Исследование следов взаимодействия стальных деталей с медными проводниками
К настоящему времени вопросы экспертного исследования после пожара следов взаимодействия разнородных металлов наиболее полно изучены на примере оплавлений, возникающих при контакте медных и алюминиевых проводников с различными стальными оболочками.
Методика исследования следов взаимодействия стальных оболочек из малоуглеродистых сталей (стальные трубы, металлорукава и иные изделия) с медными проводниками представлена в данном сборнике в редакции [48, 52]. Дополнительные и более подробные сведения о получаемых микроструктурах можно получить из Атласа микроструктур [51].
Как показывает практика, основные положения данной методики могут применяться и при пожарах на автомобильном транспорте.
Возникновение КЗ между медным проводником и стальной оболочкой
Для защиты от механических повреждений электропровода часто прокладываются в стальных трубах. В случае однофазного КЗ между проводником и стенкой трубы вероятно возникновение устойчивой электрической дуги. При этом возможен прожог трубы (рисунок 2.60) и разлет из образовавшегося отверстия расплавленных частиц металла. Этот процесс сопровождается расплавлением узкой зоны металла с последующей его кристаллизацией.
Поскольку температура плавления низкоуглеродистых сталей, из которых изготовляют трубы, равна примерно 1500 °С, то признаки причастности коротких замыканий к возникновению пожаров, формирующиеся на стальных изделиях, должны сохраняться в довольно широком диапазоне температур.
|
|
|
Рисунок 2.60 – Фрагмент трубостойки со сквозным прожогом
Наиболее часто процесс КЗ развивается по двум схемам: сначала возникает горение, затем – КЗ (ВКЗ); и, наоборот, сначала возникает КЗ, а затем – горение (ПКЗ). Для решения вопроса о моменте возникновения короткого замыкания требуется установить, сопутствовал процессу прожога подогрев или нет.
Проведенными модельными экспериментами установлено, что температура внешнего нагрева стальной оболочки, необходимая для того, чтобы произошло КЗ провода на ее корпус, составляет примерно 500 °С.
Результаты экспериментов по определению температурных условий, влияющих на возникновение КЗ в стальной трубе (толщина стенки 2,2 мм), представлены в таблице 2.14.
Таблица 2.14- Температурные условия возникновения КЗ для кабелей различных марок
| Тип кабеля | Температура внешнего нагрева трубы, °С | Длительность нагрева, мин |
| АВВГ | 560 | 4,5 |
| АПВ-2,5 | 500 | 4,0 |
| ВВГ-2х2,5 | 550 | 4,5 |
| КРПТ-3х1,5 | 780 | 7,5 |
Из таблицы 2.14 видно, что замыкание в стальной оболочке может возникать при внешнем нагреве до температуры не менее 500 °С.
|
|
|
Физические аспекты КЗ между медным проводником и стальной оболочкой
В специальной литературе имеется ряд работ, посвященных исследованию рассматриваемой проблемы. Диагностирование момента замыкания производится посредством исследования микроструктуры кромки прожога стальной оболочки. В частности, в работе [52] основным признаком причастности КЗ к возникновению пожару названо наличие в месте прожога структуры видманштетта (рисунок 2.62). Канадский исследователь Б. Беланд [53] отмечает, что для КЗ, возникшего в процессе развития пожара, характерна протяженная зона прожога оболочки. Тогда как для замыкания, предшествовавшего пожару, характерны прожоги, как правило, округлой формы и небольших размеров.
Рисунок 2.62 - Видманштеттова структура в месте прожога стальной трубы
Различие в микроструктуре стали связано с существенно различной скоростью охлаждения нагретых дугой короткого замыкания участков трубы, которая зависит от момента возникновения замыкания (до пожара или в процессе его развития).
Однако дифференциация момента возникновения замыкания по микроструктуре стали в месте прожога возможна лишь в случаях, если последующий нагрев стальной оболочки не превышал критической температуры, соответствующей Ас1 (температура превращения перлита в аустенит – 723 °С). При более высокой температуре нагрева происходит перекристаллизация и микроструктура стали существенно изменяется. Следовательно, при температуре последующего нагрева трубы свыше 700 °С исследовать структуру металла в зоне прожога нецелесообразно. На наличие такого высокотемпературного отжига, как правило, указывает достаточно толстый слой окалины на поверхности стальной оболочки.
