Иркутск, Иркутская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Иркутск, Иркутская область, Россия
УДК 343.983.25 Прочие судебно-технические расследования
В статье рассмотрены результаты исследования медных проводников, подвергнутых токовым перегрузкам методом определения усилия изгиба. Установлено, что для проводников, подвергнутых токовой перегрузке кратностью от 2,8 до 13, величина усилия изгиба составляет от 0,6 до 1,16 кг, что в 2–6 раз меньше, чем для проводника, не подвергавшегося токовой перегрузке (2,3–2,4 кг). Для проводников, подвергнутых токовым перегрузкам, характерно наличие участков, на которых процессы рекристаллизации еще не завершились, и участков, на которых медь находится «послерекристаллизационном» состоянии. Авторами предложен механизм исследования с помощью тестера отжига проводов ТОП-01-ЭП медных многожильных проводников, подвергавшихся токовым перегрузкам, изымаемых с мест пожаров. Критерием применения тестера отжига проводов ТОП-01-ЭП является одновременное наличие жил, находящихся в исходном («дорекристаллизационном») состоянии, и жил, в которых процессы рекристаллизации практически завершены, то есть жил, величина усилия изгиба для которых будет отличаться в 2 и более раз.
пожар; электрические проводники, аварийный режим, перегрузка, сверхтоки, усилие при изгибе, тестер отжига проводов, судебная пожарно-техническая экспертиза.
Введение
Значительное изменение вещной обстановки, повреждение или полное уничтожение следовой картины на месте происшествия, связанные с пожаром, обусловливают высокую трудоемкость и сложность расследования уголовных дел такой категории.
Традиционно при выдвижении и проверке версии о причине пожара органами предварительного следствия рассматриваются тепловые проявления электрического тока при аварийных режимах работы электрооборудования. Данная причина пожара, в соответствии со статистическими данными, занимает второе место после неосторожного обращения с огнем и составляет свыше 17 % от общего количества пожаров [1].
Наиболее распространенными объектами исследования, изымаемыми с мест происшествий, являются медные электрические проводники с признаками аварийного процесса в виде оплавлений в зонах их разрушений. Как правило, при обнаружении таких проводников возникает два
основных вопроса: какова причина разрушения электрического проводника и при каких условиях окружающей среды произошло разрушение проводника. Ответы на данные вопросы можно получить только при использовании специальных знаний в ходе производства судебной пожарно-технической экспертизы [см., напр., 2].
В научных работах по данному направлению не раз указвалось, что основными причинами разрушений медных электрических проводников являются механическое воздействие, внешнее тепловое воздействие, металлургический эффект (растворение тугоплавкого металла при попадании на него расплава более легкоплавкого металла), тепловые проявления аварийных режимов работы электрической сети, к которым относятся большое переходное сопротивление, металлические и неметаллические короткие замыкания, перегрузки по напряжению (перенапряжения) и току, а также искрение, вынос потенциала на металлоконструкции [напр., 3; 4]. Особую актуальность в условиях постоянного увеличения количества электропотребителей и их мощности приобретает исследование проводников, подвергшихся токовым перегрузкам. Идентификации таких проводников и методам их исследования с целью определения условий протекания аварийного процесса научным сообществом сегодня уделяется пристальное внимание [5–7].
Информацию о наличии или отсутствии признаков аварийного режима работы электросети и его виде можно, как правило, получить еще на этапе морфологического исследования электрических проводников в результате их визуального осмотра, а также с использованием методов световой и электронной микроскопии.
В учебной и научной литературе выделяют несколько признаков разрушения медного проводника вследствие теплового проявления электрического тока [8–10]:
– обугливание полимерной изоляции со стороны жилы проводника (при наличии сохранившихся участков);
– наличие на конце проводника оплавления, которое имеет четко выраженные границы и форму, характерную для оплавления, сформированного при воздействии электрической дуги короткого замыкания;
– наличие участков сплавления проволок многопроволочного проводника между собой;
– наличие локальных и протяженных участков увеличения или уменьшения сечения жилы проводника (утолщений и утончений) в результате плавления металла;
– наличие локальных шаровидных вздутий различного размера на поверхности жилы проводника (формируются при наличии изоляции во время протекания аварийного процесса);
– фрагментация жилы проводника при многократной перегрузке.
Необходимо отметить, что токовая перегрузка электрического проводника сопровождается его нагревом практически по всей длине прохождения тока. Возникающие при этом термические повреждения жилы по внешнему виду зачастую схожи с последствиями внешнего теплового воздействия, к которым также относятся протяженные зоны оплавления, изменения размера поперечного сечения проводника (рис. 1).
Рис. 1. Повреждения медного проводника в результате теплового действия токов перегрузки (сечение проводника 1,5 мм2, кратность перегрузки 3,4)
Перегрев электрического проводника как при воздействии тока, так и тепла пожара неизбежно приводит к изменению механических свойств проводника.
