Влияние токов перегрузки на формирование структуры металла в зонах разрушений медных проводников

К.Л. Кузнецов, А.А. Шеков

ВЛИЯНИЕ ТОКОВ ПЕРЕГРУЗКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА В ЗОНАХ РАЗРУШЕНИЙ МЕДНЫХ ПРОВОДНИКОВ

В статье проведен металлографический анализ зон оплавления медных жил, образующихся при токовых перегрузках. Рассмотрено влияние токов перегрузки на структуру оплавлений.

Ключевые слова: токовые перегрузки, медные проводники, металлографический анализ, судебная пожарно-техническая экспертиза

K.L. Kuznetsov, A.A. Shekov EFFECT OF OVERLOAD CURRENTS ON THE METAL STRUCTURE FORMATION IN THE DESTRUCTION OF COPPER

CONDUCTORS

The metalgraphic analysis of sites of melting of copper electric wires is carried out. Influence of currents of an overload on structure of oplavleniye is considered.

Keywords: electrical overloads, copper wire, metallographic analysis, forensic fire-technical examination

В последние годы в условиях непрерывного развития науки и техники растет число новых электроприборов высокой мощности, использующихся в повседневной жизни людей. Это увеличивает потребление электроэнергии в расчете на человека и приводит к скрытому развитию аварийного режима работы электросети в виде токовых перегрузок.

Протекание по проводам сверхтоков, вызванных токовой перегрузкой, при отсутствии или неисправности аппаратов защиты может сопровождаться нагревом проводников до температуры самовоспламенения изоляции и (или) расположенных вблизи горючих материалов [4, 5]. В этих случаях на жилах проводников возникают протяженные участки поверхностного оплавления с характерными зонами утолщений и утончений, имеющих сходство с последствиями внешнего теплового воздействия [1]. Таким образом, нередко после пожара эксперту необходимо определить природу имеющихся на токоведущих жилах повреждений, в частности, отличить результат протекания аварийного процесса в электросети от последствий внешнего термического [3].

В работе для проведения исследования использовали медные одножильные проводники в поливинилхлоридной изоляции сечением 0,5 мм , 0,75 мм2, 1 мм2.

Перегрузку электрической сети имитировали в нормальных условиях окружающей среды с помощью нагрузочного трансформатора электросварочного аппарата «Вев1^геШ РЯЗОО» при силе тока 65А, 80А, 150А, 200А, 300А. Проводники длиной 30 см закреплялись на весу зажимами электросварочного аппарата.

Металлографические шлифы образцов готовили с использованием шлифовально-полировального станка «Шлиф-2М-У». Травление поверхности шлифов осуществлялось протиранием ватным тампоном, пропитанным раствором хлорного железа в соляной кислоте. Исследование микроструктуры проводилось на металлографическом микроскопе МЕТАМ РВ-21.

При анализе структуры микрошлифов медных проводников се-

л

чением 1мм (рис. 1) установлено, что во всех образцах основу сплава составляет медь (на фото светлые участки). При силе тока 65А, 80А и 150А на поверхности и по границам зерен меди наблюдается небольшое количество смеси меди и оксида меди (Си+Си20) - эвтектики, наличие газовых пор и участков с дендритным строением. Часть микроструктуры представлена зернами меди, имеющими равноосную структуру (структуру равномерной кристаллизации при высокой температуре). На основании этих данных можно сделать вывод о наличии в месте оплавления микроструктуры сплава с признаками, формирующимися при протекании аварийного режима работы электросети как в нормальных условиях окружающей среды, так и в условиях повышенных температур.

а)

б)

д)

Рис. 1. Микроструктуры шлифов медных проводников сечением 1мм , полученных при токах перегрузки: а) 65А; б) 80А; в) 150А; г) 200А; д) 300А

При силе тока 200А на поверх- (Cu+Cu2O), зерна меди имеют денд-ности и по краям зерен меди наблюда- ритное строение, что характерно для ется незначительное количество смеси аварийных режимов в нормальных меди и оксида меди - эвтектики условиях окружающей среды. (Cu+Cu2O), зерна меди имеют равно- При анализе структуры мик-

осную структуру, газовые поры. По- рошлифов медных проводников се-добная структура металла формирует- чением 0,75 мм2 (рис. 2) установлено, ся в условиях высоких температур и что во всех образцах основу сплава пониженного содержания кислорода, составляет медь (на фото светлые т.е. в условиях пожара. участки). При силе тока 65А, 80А и

