OPPSUMMERING OG KONKLUSJONER...

Transkript

1

2 2 INNHOLDSFORTEGNELSE OPPSUMMERING OG KONKLUSJONER INNLEDNING Bakgrunn Målsetting Rapportens innhold STATISTIKK Utviklingstendensen til elektriske branner i boliger i Norge ( ) El. branner generelt Utviklingen av branner i installasjonsmateriell Brannårsaker i installasjonsmateriell Graden av brannskader Etter type installasjonsmateriell Etter type brannårsak Gjennomgang av brannstatistikk fra NFPA Generelt Ledningsnett, brytere eller stikkontakter Analyse av 105 branner med elektrisk årsak i USA Generelt Type bolighus Arnested Fordelingen etter typen installasjonsmateriell De viktigste feilkildene som forårsaket brannene Hyppigheten av elektriske branner i Chicago TENNKILDER I ELEKTRISKE ANLEGG Generelt Lysbuer Generelt Lysbue-krypestrømsdannelse Eksternt indusert ionisering av luften (plasma av ioniserte gasser) Kortslutning Motstandsoppvarming Generelt Overbelastning For mye isolasjon Lekkasjestrøm og jordfeil Overspenning/spenningsstøt Dårlig kontaktforbindelse (kontaktsvikt) Kombinerte effekter Utvendige varmetilførsel Elektriske branner på grunn av lynnedslag LEDNINGER OG KABLER Generelt PVC-isolasjon i kabler Generelt Nedbryting av PVC-kabel Årsaker til feil eller antennelse av PVC-isolerte kabler og innretninger Antennelsestemperaturen til PVC-kabel...36

3 Lysbuedannelse i forkullete spor (tørr/våt spordannelse) Spenningsstøt og forsinket antennelse Stålspiker i ledning STØPSLER Generelt Skruestøpsler Generelt Feilkilder i skrustøpsler Støpte støpsler (europlug) Feilkilder STIKKONTAKTER Generelt Hyppigheten av branner i stikkontakter Overoppheting av koblingspunkter i stikkontakter Generelt Faktorer som medfører overoppheting i koblingspunkter Løstsittende støpsel i stikkontakt VURDERING AV IEC TESTMETODE Generelt Testmetode Generelt IEC Part 2-10 Glow wire apparatus and common test procedure IEC Part 2-11 Test method for end-products IEC Part 2-12 Glow wire flammability test method for materials IEC Part 2-13 Glow wire ignitability test method for materials Vurdering av testmetodene Temperatureksponeringen Prøvestykket Konkluderende bemerkninger AVSLUTTENDE KOMMENTARER Kommentarer til brannstatistikk fra Norge og USA Norge USA Generelt om elektrisk feil og mulighetene for brannspredning Serielysbue/kortslutningslysbue/glødende kontaktforbindelse Lysbuefeilbryter (AFCI) Aktuelle eksperimentelle forsøk ved SINTEF NBL Aktuelle feilsituasjoner: Aktuelle målinger Aktuelle feilsituasjoner...62 REFERANSER...64

4 4 OPPSUMMERING OG KONKLUSJONER HOVEDKONKLUSJONER Det er ikke forholdsvis flere branner i el-installasjoner i boliger i Norge enn i andre land. 7 % av brannene i boliger i Norge skyldes elektrisk feil i el-installasjoner, mens tilsvarende tall for Storbritannia og USA er henholdsvis ca 6 % og 9 %. Omtrent halvparten av brannen i el-installasjoner i Norge er ifølge DSBs brannårsaksstatistikk forårsaket av serielysbuer 1. Serielysbue virker imidlertid ikke å være en like hyppig brannårsak i andre land som det er naturlig å sammenligne seg med. I brannteknisk litteratur fra USA og Japan, omtales serielysbue i liten grad som brannårsak. Tilsvarende statistikk fra USA for femårsperioden viser at nesten halvparten (47 %) av brannene i el-installasjoner i boliger hadde kortslutningslysbue 2 som brannårsak, mens bare 6 % skyldtes serielysbue. Den internasjonale forskingen fokuserer imidlertid på glødende kontaktforbindelser 3 som hovedårsaken til brann i el-installasjoner. En glødende kontaktforbindelse er vanligvis en betydelig mindre intens tennkilde enn en lysbue. Ettersom både serielysbue og glødende kontaktforbindelse er typiske seriefeil og begge skyldes kontaktsvikt, er det mye som tyder på at dette er en og samme feil, men at denne feilen tolkes forskjellig. Det faktum at glødende kontaktforbindelser er en meget aktuelle årsak til branner i Europa og USA, gjenspeiler seg også i standarder for godkjenning av plastmaterialer anvendt i elektrisk materiell og utstyr, nemlig standardene IEC (Europa) og UL94 (USA). Disse standardene simulerer en glødende metalltråd, med temperatur i området C, som skal berøre plastmaterialet i en viss periode. Dersom materialet ikke antenner eller selvslokker innen en viss tidsperiode, er plasten godkjent. Dersom det er aktuelt med vesentlig mer intense tennkilder i elektrisk installasjonsmateriell i boliger enn glødende metall, kan vi slå fast at IEC 60695/UL94 er lite relevant for elektrisk installasjonsmateriell. For hva hjelper det at plastmaterialet i stikkontakten passerer glødetrådtesten, dersom vesentlig mer intense lysbuer er aktuelt? Det kan virke som om at prosessene som fører til branner i elektriske anlegg, enda ikke er forstått skikkelig. OPPSUMMERING Målsettingen for prosjektet Målsettingen for prosjektet har vært å finne ut på grunnlag av en litteraturstudie hvordan feil i elektrisk installasjoner kan forårsake brann i boliger. Det er en kjent sak at elektriske feil kan forårsake høye temperaturer, som kan utgjøre en antennelseskilde for elektriske isolasjonsmaterialer og andre materialer i boliger. Prosjektet fokuserer på status med hensyn til viktige elektriske brannårsaker i installasjonsmateriell i boliger. Det legges spesiell vekt på å beskrive hvordan ledninger, kabler, støpsel og stikkontakter kan bli et arnested for brann i boliger Serielysbue skyldes dårlig kontakt i en kobling. Kontaktsvikt kan føre til en stående lysbue (strømmen skal frem), med påfølgende varmgang. Dette kan føre til avbrenning eller antenning av isolasjon, med påfølgende brann som resultat (DSB). En serielysbue kan ikke eksistere uten at det er strømbelastning. Serielysbuen vil opphøre dersom strømmen slås av. Kortslutningslysbue eller parallellysbue er en elektrisk utladning mellom to ledere som medfører lysbue. Vanligvis vil strømvernet løse ut, men det kan oppstå situasjoner hvor dette ikke skjer. Glødende kontaktforbindelser skyldes også kontaktsvikt i koblingspunkter, med varmgang, oksidering av metall, økt motstand i koblingspunktet, ytterligere varmgang og til slutt gløding av koblingspunktet.

