Выявление следов больших переходных сопротивлений после пожара на строящихся и эксплуатируемых объектах

Во всем мире 20- 40% пожаров в зданиях и сооружениях различного назначения связаны с аварийными режимами в электросетях и электропотребителях [1−3]. Один из наиболее распространенных пожароопасных режимов такого рода — большие переходные сопротивления (БПС).

На строящихся и реконструируемых объектах БПС возникает прежде всего во временных электросетях, проложенных на время проведения строительно-монтажных работ — в местах скрутки проводов, изломов жил и т. д. Возникновению БПС способствует вибрация работающей строительной техники и оборудования, приводящая к ослаблению контактов.

На введенных в эксплуатацию объектах данный режим через определенное время проявляется в местах некачественного монтажа электрооборудования и это особенно опасно при контакте со сгораемыми конструкционными и отделочными материалами.

В эксплуатируемых зданиях и сооружениях БПС чаще всего возникает в электрических щитах, в электроустановочной и коммутационной аппаратуре, а также в самых различных электропотребителях.

БПС, как пожароопасный аварийный режим, достаточно часто упоминается в специальной литературе по пожарной безопасности и электротехнике. Однако основная масса публикаций посвящена вопросам профилактики этого явления. Механизм его возникновения и протекания изучен достаточно плохо. Еще менее изучены следы, которые оставляет этот процесс, методы их выявления и фиксации при исследовании и экспертизе пожаров.

В отдельных случаях разрушения электрических проводников и деталей в зоне действия БПС столь велики, что они без труда обнаруживаются при визуальном осмотре и фиксируются обычной фотосъемкой. Однако в большинстве случаев следы БПС не видны невооруженным глазом и их выявление и фиксация после пожара представляет нелегкую задачу. Экспертам при поисках следов БПС (если такие поиски проводятся вообще) приходится действовать интуитивно, т.к. непонятно, что собственно необходимо искать, какими методами и техническими средствами. Непонятно, какие выявленные следы могут рассматриваться в качестве квалификационных признаков БПС, насколько они способны сохраняться и видоизменяться в ходе пожара. Это приводит к тому, что на практике следы данного пожароопасного режима, как правило, не выявляются, его причастность к возникновению пожара не доказывается. А ведь по мнению специалистов, БПС — одна из наиболее распространенных «электротехнических» причин пожаров, гораздо более частая, нежели другие.

Необходимость научно-методического обеспечения экспертного исследования пожаров вообще и следов БПС, в частности, становится особо актуальной в настоящее время, в условиях проходящей в стране правовой реформы. В суде свое мнение о причине пожара экспертам все чаще приходится не декларировать, а доказывать, часто в условиях достаточно жесткой дискуссии с противоположной стороной. В такой ситуации сомнениям подвергается наличие и причинная связь с возникновением пожара не только скрытых, но и явных следов возникновения пожара. Выявить истинную причину пожара и отстоять ее в суде может помочь только научнообоснованная и безупречная с технической и правовой точки зрения экспертная методика.

Целью данной работы является изучение следов БПС, возникающих на контактных элементах электрических сетей и электроустановок и разработка научных основ их экспертного исследования при установлении причины пожара.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

— Провести анализ известных методов и методик экспертного исследования после пожара следов основных пожароопасных процессов, которые возникают в электросетях (в том числе БПС), а также принципов работы и аналитических возможностей инструментальных методов, которые могут оказаться пригодны для исследования следов БПС.

— Проанализировать механизмы возникновения БПС в различных ситуациях, изготовить лабораторные установки, моделирующие соответствующие режимы возникновения БПС, провести на них эксперименты с получением образцов для дальнейших исследований.

— Выбрать инструментальные методы и провести с их помощью исследование полученных образцов, установить квалификационные признаки протекания процесса БПС.

— Исследовать зависимость формирующихся признаков от условий протекания процесса (контактирующие материалы, температура в зоне контакта и др.).

— Исследовать устойчивость выявленных квалификационных признаков в характерных для пожара температурных условиях, в задымленной атмосфере, при резком охлаждении при тушении.

— Разработать аналитическую схему и научные основы методики экспертного исследования следов БПС при экспертизе пожаров и провести их апробацию на реальных пожарах.

На защиту выносятся:

— Результаты исследования инструментальными методами следов БПС, их образования и трансформации в характерных для пожара условиях.

— Аналитическая схема й научные основы методики выявления следов БПС на контактных соединениях, изъятых с места пожара.

Исследование методом оптической микроскопии, РЭМ, РСА, металлографии следов БИС, возникающих и обнаруживаемых на поверхности контактных элементов из меди, алюминия, латуни, стали в условиях лабораторного моделирования, а также непосредственно на объектах, изьпиаемых с мест пожаров, показало следующее:

1. Явление БИС возникает в случае недостаточной площади контакта или неплотного соединения между контактирующими соединениями (что также приводит к недостаточной площади контакта) и сопровождается множественными искровыми микроразрядами, и (либо) локальньпли проплавлениями поверхности.2. Наиболее информативным методом выявления характерных для БПС следов является растровая электронная микроскопия.3. Микроразряды оставляют на поверхности контактируюпщх проводников следы в виде «впадины», «кратеров», «хребтов», микрооплавлений различной формы и размеров, лучще всего выявляемых методом РЭМ. По мере удаления от центра впадины плотность расположения характерных следов БПС уменьщается.4. При безыскровом характере БПС следы этого режима гфедставляют собой локальные «проплавления» — округлую, без граней и кромок структуру, напоминающую при увеличениях 300″ ^ ;

1200 «волны».5. Проведённые исследования позволяют предположить следующий механизм протекания БПС следующий: при недостаточной площади контакта между проводниками в местах контакта вследствие повьппения температуры начинается локальное подплавление поверхности контактов. Если площадь контакта меньще некоторого критического значения, в зоне БПС начинается прохождение многочисленных электрических разрядов.6. Размер следов, оставленных искрами, зависит не только от мощности искры, но и от природы контактирующих материалов. Установлена корреляция между мощностью искр, температурой плавления материала и размером возникающих на поверхности дефектов — чем больще мощность искры и ниже температура плавления металла, тем крупнее дефекты, и наоборот.7. Выявлена зависимость формирующихся на контактах морфологических признаков от температуры их нагрева — при относительно нгоких температурах наблюдаются волнообразные проплавления, при более высоких — искровые следах. При искровом характере БПС с увеличением температуры возрастают и геометрические размеры следов искрения — размер впадины, кратеров и микрооплавлений.

8. Установленный характер следов БПС не зависит от материала контакта (исследовано для алюминия, меди, стали,.

латуни).9. Площадь дефектного участка, по-видимому, совпадает с площадью контактирующих площадок.10. Следы, выявляемые методом РЭМ, сохраняются в характерных для пожара условиях (вторичный нагрев теплом пожара, в задымлённой атмосфере, при резком охлаждении водой) вплоть до достижения температуры плавления алюминия и меди. На медных образцах при нагреве свыше ЗОО^С возникают трудности дифференциации следов искровой эрозии и механических повреждений, но они могут быть преодолены дополнительном исследовании образцов методом металлографии или РСА. Последние методы позволяют выявить дополнительный признак БПС — локальный нагрев.11. Апробация разработанной аналитической схемы выявления следов БПС в экспертных исследованиях вещественных доказательств, изъятых с реальных пожаров, показало её работоспособность и эффективность в решении задачи установлении причины пожара.