Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра пожарной и промышленной безопасности

ИЗУЧЕНИЕ «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ» ПРИЧИН

ПОЖАРОВ ПРИ РАССЛЕДОВАНИИ И ЭКСПЕРТИЗЕ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

для студентов 5-го курса, обучающихся по специальности 280104

«Пожарная безопасность»

Воронеж 2014

УДК 614.8(07)

ББК 38.96я73

Составители К.А. Скляров, Е.А. Сушко, А.П. Паршина

Изучение «электротехнических» причин пожаров при расследовании и экспертизе: метод. указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Расследование и экспертиза пожаров» для студ. спец. 280104 / Воронежский ГАСУ; составители: К.А. Скляров, Е.А. Сушко, А.П. Паршина. – Воронеж, 2014. – 32 с.

Дана последовательность выполнения лабораторных работ по всем разделам курса «Расследование и экспертиза пожаров»: цель исследований, теоретические сведения по данному разделу, описание применяемых установок и приборов, методика проведения работы и оформление результатов. Приведены справочные данные.

Предназначены для студентов специальности 280104 «Пожарная безопасность» очной формы обучения.

Ил. 13. Табл. 5. Библиогр.: 7 назв.

УДК 614.8(07)

ББК 38.96я73

Печатается по решению научно-методического совета

Воронежского ГАСУ

Рецензент – Г.И. Сметанкина, полковник внутренней службы, к. т. н., начальник кафедры государственного надзора

Оглавление

Введение………………………………………………………………………….	4
1. Техника безопасности…………………………………………………….......	4
Лабораторная работа №1…………………………………………………….......	5
Лабораторная работа №2………………………………………………………...	12
Лабораторная работа №3………………………………………………………...	16
Лабораторная работа №4………………………………………………………..	21
Библиографический список…………………………………………………......	32

Введение

Методические указания для проведения лабораторных работ по дисциплине «Расследование и экспертиза пожаров» предназначены для слушателей высших учебных заведений пожарно-технического профиля при обучении их инженерно-техническим аспектам мероприятий по установлению очага и причины пожара. В работе кратко изложены основные и первоочередные мероприятия, проводимые при расследовании и экспертизе пожаров. Они включают в себя изучение поведения в условиях пожара электросетей и электронагревательных приборов, а также признаки причастности к возникновению пожара аварийных режимов работы в электросетях и электрооборудовании. Полученная в результате исследования информация может быть использована не только при расследовании и экспертизе пожаров, но и для повышения уровня противопожарной защиты объектов, совершенствования пожарной техники и тактики тушения пожаров.

Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Расследование и экспертиза пожаров».

Целью проведения лабораторных работ является обучение студентов навыкам установления причины и места очага пожара. В результате изучения курса студент должен изучить:

- цели, задачи и основной круг вопросов, решаемых при осмотре места пожара, при исследовании электросетей и электрооборудования на месте пожара, пожарно-технической экспертизе;

- основы методологии выявления признаков аварийных режимов работы в электросетях и установления места возникновения (очага) пожара;

- методические основы определения причины пожара;

- современные инструментальные методы и средства исследования вещественных доказательств, изъятых с места пожара.

В описании каждой лабораторной работы приводится последовательность действий студента при выполнении работы. Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы проводится инструктаж по общим правилам безопасности, приемам работы с отдельными приборами и установками, мерам пожарной профилактики. По окончании инструктажа студенты расписываются в специальном журнале.

1. Техника безопасности

1. Приборы и установки должны быть заземлены.

2. Рабочие места должны удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям.

3. Приступать к выполнению лабораторной работы необходимо только после тщательного изучения методических указаний и разрешения преподавателя.

Лабораторная работа №1

Аварийные режимы работы в электросетях

1.1. Цель работы: изучить признаки трех основных аварийных режимов работы в электросетях – короткое замыкание, перегрузка, большое переходное сопротивление, а также провести лабораторные и металлографические исследования проводов с оплавлениями.

1.2.Теоретические сведения

Версии о причастности к пожару электротехнических приборов, электропроводок и устройств рассматривают в случае, если в очаговой зоне имелось электрооборудование, а электросеть была под напряжением.

Отработка электротехнических версий предусматривает тщательное исследование всех участков электросети от силового трансформатора до конечного потребителя, независимо от размеров зоны горения.

Основные аварийные режимы в электросетях:

- короткое замыкание (КЗ);

- перегрузка;

- большое переходное сопротивление (БПС).

Короткое замыкание – это электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Перегрузка – это работа сети и электроприборов, подключенных к ней, при значениях тока, существенно превышающих номинальное.

Большое переходное сопротивление – это аварийный пожароопасный режим, возникающий при переходе электрического тока с одного проводника на другой.