5 5 Brannstatistikk for norske boligbranner med elektrisk årsak En analyse av DSBs brannårsaksstatistikk for boligbranner for tiårsperioden viser at antallet branner i elektrisk installasjonsmateriell har vært økende, fra 60 branner i 1995 til 80 branner pr år i Branner pga feil i elektrisk installasjoner utgjorde i første halvdel av tiåret ca 25 % av alle branner med elektrisk årsak. Denne andelen steg til ca 35 % i andre halvdel. Branner i husholdningsmaskiner har hatt motsatt utvikling. Mens det var dobbelt så mange branner i elektriske apparater som i elektrisk installasjonsmateriell i 1995, var det omtrent like mange branner i de to gruppene i Brannene i installasjonsmateriell utgjorde ca 7 % av boligbrannene i Norge. Tilsvarende tall fra England og USA (inkl. belysning) er henholdsvis 6 og 9 %. Det er altså ikke flere branner med elektrisk årsak i el-installasjoner i Norge enn i andre land som det er naturlig å sammenligne seg med. Ledninger og kabler forårsaker de fleste brannene i installasjonsmateriell, mens branner i stikkontaktmateriell forårsaker nest mest branner. Deretter følger branner i koblingsbokser/klemmer og sikringsmateriell. Brytere og annet installasjonsmateriell har lavest hyppighet med hensyn til å forårsake brann i boliger i Norge ifølge statistikken til DSB. Mens antall branner i kabler og ledninger har vist en tydelig stigende tendens i løpet av tiårsperioden, har antall branner i annet installasjonsmateriell holdt seg relativt konstant. Serielysbue var den klart hyppigste brannårsaken i elektrisk installasjonsmateriell i Norge. Halvparten (49 %) av disse brannene fikk denne brannårsaken, mens ca 41 % av brannene ble kategorisert under Annet, det vil si annen brannårsak. Kortslutning, kontaktsvikt, varmgang/overoppheting stod ofte nevnt som kommentar til brannårsaken i disse tilfellene. For stikkontakter og koblingsbokser/klemmer var serielysbue årsaken i 57 % av brannene. Jordfeil, krypestrøm og termostatsvikt var årsaken i bare 10 % av brannene med elektrisk årsak i installasjonsmateriell. Branner i brytere og til en viss grad koblingsbokser/klemmer ledninger medførte de største brannskadene. Serielysbue var den brannårsaken som medførte de største brannskadene. Tilsvarende statistikk, basert på ca branner i boliger i USA pr år i femårsperioden viser at 47 % av brannene i det elektriske fordelingssystemet (inkl. belysning) startet på grunn av kortslutningslysbue, mens bare 6 % hadde serielysbue som brannårsak. Tennkilder i elektrisk anlegg Tilstrekkelig energi til å kunne antenne elektrisk isolasjonsmateriell og andre nærliggende brennbare materialer, kan produseres av følgende elektriske fenomener: Lysbue Motstandsoppvarming Ytre varmekilder Lysbuer: o Det er mange årsaker til at lysbuer oppstår, men hovedårsakene er følgende: o Lysbue-krypestrømsdannelse ( arc tracking ) som følge av forkulling av isolasjonen. o Eksternt indusert ionisering av luften, forårsaket av flammer eller en forutgående lysbue. o Kortslutning på grunn av metallkontakt med leder. o Forkulling av isolasjonen: o Dette kan oppstå som følge av fukt og forurensninger og termisk påvirkning. o PVC, som blir eksponert for temperaturer i området C, vil forkulle og danne et spor i isolasjonen. Dette forkullede sporet blir dermed en halvleder. Dette kan medføre lekkasjestrømmer og lysbueoverslag, og antennelse av isolasjonen.

