen var ca 0,62 V. Spenningsfallet over godt tilskrudde koblinger varierte i området 0,01-0,03 V, med en effektutvikling i området 0,1-0,5 W. I litteraturen er det dokumentert en effektutvikling på maksimalt W i løse koblingspunkter i en stikkontakt, mens spenningsfallet lå mellom 0,05-2 V. Effektutviklingen i faste koblingspunkter ved samme strømstyrke er tilsvarende rapportert å ligge i området 0,08-0,2 W (Babrauskas, 2005). 3.6 Hva skyldes de lokale skadene? Hva skyldes de lokale termiske skadene på stikkontakten vist i Figur 3.3 og Figur 3.4? Det er klart at varmeutviklingen ble forårsaket av kombinasjonen av løst koblingspunkt og vibrasjoner. Vi kan også fastslå at slike løse koblingspunkter er en typisk seriefeil, og at denne feilen er i serie med strømlasten. Ettersom denne feilen vil føre til redusert strøm, vil ikke strømvernet løse ut. Hvilke fysiske fenomener som oppstår, og som medfører en såpass kraftig lokal oppvarming, er imidlertid ikke like opplagt. I rapporten fra litteraturstudien (Stensaas-1, 2007) ble det konkludert med at følgende to fenomener forårsaker lokal oppvarming i koblingspunkter: Serielysbue (høytemperatur elektrisk utladning over en spalte forårsaket av den løse koblingen) Glødende koblingspunkt (på grunn av varmgang migrering av klor og oksidasjon/ korrosjon av metall økt motstand i koblingspunktet økt temperatur progressiv feil oppstår med gradvis økende temperatur, som til slut kan føre til gløding av metall). Ettersom tidsperioden fra vibrasjonene ble satt i drift og temperaturen i koblingspunktene begynte å øke dramatisk (jf Figur 3.2) var meget kort, virker det som om det her er mer snakk om lysbuer enn glødende koblingspunkter. Dette er vanligvis momentane og kortvarige utladninger i et koblingspunkt, men glødende koblingspunkter utvikler seg vanligvis over lang tid på grunn av en selvforsterkende eller progressiv feil. På den annen side kan oksideringen av koblingspunktet ha begynt i løpet av de 3-4 månedene anlegget hadde vært i drift forut for at vibrasjonene ble satt på objekt 1 og 5. Den eventuelle temperaturøkningen ble ikke registrert, ettersom temperaturmålingen ble foretatt på det andre, uskadete koblingspunktet. Oksideringen kan ha foregått over lengre tid, og ble voldsomt forsterket ved hjelp av vibrasjonene. Dermed kan det ha oppstått en rask varmeutvikling. Seniorforsker Magne Runde (2008) ved SINTEF Energiforskning as, Avd. for elkraftteknikk, hevder imidlertid at de oppnådde gløding etter 2 minutter etter at vibrasjonene ble satt på, selv ved relativt lave strømstyrker, i forsøkene som ble publisert i 1991 (Sletback, 1991). Denne publikasjonen, hvor Runde var en av forfatterne, utgjør en av de viktigste og grunnleggende arbeidene i forbindelse med glødende koblingspunkter. Grundige metallurgiske undersøkelser av koblingspunktet ved hjelp av elektromikroskop kan trolig avsløre hvilken type termiske skader som har oppstått, og hvilke temperaturer som har vært nødvendige for å oppnå disse skadene. Dette kan sannsynligvis avsløre om det har vært glødende oksidsjikt i koblingspunktet (med temperatur i området C) eller lysbuer på flere tusen grader som har forårsaket skadene i koblingspunktene, ettersom lysbuer forårsaker vesentlig høyere temperaturbelastning enn glødende koblingspunkter.

