Перспективный способ диагностирования аварийных режимов в кабельных изделиях с помощью рентгеновской дефектоскопии

КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь  2009

62

Актуально

Известно,  что  кабельная  продукция  может  иметь 

отношение к причинам возникновения пожаров, так 
как  при  определенных  условиях  в  ней  возникают 
аварийные  режимы,  тепловые  проявления  которых 
достигают пожароопасных величин [1,2].  Если в ре-
зультате  возникновения  аварийного  режима  прои-
зошел пожар, то крайне важно точно знать — какой 
именно аварийный режим имеет прямое отношение 
к причине возникновения пожара. Если это короткое 
замыкание (далее КЗ), то, возможно, оно произошло 
из-за ошибок при проектировании или из-за наличия 
дефектов в кабельной продукции. Тогда ответствен-
ность за убытки по пожару будут нести или проекти-
ровщики,  или  изготовители  кабельной  продукции. 
Если  же  это  токовая  перегрузка  (далее  ТП),  то,  воз-
можно,  она  возникла  в  результате  подключения 
чрезмерного  количества  электропотребителей,  или 
в результате дополнительных токов утечки в местах 
возникших дефектов кабельных изделий. Тогда ответ-
ственность за убытки будут нести либо потребители 
электроэнергии,  либо  электромонтажные  организа-
ции. Понятно, что вариантов причин возникновения 
аварийных  режимов  и  ответственности  по  убыткам 
от  пожаров,  возникающих  по  электротехническим 
причинам, достаточно много, но все они в конечном 
итоге зависят от вида аварийного режима.

В  настоящее  время  для  определения  причаст-

ности  тепловых  проявлений  электрического  тока 
к  источнику  зажигания  используется  широкий 
спектр  разработок  ФГУ  ВНИИПО  МЧС  России,  ФГУ 
ЭКЦ МВД России, АГПС МЧС России. Все они сводят-
ся  к  проведению  исследования  с  помощью  целого 
ряда инструментальных методов [3-5],  и ключевым 
моментом в этой работе является решение диагно-
стической  задачи,  заключающейся  в  определении 
природы  термического  повреждения  и  механизма 
возникновения  аварийного  режима.  С  этой  целью 
используется  визуальное  исследование,  металло-
графия, рентгенография.  

Практика Судебно-экспертного центра федераль-

ной  противопожарной  службы  по  городу  Москве 
(далее  СЭЦ ФПС по г. Москве) по исследованию по-
жаров свидетельствует о том, что, если в процессе 
исследования ограничиться только теми признака-
ми, которые  изложены в рассмотренных выше ме-
тодиках  и  методических  рекомендациях,  то  можно 
допустить  ошибку  [6].  К  примеру,  оплавления  жил, 
которые произошли в результате аварийного режи-
ма работы, по внешним признакам можно принять 
как оплавления вследствие теплового воздействия 
пожара  и  не  проводить  дальнейшие  исследования 
инструментальными методами. И наоборот. 

Проведенными  одним  из  авторов  эксперимента-

ми по нагружению жил проводов токами перегрузки 
было  установлено,  что  оплавления,  образующиеся 
в результате разрушения жил, по внешним призна-
кам схожи с оплавлениями от КЗ. И вообще, учиты-
вая  непредсказуемость  параметров  и  последствий 
того или иного аварийного режима в электросетях, 
нельзя  достоверно  диагностировать  их  лишь  по 
визуальным  признакам  повреждений  токопрово-
дящих  жил  кабельной  продукции.  Ведь  кабельное 
изделие представляет собой сложную конструкцию 
[7],  каждый  элемент  которой  по-своему  реагирует 
на тот или иной аварийный режим и на нем остают-
ся особенные следы. 