|
|
|
Важную информацию об условиях возникновения КЗ можно получить в результате исследования микроструктуры наплавов материала оболочки и проводника, имеющихся на участках трубы, примыкающих к месту прожога. Известно, что структура любого металла, кристаллизующегося из расплава, зависит, прежде всего, от скорости охлаждения. Контакт расплавленных капель металла со стенками холодной трубы обусловливает неодинаковую скорость теплоотвода по различным направлениям. Образующиеся в расплаве центры кристаллизации начинают интенсивно расти в направлении максимального отвода тепла, а выделяющаяся в процессе кристаллизации скрытая теплота плавления препятствует росту кристаллов в других направлениях. В результате образуется зона вытянутых кристаллов, которые получили название столбчатых дендритов.
|
|
|
Исследования структуры наплавов стали показали, что для КЗ, предшествовавшего пожару, характерна дендритная литая или столбчатая структура. Если труба была предварительно нагрета, то направление преимущественного отвода тепла отсутствует и рост зерен происходит с примерно одинаковой скоростью по всем направлениям. В результате образуется равноосная литая структура. Аналогичные результаты получены при исследовании наплавов меди (рисунок 2.63, 2.64). Решение вопроса о моменте возникновения КЗ по характеру структуры наплавов стали и меди возможно, если температура последующего нагрева не превышала 1300 – 1400 °С (для стали) и 1000 – 1050 °С (для меди).
Рисунок 2.63 – Микроструктура наплава меди на стенке стальной трубы при ПКЗ (100х)
а – стенка трубы; б – окисная пленка; в – наплав меди
Рисунок 2.64 – Микроструктура наплава меди на стенке стальной трубы при ВКЗ (200х)
Дифференциация момента возникновения КЗ по структуре оплавленного медного проводника, изъятого в месте расположения прожога стенки трубы, производится в соответствии с методическими рекомендациями [48] (см. п.2.4.1.1).
Дополнительным признаком, указывающим на возникновение КЗ в результате внешнего нагрева трубы, является наличие слоя окалины между стенкой и наплавом. На рисунке 2.64 в качестве иллюстрации приведен пример из экспертной практики, когда между наплавом меди, имеющим равноосную литую структуру, и стенкой трубы имеется слой оксидов.
Следует иметь в виду, что в отдельных случаях в результате воздействия электрической дуги КЗ и расплавления стенки оболочки и проводника образуются наплавы, представляющие собой сплав железа с медью. В этих случаях диагностика момента возникновения КЗ бывает затруднена.
Металлографический анализ
Отбор образцов для металлографического анализа
Определение момента возникновения КЗ производится путем металлографического анализа микроструктуры материала трубы и проводников в зоне прожога.
Из изъятых при осмотре места пожара труб со следами воздействия дуги КЗ вырезаются прямоугольные образцы размером 20х10 мм для приготовления микрошлифов. Места вырезки указаны на рисунке 2.65. Металлографическому исследованию подвергают: участки трубы в зоне прожога, наплавы меди на стенках трубы, наплавы стали на стенках трубы, оплавление медной жилы провода.
Рисунок 2.65 - Схема отбора образцов для металлографического исследования из трубы с признаками прожога (стрелками указаны места разреза трубы)
При наличии нескольких зон прожога отбираются образцы с участка трубы, который был наиболее удален от источника напряжения.
Если в материалах уголовного дела не указано, какое из прожженных в корпусе трубы отверстий находилось в наиболее удаленной от источника напряжения точке, то образцы для исследования необходимо вырезать с обеих сторон трубы (металлорукава).
Признаки, дифференцирующие ПКЗ (ВКЗ) между медным проводником и стальной оболочкой
Для ПКЗ между медными жилами и стенкой стальной оболочки, характерны следующие признаки:
- прожоги стальной оболочки небольших размеров и имеют, как правило, округлую форму;
- на кромке трубостойки в месте прожога материал оболочки может иметь структуру видманштетта, если последующий нагрев не превышал 723 °С;
- наплав стали на стенке имеет дендритную или столбчатую структуру;
- наплав меди на стенке имеет мелкозернистую литую или дендритную структуру;
- оплавленный участок медного проводника, изъятого в месте расположения прожога стенки, имеет дендритную структуру.
Для ВКЗ характерны следующие признаки:
- прожоги стальной оболочки могут иметь вытянутую вдоль ее оси форму;
- на кромке трубостойки в месте прожога материал оболочки имеет структуру, состоящую из зерен феррита разных размеров и отдельных скоплений перлита между ними;
- наплавы стали и меди на стенках трубы имеют равноосную литую структуру;
- между наплавом меди и стенкой трубы имеется слой окалины.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 309; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!