Диссертация (Установление природы оплавлений медных проводников и латунных токоведущих изделий при экспертизе пожаров на объектах энергетики)

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫНа правах рукописиМокряк Андрей ЮрьевичУСТАНОВЛЕНИЕ ПРИРОДЫ ОПЛАВЛЕНИЙМЕДНЫХ ПРОВОДНИКОВ И ЛАТУННЫХ ТОКОВЕДУЩИХ ИЗДЕЛИЙПРИ ЭКСПЕРТИЗЕ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность(технические науки, отрасль энергетика)Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:д.т.н., профессор, засл.

деятель науки РФЧешко И.Д.Москва – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 51 ПОЖАРООПАСНЫЕ АВАРИЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОСЕТЯХ, ИХПОСЛЕДСТВИЯИМЕТОДИКИЭКСПЕРТНОГОИССЛЕДОВАНИЯ(АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР) .....................................................................................

111.1 Виды аварийных режимов работы электросети и их ........................................... 11пожарная опасность ..................................................................................................... 111.1.1 Короткое замыкание и токи утечки ....................................................................

121.1.2 Токовая перегрузка.............................................................................................. 141.1.3 Большие переходные сопротивления ................................................................. 151.2 Инструментальные исследования оплавлений металлических проводниковтока при определении их природы .............................................................................. 161.3 Особенности микроструктуры медных сплавов ................................................... 211.3.1 Медь и ее микроструктура .................................................................................. 211.3.2 Виды латуней и их микроструктура ...................................................................

221.3.3 Микроструктура металла после электродугового воздействия ........................ 262 МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОСЕТИИ УСЛОВИЙ ПОЖАРА. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЛАВЛЕНИЙ .............. 292.1 Экспериментальный электротехнический стенд .................................................. 292.1.1 Устройство стенда ...............................................................................................

292.1.2 Электрическая схема стенда ............................................................................... 332.2 Выбор объектов исследования .............................................................................. 362.3 Моделирование аварийных режимов .................................................................... 372.3.1 Короткое замыкание на медных проводниках ................................................... 372.3.2 Короткое замыкание на латунных контактах ....................................................

382.3.3 Токовая перегрузка на медных проводниках..................................................... 382.3.4 Внешнее тепловое воздействие .......................................................................... 392.4 Методы исследования оплавлений ........................................................................ 402.4.1 Морфологическое исследование визуальным методом .................................... 4032.4.2 Морфологическое исследование методом сканирующей электронноймикроскопии ................................................................................................................. 412.4.3 Рентгенофазовый анализ медных проводников ................................................ 412.4.4 Металлографический анализ медных и латунных проводников тока ..............

422.4.5 Рентгенофлюоресцентный анализ латунных проводников тока ...................... 433 АНАЛИЗ ОПЛАВЛЕНИЙ МЕДНЫХ ПРОВОДНИКОВ, ПОДВЕРГШИХСЯВОЗДЕЙСТВИЮ СВЕРХТОКА ................................................................................. 443.1 Признаки термического проявления сверхтока на медном проводнике .............

443.2 Влияние величины тока КЗ на микроструктуру медного проводника ................ 503.4 Вздутия и механизм их образования ..................................................................... 573.5 Влияние отжига на микроструктуру оплавлений медных проводников............. 663.6 Анализоплавленийразличнойприродыметодомсканирующейэлектронной микроскопией .........................................................................................

743.7 Особенности, возникающие при анализе оплавлений медных проводниковметодом рентгенофазового анализа ............................................................................ 793.8 Механизм формирования следов протекания по медному проводникусверхтока ...................................................................................................................... 854ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯВНЕШНЕГОСЛЕДОВТЕПЛОВОГОКОРОТКОГОВОЗДЕЙСТВИЯЗАМЫКАНИЯВИЛАТУННЫХТОКОПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЯХ ........................................................................... 934.1 Признаки КЗ и внешнего теплового воздействия при морфологическоманализе методом СЭМ .................................................................................................