К  примеру,  изоляция  жил  обугливается  изнутри 

по всей длине провода при ТП, а при КЗ — локаль-
но, в непосредственной близости к месту короткого 
замыкания. Принцип понятен, но для того чтобы это 
проверить,  нужно  разрушить  (или  частично  раз-
рушить)  объект  исследования,  что  в  судебной  и 
экспертной  практике  не  приветствуется.  Принято 
доверять  данным,  которые  получают  инструмен-
тальными  методами  без  изменения  исходного  со-
стояния  и  свойств  объекта,  когда  обеспечивается 
возможность  повторного  исследования.  Это  яви-
лось основанием для поиска путей совершенствова-

Перспективный способ диагностирования 
аварийных режимов в кабельных 
изделиях с помощью рентгеновской 
дефектоскопии

Ю.П. Черничук

, заместитель начальника Судебно экспертного центра  

федеральной противопожарной службы по городу Москве;

Н.Н. Потрахов

, доцент кафедры электронных приборов и устройств 

СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербург

КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь  2009

63

Актуально 

ния существующих методов диагностики аварийных 
режимов [8,10].

В  настоящее  время  в  СЭЦ  ФПС  по  г.  Москве  для 

диагностирования короткого замыкания в электро-
проводах  разработан  и  успешно  применяется  в 
экспертной практике  метод  дефектоскопии  прони-
кающим  излучением.  Это  стало  возможным  благо-
даря появлению на рынке соответствующего нового  
криминалистического оборудования с микрофокус-
ными рентгеновскими трубками. 

Под  дефектоскопией  проникающим  излучением 

понимают  метод  обнаружения  рентгеновским  и 
гамма-излучением внутренних дефектов в изделиях 
без их разрушения. Этот метод основан на различ-
ной поглощаемости излучения веществом.  

Микрофокусная рентгенография — как вид рентге-

нографического метода диагностики является новой 
методикой  исследования,  которая  с  успехом  при-
меняется в медицине и, в частности, в стоматологии 
[11],  однако  ранее  в  практике  пожарно-технических 
исследований не применялась. Преимущества этого 
вида исследований на специализированных аппара-
тах  с  микрофокусной  трубкой  очевидны.  Особенно 
это важно для выявления мелких и малоконтрастных 
деталей изображения, что имеет первостепенное зна-
чение в экспертных исследованиях. Одним из первых 
отечественных  микрофокусных  аппаратов

1

  являлся 

аппарат «Реис-25» на напряжение 25 кВ (рис. 1).

Аппарат стационарный с ручным регулированием 

параметров работы рентгеновской трубки и позво-
ляет получать снимки как цифровые

2

, так и фотоме-

тодом

3

. 

Впервые  для  целей  пожарно-технических  иссле-

дований  аппарат  начал  применяться  в  СЭЦ  ФПС 
по  г.  Москве  [9,12],  начиная  с  2007  года.  Это  стало 
возможным,  прежде  всего,  благодаря  значитель-
ному  прогрессу  отечественного  микрофокусного 
рентгеноаппаратостроения.  В  настоящее  время 
разработаны  и  освоены  в  серийном  производстве 
оригинальные рентгеновские трубки на напряжение 
50-150 кВ и выше.  Основными отличительными осо-
бенностями  конструкции  этих  трубок  является  ис-
пользование  прямонакального  катода  V-образной 
формы и вынесенного анода трубки с мишенью про-
стрельного или массивного типов. Указанные трубки 
позволяют  на  практике  реализовать  современные 
высокоинформативные  малодозовые  методики 

оперативной  и  мобильной  рентгенодиагностики  в 
области  пожарно-технической  экспертизы.  Разра-
ботаны  и  широко  используются  для  питания  опи-
санных  рентгеновских  трубок  высоковольтные 
источники с частотой преобразования напряжения 
50-100 кГц и более. Современные принципы постро-
ения  высоковольтных  схем,  включая  ключевой  ре-
жим работы преобразователя, широтноимпульсную 
или частотноимпульсную модуляции, многокаскад-
ное  умножение  напряжения,  позволили  создать 
компактные конструкции микрофокусных источни-
ков  рентгеновского  излучения  семейства  ПРАДУС. 
Благодаря  небольшим  габаритам  и  весу,  а  также 
низкой экспозиционной дозе излучения, рентгено-
диагностические  аппараты,  созданные  на  основе 
указанных  источников  излучения,  могут  быть  ис-
пользованы  как  в  лабораторных  условиях,  так  и  в 
полевых  —  непосредственно  на  месте  происше-
ствия.  Здесь  следует  отметить,  что  создание  таких 
аппаратов  —  это  Российский  приоритет,  так  как  в 
настоящее время в экспертной практике ни один из 
зарубежных аналогов не может сравниться по раз-

1

Микрофокусный рентгеновский аппарат

 — аппарат, размер фокусного пятна рентгеновской трубки которого по ГОСТ 22091.9-86 

составляет менее 0,1 мм (100 мкм).

