Из точки А в точку В: рентгенофазовый анализ

Если друг оказался вдруг… Казалось бы, речь должна пойти о человеческих взаимоотношениях. Однако перечень «друзей» может быть намного шире. Вот, к примеру, электрический ток. Чем не друг? Всегда готов помочь сделать жизнь светлее, теплее и ярче. Главное в ответ соблюдать определенные правила, иначе маленькая ошибка может обернуться большим пожаром.

Нарушение правил устройства и эксплуатации электроустановок ежегодно находится на лидирующих позициях среди основных причин пожаров в России и в мире. Возгорание в электрических сетях может возникнуть вследствие больших переходных сопротивлений, перегрузок и коротких замыканий.

Коротким замыканием называется всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание через малое сопротивление между фазами, а также замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод. В рамках расследования пожара важно установить, мог ли пожар возникнуть из-за короткого замыкания, а для этого необходимо определить его первичность или вторичность. Первичным коротким замыканием называется замыкание, которое произошло до пожара и стало его причиной. В свою очередь, вторичное короткое замыкание возникает, когда пожар уже вовсю развивается, и его опасные факторы воздействуют на электрооборудование. Для определения момента возникновения короткого замыкания в электрической сети используется рентгенофазовый анализ.

Рентгенофазовому исследованию подлежат медные проводники. В условиях термического воздействия медь претерпевает изменения, зависящие от значения температуры и длительности нагрева. Происходящие изменения в состоянии и свойствах проводника выражаются в соответствующих следах, по которым можно судить о том, что привело к их образованию.

При коротком замыкании, возникшем до пожара, по длине проводника возникает градиент температур. В месте оплавления достигается температура расплавленной меди более 1083 °С. На поверхности при этом интенсивно образуется закись меди по реакции 2СuО → Cu₂О + 1/2O₂. По мере удаления от места оплавления температурное влияние дуги короткого замыкания ослабевает, и содержание оксида меди Cu₂О уменьшается. На расстоянии 25-30 мм от места оплавления его концентрация такая же, как и в исходном проводнике.

В условиях реального пожара в задымленной атмосфере содержатся продукты горения, в частности, СО. При вторичном коротком замыкании, то есть возникшем уже в процессе пожара, будет происходить восстановление закиси меди в месте оплавления по реакции Cu₂O + СО → 2Сu + СO₂.

Чтобы понять, какие процессы происходили с проводником до и во время пожара, образец исследуется при помощи рентгеновского дифрактометра «Радиан ДР-01». Проводник помещают в держатель так, чтобы образующая цилиндрического образца находилась в плоскости рентгеновского луча, а сам образец при этом был перпендикулярен рентгеновскому лучу.

Перед началом работы объект исследования тщательно промывают в этиловом спирте и протирают марлевым тампоном. В качестве образцов отбирают только открыто проложенные провода и кабели без металлической оплетки. Рентгеноструктурный анализ не проводится для проводников, сечение которых изменено на протяженном участке и длина составляет менее 30 мм.

Для определения первичности или вторичности короткого замыкания исследуются два участка: участок А – на расстоянии 0-5 мм и участок В – на расстоянии 30-35 мм от оплавления. В точках А и В снимают линии Сu₂О и Cu. Затем определяют площадь пиков Сu₂О и Cu и находят их соотношение (J Cu₂О / J Сu) для каждого из участков.

Дифференцирующим признаком первичного короткого замыкания является повышенная в 2 и более раз концентрация в поверхностном слое проводника непосредственно у оплавления оксида меди Сu₂О. Менее существенные различия в концентрации Cu₂O не являются достаточно достоверными признаками для дифференциации природы оплавления проводника. В этом случае необходимо продолжить исследование другими методами, в частности, методом металлографии.

Таким образом, для определения причастности короткого замыкания к возникновению пожара экспертам нужно А – знать химию и В – уметь проводить рентгенофазовый анализ. Тогда целенаправленное движение из точки А в точку В позволит точно определить причину пожара.