934.2 Элементный анализ массопереноса при КЗ латунных контактов ....................... 954.3 Определение концентрации цинка после КЗ латунных контактов ..................... 994.4 Признаки КЗ и внешнего теплового воздействия при металлографическоманализе ........................................................................................................................ 1015ИССЛЕДОВАНИЕОПЛАВЛЕНИЙМЕДНЫХПРОВОДНИКОВИЛАТУННЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ЭКСПЕРТИЗЕПОЖАРОВ ................................................................................................................. 1115.1 Схема экспертного исследования оплавлений медных проводников ............... 11145.2 Схема экспертного исследования электротехнических изделий из латуни ......

119ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................... 127СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................................... 130ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения…………………………………………..….....1405ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияЛинии электропередач являются важнейшими компонентами электроэнергетики– отрасли, охватывающей сферы производства электроэнергии и ее доставки допотребителя.

К сожалению, провода и кабели, обеспечивающие эту доставку,относятся к числу наиболее пожароопасных изделий, поскольку в них сочетаетсягорючая среда (электроизоляция, оболочки кабелей и др.) и источники зажигания(искры, дуги, нагретые электрическим током детали и т.п.), появляющиеся при работеэлектрооборудования в аварийных режимах. В промышленно развитых странах, в томчисле и в России, доля пожаров от электротехнической продукции ежегодносоставляет от 15 до 25 % [19].

По всем видам электротехнической продукции первоеместо по числу пожаров с большим опережением занимают изделия кабельнойпромышленности (провода и кабели) в комплексе с другими компонентамиэлектросетей [64, 65].Основными аварийными режимами, приводящими к возникновению загоранийкабелей, являются электродуговые режимы, а также режимы сверхтоков, которыемогут иметь место при коротких замыканиях (КЗ) или перегрузках [8, 13, 21, 24, 26,27, 29, 68, 69]. Наиболее изученным электрическим пожароопасным режимом, как спожарно-профилактической, так и экспертно-криминалистической точек зрения,является КЗ. Первые работы по экспертному криминалистическому исследованиювозникающих при коротких замыканиях дуговых оплавлений были опубликованы В.Хегемайером в шестидесятых годах прошлого века [92].

Во Всесоюзном научноисследовательском институте противопожарной обороны МВД СССР (ВНИИПОМВД СССР) под руководством профессора Г.И. Смелкова была разработанатеоретическая основа (методология) установления причастности электрическихаварийных режимов к возникновению пожара, создана и практически реализованаперваяотечественнаявозникновенияКЗнаинструментальнаямедныхиметодикаалюминиевыхустановленияпроводах,моментапозволяющаядифференцировать дуговые оплавления, возникшие в результате так называемых«первичных» и «вторичных» КЗ [62].

Свое развитие методика получила в работах6Всесоюзного научно-исследовательского института МВД СССР (ВНИИ МВД СССР)и экспертно-криминалистического центра МВД России (ЭКЦ МВД России) [13, 21,24, 26, 27, 29]. Экспертному исследованию медных проводников после пожара такжепосвящены работы, в том числе при их контакте с проводниками тока, выполненнымииз других металлов [1, 24, 51, 56, 61]. В комплексе с указанными методиками следуетрассматривать методику экспертного исследования следов БПС, которые возникают вэлектроцепях в зонах т.н. «плохих контактов» [77 - 79] и тепловыделения которыхдостаточно часто являются первопричиной пожара.Методика исследования оплавлений медных проводников является одной изсамых востребованных в лабораториях экспертных подразделений МЧС и МВДРоссии, поскольку версия о причастности к возникновению горения аварийныхрежимов в электропроводке отрабатывается практически на каждом пожаре. Однако,как показывает практика расследования пожаров, нередки случаи, когда результатыинструментальныхисследований,аименнорентгеноструктурногоиметаллографического анализа, не согласуются с выводами по очагу и причинепожара.