2

Цифровые рентгеновские снимки

 — снимки, полученные с помощью цифровых приемников изображения.

3

Рентгеновские снимки фотометодом

 — когда приемником изображения является фотопленка.

Рис. 1. Рентгеновский 

аппарат «Реис-25»

КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь  2009

64

Актуально

решающей  способности  с  отечественными  микро-
фокусными аппаратами семейства «ПАРДУС». 

В  СЭЦ  ФПС  по  г.  Москве  успешно  применяется 

портативный  вариант  этого  семейства  —  аппарат 
«ПАРДУС-Р»  (рис.  2).  В  этом  аппарате  нашли  свое 
применение  практически  все  современные  дости-
жения науки и техники, направленные на высокоэф-
фективную диагностику [13,14].

Существенным шагом, значение которого в разви-

тии  рентгенодиагностической  аппаратуры  трудно 
переоценить,  явилось  широкое  внедрение  микро-
процессорной  техники.  С  помощью  высокопроиз-
водительных контроллеров и эффективных языков 
программирования  были  реализованы  достаточно 
сложные алгоритмы управления режимами работы 
рентгеновской трубки.

Важную  роль  в  совершенствовании  рентгено-

диагностической  аппаратуры  сыграло  внедрение 
цифровых  методов  визуализации  рентгеновских 
изображений. Традиционная пленочная технология 
в ряде случаев не позволяет воспользоваться всем 
ресурсом диагностической информации, заключен-
ной  в  так  называемом  первичном  рентгеновском 
изображении, полученном с помощью микрофокус-
ного источника излучения.  Это обусловлено доста-
точно  высоким  процентом  брака  микрофокусных 
снимков вследствие недо- или переэкспонирования. 
Еще один недостаток пленочной технологии — при-
менение  химических  реактивов  обработки  пленки 
и  связанные  с  этим  определенные  неудобства,  по-
требность  лабораторных условий и значительного 
промежутка времени. Современные цифровые при-
емники  рентгеновского  изображения  позволяют  в 
большинстве случаев практически полностью скор-
ректировать  последствия  неправильного  выбора 
экспозиции съемки. При этом относительно низкая, 
в сравнении с пленкой, разрешающая способность 

таких  приемников  практически  не  сказывается  на 
качестве снимков, благодаря возможности получе-
ния  резких  увеличенных  изображений  способами 
микрофокусной рентгенографии.   

Применительно  к  исследованию  следов  КЗ  в 

электропроводах  особый  интерес  вызывают  объ-
екты,  могущие  иметь  включения  железа,  меди 
(«дефекты»  вещества  объекта),  которые  являются 
кристаллическими  веществами  и  в  зависимости  от 
индивидуальных  особенностей  кристаллической 
решетки  в  разной  степени  влияют  на  процесс  рас-
сеяния и поглощения рентгеновского излучения. В 
соответствии с периодической системой элементов 
Д.И. Менделеева порядковые номера этих металлов  
26 и 29 соответственно. Следовательно, при прочих 
равных  условиях  интенсивность  поглощения  рент-
геновского  излучения  при  прохождении  объектов, 
состоящих их этих металлов, будет разная — мини-
мальная  у  состоящих  из  железа  и  максимальная  у 
состоящих из меди.

