Открыть меню

Исследование электрических проводников со следами аварийных режимов работы


Исследования проводников на аварийные режимы работы в электросети

Версии о причастности к пожару электротехнических приборов, электропроводок и устройств необходимо обязательно рассматривать, если в очаговой зоне имелось электрооборудование, а электросеть была под напряжением. Это связано с тем, что электрооборудование, как правило, представляет реальную пожарную опасность, и выявить или исключить его причастность к возникновению пожара следует непременно.

Существуют следующие типичные пожароопасные режимы:

  • Короткое замыкание, то есть режим, при котором происходит соединение разнополярных проводников, находящихся под напряжением, через малое сопротивление, не предусмотренное режимом работы цепи, машины или аппарата
  • Перегрузка, то есть режим, при котором в проводниках возникают токи, превышающие величины, допускаемые нормами
  • Большие переходные сопротивления (БПС) в местах перехода тока с одной контактной поверхности на другую через площадки их действительного соприкосновения, влекущие значительное локальное выделение тепла.

К следам короткого замыкания относятся различные оплавления проводников, прожоги и проплавления в металлических деталях (трубы, корпуса приборов и т.д.). Признаками оплавлений токами короткого замыкания является характерная форма оплавлений (шаровая, овальная, каплеобразная с гладковытянутой или неровной поверхностью, либо в виде выемок с неровными наплывами) и их локальность.

Пример локального оплавления на медном проводнике

Пример локального оплавления на медном проводнике

Признаками образования больших переходных сопротивлений являются: изъязвление контактных площадок вследствие искрения; появление на металле в местах соединений цветов побежалости; хрупкость и растрескивание изоляции.

Признаком всех аварийных режимов работы электрооборудования является обугливание изоляции на кабелях, шнурах и проводах преимущественно изнутри (то есть со стороны токопроводящих жил).

Повреждения на электротехнических изделиях могут быть вызваны не только электрическим током, но и другими факторами, например, механические повреждения или воздействие температуры пожара.

Пример оплавлений, вызванных теплом пожара

Пример оплавлений, вызванных теплом пожара

Этапы исследования электротехнических объектов включают в себя:

  • Визуальный осмотр
  • Морфологические исследования
  • Рентгенофазовый анализ
  • Металлографические исследования

Визуальный осмотр и морфологические исследования

В процессе визуального осмотра эксперты выявляют наличие следов аварийных режимов работы электрооборудования. Для этого используются различные измерительные приборы и инструменты, зачастую используется микроскоп МБС-10 (морфологические исследования).

Микроскоп МБС-10

Микроскоп МБС-10

На этапе визуального осмотра и морфологических исследований объектов эксперт выявляет наличие следов аварийных режимов работы электрооборудования, и, при выявлении их наличия, принимает решение о дальнейших действиях.

Следы больших переходных сопротивлений

Следы больших переходных сопротивлений под микроскопом МБС-10

Основная сложность состоит в том, что аварийные режимы работы электрооборудования могут являться не только причиной пожара, но и могут быть вызваны самим пожаром. Например, когда изоляция проводников плавится (сгорает) и разнополярные жилы проводников соединяются между собой.

Лаборатория металлов и сплавов

Лаборатория металлов и сплавов

Поэтому, для определения причастности аварийных режимов работы электрооборудования к возникновению пожара, в ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Республике Мордовия применяются инструментальные методы исследований — рентгенофазовый анализ и металлографические исследования.

Рентгенофазовый анализ

Данный метод применяется только для медных жил. Он является не разрушающим методом и позволяет сохранить участки жил с оплавлениями для дальнейших исследований. Рентгенофазовый анализ выполняется при помощи рентгеновского дифрактометра ДР-01.

Рентгеновский дифрактометр ДР-01

Рентгеновский дифрактометр ДР-01

Известно, что медь обладает большим сродством с кислородом. При коротком замыкании не в условиях пожара по длине жилы возникает градиент температур. В месте оплавления достигается температура расплавления меди 1083°С и выше, на поверхности оплавления и вблизи него на прилегающем участке, интенсивно образуется закись меди Сu2О в виде пленки или чешуек черного цвета. По мере удаления от места оплавления температурное влияние дуги короткого замыкания ослабевает, и содержание закиси меди на поверхности жилы уменьшается. При коротком замыкании в условиях реального пожара в задымленной атмосфере содержатся продукты неполного сгорания органических веществ, в частности СО. В этом случае при коротком замыкании будет происходить восстановление закиси меди в месте оплавления и на непосредственно прилегающем к нему участке жилы. Поэтому приповерхностное содержание закиси меди Сu2О на этих участках будет значительно ниже, чем на отстоящем участке.

