Исследование микротвердости медного проводника автомобильной электрической сети, подвергшегося токовой перегрузке

Введение. Приведенные в статье данные наглядно показывают насущную необходимость обеспечения пожарной безопасности автотранспортных средств. Целью статьи является обоснование применения метода измерения микротвердости при исследовании медного проводника, подвергшегося токовой перегрузке и внешнему высокотемпературному воздействию, для установления причины его повреждения в ходе пожарно-технической экспертизы.

Материалы и методика. Исследования проводились с использованием растрового электронного микроскопа JSM-6390LV с приставкой для энергодисперсионного микроанализа, а также микротвердомера DuraScan 20.

Результаты и их обсуждение. Экспериментально доказано, что микротвердость медного проводника, подвергшегося токовой перегрузке, и медного проводника, подвергшегося внешнему высокотемпературному воздействию, существенно различаются. Даны снимки участков измерения микротвердости медного проводника, подвергшегося воздействию сверхтока. Приведены результаты энергодисперсионного анализа и характерные диагностические признаки, позволяющие идентифицировать причину повреждения медного проводника при пожаре (высокотемпературный отжиг или токовая перегрузка). Установлено, что выявленные признаки являются устойчивыми и не подвержены изменениям в естественных условиях хранения автомобиля.

Выводы. Предложен метод дифференциации повреждения медного проводника при пожаре (токовая перегрузка, внешнее высокотемпературное воздействие). Показано также, что метод измерения микротвердости можно использовать при исследовании фрагментов медных проводников в качестве вспомогательного к основному методу исследования — растровой микроскопии. Приведенные в статье данные могут быть использованы специалистами при экспертном исследовании медных проводников, изымаемых с мест пожаров, установлении механизма их повреждения и в конечном счете причины пожара автомобиля.

1. Брушлинский Н. Н., Соколов С. В. Какова “стоимость” пожаров в современном мире? // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2020. — Т. 29, № 1. — C. 79–88. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.79-88.

2. Quintiere J. G. Fundamentals of fire phenomena. — England, Chichester : John Wiley and Sons Ltd., 2006. DOI: 10.1002/0470091150.fmatter.

3. Beyler C., Carpenter D., Dinenno P. Introduction to fire modeling. Fire Protection Handbook. — 20th ed. — Quincy : National Fire Protection Association, 2008.

4. Severy D., Blaisdell D., Kerkhoff J. Automotive collision fires // SAE Technical Paper 741180, 1974. DOI: 10.4271/741180.

5. Katsuhiro Okamoto, Norimichi Watanabe, Yasuaki Hagimoto, Tadaomi Chigira, Ryoji Masano, Hitoshi Miura, Satoshi Ochiai, Hideki Satoh, Yohsuke Tamura, Kimio Hayano, Yasumasa Maeda, Jinji Suzuki. Burning behavior of sedan passenger cars // Fire Safety Journal. — 2009. — Vol. 44, No. 3. — P. 301–310. DOI: 10.1016/j.firesaf.2008.07.001.

6. Чешко И. Д., Скодтаев С. В., Теплякова Т. Д. Классификация аварийных пожароопасных режимов работы электросетей автомобилей и схема выявления их следов после пожара // Проблемы управления рисками в техносфере. — 2019. — № 1(49). — C. 107–115.

7. Богатищев А. И. Комплексные исследования пожароопасных режимов в сетях электрооборудования автотранспортных средств : дис. … канд. техн. наук. — М., 2002. — 269 с.

8. Чешко И. Д. Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования). — 2-е изд., стереотип. — СПб. : СПб ИПБ МВД РФ, 1997. — 562 с.

9. Чешко И. Д., Мокряк А. Ю., Скодтаев С. В. Механизм формирования следов протекания сверхтоков по медному проводнику // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. — 2015. — № 1. — С. 41–46.

10. Мокряк А. Ю. Установление природы оплавлений медных проводников и латунных токоведущих изделий при экспертизе пожаров на объектах энергетики : дис. … канд. техн. наук. — М., 2018. — 140 с.

11. Смелков Г. И., Чешко И. Д., Плотников В. Г. Экспериментальное моделирование пожароопасных аварийных режимов в электрических проводах // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. — 2017. — № 3. — C. 121–128.

12. Недобитков А. И. Особенности короткого замыкания в автомобильной электрической сети // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2018. — Т. 27, № 5. — C. 34–49. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.05.34-49.

13. Смелков Г. И. Пожарная безопасность электропроводок. — М. : ООО “Кабель”, 2009. — 328 с.