6 6 o Betingelser for lysbuer: Det blir hevdet at lysbuer vanskelig kan oppstå i 220 V anlegg, uten at luftrommet er ionisert på en eller annen måte, enten fra en eksisterende lysbue, som produserer store mengder ionisert gass, eller røykgasser fra en brann. o Brannindusert lysbuedannelse blir ansett for å være den mest vanlige situasjonen med hensyn til spor forårsaket av lysbuer på en branntomt. o Kortslutningslysbue kan være stand til å antenne relativt lettantennelige materialer, slik som gasbind, trefiber, papir, tynne tekstiler, gasbind etc. Motstandsoppvarming: Årsakene til motstandsoppvarming kan inndeles på følgende måte: o Kraftig overbelastning o For mye isolasjon o Lekkasjestrøm og jordfeil o Overspenning o Kontaktsvikt Kraftig overbelastning: Dersom antennelse på grunn av overbelastningen skal skje, vil det vanligvis være nødvendig med en strømstyrke i størrelsesorden 3-7 ganger strømstyrken kabelen er dimensjonert for. Branner i kabler som følge av kraftig overbelastning må derfor betraktes som en temmelig sjelden årsak. Kontaktsvikt: Koblingspunkter i elektriske anlegg er det svake punktet i anlegget, og elektriske branner oppstår på grunn av kontaktsvikt i koblingspunkter. Når det er dårlig kontakt i koblingspunkt, kan den økte motstanden forårsake lokal oppvarming av koblingspunktet, noe som fremmer oksidering og siging av metall. Oksidet leder strøm, men motstanden i oksidbelegget er vesentlig høyere enn i metallet i lederen. Dette kan føre til så høye temperaturer i koblingspunktet, at koblingspunktet gløder. Brann i ledninger og kabler: De mest kjente faktorene som fører til antennelse av kabler er a) fabrikasjonsfeil, b) ekstreme strømstyrker, c) for mye isolasjon (i kombinasjon med overstrøm), d) lokal oppvarming på grunn av brudd i en flertrådet leder, e) lokal oppvarming på grunn av skade på en leder som følge av stift/spiker og f) lokal oppvarming på grunn av kontaktsvikt mellom leder og koblingspunkt. PVC er det mest vanlige isolasjonsmateriale benyttet i lavspennings (220 V) ledninger og kabler. Så mye som opp i mot 50 % av massen i PVC-kabler inneholder forskjellige tilsetningsstoffer. Disse stoffene vil ha stor effekt på degraderingen av PVC. Mykningsmidlene og andre stoffer vil langsomt forsvinne ved varmepåvirkning. Dermed blir isolasjonen hard og sprø. Nedbryting og sammenbrudd av isolasjonen i elektriske kabler kan oppstå som følge av: a) elektrisk aldring eller nedbryting, b) kjemisk aldring og c) forhøyet temperatur. Det har vist seg at PVC er spesielt utsatt med hensyn til å forkulle. Det er for eksempel nødvendig med bare 160 C for at materialet skal bli en halvleder ved korttids varmeeksponering (i ca 10 timer). Ved langtidseksponering (i ca én måned) kan dette skje ved så lave temperaturer som C. Forkullede spor i isolasjonen medfører at isolasjonen blir en halvleder. Dette kan medføre lekkasjestrømmer og lysbueoverslag, og til slutt antennelse av isolasjonen. Elektrisk nedbryting og sammenbrudd av kabelisolasjonsmateriell kan skje ved vedvarende eller gjentagende påføring av forhøyet spenning. Kjemisk nedbryting kan forårsakes av små metalliske forurensninger i plasten, som igjen kan forårsake ekstrem nedbryting på grunn av oksidasjon av polymeren. Spesielt er det blitt fremhevet den skadelige effekten av salt og sinkstøv på PVC.

7 7 På grunn av nedbryting a kabelisolasjonsmaterialet kan antennelse på grunn av elektriske mekanismer skje mye lettere og ved en vesentlig lavere temperaturer enn det som er nødvendig for å antenne PVC, uten slik forutgående nedbryting. Støpsler: Følgende typer elektrisk feil kan oppstå i støpsler: a) kortslutning/lysbueoverslag i ledning b) oksidering og korrosjon av leder på grunn av varmeutvikling på grunn av kontaktsvikt og c) krypestrøm og lysbueoverslag mellom pinnene til støpslet. Løse skruekoblinger: Støpsler med skruekoblinger kan være utsatt for overoppheting på grunn av kontaktsvikt. Mekanisk skade oppstår også ofte i støpsler som følge av at for eksempel rykking i eller bøying av ledningen tilstrekkelig mange ganger. Dette kan føre til at ledningstrådene i støpselet avbrytes. Dette kan føre til lysbue, overoppheting og brann. I pinnene til støpsler, som sitter løst i en stikkontakt, kan det skje en ikke ubetydelig varmeutviking, som ved store strømbelastninger kan føre til brann. Stikkontakter Varmeutvikling på grunn av vibrasjoner og dårlig tilskrudde koblingsskruer, som medfører varmgang, er den hyppigste årsaken til brann i stikkontakter. Vridningsmomentet i en skrueklemmeforbindelse i en stikkontakt spiller en stor rolle for temperaturøkningen i stikkontakten. Ved lave vridningsmoment oppnådde man temperaturer på 90 C i skrueklemmen. Når ledningen ble beveget fremover og bakover, oppnådde man temperaturer på 300 C. Det kan dermed oppstå store fare for antennelse og brann i stikkontakten. Brannfaren øker sterkt i en dårlig skrueklemmeforbindelse (lavt vridningsmoment), dersom det kombineres med bevegelser i klemmeforbindelsen. IEC Testmetode ( Glow wire test method ) for elektrisk materiell og utstyr Hensikten med IEC testmetode er å vurdere brannfaren som elektriske komponenter kan utgjøre i tilfelle en glødende kontaktforbindelse i komponenten. Glødetrådens, som har en temperatur i området C, skal presses mot prøvestykket (vanligvis et isolasjonsmateriale). Dersom materialet antennes og fortsetter å brenne, eller det drypper ned smeltet plast som antenner et silkepapir, er isolasjonsmaterialet ikke godkjent. Glødetrådens temperatur er for lav i forhold til rapporterte temperaturer til glødende kontaktforbindelser ( C), og alt for lav i forhold til stående lysbuer (flere tusen grader), dersom dette er en reell tennkilde i elektriske anlegg. Plastmaterialenes motstandsdyktighet mot antennelse bør også testes i situasjoner hvor materialet i varierende grad er termisk nedbrutt, og dermed vesentlig letter antennbar.

