Диссертация (1172950), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Подобного родамакро- и микропоры также образовывались внутри вздутий (рисунок 3.7).макропорамикропорыа) Макропора и микропоры в оплавлении на конце медного проводника52крупное вздутиемакропорымелкиевздутияпроводникб) Макропора, расположенная во вздутии на поверхности медного проводникаРисунок 3.7 – Поры, образовавшиеся в различных зонах медного проводника, притоковой перегрузке кратностью более 3÷4Оплавление границ зеренПротекание тока перегрузки в медном проводнике вызывало оплавлениемежзеренных границ, концентрирующихся в приповерхностном слое провода(рисунок 3.8).
В результате оплавления границ зерен появляются несплошности вматериале проводника, которые, в отличие от пор, обладающих сферической лиовальной формой без острых углов, имеют произвольную форму с острымиуглами.а) Приповерхностный слой, в котором наблюдаются оплавления границ зерен(темные участки, отмеченные пунктиром).
Панорамный снимок53б) Крупный план оплавлений границ зерен(темные участки, отмеченные стрелками)Рисунок 3.8 – Оплавление границ зерен в приповерхностном слоенерасплавленной части медного проводникапри токовой перегрузке кратностью более 3÷4Оплавление межзеренных границ может вызвать также фрагментациюмедного проводника, т.е. разделение его на части (рисунок 3.9).Рисунок 3.9 – Оплавление границ зерен, вызвавшее фрагментацию медногопроводника при токовой перегрузке кратностью более 3÷4. Проводник неразделился до конца54Содержание кислорода и форма зерна в оплавленных зонахСодержаниекислородавоплавлениимедногопроводника,образовавшегося в результате токовой перегрузки, зависит от времени, втечение которого медь находится в расплавленном состоянии.
На это, всвою очередь, оказывает влияние кратность тока перегрузки – чем онабыла выше, тем быстрее происходит разделении (разрыв) проводника начасти и, соответственно, меньше времени медь находится в жидкомсостоянии.Награфике,приведенномнарисунке3.10а,показаназависимость времени от начала воздействия сверхтока на проводник домомента его разрыва от кратности тока перегрузки. График, приведенныйна рисунке 3.10б, отражает зависимость концентрации кислорода в зонеоплавления от кратности тока перегрузки. Из сравнения данных графиковвидно, что «пороговой» кратность перегрузки, при достижении которойрезко снижается концентрация кислорода, является кратность, равная 8 –10 (рисунок 3.10б).
На рисунке3.10а это соответствует временипротекания аварийного процесса в пределах 5 – 15 сек. Очевидно, применьшем времени протекания аварийного режима реакция разогретой(расплавленной) меди с кислородом пройти не успевает.При перегрузках менее 8 ÷ 9 крат содержание кислорода в зонеоплавления,атакженадругихоплавленныхучасткахмедногопроводника (межпроволочные и поверхностные оплавления, вздутия ит.д.), варьировалось от 0,10 до 0,39 % и более (рисунок 3.11а). Прикратностях перегрузки более 8÷9 концентрация кислорода в большейчасти объема оплавления оставалась на исходном уровне - 0,05 %(рисунок 3.11б, в, г, д, е).Зерна в оплавленных зонах при токовой перегрузке кратностью более3÷4 имели различную форму и ориентировку и могли быть дендритными,вытянутыми (столбчатыми) или равноосными.557570656055Время (t), сек5045403530252015105002468101214161820Кратность перегрузки (к), ед.а) Зависимость времени от началавоздействия сверхтока на проводник домомента его разрыва от кратности токаперегрузкиб) Зависимость концентрации кислорода воплавлении от кратности тока перегрузкиРисунок 3.10 – Графики, отражающие изменение различных параметровв зависимости от кратности тока перегрузкаа) к = 5 - 8; O2 ≈ 0,20 %в) к = 12; O2 ≈ 0,05 %б) к = 9; O2 ≈ 0,05 %г) к = 14; O2 ≈ 0,05 %56е) к = 20; O2 ≈ 0,05 %д) к = 17; O2 ≈ 0,05 %Рисунок 3.11 - Микроструктуры оплавлений медных проводников,образовавшихся при различных кратностях перегрузки (к), и содержаниекислорода в нихСледует особо отметить, что содержание кислорода и форма зерна могутзначительно отличаться в пределах оплавления.
Например, на рисунке 3.12показано оплавление, основной объем которого состоит из равноосных зерен приконцентрациикислорода0,05%.Однако,воплавленииимеетсяприповерхностный слой толщиной порядка 0,1 мм, структура которого состоит издендритных зерен при содержании кислорода 0,2 %. Толщина этого слоя, повидимому, зависит от многих факторов (кратность сверхтока, газообразныйсостав окружающей среды и т.д.) и может значительно варьироваться.57а) Общий план оплавленияб) Крупный план участка оплавленияРисунок 3.12 – Участок оплавления, возникшего в результате токовой перегрузки кратностьюболее 3÷4: - приповерхностный слой состоит из зерен дендритной формы при содержаниикислорода порядка 0,2 %; - центральный участок состоит из зерен равноосной формы присодержании кислорода порядка 0,05 %Описанные в разделе 3.2 повреждения, образующиеся при протекании помедному проводнику сверхтока, а также данные металлографического анализа,могут быть использованы при экспертных исследованиях для оценки кратноститока перегрузки [34, 35, 43].3.4 Вздутия и механизм их образованияВрезультатепроведенияэкспериментальныхисследованийбылообнаружено, что вздутия образуются только на проводниках в изоляции(таблица 3.2).Таблица 3.2 – Экспериментальные данные о наличии вздутий на медныхмногопроволочных и однопроволочных проводниках в изоляции и без изоляциипри токовой перегрузке различной кратностиВ изоляцииБез изоляцииK,крат.одн.мног.одн.мног.1505нетнетнетнет2107ед.нетнетнетI, A58I, AK,крат.В изоляцииБез изоляцииодн.мног.одн.мног.ед.нетнетнетнетнетнет270933011ед.мн.39013мн.мн.мн.45015мн.мн.нетнет51019мн.мн.нетнетПримечание к таблице 3.2:ед.