Для  изготовления  изоляции  проводов  чаще  все-

го  используют  поливинилхлоридный  пластикат, 
а  для  изготовления  различного  рода  корпусных 
деталей  —  полистирол  [7,15],  которые  являются 
аморфными веществами  [16]. Отсутствие у этих мате-
риалов кристаллической решетки делает их практи-
чески прозрачными для рентгеновского излучения 
и  степень  их  ослабления,  в  основном,  зависит  от 
линейного коэффициента поглощения  вещества и, 
следовательно, определяется толщиной объекта.

Таким  образом,  при  съемке  объекта  исследова-

ния  (рис.  3,  А),  который  состоит  из  меди  и  поливи-
нилхлорида  (например,  участка  электропровода), 
на снимке очертания включений этих материалов в 
исследуемом объекте будут четко видны (рис. 3, Б).

Рис. 2. Внешний вид 

портативного 

рентгеновского 

аппарата «ПАРДУС-Р»

Рис. 3. Внешний вид 
участка провода А 
и его рентгеновский 
снимок Б

A

Б

КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь  2009

65

Актуально 

На  рентгеновском  снимке  (условия  съемки 

U 

= 60 кВ, 

I 

= 100 мкА, 

t 

= 0,50 с) рис. 3 Б видны очер-

тания  жилы  и  ее  изоляции,  но  не  достаточно  оче-
видно.  Применение  программных  возможностей 
обработки  рентгеновских  изображений  позволяют 
значительно улучшить информативность изображе-
ния  для  исследовательских  целей  (рис.  4  —  тот  же 
снимок после обработки). 

В  рамках  пожарно-технической  экспертизы  при-

менение  микрофокусной  рентгенографии  позво-
ляет  решать  вопросы,  связанные  с  определением 
природы  оплавлений  на  токопроводящих  жилах 
проводов. 

Результаты экспериментов с изолированными жи-

лами позволили предположить, что часть частичек 
раскаленного металла (рис. 5), образующихся в про-
цессе  КЗ  (рис.  6),    внедряются    в  обугленную  часть 
изоляционного слоя. 

При этом следует отметить, что при тепловом воз-

действии пожара и ТП разрушение жил не сопрово-
ждается взрывообразным разбрызгиванием частичек 
металла, как это происходит при КЗ. Следовательно, 
наличие  в  обугленной  изоляции  мелких  частичек 
меди можно использовать как надежный диагности-
рующий признак, характеризующий процесс КЗ. Для 
проверки  возникшего  предположения  были  прове-
дены эксперименты с применением микрофокусного 
рентгеновского аппарата РЕИС — 25 (рис. 7).

В  качестве  образцов  использовались  фрагменты 

изоляции проводов с термическими повреждениями, 
вызванными  термическим  действием  тепловых  эф-
фектов  КЗ.  Образцы  отбира-
лись в соответствии с рис. 8. 

В  качестве  контрольно-

го  образца  использовался 
фрагмент  изоляции  без  тер-
мических повреждений.

В  результате  эксперимен-

тов  получен  ряд  снимков 
(рис. 9 и 10).

На рис. 9 видно множество 

мелких  вкраплений  медных 
частичек  различных  разме-
ров  и,  примерно,  округлой 
формы, которые группируют-

Жила

Оплавление 

жилы

Изоляция 

жилы

Образец для исследования 

(фрагмент обугленной изоляции 

в месте КЗ)

Рис. 5.  Эффект 
разлета 
раскаленных 
частичек 
металла от 
места КЗ жил

Рис. 6  Вид частичек металла

Образец

Излучатель

Предметный 

столик

Фотоматериал

Конус 

рентгеновского 

луча

Рис. 7. Схема применения 
излучателя РЕИС-25

Рис. 8.  Схема отбора образцов 
для исследования

Рис. 4. Рентгеновский 
снимок после 
обработки 
(рельеф+псевдоцвет) 

Рис. 9. Рентгеновский снимок 
обугленной части изоляции 
в месте КЗ жилы (позитив)

КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь  2009

66

Актуально

ся  практически  по  всей  зоне  термического  повреж-
дения изоляции жилы. В контрольном образце жилы 
таких  вкраплений  не 
обнаружено (рис. 10). С 
места пожара был изъ-
ят участок электропро-
вода  с  оплавлениями 
на жилах. Изоляция жил 
в месте их разрушения 
сохранилась (рис. 11).