8 8 1 INNLEDNING 1.1 Bakgrunn 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 å undersøke i hvilken grad elektrisk feil i en komponent, for eksempel i en stikkontakt, er i stand til å forårsake brann i komponenten og videre brannspredning i boligen. Påliteligheten til en enkelt komponent i en elektrisk installasjon (for eksempel en stikkontakt) er egentlig temmelig høy. Til tross for dette medfører det store antallet forskjellig installasjonsmateriell i norske boliger, at politiet i Norge har påvist i gjennomsnitt ca 70 branner i boliger hvert år i løpet av de siste 10 årene på grunn av elektrisk feil i installasjonsmateriell. En gjennomgang av DSBs brannårsaksstatistikk i kapittel 2 viser at dette antallet har hatt en stigende tendens i løpet av tiårsperioden , fra 60 branner pr år i første halvdel til 80 branner i siste halvdel. I det svenske tidsskriftet Brand & Rädning (nr 9-10, 2004) kan el.-vakt Michael Steen, som rykker ut ved feil i det elektriske anlegget, fortelle at godkjent el-materiell ikke alltid holder mål med hensyn til brannsikkerheten. Som regel handler det, ifølge Steen, ikke bare om dårlige elektriske installasjoner, men mer om problemer relatert til materialer som har sviktet. Steen er spesielt bekymret for de dårlige plastmaterialer som i dag brukes i de fleste elektriske installasjoner. Slike installasjoner er godkjent av så vel svenske og norske, som europeiske myndigheter. Det man i stadig større grad erfarer nå, er ifølge Steen, at elektriske feil i nyere installasjonsmateriell medfører branntilløp, som sprer seg videre til bygningskonstruksjonen. Tidligere medførte tilsvarende feil at brannen stoppet i for eksempel stikkontakten. Steen hevder at dette er et resultat av at det nå benyttes plastprodukter som brenner og sprer brannen for lett. For å kunne bekjempe branner med elektrisk årsak, må man forstå og kjenne til de fundamentale prosesser i elektrisk installasjonsmateriell som fører til så mye varmeutvikling at brann oppstår. Det er viktig kjenne til årsaksforholdene bak de prosesser og feilsituasjoner i elektriske anlegg som forårsaker at elektrisk spenning/strøm produserer tilstrekkelig høye temperaturer, slik at nærliggende materialer antennes. Det er viktig å forstå disse varmeeksponeringene, både med hensyn til varmeintensiteten (i grader celsius eller kw/m 2 ) og varigheten av belastningen. Det blir påstått at de ovennevnte prosessene enda ikke er forstått skikkelig (Babrauskas, 2003). Det blir hevdet at dette ikke skyldes mangel på eksperimentelle forsøk og observasjoner, men på grunn av at bakgrunnskunnskapene er for grove. Denne rapporten prøver å gjennomgå status på dette feltet i dag i den internasjonale brannlitteraturen. Denne forskningen har til nå i første rekke foregått i USA og Japan. Videre gjennomgås brannårsaksstatistikk fra DSB med hensyn til branner som har startet som følge av elektrisk feil i installasjonsmateriell i Norge. Denne gjennomgangen viser at denne påstanden trolig også gjelder i dag. Det blir også påpekt i den gjennomgåtte brannlitteraturen at det er gjennomført overraskende lite systematisk forskning med hensyn til å forstå og kvantifisere mekanismene som fører til feil i elektrisk installasjonsmateriell, som igjen kan føre til brann i bygningskonstruksjonen. Nesten alt eksperimentalt arbeid som eksisterer, har hatt et temmelig snevert problemområde. Alt for mange av de ovennevnte eksperimentelle studier har hatt det primære fokus på å bevise at enkelte typer antennelse ikke kan skje som følge av en elektrisk feil (Babrauskas, 2003).

9 9 1.2 Målsetting Målsettingen for dette prosjektet er som beskrevet i prosjektforslag fra SINTEF NBL å oppnå mer kunnskap om risikoen for brannspredning fra elektrisk installasjonsmateriell. Målsettingen for prosjektet er oppsummert i prosjektforslag fra SINTEF NBL av på følgende måte: 1. En gjennomgang av brannlitteraturen vedrørende i hvilken grad elektrisk feil i installasjonsmateriell er i stand til å forårsake brann i boliger. Det vil si beskrive state of the art på dette feltet. 2. Planlegging av forsøk hvor elektrisk feil (slik som overoppheting i kontaktforbindelser, serielysbue, kortslutning, jordfeil, krypestrøm etc.) vil bli fremprovosert. Hensikten med forsøkene vil være å studere i hvilken grad elektriske feil i installasjonsmateriell er i stand til å forårsake brann og videre brannspredning ut av komponenten, slik at det oppstår brann i bygningskonstruksjonen. 3. Vurdere IEC-standarden IEC ( hot wire test method ), som kvantitativt beskriver risikoen for at plasten i elektrisk installasjonsmateriell kan bli antent av en glødende kontaktforbindelse. 1.3 Rapportens innhold I kapittel 2 i rapporten er det en gjennomgang og analyse av DSBs brannårsaksstatistikk for tiårsperioden Dette for å undersøke utviklingstendenser for elektriske branner i Norge med hensyn til hyppigheten av branner i forskjellig elektrisk materiell og forskjellige typer elektriske brannårsaker. Tilsvarende statistikk fra USA (NFPA) for femårsperioden blir også beskrevet. Dette kapittelet beskriver også en analyse av 105 elektriske branner i USA i løpet av 22 måneder tidlig på 1980-tallet. Til slutt i kapittel 2 vises til lover og forskrifter i byen Chicago, som har gitt meget gode resultater med hensyn til antall branner i elektrisk installasjonsmateriell i boliger i denne byen. I kapittel 3 gjennomgår man forskjellige typer tennkilder og brannårsaker i elektriske anlegg for boliger. I kapittel 4 er det en gjennomgang av brannårsaker i ledninger og kabler. En tilsvarende gjennomgang av brannårsakene i støpsler og stikkontakter finnes i kapittel 5 og 6. I kapittel 7 fortas det en vurdering av IEC testmetode, som er en testmetode for antennelighet og brennbarhet av plastmaterialer som benyttes i forbindelse med elektrisk installasjonsmateriell. Kapittel 8 inneholder noe avsluttende og konkluderende kommentarer vedrørende de viktigste årsakene eller elektriske feilen som fører til at elektrisk installasjonsmateriell blir et arnested for brann i boliger. Videre beskrives tiltak som kan hindre at slike branner oppstår. Helt til slutt presenteres det hvilke forsøk som det kan være aktuelt å gjennomføre ved SINTEF NBL as, som en videreføring av prosjektet for DSB. Til slutt i rapporten er det en alfabetisk oversikt over referansene som er blitt benyttet i rapporten.

