Способ определения механизма короткого замыкания медных жил кабельных изделий с помощью рентгеновской флуоресценции

Page 1
background image

Page 2
background image

«КАБЕЛЬ-news», май 2010

44

Короткое замыкание (в даль-

нейшем КЗ) в электросистемах 

является аварийным режимом, 

тепловые проявления которого 

рассматриваются как возможные 

источники зажигания при опре-

делении причины пожара [1,2]. 

При этом крайне важно точно 

знать почему возникло КЗ, и что 

могло послужить причиной раз-

рушения изоляции. Именно эта 

информация о механизме воз-

никновения КЗ является осно-

вополагающей при определении 

причастности пожароопасных 

проявлений КЗ к источнику зажи-

гания.

В настоящее время для опре-

деления причастности тепловых 

проявлений электрического тока 

к источнику зажигания использу-

Способ определения механизма 
короткого замыкания медных жил 
кабельных изделий с помощью 
рентгеновской флуоресценции

Черничук Ю.П.,

 

заместитель начальника Судебно-экспертного центра 

федеральной противопожарной службы по городу Москве;

Москвич С.В.,

 

начальник отдела исследовательских и испытательных работ 

в области пожарной безопасности Судебно-экспертного центра 

федеральной противопожарной службы по городу Москве;

Забелин С.А.,

 инженер отдела исследовательских и испытательных работ 

в области пожарной безопасности Судебно-экспертного центра 

федеральной противопожарной службы по городу Москве

Ю.П. Черничук

С.В. Москвич

С.А. Забелин

Актуально

ÔËÓÎÐÅÑÖÅÍÖÈß


Page 3
background image

«КАБЕЛЬ-news», май 2010

45

ется широкий спектр разработок 

ФГУ ВНИИПО МЧС России, ФГУ 

ЭКЦ МВД России, АГПС МЧС 

России [3,4], основанных на уче-

те параметров окружающей сре-

ды (газового состава и темпера-

туры), в которой произошло КЗ.

Однако, практика Судебно-

экспертного центра федераль-

ной противопожарной службы по 

городу Москве (далее СЭЦ ФПС 

по г. Москве) по исследованию 

пожаров свидетельствует о том, 

что, иногда кроме признаков, ко-

торые изложены в рассмотрен-

ных выше методиках и методи-

ческих рекомендациях [4,5], тре-

буется определить еще и меха-

низм возникновения КЗ, а так-

же вид (элементный состав) зам-

кнувшихся токопроводящих ма-

териалов.

В настоящее время в СЭЦ 

ФПС по г. Москве для диагно-

стирования КЗ в электропрово-

дах разработан и успешно при-

меняется метод рентгеновской 

флуоресценции. Это стало воз-

можным благодаря появлению 

на рынке соответствующего но-

вого криминалистического обо-

рудования, и в частности СУР-01 

«Реном» (рис.1). Этот метод удач-

но сочетается с методами [1-3] 

и дополняет их при проведении 

пожарно-технических экспертиз.

Рентгеноспектральный флуо-

ресцентный анализ (РСФА) — это 

быстрый, неразрушающий и без-

опасный для окружающей среды 

метод анализа, обладающий вы-

сокой точностью и воспроизво-

димостью результатов [6-9]. Ме-

тод позволяет качественно, по-

луколичественно и количествен-

но определять все элементы от 

бериллия до урана, находящие-

ся в порошкообразных, твердых 

и жидких пробах.