Данное исследование заключается в определении и последующем сравнении количества Cu2О в приповерхностном слое медного проводника непосредственно вблизи оплавления (участок 1) и на удалении от него на 30-35 мм (участок 2).

Участки провода, подвергаемые рентгеноструктурному анализу.

Участки провода, подвергаемые рентгеноструктурному анализу.

После измерений находят соотношение площадей линий Cu2O и Cu для первого и второго измерения, пропорциональное интенсивности этих линий ICu2O/ IСu и поверхностной концентрации закиси меди.

Рентгенограмма

Линии меди и закиси меди в дифрактограмме медного проводника

Если величина отношения интенсивностей ICu2O/ICu участка 1 больше величины участка 2 в два и более раз, то оплавление образовалось в результате короткого замыкания, возникшего не в условиях пожара. Если величина отношения интенсивностей ICu2O/ICu участка 1 меньше величины участка 1 в два и более раз, то оплавление образовалось в результате короткого замыкания, возникшего в процессе пожара.

Металлографический анализ

Данный анализ проводится после рентгеноструктурного, он более информативен и позволяет более точно и наглядно установить условия, в которых произошло короткое замыкание. Металлографическое исследование проводов — более трудоемкий метод анализа, нежели рентгеноструктурный. Кроме того, это разрушающий метод (в отличие от неразрушающего рентгеновского), который ведет к утрате об­разца. В лаборатории исследуемый участок провода (шарик оплавления) заливают в специальный твердеющий состав и делают так называемый «шлиф» на шлифовальном станке.

Установка для приготовления металлографических шлифов

Установка для приготовления металлографических шлифов

Затем шлиф обрабатывают кислотным составом («травят») для того, чтобы проявилась структура металла, и рассматривают ее с помощью металлографического микроскопа.

Металлографический микроскоп

Металлографический микроскоп

Структура оплавления при различных условиях неодинакова. Короткое замыкание в нормальных условиях происходит при относительно низкой температуре окружающей среды, поэтому рост кристаллов меди при охлаждении из расплава происходит в основном в направлении максимального оттока тепла по проводнику, в результате образуется зона вытянутых кристаллов — столбчатых дендритов.

В случае короткого замыкания медных деталей в условиях до пожара с нормальным содержанием кислорода, в месте оплавления наблюдается двухфазная структура-эвтектический сплав Cu + Cu-Cu2O. При этом могут наблюдаться три типа микроструктур:

  • на участке оплавления содержится от 0,05% до 0,39% кислорода – основу сплава составляет медь с участками эвтектики Cu-Cu2O;
  • на участке оплавления содержится 0,39% кислорода – в данном случае сплав состоит сплошь из эвтектики Cu-Cu2O;
  • на участке оплавления содержится более 0,39% кислорода – помимо эвтектики Cu-Cu2O в сплаве появляются кристаллы закиси меди Cu2O.

Отсутствие в атмосфере газов-восстановителей приводит к тому, что газовые раковины и поры в оплавленном участке практически  не образуются.

Микроструктура оплавления медного проводника при коротком замыкании в нормальных условиях, то есть не в условиях пожара

Микроструктура оплавления медного проводника при коротком замыкании в нормальных условиях, то есть не в условиях пожара. (Содержание кислорода более 0,39%, имеются дендриты оксида меди, поры отсутствуют).

При коротком замыкании в условиях пожара (в условиях с пониженным содержанием кислорода, высокой температурой, высоким содержанием газообразных продуктов горения) в месте оплавления медных деталей эвтектика практически не наблюдается, массовая доля кислорода в оплавлении не превышает 0,05%, зерна имеют равноосную форму, образуется большое количество пор.

Исследования электротехнических изделий и проводников на предмет обнаружения следов аварийных режимов работы в испытательной пожарной лаборатории по Республике Мордовия производятся в рамках экспертных исследований по делам о пожарах в соответствии с прейскурантом цен на данный вид деятельности.

© 2018 Испытательная пожарная лаборатория по Республике Мордовия · email: iplrm@rambler.ru