10 10 2 STATISTIKK 2.1 Utviklingstendensen til elektriske branner i boliger i Norge ( ) El. branner generelt Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB) fører statistikk for å gi et bilde av brannskadeutviklingen. Denne statistikken inneholder opplysninger om bl.a. brannårsak til branner, hvor både brannvesen og politi har rapportert til DSB. Dermed omfatter ikke denne statistikken absolutt alle branner og branntilløp med elektrisk årsak 1 i boliger, men kun de branner som politi og brannvesen har rykket ut til. Mange mindre branner og branntilløp, som slokkes av beboerne selv, blir for eksempel ofte ikke meldt til politiet eller brannvesenet. DSB lager hvert år på grunnlag av denne statistikken en oversikt over hvilke elektriske apparater og materiell som forårsaket brannen. Figur 2.1 viser utviklingen i antall branner i boliger med elektrisk årsak, avhengig av om det var elektrisk installasjonsmateriell 2, husholdnings- og varmeapparater 3, belysningsutstyr 4 eller diverse elektriske apparater 5 som forårsaket brannen Installasjonsmateriell Belysningsutstyr Husholdningsapparater, varmeapparater etc. Diverse elektrisk apparater Antall branner Figur 2.1: Utviklingen i antall branner med elektrisk årsak i boliger i de siste ti årene, avhengig av typen elektrisk utstyr og materiell som forårsaket brannen (DSB, 2005). Det fremgår av figur 2.1 at mens antall branner i husholdningsmaskiner nesten er halvert i løpet av tiårsperioden (det vil si fra ca 130 branner i perioden til vel 70 branner i 2004), har antallet branner med årsak i elektrisk installasjonsmateriell hatt en økende tendens. Mens det var dobbelt så mange branner i elektriske apparater som i elektrisk installasjonsmateriell i 1995, var det omtrent like mange branner i de to gruppene i Her inngår årsaker som skyldes svikt på elektrisk installasjonsmateriell. Årsaker som skyldes feil bruk av elektrisk installasjonsmateriell inngår ikke her (DSB). Installasjonsmateriell omfatter ledninger, kabler, brytere, stikkontakt- og sikringsmateriell, koblingsbokser etc. Husholdnings- omfatter komfyrer, div. elektriske ovner, vaske- og oppvaskmaskiner, kjøle-/ fryseapparater etc. Belysningsutsyr omfatter glødelampe med utstyr, lysrør med utstyr og annet belysningsutstyr. Diverse elektriske apparater omfatter skrivemaskin, kopimaskin, PC, radio/tv, musikkinstrumenter, batteriladere/-eliminatorer o.l., motordrevet verktøy etc.

11 Utviklingen av branner i installasjonsmateriell I løpet av tiårsperioden har det gjennomsnittlige antall branner i installasjonsmateriell steget fra vel 60 branner i første havdel av tiåret til ca 80 branner i siste halvdel. I gjennomsnitt for tiårsperioden var det 70 branner som startet i elektrisk materiell. De utgjorde ca 7 % av alle boligbrannene i DSBs statistikk. Branner på grunn av feil i elektrisk installasjonsmateriell utgjorde i første halvdel av tiåret i gjennomsnitt ca 25 % av brannene med elektrisk årsak i boliger. Denne andelen har økt til ca 35 % i andre halvdel av tiårsperioden. Figur 2.2 viser utviklingen av branner som skyldes forskjellig installasjonsmateriell. Det fremgår her at ledninger og kabler forårsaker de fleste brannene i installasjonsmateriell, og at antallet branner i slikt materiell har vært økende i løpet av tiårsperioden, fra vel 20 til over 30 branner. Andelen av disse brannene i installasjonsmateriell har derimot vært relativt konstant, bortsett i fra i Brannene i ledninger og kabler utgjorde mellom % av brannene i installasjonsmateriell frem til og med 2003, men denne andelen steg til 50 % i Stikkontaktmateriell er det installasjonsmateriell som forårsaker nest mest branner, med noe under 20 branner i gjennomsnitt pr år. Hyppigheten av disse brannene har, som det fremgår av figur 2.2, vært relativt stabil. Deretter følger branner i koblingsbokser/klemmer (med branner pr år) og sikringsmateriell (5-10 branner pr år). Færrest antall branner i starter på grunn av brytere og annet installasjonsmateriell (1-10 branner pr år). Installasjonsmateriell Antall branner Brytere Stikkontaktmateriell Sikringsmateriell Koblingsbokser/ klemmer Annet installasjons-materiell Ledninger, kabler Figur 2.2: Fordelingen av antall branner i installasjonsmateriell etter typen materiell som forårsaket brannen (DSB, 2005). 2.2 Brannårsaker i installasjonsmateriell Figur 2.3 viser fordelingen av brannårsakene for alle branner i elektrisk installasjonsmateriell i perioden Det fremgår her at halvparten (49 %) av disse brannene skyldes serielysbue, mens bare 10 % av brannen skyldes de andre tre brannårsakene (jordfeil, krypestrøm og termostatsvikt). Vel 40 % av brannene blir kategorisert under Annet, det vil si annen elektrisk brannårsak. Brannene i denne gruppen er elektriske feilsituasjoner som ikke dekkes av de fire ovennevnte feilsituasjonene eller delbrannårsakene.

12 12 5,8 % (43) Elektrisk årsak: Jordfeil Serielysbue Krypestrøm 40,8 % (301) Termostatsvikt Annet 49,0 % (361) 0,5 % (4) 3,8 % (28) Figur 2.3 Fordelingen av brannårsakene for alle typer elektrisk installasjonsmateriell i løpet av tiårsperioden På grunnlag av en gjennomgang av kommentarene i kommentarfeltet i statistikken kan en fastslå at Annet omfattet som regel tydelige elektrisk brannårsaker. Dette var i første rekke varmgang/overoppheting og kortslutning, men kontaktsvikt og smeltet ledning etc. ble også relativt ofte nevnt. Den største andelen av brannene under Annet bestod imidlertid av branner hvor brannårsaken eller den elektriske feilsituasjonen ikke kunne defineres, annet enn at brannen sannsynligvis hadde en tydelig elektrisk årsak. Figur 2.4 viser brannårsaker (i henhold til DSBs inndeling av brannårsakene) i ledninger og kabler, stikkontaktmateriell, sikringsmateriell, koblingsbokser/klemmer, brytere og annet installasjonsmateriell. Det fremgår her at serielysbue 1 og Annet (annen brannårsak) stod for de klart største brannårsakene i alle typer installasjonsmateriell. For branner i kabler/ledninger, stikkontaktmateriell og koblingsbokser/klemmer er serielysbue den klart viktigste brannårsaken (i % av brannene). For sikringsmateriell og annet installasjonsmateriell, og delvis brytere, var derimot Annet den dominerende brannårsaken (50-70 %). Jordfeil 2 var den tredje største brannårsaken i installasjonsmateriell. Andelen av brannene som var forårsaket av jordfeil i hver type materiell, varierte mellom 2 og 13 %. Andelen var minst i stikkontaktmateriell og koblingsbokser/klemmer (2 %), mens den var størst i kabler/ledninger (7 %), sikringsmateriell (9 %), annet installasjonsmateriell (12 %) og brytere (13 %). Krypestrøm 3 var oftest brannårsaken i stikkontaktmateriell (8 %) og brytere (5 %), mens det var ingen tilfelle av krypestrøm i sikringsmateriell og annet installasjonsmateriell Serielysbue skyldes dårlig kontakt i en kobling. Kontaktsvikt kan føre til en stående lysbue (strømmen skal frem), med påfølgende varmgang. Dette kan føre til avbrenning eller antenning av isolasjon, med påfølgende brann som resultat (DSB). Jordfeil betyr at en eller flere faseledere har tilfeldig eller uønsket forbindelse med jord, for eksempel til metallkapslinger på utstyr eller metallskjermer i kabler. Denne typen feil oppstår ofte på grunn av isolasjonssikt (DSB). Krypestrøm er strøm på ville veier. På grunn av dårlig rengjøring (støv, oljesøl etc.) kan det bli dannet uønskede strømbaner, med oppvarming som resultat (DSB).