Метод основан на зависимо-

сти интенсивности рентгенов-

ской флуоресценции от кон-

центрации элемента в образ-

це (рис. 2). Когда атомы образ-

ца облучаются фотонами с высо-

кой энергией — возбуждающим 

первичным излучением рентге-

новской трубки, это вызывает 

испускание электронов. Элек-

троны покидают атом. Как след-

ствие, в одной или более элек-

тронных орбиталях образуются 

Рис.1. Внешний вид рентгеновского 
аппарата СУР-01 «Реном»

Рис.2. Поясняющая схема рентгеновской флуоресценции

Гамма лучи

Рентгеновские 
лучи

Рентгеновская
флуоресценсия

Атомное 
поглощение/ 
испускание

Электронный 
резонанс 
(спин)

Ядерный 
магнитный 
резонанс 

Спектры 
молекулярных
– колебаний
– вращений

Ультрафиолет
видимый свет

Инфракрасный 
свет

Микроволновое 
излучение

Радио волны

10

-13  

10

-12  

10

-11  

10

-10  

10

-9  

 –

10

-8  

 –

10

-7  

 –

10

-6  

 –

10

-5  

 –

10

-4  

 –

10

-3  

 –

0,01 –

0,1  –

1  –

Электрон

Электрон

Ядро

Ядро

Фотоэлектрон

К орбиталь

Рентгеновский
фотон

Рентгеновская
флуоресценция 
(текенинг)

L орбиталь

К орбиталь

L орбиталь

О
N
M

L

K

α β

α β γ

α β γ δ

М линии

Л линии

Энерг

и

я иона

К линии (график)

Актуально

ÔËÓÎÐÅÑÖÅÍÖÈß


Page 4
background image

«КАБЕЛЬ-news», май 2010

46

«дырки» — вакансии, благодаря 

чему атомы переходят в возбуж-

денное состояние, т.е. становят-

ся нестабильны. Через миллион-

ные доли секунды атомы возвра-

щаются к стабильному состоя-

нию, когда вакансии во внутрен-

них орбиталях заполняются элек-

тронами из внешних орбиталей. 

Такой переход сопровождается 

испусканием энергии в виде вто-

ричного фотона — этот феномен 

и называется «флуоресценция». 

Энергия вторичного фото-

на находится в диапазоне энер-

гий рентгеновского излучения, 

которое располагается в спек-

тре электромагнитных колеба-

ний между ультрафиолетом и 

гамма-излучением. Различные 

электронные орбитали обозна-

чаются 

K

L

M

 и.т.д., где 

К

 — ор-

биталь, ближайшая к ядру. Каж-

дой орбитали электрона в атоме 

каждого элемента соответству-

ет собственный энергетический 

уровень. Энергия испускаемого 

вторичного фотона определяет-

ся разницей между энергией на-

чальной и конечной орбиталей, 

между которыми произошел пе-

реход электрона. 

Математическая обработка 

спектра позволяет проводить ко-

личественный и качественный 

анализ. Длина волны испускае-

мого фотона связана с энергией 

формулой

E = E

1 — 

E

2 = 

hc 

l

 ,

где 

E

1 и 

E

2 — энергии орбиталей, меж-

ду которыми произошел переход элек-

трона, 

h

 — постоянная Планка, 

с

 — ско-

рость света, 

l

 — длина волны испускае-

мого (вторичного) фотона. 

Следовательно, длина вол-

ны флуоресценции является ин-

дивидуальной характеристи-

кой каждого элемента и называ-

ется характеристической флу-

оресценцией. В то же время ин-

тенсивность (число фотонов, по-

ступающих за единицу време-

ни) пропорциональна концен-

трации (количеству атомов) со-

ответствующего элемента. Это 

дает возможность элементно-

го анализа вещества: определе-

ние количества атомов каждо-

го элемента, входящего в состав 

образца. 

Таким образом, с помощью 

данного метода можно опреде-

лить элементный состав веще-

ства (сплава), образовавшегося 

на жиле проводника при КЗ. 

Экспериментально установле-

но, что если КЗ произошло меж-

ду медными жилами проводов, 

то на спектрограмме оплавления 

видны только пики меди (возмож-

но примеси в зависимости от со-

рта меди) (рис. 3). 