Общеизвестным методом оценки степени термического повреждения медного проводника является механическое воздействие на него путем изгиба. При температуре отжига ниже 800–900°С проводник сохраняет пластичность, при температуре отжига выше 800–900°С он становится хрупким и после двух – трех изгибов ломается.
Приборное обеспечение оценки степени термического повреждения медных проводников определением усилия изгиба было разработано ФГУ ВНИИПО МЧС России в виде тестера отжига проводов [11].
В основе метода лежит способность холоднодеформированного
металлического изделия восстанавливать пластичность в процессе нагрева в результате рекристаллизации. Определение степени рекристаллизации отдельных участков электрического проводника осуществляется методом определения величины усилия изгиба. С увеличением температуры нагрева степень рекристаллизации увеличивается, и соответственно, величина усилия изгиба при нагреве уменьшается.
Ю. Н. Елисеевым [12] в результате экспериментальных исследований было установлено, что при нагреве в течение 15 минут от 200 до 600°С медный проводник может находиться в одном из трех состояний:
– дорекристаллизационное (исходное) состояние (сохраняется до 200–300°С);
– состояние, при котором протекает процесс рекристаллизации и наблюдается значительное увеличение пластичности металла (до 400°С);
– послереклисталлизационное состояние, когда при дальнейшем увеличении температуры пластичность металла практически не меняется.
Величина усилия изгиба в указанном интервале температур снижалась в 2,5 и 5 раз для проводников сечением 2,5 мм2 и 1,5 мм2 соответственно.
Очевидно, что при тепловом проявлении электрического тока в проводнике также будут протекать процессы рекристаллизации, сопровождающиеся изменением механических свойств металла. Данные процессы могут отличаться от процессов, протекающих в медном проводнике при тепловом воздействии пожара, и зависеть от кратности перегрузки.
На основании вышеизложенного целью данной работы является исследование процессов рекристаллизации в медном проводнике в результате действия электрического тока методом определения усилия изгиба.
Основная часть
Для моделирования перегрузки электрической сети использовался нагрузочный трансформатор электросварочного аппарата «BestWeld PR300». Медные одножильные
однопроволочные проводники в поливинилхлоридной изоляции (сечение 1,5 мм2, длина 300 мм), размещенные горизонтально на поверхности лабораторного стола, подвергались токовым нагрузкам в 65 А, 80 А, 150 А, 200 А и 300 А при нормальных условиях окружающей среды. Кратность перегрузки составила 2,8; 3,5; 6,5; 8,7; 13 соответственно.
Для определения величины усилия изгиба использовался тестер отжига проводов ТОП-01-ЭП, состоящий из двух блоков – клещей и индикаторного устройства, с установленным в нем тензодатчиком (рис. 2).
Поверхность жил медных проводников перед измерением усилия изгиба очищалась от остатков карбонизированной полимерной изоляции.
Рис. 2. Тестер отжига проводов ТОП-01-ЭП
Измерение усилия изгиба проводилось с конца проводника в сторону оплавления, расстояние между участками измерений составляло 25 мм.
В результате исследования установлено, что для исходных проводников, которые не подвергались перегрузкам, величина усилия изгиба составляет 2,3–2,4 кг. Изменение усилия изгиба по длине проводника может быть обусловлено технологией получения медной проволоки.
В результате исследования установлено, что для проводников, подвергнутых токовой перегрузке, величина усилия изгиба составляет от 0,6 до 1,16 кг, что в 2–6 раз меньше, чем для проводника, не подвергавшегося токовой перегрузке. Максимальное снижение усилия изгиба по длине проводника на 0,54 кг (с 1,16 до 0,64 кг) наблюдалось при кратности перегрузки 2,8, минимальное изменение на 0,2 кг – при кратности перегрузки 3,5 и 8,7 (рис. 3). Для проводников характерно нелинейное изменение твердости и пластичности металла. С учетом экспериментальных данных, приведенных в работе С. В. Скодтаева [10], для проводников характерно наличие участков, на которых процессы рекристаллизации еще не завершились, и участков, на которых медь находится в «послерекристаллизационном» состоянии.
Рис. 3. Изменение усилия изгиба по длине проводника при кратности
перегрузки 2,8 (1); 3,5 (2); 6,5 (3), 8,7 (4); 13 (5)
Токовая перегрузка приводит к перегреву проводников практически по всей трассе прохождения сверхтоков и, соответственно, к снижению величины усилия изгиба по всей длине проводника. Следовательно, при исследовании многожильных медных проводников в зонах пожара, где температура составляла менее 300°С, можно установить одновременное наличие жил, находящихся в «дорекристаллизационном» (или исходном) состоянии, и жил, в которых процессы рекристаллизации практически завершены. Наличие таких проводников, величина усилия изгиба для которых будет отличаться
в 2–6 раз, будет свидетельствовать о протекании тепловых аварийных процессов в электрической сети.