13 13 Antall branner Brannårsaker i ledninger kabler ,4 % 41,1 % ,2 % 6 2,3 % Jordfeil 3.2 Serielysbue 3.3 Krypestrøm 3.4 Termostatsvikt 3.9 Annet Antall branner Brannårsaker i stikkontaktmateriell % 33 % % 0 8 % Jordfeil 3.2 Serielysbue 3.3 Krypestrøm 3.4 Termostatsvikt 3.9 Annet Antall branner Jordfeil Branårsaker i sikringsmateriell 9 % Serielysbue 41 % Krypestrøm 0 % Termostatsvikt 48 % 2 % Annet Antall branner Brannårsaker i koblingsbokser/-klemmer % % 0 3 % 0 0 % 37 % 3.1 Jordfeil 3.2 Serielysbue 3.3 Krypestrøm 3.4 Termostatsvikt 3.9 Annet Antall branner Jordfeil Brannårsaker i brytere 13 % Serielysbue 37 % Krypestrøm 42 % 1 5 % 3 % 3.4 Termostatsvikt Annet Antall branner Jordfeil 11,6 % Brannårsaker i annet installasjonsmateriell Serielysbue 16,3 % 0 0,0 % 3.3 Krypestrøm Termostatsvikt 69,8 % 2,3 % Annet Figur 2.4: Brannårsaker i forskjellig installasjonsmateriell i antall totalt i det aktuelle installasjonsmateriell i løpet av tiårsperioden og den prosentvise andelen hver brannårsak utgjorde av det totale antallet i hvert installasjonsmateriell.

14 14 Termostatsvikt 1 var, naturlig nok generelt sjelden brannårsaken i installasjonsmateriell, siden dette er en brannårsak som er primært knyttet til elektrisk utstyr. Det var imidlertid 4 tilfeller av 701 branner totalt som skyldtes termostatsvikt i installasjonsmateriell i tiårsperioden. Figur 2.5 viser andelen av brannene i forskjellig installasjonsmateriell med serielysbue som brannårsak. Det fremgår at spesielt stikkontaktmateriell og koblingsbokser/klemmer, og til en viss grad ledninger kabler, har størst andel (50-57 %) branner med serielysbue som brannårsak. Andel av brannene (%) 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 37 % Brytere Stikkontaktmateriell 57 % 57 % Sikringsmateriell 41 % Koblingsbokser/-klemmer Ledninger, kabler 49 % Annet installasjonsmateriell 16 % Figur 2.5: Andelen branner i installasjonsmateriell med serielysbue som brannårsak. 2.3 Graden av brannskader Etter type installasjonsmateriell For hver brann brannvesenet rykker ut til og utfører slokkeinnsats, anslår de skadebeløpet for brannen innenfor følgende skadebeløpsintervall: < kr ), kr , kr , kr og større enn kr Figur 2.6 viser andelen av brannene med anslått skadebeløp (av brannvesenet) under kr og over kr Det fremgår av figuren at % av brannene dekkes av disse skadebeløpsintervallene, uavhengig av type installasjonsmateriell. Av figuren fremgår det at brytere, og til en viss grad koblingsbokser/klemmer og kabler/ledninger, medførte store brannskader, det vil si størst andel med brannskader over kr og lavest andel med brannskader under kr Det motsatte var tilfelle med sikringsmateriell og annet installasjonsmateriell Etter type brannårsak Figur 2.7 viser fordelingene av brannårsakene i installasjonsmateriell som hadde anslått skadebeløp under kr og over kr Her ser man at serielysbue var den brannårsaken 1 En termostat er en bryter som reagerer på varme. Termostatsvikt skjer for eksempel når termostaten har brent seg fast i innkoblet innstilling på grunn av mange inn- og utkoblinger (DSB).

15 15 som hadde størst andel med branner med brannskader over kr (30 % av brannene) og lavest andel med brannskader under kr (62 %). Krypestrøm og termostatsvikt var de brannårsakene med lavest andel av brannene med anslått skadebeløp over kr (22 %). 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 50 % 42 % 62 % 32 % 63 % 60 % 57 % 63 % 27 % 37 % 37 % 26 % <100' >500' Brytere Stikkontaktmatr. Sikringsmatr. Kobl.boks/kl. Ledn./kabler Annet inst.mtr. Figur 2.6: Fordelingen av brannene i installasjonsmateriell med skadebeløp under kr og over kr % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 70 % 26 % 57 % 35 % 71 % 75 % 29 % 25 % 65 % 27 % < kr 100' > kr 500' 20 % 10 % 0 % Jordfeil Serielysbue Krypestrøm Termostatsvikt Figur 2.7: Fordelingene av brannårsakene i installasjonsmateriell, som hadde anslått skadebeløp under kr og over kr Annet Dersom man tar gjennomsnittsverdien for kostnadskodene for alle brannårsakene, skulle dette gi følgende meget grove kvantifisering av brannskadene hver enkelt brannårsak forårsaker (jo større gjennomsnittsverdi, jo større brannskader): Serielysbue 2,9 - Jordfeil: 2,4 - Krypestrøm: 2,5 - Termostatsvikt: 2,5 - Annet: 2,6 - gjennomsnittet: 2,7. Dette bekrefter at serielysbue er den brannårsaken som forårsaker de høyeste brannskadene. Deretter følger annen brannårsak. Krypestrøm og jordfeil forårsaker de laveste brannskadene, selv om forskjellene for de fire delbrannårsakene (inkl. Annet ) ikke er spesielt store.