По внешним признакам (по признакам, изложен-

ным в методических рекомендациях [1-5]) предпола-
галось, что оплавления жил произошли в результате 
КЗ. Исследование проводилось с  помощью рентге-
нодиагностического комплекса  в составе аппарата 
«Пардус-Р» и устройства визуализации «Рентгенови-
деограф»  с  целью  обнаружения  вкраплений  меди 
в  сохранившейся  обугленной  изоляции  провода. 
Условия съемки: U=60 кВ, I=100мкА, t=0,50 с.  В ре-
зультате был получен рентгеновский снимок рис. 12 
(с  вариантами  программной  обработки).  Анализом  
рентгеновского  снимка  наличия  вкраплений  меди 
обнаружено не было. Для более детального иссле-
дования  в  рассматриваемом  случае  также  были 
применены  программные  возможности  обработки 
изображения, однако вкрапления меди, являющие-
ся  признаком  взрывообразного  разрушения  жилы 
при КЗ, так и не были обнаружены. 

Следовательно,  оплавления  жил  не  являются 

следствием КЗ. 

Выше было отмечено, что внешняя форма оплав-

ления жилы не всегда является определяющей при 
установлении  его  природы.  И  это  в  очередной  раз 
подтверждается практикой исследования пожаров.

Так, в одном из частных домов произошел пожар. 

В процессе исследования очага пожара в нем было 
обнаружено множество участков электропроводов 
с различными термическими повреждениями. Сре-
ди них были обнаружены  проводники, у которых в 
месте разрушения жил сохранилась изоляция. Осо-

бый интерес в рамках данного исследования вызвал 
один  участок  электропровода,  у  которого  в  месте 
разрушения жилы изоляция была локально обугле-
на, а жила имела оплавление, которое по внешним 
признакам нельзя было признать как следствие КЗ.  
В  связи  с  этим,  после  визуального  осмотра  было 
принято решение применить метод дефектоскопии. 
При  этом  также  применялся  рентгенодиагности-
ческий  комплекс  на  основе  аппарата  «ПАРДУС-Р». 
Условия съемки: U=60 кВ, I=100мкА, t=0,50 с.  В ре-
зультате получен рентгеновский снимок (рис. 13).

Рис. 13. Рентгеновский снимок изоляции жилы 
в месте ее оплавления

Рис.10. Рентгеновский 
снимок контрольного 
образца изоляции 
(позитив)

Рис. 11.  Внешний вид образца электропровода

Рис. 12. Рентгеновские снимки (без обработки и с 
программной обработкой)

КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь  2009

67

Актуально 

Как видно на снимке в обугленной изоляции име-

ются  многочисленные  вкрапления  мелких  частиц 
меди, которые однозначно характеризуют  процесс 
разрушения  жилы  в  результате  КЗ.  Следователь-
но,  разрушение  токопроводящей  жилы  на  дан-
ном  участке  электропровода  произошло  именно  
от КЗ. 

Таким образом, в результате проведенных иссле-

дований  установлено,  что  метод  микрофокусной 
рентгенографии  с  применением  рентгеновского 
аппарата «ПАРДУС-Р» можно успешно использовать 
для диагностики природы оплавлений на жилах ка-
бельных  изделий  как  надежный  и  информативный 
неразрушающий экспресс-метод.

1.  Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок 

при аварийных режимах. М.: Энергоиздат, 1984.

2.  Смелков Г.И. Пожарная безопасность электропрово-

док. М.: ООО «Кабель», 2009. 328 с.

3.  Смелков Г.И., Александров А.А., Пехотиков В.А. Мето-

ды  определения  причастности  к  пожарам  аварийных  ре-
жимов в электрических устройствах. М.: Стройиздат, 1980.

4.  Митричев Л.С., Колмаков А.И., Степанов Б.В., Россин-

ская Е.Р., Вртанесьян Э.В., Зернов С.И. Исследование медных 
и алюминиевых проводников в зонах короткого замыкания 
и термического воздействия. М.: ВНИИ МВД СССР, 1986.