Выводы и заключение
В результате проведенных экспериментальных исследований процессов рекристаллизации в медных проводниках, подвергнутых токовым перегрузкам, методом определения усилия изгиба установлено:
– для проводников, подвергнутых токовой перегрузке кратностью от 2,8 до 13, величина усилия изгиба составляет от 0,6 до 1,16 кг, что в 2–6 раз меньше, чем для проводника, не подвергавшегося токовой перегрузке (2,3–2,4 кг);
– для проводников, подвергнутых токовым перегрузкам, характерно наличие участков, на которых процессы рекристаллизации еще не завершились, и участков, на которых медь находится в «послерекристаллизационном» состоянии.
Предложено применение тестера отжига проводов ТОП-01-ЭП для определения на месте пожара медных проводников, подвергшихся токовой перегрузке.
1. Чечетина, Т. А., Сибирко, В. И., Гончаренко, В. С., Загуменнова, М. В. Обстановка с пожарами в Российской Федерации в 2022 году // Пожарная безопасность : науч.-техн. журн. 2023. № 1(110). С. 92-109.
2. Ключников, В. Ю., Пеньков, В. В., Довбня, А. В., Богатищев, А. И., Шульгин, С. О. Определение причин разрушения медных проводников, изымаемых с мест пожаров // Типовые экспертные методики исследования вещественных доказательств. Ч. II. Под ред. А.Ю. Семёнова. Общая редакция канд. техн. наук В.В. Мартынова. М.: ЭКЦ МВД России, 2012. 800 с.
3. Лебедев, К. Б., Мокряк, А. Ю., Чешко, И. Д. Экспертное исследование после пожара контактных узлов электрооборудования в целях выявления признаков больших переходных сопротивлений: Методические рекомендации. М.: ВНИИПО, 2008. 60 с.
4. Руденко, М. Б., Беляк, А. Л. Экспертная оценка пожароопасного проявления аварийных режимов электросети автотранспортных средств // Криминалистика: вчера, сегодня, завтра : сб. науч. тр. 2018. № 4 (8). С. 154-159.
5. Мокряк, А. Ю., Пеньков, В. В., Чешко, И. Д., Шульгин, С. О., Парийская, А. Ю., Колмаков, А. И. Экспертное исследование оплавлений медных проводников, изымаемых с места пожара. М.: ЭКЦ МВД России, 2016. 80 с.
6. Кузнецов, К. Л., Шеков, А. А. Влияние токов перегрузки на формирование структуры металла в зонах разрушений медных проводников // Вестник Восточно-Сибирского института МВД России : науч.-практ. журн. 2016. № 1 (76). С. 97-105.
7. Мокряк, А. Ю. Установление природы оплавлений медных проводников и латунных токоведущих изделий при экспертизе пожаров на объектах энергетики: автореферат дисс. … канд. техн. наук. М.: Академия ГПС МЧС России, 2018. 24 с.
8. Мокряк, А.Ю., Чешко, И.Д., Пеньков, В.В. Морфологический анализ медных проводников, подвергшихся воздействию токовой перегрузки, при экспертизе пожаров // Проблемы управления рисками в техносфере : науч.-аналит. журн. 2014. № 4 (32). С. 41-49.
9. Дашко, Л. В., Синюк, В. Д., Пеньков, В. В., Довбня, А. В. Автотранспортные средства как объект пожарно-технической экспертизы: Учебное пособие / Под ред. канд. хим. наук Л.В. Дашко. - М.: ЭКЦ МВД России, 2022. 152 с.
10. Скодтаев, С. В. Механизм и морфологические признаки аварийных пожароопасных процессов в электросетях автомобилей: дисс. … канд. техн. наук. СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2019. 144 с.
11. Способ определения степени термического поражения: Пат. 2342965 Рос. Федерация. № 2006133276/12; заявл. 18.09.2006; опубл. 10.01.2009, Бюл. 1. 6 с.
12. Елисеев, Ю. Н. Исследование кабельных изделий на месте пожара с помощью тестера отжига проводов // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : сб. ст. 2015. Т. 2. № 1 (6). С. 308-311.
13. Пащенко, К. Г., Бахматов, Ю. Ф., Кальченко, А. А., Рузанов, В. В., Михайлицын, С. В., Ярославцев, А. В., Ярославцева, К. К., Терентьев, Д. В., Шекшеев, М. А., Тютеряков, Н. Ш., Шашкин, Д. А. Геометрические характеристики проволоки после совмещенного процесса бесфильерного волочения и очистки поверхности // Успехи современного естествознания : науч. журн. 2014. №12. С. 421-424.
14. Логинов, Ю. Н., Илларионов, А. Г., Демаков, С. Л., Иванова, М. А., Мысик, Р. К., Зуев, А. Ю. Неоднородность структуры непрерывнолитой меди // Литейщик России : журн. 2011. №11. С.28-32.
15. Логинов, Ю. Н., Демаков, С. Л., Илларионов, А. Г., Иванова, М. А., Карабаналов, М. С. Возникновение пористых структур в кислородсодержащей меди при деформационном воздействии // Физическая мезомеханика : журн. 2013. Т. 16. № 6. С. 99-102.