Если же КЗ произошло меж-

ду медной жилой и стальным 

Рис. 3. Спектрограмма сплава Cu+Cu

Рис. 4. Спектрограмма сплава Cu+Fe

Актуально

ÔËÓÎÐÅÑÖÅÍÖÈß


Page 5
background image

«КАБЕЛЬ-news», май 2010

47

предметом, то на спектрограм-

ме оплавления видны пики меди 

и железа (рис. 4). 

При КЗ медных жил на свин-

цовую деталь на спектрограм-

ме видны пики меди и свинца 

(рис. 5).

В некоторых случаях КЗ может 

произойти в электронных блоках 

электроустройств, когда медные 

жилы соединительных электро-

проводов по какой-то причине 

соприкасаются с припоем печати 

на плате блока. В этом случае на 

спектрограмме видны пики меди, 

олова и свинца (в зависимости от 

состава припоя) (рис. 6). 

Следовательно, с помощью 

этого метода по элементному со-

ставу образовавшегося в месте 

КЗ сплава возможно определить 

механизм возникновения КЗ.

При этом следует отметить, 

что область возможностей по 

определению элементов в рам-

ках «Периодической системы 

элементов Д.И. Менделеева» за-

висит от технических характери-

стик рентгеновского аппарата 

(материала анода трубки, напря-

жения и тока трубки и др.). 

Литература

1.  Смелков Г.И. Пожарная опас-

ность электропроводок при ава-

рийных режимах. — М.: Энергоиз-

дат, 1984.

2.  Смелков Г.И. Пожарная безо-

пасность электропроводок. — М.: 

ООО «Кабель», 2009. 328 с.

3. 

Смелков Г.И., Александ-

ров А.А., Пехотиков В.А. Методы 

определения причастности к по-

жарам аварийных режимов в элек-

трических устройствах. М., Строй-

издат, 1980.

4.  Исследование медных и алю-

миниевых проводников в зонах ко-

роткого замыкания и термическо-

го воздействия / Митричев Л.С., 

Колмаков А.И., Степанов Б.В., Рос-

синская Е.Р., Вртанесьян Э.В., 

Зернов С.И.  — М.: ВНИИ МВД 

СССР,1986.

5. Зернов С.И., Черничук Ю.П. 

Проблемы применения и совер-

шенствования методик исследо-

вания следов короткого замыка-

ния при установлении причин по-

жаров автомобилей. Актуальные 

вопросы судебных экспертиз: ма-

териалы Всероссийской научно-

практической конференции. 

Иркутск: ГОУ ВПО «Восточно-

Сибирский институт МВД России, 

2007. 

6. Рентгенофлуоресцентный 

анализ / Под ред. Н.Ф. Лосева. Но-

восибирск: Наука, 1991. 170 с.

7. Блохин М.А. Методы рентге-

носпектральных исследований. М.: 

ГИФМЛ, 1959. 384 с. 

8. Рентгенофлуоресцентный 

анализ /Под ред. Х. Эрхардта. М.: 

Металлургия, 1985.  253 с.

9. http://www.xrf.ru/theory.html.

Рис. 6. Спектрограмма сплава Cu+Pb+Sn

Рис. 5. Спектрограмма сплава Cu+Pb

Актуально

ÔËÓÎÐÅÑÖÅÍÖÈß


Читать онлайн

В настоящее время в СЭЦ ФПС по г. Москве для диагностирования короткого замыкания в электропроводах разработан и успешно применяется метод рентгеновской флуоресценции.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Энергетический надзор во имя системной надежности и безопасности

Интервью Пожарная безопасность Охрана труда / Производственный травматизм
Интервью с заместителем Руководителя Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору Фроловым Д.И.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(66), май-июнь 2021

Максимальная защита работников с помощью самых современных средств

Пожарная безопасность Охрана труда / Производственный травматизм События / Выставки / Конференции
Обзор четвертой Международной конференции по охране труда и промышленной безопасности «Клуб экспертов»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»