– единичные;мн. – множественные;мног. – многопроволочные проводники;одн. - однопроволочные проводники.Характерная поверхность проводников, находившихся в изоляции и без нее вмомент протекания сверхтока, показана на рисунке 3.13.а) проводник, находившийся в изоляции в момент протекания сверхтокаб) проводник, находившийся без изоляциив момент протекания сверхтокаРисунок 3.13 –Поверхность медного проводника,подвергшегося воздействию токовой перегрузки 13 кратНа проводниках без изоляции формировались только дефекты в видеповерхностных оплавлений, утолщений и утончений. Также, при определенныхзначениях кратности токовой перегрузки, возникала фрагментация проводника,59появление которой не зависело от присутствия или отсутствия изоляции напроводе.Таким образом, наличие на поверхности медного проводника вздутийметалла указывает на то, что на момент протекания по нему сверхтока проводникна данном участке находился в изоляции, подвергшейся термическомувоздействию не выше температуры 100 - 140 °С (температурный диапазон началатермической деструкции поливинилхлорида).
Это дает криминалистическизначимую информацию об условиях протекания аварийного режима работыэлектросети.Как правило, данные дефекты имеют шарообразную форму, приэтом вотдельных случаях наблюдается и произвольная форма вздутий. Данные следытоковой перегрузки обладают относительно крепким сцеплением с поверхностьюпроводника, однако, могут быть удалены при механическом воздействии.Количество вздутий и их размерыРезультатыоценкиколичествавздутий,образующихсянамедномпроводнике при протекании по нему сверхтока, приведены в таблице 3.3.Измерения проводились на участке провода длиной 30 см.Таблица 3.3 – Количество вздутий в зависимости от кратности тока перегрузки научастке медного проводника длиной 30 смОднопроволочные МногопроволочныепроводникипроводникиI, AK, ед.1505нетнет21071-5нет27095 - 101-53301110 - 155 - 103901315 - 2510 - 254501525 - 3525 - 3551019более 35более 3560Далее было рассчитана величина удельного количества вздутий, на единицудлины проводника.
Зависимость этой величины от кратности тока перегрузкиприведена на графике (рисунок 3.14).Рисунок 3.14 – График зависимости удельного количества вздутий наоднопроволочном и многопроволочном медном проводникеот кратности тока перегрузкиЕдиничные вздутия у многопроволочных проводников начинают появлятьсяпри 9 кратной токовой перегрузке, у однопроволочных - при 7 кратной. Видно,что количество вздутий последовательно увеличивается с возрастанием кратноститоковой перегрузки. При этом, на однопроволочных проводниках их образуетсябольше, чем на многопроволочных. Однако, при высоких кратностях сверхтока,свыше 18 -19, количество вздутий на обоих типах проводников становитсяприблизительно одинаковым.Размеры вздутий варьируются в зависимости от кратности тока перегрузки исоставляют величину в диапазоне 0,08 ÷ 4,12 мм.
По гистограммам распределенияразмеров вздутий, было замечено, что имеется два максимума, один из которыхнаходился в диапазоне 0,08 ÷ 1 мм, а второй – 1 ÷ 4,12 мм (рисунок 3.15,таблица 3.4). При этом, приблизительно, от 0,9 до 1 мм наблюдалось резкоеуменьшение, либо полное отсутствие вздутий такого размера. По этой причине61вздутия условно были разделены на два вида: «мелкие» - диаметром менее 1 мм, и«крупные» - диаметром более 1 мм.Рисунок 3.15 – Гистограмма распределения количества вздутий по типам(размерам), основанная на данных из таблицы 3.4Таблица 3.4 – Данные о количестве вздутий на медном однопроволочномпроводнике при 11-кратной токовой перегрузкеТипМин,ммМакс,ммКол-во%10,180,451129,720,450,721027,030,720,99821,640,991,2638,151,261,5312,761,531,825,471,82,0738,182,072,3438,192,342,612,7102,62,8712,762Зависимость размеров «мелких» и «крупных» вздутий однопроволочныхмедных проводников от кратности тока перегрузки приведена на графике(рисунок 3.16).Рисунок 3.16 – График зависимости размеров вздутий на медныходнопроволочных проводниках от кратности тока перегрузкиУвеличение тока перегрузки медных проводов сопровождается уменьшениемдиаметров вздутий, за исключением «крупных» вздутий на многопроволочныхпроводниках, размер которых растет, при этом, их количество увеличивается.
Уоднопроволочных проводников количество «крупных» вздутий, наоборот,сокращается при повышении тока перегрузки.Можно предположить следующий механизм образования вздутий наповерхности медного проводника при перегрузке. В литературе [1] отмечается,что в месте прилегания изоляции к разогретой токами перегрузки жиле начинаютвыделяться газообразные продукты горения изоляции, при этом, тонкий еевнутреннийслойкарбонизируется,анаружныйслой,засчетнизкойтеплопроводности, еще не успевает достаточно нагреться. В результате этогопроцесса под слоем изоляции создается давление, вызывающее движение металла63проводника [1]. Это явление приводит к возникновению на поверхности медногопроводникаобразований,какправило,сферическойформы-вздутий.Уменьшение размеров вздутий, по видимому, вызвано уменьшением времени ихформирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