5.  Воронов  С.П.,  Булочников  Н.М.,  Черничук  Ю.И.,  Мо-

сквич  С.В.  Исследование  медных  проводников  с  целью 
установления признаков очага пожара // Сборник научных 
трудов ВНИИПО. М.: ВНИИПО. С. 227—228.

6.  Зернов С.И., Черничук Ю.П. Проблемы применения и 

совершенствования методик исследования следов корот-
кого  замыкания  при  установлении  причин  пожаров  авто-
мобилей.  Актуальные  вопросы  судебных  экспертиз:  мате-
риалы Всероссийской научно-практической конференции. 
Иркутск: ГОУ ВПО «Восточно-Сибирский институт МВД Рос-
сии, 2007.

7.  Белорусов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. Электриче-

ские кабели, провода и шнуры. М.: Энергоиздат, 1987, 420 с.

8.  Зернов С.И.,  Черничук Ю.П.,  Лазаренко  А.В. Возмож-

ности совершенствования методик инструментальных ис-
следований при установлении причин пожаров в легковых 
автомобилях.  Исторические  и  современные  аспекты  ре-
шения проблем горения, тушения и обеспечения безопас-
ности людей при пожарах: Материалы ХХ международной 

научно-практической  конференции,  посвященной  70-ти 
летию создания института.  Секция 1. М.: ВНИИПО, 2007.

9.    Черничук  Ю.П.,  Сидохин  Е.Ф.  Определение  приро-

ды оплавлений на жилах электропроводов электросисте-
мы  автомобиля  с  помощью  рентгеновского  излучателя  
РЕИС-25. Пожарная безопасность, 2008, №1.

10.  Черничук Ю.П., Москвич С.В., Языкова А.В. Необходи-

мость и возможности совершенствования методик инстру-
ментальных  исследований  при  установлении  причин  по-
жаров // Право и научно-технический прогресс: материалы 
научно-практической  конференции.  М.:  Изд-во  МГТУ  им. 
Н.Э.Баумана, 2009. С.119—121.

11.    Потрахов  Н.Н.  Микрофокусная  рентгенография  в 

стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. СПб.: Изд-во 
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. 181 с.

12.  Черничук Ю.П., Языкова А.В.Применение метода рент-

геноскопии для определения природы оплавлений на мед-
ных жилах электропроводов // Право и научно-технический 
прогресс:  материалы  научно-практической  конференции. 
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. С. 122—126.

13.  Патент РФ на изобретение № 2284148. Способ полу-

чения рентгеновских снимков при рентгенологических ис-
следованиях. 27.09.2006.

14.  Патент РФ на изобретение № 2278440. Моноблок ис-

точника рентгеновского излучения. 20.06.2006.

15.   Энциклопедия полимеров. В 3-х т. М.: Советская эн-

циклопедия. С. 516, 576, 612, 1072-1977.

16.  Кацнельсон  М.Ю.,  Балаев  Г.А.  Полимерные  материа-

лы.  Свойства  и  применение.  Справочник.  Л.:  Химия,  1982. 
317 с.

Литература

Рецензия

на статью «Перспективный способ диагностирования аварийных режимов в кабельных изделиях 

с помощью рентгеновской дефектоскопии» Ю.П. Черничука, Н.Н. Потрахова

Тема  рецензируемой  статьи  актуальна:  внедрение 

разрабатываемых  приборов  и  методики  анализа  по-
жаров,  возникающих  по  различным  причинам,  в  зна-
чительной  степени  сократит  сроки  беспредметных 
дискуссий, возникающих часто между производителя-
ми кабельной продукции низкого, среднего, высокого 
и  сверхвысокого  напряжения,  проектирующих  и  экс-
плуатирующих организаций.

Пробой твердой изоляции кабелей в микро-, милли- 

и секундном диапазонах имеет различную физическую 
природу, и его анализ в значительной степени помо-
жет техническим специалистам.

Халилов Ф.Х., главный научный сотрудник СПбГПУ, 

действительный член Академии электротехнических 

наук РФ, доктор технических наук, профессор.