30 29 4 FORSØK I Generelt Det er hittil oppnådd sterk, lokal varmeutvikling og forkulling av koblingspunkter i stikkontakter ved høy strøm, løs kobling og vibrasjoner i en stikkontakt eller sukkerbit. Det er imidlertid mye som tyder på at høy strøm og vibrasjoner medfører et ustabilt koblingspunkt som medfører for sterk varmgang. Dette medfører at koblingspunktet smelter, slik at koblingen blir brutt og strømmen brytes. Alternativt at koblingspunktet smelter, slik at det loddes sammen og varmeutviklingen opphører. For å oppnå stabil varmgang i et koblingspunkt, er det trolig nødvendig med lavere strøm. Tabell 4.1 viser de forskjellige objektene i kurs 1 og 2. Tabell 4.1: Objektene i kurs 1 og 2 med tilhørende forsøksbetingelser. Kurs 1 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Kurs 2 (16 A 2,5 mm 2 kabel) Objekt Objekt Beskrivelse nr. nr. Beskrivelse 1 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, løs skruekobling, m/vibrasjoner fra 20. juni. 10 Dobbel stikkontakt, innfelt, løs kobling 2 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, løs Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, 11 skruekobling, med vibrasjoner fra 27. aug. godt tilskrudd kobling 3 Dobbel stikkontakt, innfelt, godt tilskrudd Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, 12 kobling. ikke løs kobling 4 Koblingsklemme, fjærkobling. 13 Halogen spotlight innfelt i 30 mm isolert tak, 230 V 5 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, løs Halogen spotlight innfelt i 30 mm isolert 14 skruekobling, med vibrasjoner fra 20. juni tak, 12 V m/trafo, varmgang 6 Kabel gjennom 20 mm isolert vegg uten rørgjennomføring 15 Ledig for nytt elmateriell/elutstyr 7 Dobbel stikkontakt, utenpåliggende, løs skruekobling, med vibrasjoner fra 27. aug Koblingsboks, fjærkobling uten lås 17 9 Kabel gjennom isolert vegg, 2,5 mm 2, uten rørgjennomføring Forsøksperioder Forsøkene som ble kjørt i løpet av 2008, er beskrevet i Tabell 4.2. Tabell 4.2: Oversikt over forsøkene som ble kjørt i løpet av 2008 Løse Vibrasjonerstyrke (A) Strøm- Periode koblinger? Kommentarer Høy strøm og tre løse koblingspunkter, men 1 Nei Nei Ja 3 Ja Ja (2 stk.) Ja (4 stk.) ingen vibrasjoner Det ble kjørt med lav strøm (uten vibrasjoner) for å finne ut om dette vil gi mer stabil varmgang, som ikke førte til strømvernet løste ut. Høy strøm og lett brennbare materialer i, bak og rundt objektene for se om det oppstår brannspredning.

31 Forsøksresultater Høy strøm i løse koblingspunkter uten vibrasjoner I denne perioden kunne vi konstatere at en kobling (uten vibrasjoner) medførte lokal varmgang, slik at koblingspunktet smeltet og forkullet (se Figur 4.1). Hvor høy temperaturen hadde vært i denne stikkontakten ble ikke registrert. Ifølge de termiske skadene i Figur 4.1, så kan man forvente at temperaturen lokalt i koblingspunktet hadde vært nesten like høy som den hadde vært lokalt i løpet av forsøkene høsten 2007 (se Figur 3.6). Denne forsøksperioden har klart vist at det ikke er nødvendig med vibrasjoner for å oppnå lokal varmgang i koblingspunktet. Figur 4.1: De termiske skadene på stikkontakten som hadde løs kobling, men uten vibrasjoner Lav strøm, løse koblinger uten vibrasjoner De målinger som eksisterer for denne perioden viste ingen tegn til vesentlig temperaturøkning i objektene. Figur 4.2 viser typisk økning i temperaturen i noen målepunkter for den aktuelle perioden. Det ble ikke introdusert vibrasjoner i denne perioden. Figuren viser typiske målte temperaturer. Temperaturøkningen i de fleste objektene var minimal (1-2 C), bortsett fra ett objekt hvor temperaturen økte til C. Dette objektet hadde vibrasjoner.