Металлографические исследования

Металлографические исследования проводятся по известным методикам, описание которых читатель найдет в специальной литературе по металлографии.

Исходные медные и алюминиевые провода имеют волокнистую, а медь - еще и мелкозернистую нерекристаллизованную структуру. На про­во­де, подвергшемся тепловому воздействию пожара, по мере приближения к зоне нагрева могут наблюдаться участки, где произошла частичная, пол­ная и собирательная рекристаллизация, пережог, плавление и, наконец, разрушение. Зона пережога наблюдается, правда, только в алюминиевых проводниках и в явно выраженном виде отсутствует в медных [11].

После короткого замыкания изменение структуры проводников происходит локально в области разрушения. При этом у алюминиевых проводников на металлографическом шлифе обнаруживаются участки с литым рекристаллизованным (равноосная рекристаллизованная структура) зерном. Изменений структуры металла на других участках провода не наблюдается, т.к. КЗ не приводит к нагреву проводов, способному обеспечить протекание процесса рекристаллизации [11, 14].

Исходная и рекристаллизованная структуры алюминиевого провода показаны на рис. 2.1.

У медных проводников изменения структуры также локализованы в области места разрушения, при этом наблюдаются структуры: литая, равноосная рекристаллизованная, смешанная, исходная нерекристаллизованная.

У проводника, разрушенного под действием механических нагрузок, для места разрыва характерно наличие вытянутых вдоль его оси зерен [11].

 

Рис. 2.1. Структура жилы алюминиевого провода (х200) [14]: а) исходная; б) полностью рекристаллизованная

Отдельную и достаточно сложную задачу представляет собой дифференциация перегрузки и внешнего теплового воздействия пожара как причин термического поражения (разрушения) проводника.

Начнем с алюминиевых проводников.

Рис. 2.2. Жила провода после токовой нагрузки [14]: 1 - нерекристаллизованная структура; 2 - частично рекристализованная; 3 - рекристализованная; 4 - литая; 5 - пережог

Как при перегрузке, так и при расплавлении проводника под действием внешнего теплового потока на металлографических шлифах фиксируются зоны с исходной нерекристаллизованной струк­ту­рой, зона с частично рекристал­­лизованной структурой, зо­на с равноосной рекристаллизованной структурой, включающая участок с мелкозернистой структурой пережога, зо­на с литой структурой (рис. 2.2.). Однако, в отличие от нагрева внешним тепловым по­током, при перегрузочном режиме переходная зона с частично рекристаллизованной структурой очень узкая - не более 1 мм (при тепловом воздействии по­жара - 8-10 мм). Для расплавления проводника при внешнем ло­кальном нагреве характерно также на­личие, кро­ме мел­козер­ни­стой, зоны с круп­нозер­нис­той рекристаллизо­ван­ной структурой пережога, в которой размеры зе­рен сравнимы с диаметром проводника. При нагреве током перегрузки такая структура отсутствует.

При дальнейшем нагреве в ходе пожара в проводе, разрушенном вследствие перегрузки, из-за отжига происходят изменения и формируется указанная выше крупнозернистая рекристаллизованная структура. Однако характерный признак - мелкозернистая структура пережога, литая структура, а также переходная зона сохраняются [11, 14].

Все, указанное выше, справедливо в случае, если проводник в ходе развившегося пожара не подвергся нагреву выше 600 ⁰С - предельной температуры, после которой всякие намерения исследовать алюминиевые провода теряют смысл. Это плохо, т.к. при пожарах температура на конструкциях часто превышает данный предел. Но, увы, реальность (в данном случае заключающаяся в низкой температуре плавления алюминия) не всегда такова, как хотелось бы эксперту.

У медных проводников признаки, позволяющие дифференцировать перегрузку и внешнее тепловое воздействие, как причину разрушения проводника, в целом аналогичны отмеченным для алюминия. Для перегрузки характерно наличие зон с исходной нерекристаллизованной, смешанной, равноосной рекристаллизованной структурой, а также зоны с литой структурой. В отличие от алюминия, отсутствует участок со структурой пережога. Появляются участки с литой структурой (слоем оплавленной меди) на поверхности провода и даже небольшого размера каплями меди на ней.

При нагреве внешним тепловым потоком появляется зона с крупнозернистой рекристаллизованной структурой пережога. Кроме того, участок с переходной структурой имеет большую протяженность (до 10 мм) по сравнению с перегрузкой [11].

Из отмеченного выше следует, что и на медных, и на алюминиевых проводах одним из главных дифференцирующих признаков перегрузки и внешнего теплового воздействия является ширина переходной зоны - при пе­регрузке она очень узкая - до 1 мм, при внешнем тепловом воздействии - ши­рокая - до 10 мм [11, 14]. И, чтобы не упустить этот признак и установить местонахождение границы между зонами с различной кристаллической структурой, нужно достаточно точно выбрать участок провода для изготовления шлифа и съемки. Это один из наиболее сложных моментов данного исследования. Для нахождения на проводе указанного участка пред­лагается предварительно по длине провода, в котором возможно было прохождение токов перегрузки, выполнить съемку серии рентгенограмм. На найденном участке делается шлиф, который затем исследуется металлографическим методом [14].

Можно действовать и более простым (но менее точным и надеж­ным) методом - испытанием проводника на изгиб. Это также позволяет выявить зоны с различной внутренней структурой [11]. Суть последнего мето­да в том, что твердость проводника в зонах, где прошла рекристал­лизация, заметно меньше и, соответственно, он легче изгибается.

 

Дифференциация момента (первичности или вторичности) короткого замыкания медных проводников

 

Визуальный осмотр

Как уже отмечалось, оплавления, вызванные коротким замыканием, носят выраженный локальный характер. В работах [8, 11] указывается, что в случае КЗ, предшествующего пожару (т.е. первичного КЗ), оплавленный участок вытянут вдоль оси проводника; поверхность капли гладкая, без газовых пор и вырывов; если не было последующего высокотемпературного воздействия на проводник, изоляция остается обугленной только изнутри.

При КЗ, возникшем вследствие пожара (вторичном КЗ), на поверхности оплавления могут присутствовать газовые поры и вырывы, а изоляция, если она сохранилась, может быть обуглена с двух сторон.

Инструментальные исследования медных проводников с целью уста­новления момента КЗ, исходя из сегодняшнего уровня знаний, целе­со­об­разнее производить сочетанием двух методов - рентгеноструктурного ана­­ли­за (РСА) и металлографии. Металлография, судя по данным [9], дос­таточно эффективный аналитический метод, позволяющий решить пос­тавленную задачу и без привлечения других методов, в том числе РСА. Металлографические исследования, однако, достаточно трудоемки, а РСА - метод более экспрессный. Поэтому методы эти целесообразно ис­поль­зо­вать в паре, особенно при большом количестве поступивших на иссле­­­дование объектов. Сначала проводится рентгеноструктурный ана­лиз проводников, а затем, если результаты РСА не позволяют сделать однозначный вывод о моменте КЗ, исследования продолжаются методом металлографии.

 

⇐ Предыдущая32333435363738394041Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: