Et viktig tema innen det totale brannsikkerhetsarbeidet som forvaltes av produktsikkerhetssiden i Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB), er brennbarheten i plastmaterialer som brukes i elektriske installasjoner.
SINTEF NBL ble av DSB bedt om å undersøke i hvilken grad elektrisk feil i en komponent, for eksempel i en stikkontakt, er i stand til å forårsake brann i komponenten, samt 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 har politiet påvist i gjennomsnitt ca 70 branner i boliger i Norge pga. elektrisk feil i installasjonsmateriell, hvert år i løpet av de siste 10 årene. Dette har sin årsak i at det totale antallet stikkontakter i norske hjem er svært høyt.
En gjennomgang av DSBs brannårsaksstatistikk viser at dette antallet har hatt en stigende tendens i løpet av tiårsperioden 1995-2004, fra ca. 60 branner pr. år i 1995 til ca. 80 branner i 2004.

Undersøkelsen viser at det er stor usikkerhet rundt hvilke prosesser som fører til branner i elektriske anlegg og at det er behov for ytterligere forskning på dette området.

Målsettingen for prosjektet

• Målsettingen for prosjektet har vært å finne ut, på grunnlag av en litteraturstudie, hvordan feil i elektriske 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 har fokusert på status med hensyn til viktige elektriske brannårsaker i installasjonsmateriell i boliger. Det har blitt lagt spesiell vekt på å beskrive hvordan ledninger, kabler, støpsel og stikkontakter kan være årsaken til branner i boliger.

 

Brannstatistikk

En analyse av DSBs brannårsaksstatistikk for boligbranner for tiårsperioden 1995-2004 viser at antallet branner i elektrisk installasjonsmateriell har vært økende.
Branner i husholdningsmaskiner har hatt motsatt utvikling.
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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figur 1  Fordelingen av brannårsakene for alle typer elektrisk installasjonsmateriell i løpet
av tiårsperioden 1995-2004 (basert på statistikk fra DSB).

 

Tennkilder i elektriske anlegg

Elektrisk materiell og utstyr som blir brukt riktig og som er beskyttet ved tilstrekkelig dimensjonerte sikringer eller strømbrytere, vil vanligvis ikke representere noen brannfare. Slikt materiell og utstyr kan likevel utgjøre en antennelseskilde, dersom lett brennbare materialer er tilstede, eller det elektriske materiellet og utstyret har blitt feilaktig installert eller anvendt.

For at elektrisk materiell og utstyr skal utgjøre en tennkilde, må det være tilført elektrisk spenning/strøm, som forårsaker at tilstrekklig høye temperaturer oppstår lokalt. Disse lokale varme punktene i elektrisk anlegg kan medføre antennelse av brennbart materiale. For å hindre at branner med elektrisk årsak oppstår, må man ha kunnskap om hvordan og hvorfor slike branner oppstår. Tilstrekkelig energi til å kunne antenne brennbare materialer i den umiddelbare nærhet av elektrisk installasjonsmateriell kan, ifølge litteraturen, produseres av følgende fenomener:

1. Lysbue
2. Motstandsoppvarming
3. Ytre varmekilder
   

I noen tilfeller kan antennelse skje som følge av en kombinasjon av disse tre mekanismene.

Lysbue
En lysbue er en høytemperatur lysende elektrisk utladning over en spalte eller sprekk. Temperaturen i en lysbue kan bli på flere tusen grader, avhengig av strøm, spenning og metalltype. En lysbue kan enten være en serielysbue eller parallellysbue (kortslutningslysbue). En serielysbue kan ikke eksistere uten strømbelastning og vil opphøre dersom strømmen slås av. Brann kan oppstå på grunn av at lysbuen kommer i direkte kontakt med brennbart materiale, på grunn av varmestråling til materialer nær lysbuen, fra gasser som lysbuen utvikler eller på grunn av varme metallbiter.

Motstandsoppvarming
Årsakene til motstandsoppvarming kan inndeles på følgende måte:

• Kraftig overbelastning
• For mye isolasjon
• Lekkasjestrøm og jordfeil
• Overspenning
• Dårlig kontaktforbindelse (kontaktsvikt)

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. Ettersom strømkretser normalt er beskyttet ved hjelp av 10-20 A sikringer, må kraftig overbelastning i kabler betraktes som en temmelig sjelden årsak til branner i kabler.