При силе тока 300А на поверх- 150А на поверхности и по границам ности и по краям зерен меди наблюда- зерен меди присутствует оксид меди ется значительное количество смеси в виде эвтектики (Cu+Cu2O), значи-меди и оксида меди - эвтектики тельное количество сплава меди и

оксида меди наблюдается при силе тока 65А. Также на всех образцах имеются участки с дендритным строением (шлиф сделан поперек дендри-тов). При силе тока 65А и 150А имеются газовые поры, при 80А - газовые поры отсутствуют. Часть микроструктуры представлена зернами меди, имеющими равноосную структуру. При силе тока 65А наблюдается видоизменение оксида меди и его коагуляция. На основании этих данных можно сделать вывод о наличии в месте оплавления микроструктуры сплава с признаками, формирующимися при протекании аварийного режима работы электросети как в нормальных условиях окружающей среды, так и в условиях повышенных температур.

а)

При силе тока 200А на поверхности и по краям зерен меди наблюдается небольшое количество смеси меди и оксида меди - эвтектики (Си+Си20), зерна меди имеют равноосную структуру, имеются газовые поры. Подобная структура металла формируется в условиях высоких температур и пониженного содержания кислорода, т.е. в условиях пожара.

При силе тока 300А на поверхности и по краям зерен меди наблюдается большое количество смеси меди и оксида меди - эвтектики (Си+Си20), зерна меди имеют дендритное строение, имеются газовые поры. Такое строение характерно для аварийных режимов в нормальных условиях окружающей среды.

д)

2

Рис. 2. Микроструктуры шлифов медных проводников сечением 0,75мм , полученных при токах перегрузки: а) 65А; б) 80А; в) 150А; г) 200А; д) 300А

При анализе структуры мик- щими равноосную структуру. При

рошлифов медных проводников се- силе тока 65А наблюдается видоиз-

чением 0,5 мм2 (рис. 3) установлено, менение частиц оксида меди и их

что во всех образцах основу сплава коагуляция. На основании этих дан-

составляет медь (на фото светлые ных можно сделать вывод о наличии

участки). При силе тока 65А и 80А на в месте оплавления микроструктуры

поверхности и по границам зерен сплава с признаками, формирующи-

меди наблюдается небольшое коли- мися при протекании аварийного

чество смеси меди и оксида меди - режима работы электросети как в

эвтектики (Cu+Cu2O), наличие газо- нормальных условиях окружающей

вых пор и участков с дендритным среды, так и в условиях повышенных

строением (шлиф сделан поперек температур.

дендритов). Часть микроструктуры При силе тока 150А на по-

представлена зернами меди, имею- верхности и по краям зерен меди

наблюдается небольшое количество смеси меди и оксида меди - эвтектики (Си+Си20), зерна меди имеют равноосную структуру, газовые поры. Подобная структура металла

а)

формируется в условиях высоких температур и пониженного содержания кислорода, т.е. в условиях пожара.

б)

Рис. 3. Микроструктуры шлифов медных проводников сечением 0,5мм , полученных при токах перегрузки: а) 65А; б) 80А; в) 150А; г) 200А; д) 300А

При силе тока 200А и 300А на поверхности и по краям зерен меди наблюдается большое количество смеси меди и оксида меди - эвтектики (Си+Си20), зерна меди имеют дендритное строение (шлиф сделан поперек дендритов), газовые поры. Такое строение характерно для аварийных режимов в нормальных условиях окружающей среды.

Как видно, структура металла в зоне оплавления медного проводника зависит от тока перегрузки, величина которого влияет на интенсивность и особенности прогрева медного проводника, а также разрушения и воспламенения его изоляции.

В результате исследования зон оплавлений медных проводников установлено:

- при силе тока 65 А, 80 А и 150 А (кроме проводника сечением 0,5 мм ) шлифы зон оплавлений проводников имеют микроструктуры металла, схожие со структурами, формируемыми при коротком за-

мыкании электропроводки как в нормальных условиях окружающей среды, так и в условиях пожара;

- зоны оплавлений проводников сечением 0,5 мм2, образованные при силе тока 150 А, и сечением 0,75 мм2 и 1 мм2, образованные при силе тока 200 А, имеют микроструктуры металла, схожие со структурами, формируемыми при коротком замыкании электропроводки в условиях пожара;

- зоны оплавлений проводников сечением 0,5 мм2, образованные при силе тока 200 А и 300 А, и сечением 0,75 мм2 и 1 мм2, образованные при силе тока 300 А, имеют микроструктуры металла, схожие со структурами, формируемыми при коротком замыкании электропроводки в нормальных условиях окружающей среды.