16 Gjennomgang av brannstatistikk fra NFPA Generelt NFPA ( National Fire Protection Association som tilsvarer Brannvernforeninge i USA) har registrert og analysert data fra i gjennomsnitt ca branner pr år på grunn av elektrisk anlegg og belysning i boliger i femårsperioden Figur 2.8 viser hvordan disse brannene fordeler seg på forkskjellig elektrisk materiell. Disse brannene forårsaket i gjennomsnitt 140 døde, 610 skadete personer og 349 millioner dollar i materielle skader pr år (2,3 milliarder kroner). Dette er statistikk som er utarbeidet på grunnlag av et rapporteringssystem utviklet av U.S. Fire Administration, og går under forkortelsen NFIRS (National Fire Incident Reporting System). Det kan slås fast på grunnlag av denne statistikken at ledningsnettet, brytere og stikkontakter står for den største andelen (45 %), samt omkomne (36 %) og skadete personer (33 %) i forbindelse med branner i det elektriske anlegget i boliger (inklusive belysning). Ledningsnett, brytere og stikkontakter Lysarmatur, lamper, lyspærer og lysskilt Ledninger og støpsel Sikringsmateriell Uspesifisert utstyr for el-installasjoner Måleapparater målere Inngangstransformator 7 % 0 % 5 % 8 % 4 % 3 % 0 % 4 % 2 % 0 % 2 % 1 % 0 % 1 % 33 % 45 % 36 % 45 % 25 % 31 % % % 16 % 26 % 21 % 13 % Økonomisk tap Antall skladete personer Antall døde Antall branner 14 % 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % Figur 2.8: Den prosentvise fordeling av antall branner, antall døde og skadete personer, samt materielle kostnader i gjennomsnitt pr år for branner i det elektriske anlegget i boliger (inkl. og belysning) i perioden (Twomey, 2006) Ledningsnett, brytere eller stikkontakter Det rapporteres om at antall branner i ledningsnett, brytere eller stikkontakter sank jevnt fra branner i 1980 til branner i Dette er en gjennomsnittlig reduksjon på 3 % pr år og en total reduksjon på 40 % i løpet av 19 år. Antall døde har også vist en nedadgående trend, men det var store variasjoner i antall døde pr år (Twomey, 2006). Figur 2.9 viser fordelingen av brannene fordeler seg på forskjellige elektriske installasjonsmateriell. Det fremgår at elektriske feil i ledningsnett, brytere eller stikkontakter forårsaket til sammen 8520 branner pr år. Videre forårsaket disse brannene i gjennomsnitt 51 døde, 197 skadete personer og 3,5 millioner dollar i materielle skader pr år (ca 2,3 milliarder kroner).

17 17 Uspesifisert elektrisk ledningsnett Stikkontakter Forgreningsledninger El-fkabler frem til måler El-ledninger fra måler til sikringsskap Annet Veggfaste brytere 17 % 28 % 10 % 21 % 22 % 14 % 22 % 18 % 7 % 8 % 5 % 7 % 3 % 3 % 0 % 5 % 1 % 0 % 3 % 2 % 2 % 0 % 3 % 42 % 47 % 46 % Økonomisk tap Antall skladete personer Antall døde Antall branner 62 % 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % Figur 2.9: Fordelingen av brannene på forskjellige elektriske installasjonsmateriell (Twomey, 2006). Visse typer elektriske feil er den klart viktigste årsaken til antennelse av alt utstyr i det elektriske fordelingssystemet i boliger. Av figur 2.10 ser man at den største kjente enkeltårsaken var uspesifisert kortslutningslysbue (23 % av brannene), mens kortslutningslysbue i forbindelse med skadet eller defekt isolasjon utgjorde 21 % av brannene. Lysbue på grunn av kontaktfeil (det vil si sannsynligvis serielysbue) og kortslutningslysbue på grunn av mekanisk skade, stod for henholdsvis 6 og 3 % av brannene. Av dette kan man slutte at over halvparten (53 %) av brannene i elektrisk installasjonsmateriell hadde lysbue som brannårsak. Hele 47 % av brannene hadde kortslutningslysbue som brannårsak, mens bare 6 % av brannene hadde serielysbue som brannårsak. Fra figur 2.11 fremgår det at det materialet som først blir antent i disse brannene var isolasjonen på ledninger og kabler (34 %). Bygningsdel (Reiseverk, rammeverk, stendere) og bygningsisolasjon følger deretter med henholdsvis 20 % og 8 % av brannene. Deretter følger innvendig og utvendig veggkledning, begge med 6 % av brannene i elektrisk installasjonsmateriell. Innvendig takkledning, madrass/sengetøy og golvebelegg var alle det først antente materialet i 2 % av brannene. Omtrent en tredel av brannene startet i skjulte, innelukkede områder eller vanligvis tomme, ikke okkuperte områder. Dette inkluderer loft eller skulte områder over himling (14 %) og i vegg (12 %), krypekjellere (5 %) og i etasjeskiller (5 %). 12 % av brannene oppstod på soverommet, mens 8 % oppstod på kjøkkenet og 6 % oppstod i stua eller oppholdsrom. Det er verdt å merke seg at mens nesten halvparten av brannene i elektrisk installasjonsmateriell i Norge (49 %) har serielysbue som brannårsak (i henhold til DSBs brannstatistikk), har nesten like stor andel av brannene i USA (47 %) kortslutningslysbue (parallellysbue) som brannårsak (i følge tilsvarende statistikk fra NFPA). I avsnitt 3.2 er det en beskrivelse av forskjellen mellom disse to typene lysbuer.