Kabler, som verken er skadet eller er blitt utsatt for stor overbelastning, kan forårsake brann. Man trenger bare å kveile kabelen opp tilstrekkelig mange ganger, eller man kan ha for mye isolasjon rundt kabelen, eller begge deler. Laboratorieforsøk har vist at antennelse av brennbart materiale lett kan skje i slike tilfeller. I et tilfelle var det tilstrekkelig å kveile kabelen opp tre ganger, og dekke kabelkveilen med klær.

Lekkasjestrøm skjer når omstendigheter forårsaker at strømmen går veier den ikke var tiltenkt å gå. Jordfeil er et godt eksempel på slike lekkasjestrømmer. Slike fenomener kan oppstå hvis kabelen er slitt eller skadet og lederen kommer i kontakt med metall. Det er dokumentert at en strømstyrke på bare 5 A var nødvendig for å forårsake antennelse av en PVC-isolert kabel, som var kommet i kontakt med et galvanisert ståltak.

Alt tyder på at overspenning er en relativt sjelden grunn til antennelse for avgreninger i strømkretsen. Materialene som blir brukt i kabler er som regel i stand til å motstå vanlige spenningssvingninger i strømnettet. For at antennelse skal kunne skje, må det skje lynnedslag eller et tilfeldig spenningsstøt i lavspenningskabler på grunn av nettfeil.

Koblingspunkter i elektriske anlegg er det svake punktet i anlegget, og elektriske branner kan oppstå på grunn av kontaktsvikt i koblingspunkter. Slike svake punkter er gjerne der ledninger og kabler er koblet sammen, eller i koblingspunktet mellom ledning og stikkontakt, bryter eller støpsel. Slike koblingspunkter kan være utsatt for fuktighet, støv og skitt, eller at koblingene kan løsne over tid på grunn av rystelser eller bevegelser i huset. Når det er dårlig kontakt i et koblingspunkt, kan den økte motstanden som dermed oppstår, forårsake oppvarming av koblingspunktet. Det kan oppstå en såkalt progressiv feil, som kan føre til at høy motstand i koblingspunktet bygger seg opp over tid. En høy motstand vil forårsake lokal oppvarming, 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.

 

Ledninger og kabler:

De mest kjente faktorene som fører til antennelse av kabler er

• fabrikasjonsfeil
• ekstreme strømstyrker
• for mye isolasjon (i kombinasjon med overstrøm)
• lokal oppvarming på grunn av brudd i en flertrådet leder
• lokal oppvarming på grunn av skade på en leder som følge av stift/spiker
• lokal oppvarming på grunn av kontaktsvikt mellom leder og koblingspunkt

Støpsler:

Følgende typer elektrisk feil kan oppstå i støpsler:

• kortslutning/lysbueoverslag i ledning
• oksidering og korrosjon av leder på grunn av varmeutvikling på grunn av kontaktsvikt
• 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.

Aktuelle laboratorieforsøk

Flere elektriske installasjoner med kontaktsvikt, skader og høy strømlast kan simuleres i samme strømkrets. De mest aktuelle feilene vil bli valgt og montert i en krets med varierende og stort strømforbruk.

Under forsøkene, som vil gå over lang tid, vil det bli målt temperaturer i koblingspunkter med kontaktsvikt og ledninger med mekaniske eller termiske skader. Det vil også kontinuerlig bli tatt videoopptak av koblingspunkter med tydelig temperaturøkning.
Hensikten med slike forsøk er følgende:

1. prøve å finne ut, og forstå, hvordan elektriske feil pga. kontaktsvikt i en stikkontakt oppstår og utvikler seg over tid
2. studere feilens natur og fysiske egenskaper
3. studere i hvilken grad en elektrisk feil er i stand til å forårsake antennelse av brennbart materiell i en stikkontakt/bygningskonstruksjon
   

---

For mer informasjon, se rapportene NBL A06121 Branner på grunn av elektrisk installasjonsmateriell og NBL A06122 Varmgang i elektrisk materiell og utstyr som tennkilde i bygninger.