Таким образом, при перегрузке электрической сети в условиях нормальной окружающей среды, когда данный аварийный режим может послужить причиной пожара,

в зоне оплавления возможно формирование структуры металла, схожей со структурой, формируемой при коротком замыкании электропроводки в условиях пожара. Данный феномен связан с влиянием величины токов перегрузки на интенсивность и особенности прогрева медного проводника, а также разрушения и воспламенения его изоляции.

Известно, что изоляция провода может загореться только при токовой перегрузке, имеющей кратность выше определенного значения. Так, для кабеля с медной жилой сечением 0,5 мм2 номинальная сила тока составляет 11 А, 0,75 мм2

Л

- 15 А, 1 мм - 17 А. Следовательно, при кратности перегрузки медного проводника 11-14 в нормальных условиях окружающей среды возможно формирование структур, характерных для условий пожара. Для исключения ошибочных выводов по причине пожара экспертам в данном случае необходима информация о нагрузке электрической сети, т.е. о мощности потребителей электрической энергии.

В целом полученные данные согласуются с результатами работ [2, 6]. В работе [6] установлено, что при увеличении кратности перегрузки вытянутые структуры металла сменяют равноосные. В работе [2] отмечается, что зерна в оплавлениях при токовой перегрузке кратностью более 3-4 имеют различную форму (дендритные, вытянутые или равноосные) и ориентацию. При этом авторы отмечают, что при пе-

регрузках кратностью менее 8-9 содержание кислорода в зоне оплавления варьируется от 0,10 до 0,39 % и более. При кратностях перегрузки более 8-9 концентрация кислорода в большей части объема оплавления остается на уровне - 0,05 %. Таким образом, в данных работах не рассматривается переход от равноосной формы зерен в оплавлении к смешанной при токах перегрузки кратностью более 11-14.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1. 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. 2014. № 4 (32). С. 41-49.

2. Мокряк А.Ю., Чешко И.Д. Металлографический анализ медных проводников, подвергшихся воздействию токовой перегрузки при экспертизе пожаров // Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России. 2014. № 4. С. 51-58.

3. Чешко И.Д., Мокряк А.Ю., Ско-дтаев С.В. Механизм формирования следов протекания сверхтоков по медному проводнику // Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России. 2016. № 1. С. 41-46.

4. Ling-zi Li, Jin-zhuan Zhang. Study on Ignition Capability of Overloaded Wire to the Wool Fabric // Procedia Engineering. 2016. V. 135. Р. 220-226.

5. Ying Wu. Research on Overload Ignition Characteristic of Copper Wire // Advanced Materials Research. 2013. V. 740. P 511-516.

6. Zhang J.Z. Impaction of overload time and multiple of current on the microstructure of copper wire // Fire Science and Technology. 2009. N. 7. P. 543-545.

Р.А. Забавко

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ УГОЛОВНОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕСТУПЛЕНИЯ: ИСТОРИЧЕСКИЙ

АСПЕКТ

В статье рассмотрены вопросы развития правового регулирования ответственности за экологические преступления, выявлены основные причины трансформации законодательства, средства дифференциации уголовной ответственности за экологические преступления на различных этапах развития уголовного права России.

Ключевые слова: экологические преступления, санкции, дифференциация уголовной ответственности

R.A. Zabavko

DIFFERENTIATION OF THE CRIMINAL LIABILITY FOR ENVIRONMENTAL CRIMES: THE HISTORICAL ASPECT

Analyze the development of legislation on environmental crime, identified the main causes of changes in legislation, the means of criminal liability for environmental crimes differentiation at different stages of the development of criminal law in Russia

Keywords: environmental offenses, the sanctions, the differentiation of criminal responsibility

Историческая изменчивость средств дифференциации уголовной ответственности, существенные трансформации норм уголовного законодательства, устанавливающих ответственность за экологические преступления, поиск оптимальных механизмов уголовно-правовой охраны окружающей среды вынуждают обратиться к опыту правового регулирования в данной сфере, который сформировался в отечественном уголовном праве. Исследование исторической обусловленности дифференциации уголовной ответственности является важнейшим условием для криминализации общественно опасных деяний, подлежащих учету наряду с криминологической обусловленностью [5. С. 116], а также учетом зарубежного опыта [1. С. 84].