18 18 Uspes. elektrisk feil eller funksjonsfeil 30 % Uspesifisert kortslutningslysbue Kortslutningslysbue ved skadet/defekt isolasjon 21 % 23 % Annet 12 % Lysbue pga kontaktsvikt 6 % Uspes. mekanisk feil/funksjonsfeil 3 % Kortslutn.lysbue pga mekanisk skade 3 % Overbelastet utstyr 2 % 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % Figur 2.10: Fordeling av brannene med hensyn til hvilken faktor som bidro til antennelse (Twomey, 2006). Kabel- eller ledningsisolasjon 34 % Bygningsdel (Reiseverk, stendere) 20 % Bygningsisolasjon 8 % Utvendig veggkledning 6 % Innvendig veggkledning 6 % 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % 40 % Figur 2.11: Fordelingen av brannene på grunn av el. installasjonsmateriell med hensyn til det objekt som først ble antent i brannen (Twomey, 2006). 2.5 Analyse av 105 branner med elektrisk årsak i USA Generelt Ved NIST i USA ble det i 1983 gjennomført en analyse av 105 branner i boliger med elektrisk årsak i installasjonsmateriell og belysningsutstyr. Selve etterforskningen av brannen skjedde i perioden mars 1980 til desember 1981, det vil si i løpet av et tidsrom på ca 22 måneder. Hensikten med analysen var å finne typiske mønster og særdrag for branner med elektrisk årsak, samt identifisere mekanismene som førte til elektrisk feil og brann i boligene.

19 19 Brannene som ble valgt ut, var branner hvor den elektriske brannårsaken lot seg analysere og identifisere relativt enkelt. Dette utelukket blant annet branner med store brannskader, hvor det elektriske installasjonsmateriellet var for brannskadet til å finne klare elektriske brannårsaker. Data ble samlet inn, systematisert og kategorisert etter de samme konvensjoner som blir benyttet i nasjonal statistikk, i henhold til NFIRS ( National Fire Incident Report System (NFPA, 1976)) Type bolighus De fleste brannen (86 %) var i eneboliger, mens resten var enten tomannsboliger (8 %) eller små bolighus (6 %). Ingen av brannen fant sted i boligblokker eller leiegårder. Det ble konkludert med at ingen av boligtypene viste seg å være mer tilbøyelig for elektriske branner enn andre typer bolighus Arnested Figur 2.12 viser fordelingen med hensyn til arnestedet. Det fremgår her at 42 % av brannene oppstod i et innelukket rom, enten i vegg eller tak, eller på loftet. Bare 33 % av brannene oppstod i rom hvor det normalt oppholder seg personer, det vil si i stue, soverom, kjøkken og spisestue. Antdelen av brannene med elektrisk årsak 25% 20% 15% 10% 5% 0% 17.1 % Arnestedsområde 21.0 % 15.2 % 8.6 % 7.6 % 6.7 % 7.6 % 5.7 % 4.8 % 2.9 % 1.9 % 1.0 % Soverom Stue Kjeller Kjøkken Garasje Spiserom Toalett Innelukket rom - loft Innelukket rom - vegg Utvendig veggflate Innelukket rom - tak Annet Figur 2.12: Den prosentvise fordelingen med hensyn til arnestedet til de 105 brannene med elektrisk brannårsak (Hall, 1983). Som man kunne forvente oppstod hovedandelen av brannene i kabler/ledninger (73 %) i innelukkede områder. Videre skjedde 56 % av brannene i stikkontakter i innelukkede områder. Branner som oppstod inne i stikkontakten ble definert som innelukket brann, mens branner som oppstod på utsiden, for eksempel mellom støpselet og stikkontakt, ble definert som et ikke innelukket område. Til sammen utgjorde kabler/ledninger og stikkontakter 73 % av brannene i innelukkede områder. 67 % av brannene i soverom var på grunn av branner i ledninger eller støpsler, som regel forlengelsesledninger. Nesten halvparten av brannene i ledninger eller støpsler (44 %) skjedde i soverom.

20 Fordelingen etter typen installasjonsmateriell Figur 2.13 viser fordelingen av forskjellig installasjonsmateriell og lysutstyr som var involvert i antennelse av de 105 brannene. I samme figur kan man også sammenligne med fordelingen fra tilsvarende nasjonal statistikk i USA. Figur 2.8 viser også at fordelingen med hensyn til hvilket utstyr som forårsaket brann for denne studien ( NIST-studien ) og nasjonal statistikk fra USA 1, var nokså lik. Dette til tross for at de 105 brannene i NIST-studien var utvalgte branner i en viss periode. Det fremgår her, i likhet med hva DSB-statistikken i figur 2.2 viste, at de fleste branner i installasjonsmateriell starter i kabler/ledninger og stikkontakter/brytere. Figur 2.8 og figur 2.2 er riktignok ikke sammenlignbare, først og fremst på grunn av forskjellig inndeling av installasjonsmateriell, samt at NIST-studien også inkluderer lysutstyr. Andel av brannene i installasjonsmateriell El. utstyr involvert i antennelse av brann 45% 39% 40% 36% 35% 30% 27% NIST-studie 25% 19% Nasjonal statistikk 20% 15% 15% 12% 11% 12% 10% 7% 4% 6% 4% 5% 3% 1% 1% 2% 0% Kabler, ledninger Støpsel m/ledning Stikkontakter, brytere Lysarmatur Lyspære Overstrømsvern Måleren Annet Figur 2.13: Fordelingen av forskjellig installasjonsmateriell involvert i antennelse av de 105 brannene i NIST-studien og sammenligning med tilsvarende nasjonal statistikk fra USA De viktigste feilkildene som forårsaket brannene Tabell 2.1 viser fordelingen med hensyn til hvilke typer feil som forårsaket brannene, avhengig av typen installasjonsmateriell. Det fremgår av siste linje i tabellen at løs eller defekt forbindelse (kontaktsvikt) var den viktigste årsaken til brannene (30 % av brannene med kjent årsak). Mekanisk skade og overbelastet materiell var de nest viktigste årsakene til brannene (begge 24 %). Disse tre årsakene eller feilkildene i elektrisk materiell og utstyr utgjorde til sammen nesten 80 % av årsakene til brannene. Løs eller defekt forbindelse (kontaktsvikt) var også den klart viktigste årsaken til brann i ledninger/kabler (38 % av brannene med kjent årsak), selv om mekanisk skade (22 %), defekt 1 Statistikk fra the National Fire Incident Report System (NFPA, 1976).