14. Недобитков А. И. Особенности токовой перегрузки в автомобильной электрической сети // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. — 2019. — Т. 28, № 4. — C. 42–50. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.04.42-50.

15. Колчин В. В., Крутолапов А. С. Пожарная безопасность электромобилей // Пожарная безопасность: проблемы и перпективы. — 2018. — Т. 1, № 9. — C. 417–419.

16. Lazarenko O., Loik V., Shtain B., Riegert D. Research on the fire hazards of cells in electric car batteries // BiTP. — 2018. — Vol. 52, No. 4. — Р. 108–117. DOI: 10.12845/bitp.52.4.2018.7.

17. Larsson F., Andersson P., Mellander B.-E. Lithium-ion battery aspects on fires in electrified vehicles on the basis of experimental abuse tests // Batteries. — 2016. — Vol. 2, No. 2. — 13 p. DOI: 10.3390/batteries2020009.

18. Чешко И. Д., Мокряк А. Ю., Мокряк А. В. Эволюция методики определения первичности-вторичности оплавлений медных проводников, вызванных коротким замыканием // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. — 2018. — № 3. — С. 39–45. DOI: 10.24411/2218-130X-2018-00047.

19. Таубкин И. С., Саклантий А. Р. О методических материалах по установлению причинно-следственной связи между аварийными режимами в электропроводке с медными проводниками и возникновением пожара // Теория и практика судебной экспертизы. — 2018. — Т. 13, № 3. — С. 38–46. DOI: 10.30764/1819-2785-2018-13-3-38-46.

20. Roby R. J., McAllister J. Forensic investigation techniques for inspecting electrical conductors involved in fire // Final Technical Report for Award No. 239052. — Columbia : Combustion Science & Engineering, Inc., 2012.

21. Babrauskas V. Arc beads from fires: Can ‘cause’ beads be distinguished from ‘victim’ beads by physical or chemical testing? // Journal of Fire Protection Engineering. — 2004. —Vol. 14, No. 2. — Р. 125–147. DOI: 10.1177/1042391504036450.

22. Delplace M., Vos E. Electric short circuits help the investigator determine where the fire started // Fire Technology. — 1983. — Vol. 19, No. 3. — Р. 185–191. DOI: 10.1007/bf02378698.

23. Wright S. A., Loud J. D., Blanchard R. A. Globules and beads: what do they indicate about small-diameter copper conductors that have been through a fire? // Fire Technology. — 2015. — Vol. 51, No. 5. — Р. 1051–1070. DOI: 10.1007/s10694-014-0455-9.

24. Babrauskas V. Arc mapping: a critical review // Fire Technology. — 2018. — Vol. 54, Issue 3. — P. 749–780. DOI: 10.1007/s10694-018-0711-5.

25. Hoffmann D. J., Swonder E. M., Burr M. T. Arc faulting in household appliances subjected to a fire test // Fire Technology. — 2016. — Vol. 52, Issue 6. — P. 1659–1666. DOI: 10.1007/s10694-015-0556-0.

26. Kuan-Heng Liu, Yung-Hui Shih, Guo-Ju Chen, Jaw-Min Chou. Microstructural study on oxygen permeated arc beads // Journal of Nanomaterials. — 2015. — Article ID 373861. — 8 p. DOI: 10.1155/2015/373861.

27. Lewis K. H., Templeton B. Morphological variation in copper arcs during post-arc fire heating // Proceedings of 3rd International Symposium on Fire Investigation Science & Technology. — Sarasota : National Association of Fire Investigators, 2008. — P. 183–195.

28. Murray I., Ajersch F. New metallurgical techniques applied to fire investigation // Fire & Materials ‘2009. — London : Interscience Communications Ltd., 2009. — P. 857–869.

29. Carey N. J. Developing a reliable systematic analysis for arc fault mapping : Ph. D. Diss. — Strathclyde, United Kingdom : University of Strathclyde, 2009.

30. Loginov Yu. N., Demakov S. L., Ivanova M. A., Illarionov A. G., Karabanalov M. S., Stepatov S. I. Effect of annealing on properties of hot-rolled electrical copper // The Physics of Metals and Metallography. — 2015. — Vol. 116, No. 4. — P. 393–400. DOI: 10.1134/S0031918X1502009X.

31. Demakov S. L., Loginov Yu. N., Illarionov A. G., Ivanova M. A., Karabanalov M. S. Effect of annealing temperature on the texture of copper wire // The Physics of Metals and Metallography. — 2012. — Vol. 113, No. 7. — P. 681–686. DOI: 10.1134/S0031918X12070046.