В электропроводках большое переходное сопротивление (БПС) возникает в местах неплотного контакта проводников в контактных соединениях или при изломе проводников.

В месте неплотного контакта возникает большое электросопротивление, что приводит к выделению тепла и карбонизации изоляции. Вследствие этого увеличивается электропроводность изоляции, при этом возникает утечка токов и, следовательно, количество выделяемого тепла увеличивается, что и приводит к возникновению горения.

Визуальное исследование

Визуальный осмотр электросети проводится в случае, если она в момент возникновения возгорания находилась под напряжением. Провода исследуются как в зоне горения, так и за ее пределами.

Внешний вид проводов (жил и изоляции) позволяет оценить максимальную температуру нагрева провода на пожаре (табл. 1.1). Если нижеперечисленные признаки отсутствуют, следовательно, провод не подвергался термическому воздейс­твию.

Оплавления проводов на участках проводки – должны фиксироваться в протоколе осмотра места пожара.

Таблица 1.1

Основные признаки термического воздействия на провода

Признаки	Температура нагрева провода, 0С
1. Изоляция отсутствует	500-700
2. На поверхности меди имеется слой окалины
3. Жилы и проволоки в жилах механически разделяются
1. Спекание медных проволок в жилах	900
2. Изменение формы и размеров сечения
3. Хрупкость

Для оплавлений, возникших вследствие термического воздействия пожара характерны:

1) рассредоточение по определенному, относительно протяженному участку провода;

2) изменение сечения провода по длине;

3) неровная пористая поверхность;

4) каплеобразная форма, вытянутая по направлению действия силы притяжения;

5) обугливание изоляции провода по наружной поверхности.

Рис. 1.1. Формы дуговых оплавлений

Признаки нагрева жилы токами КЗ и перегрузки:

1) оплавления дугой КЗ локальны;

2) оплавленный участок вытянут вдоль оси проводника;

3) поверхность оплавления гладкая - без газовых пор и трещин.

Дуговые оплавления классифицируются по моменту (механизму) происхождения на:

- первичные, т.е. произошедшие до пожара или на начальной его стадии;

- вторичные, т.е. появившиеся в ходе пожара, когда на проводах обгорала изоляция и возникали короткие замыкания с фазы на ноль или с фазы на фазу (при условии, что к этому моменту сеть не была обесточена).

Визуальные признаки первичного и вторичного КЗ в трубе:

- при первичном КЗ обычно образуется локальный прожог на небольшом участке.

- при вторичном КЗ более длительное существование дуги и ее передвижение по проводнику приводит к тому, что прожоги от вторичного КЗ - более протяженные (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Прожоги в трубах: а) локальный; б) вытянутые вдоль трубы

Чтобы установить причину прожога трубы и причастности данного обстоятельства к возникновению пожара целесообразно проверить соответствие толщины стенки трубы нормативным требованиям (табл. 1.2). Если толщина стенки больше или равна нормативной, то данный прожог не является следствием КЗ.

Таблица 1.2

Минимальная толщина стенки стальной трубы при различном сечении токопроводящих жил

Толщина стенки, мм		2,5	2,8	3,2	3,5	4,0
Сечение жил, мм	Алюминий	6	10	16-25	35-50	75
	Медь	-	4	6-10	16	25-35

Признаки перегрузки на проводах внешне сходны с термическим поражением от внешнего нагрева при пожаре - протяженные зоны оплавления, изменение сечения и формы провода по длине.

Признаком перегрузки в электроприборе, ставшем причиной возгорания, является пробой изоляции в наиболее «слабом» месте – например, лаковой изоляции обмоток трансформаторов, дросселей, катушек напряжения в электросчетчиках и т.д. При этом возникают межвитковые КЗ и появляются множественные мелкие дуговые оплавления.

В случае возникновения пожара в результате большого переходного сопротивления (БПС) наблюдаются локальные выгорания, прогары, в местах неплотного контакта.

Признаки работы электроустановочных изделий и коммуникационных устройств (выключатели, переключатели, электророзетки, штепсельные соединения, клеммные колодки, патроны к лампам) в аварийном режиме:  

- электрическая и термическая эрозия (изменении формы и размеров появлении каверн);

- хрупкость металла, его подплавление и спекание, выплавление припоя;

- появлении на стальных деталях цветов побежалости;

- оплавления токоведущих частей от искрения и дугообразова­ния.

- сосредоточенные отложения копоти в местах неплотных контактов.

- электрическая эрози­я контактирующих элементов или их сваривание.

- деформация пластмас­сы, ее карбонизация, выгорание [6].

Признаки должны быть локальными и должны отсутствовать на некотором удалении от места возникновения или на прилегающих деталях. В противном случае это следы пожара.

Следует сравнить внутренние и на­ружные повреждения электророзетки (выключателя, клеммной колодки и т.д.). Если термические поражения с внешней стороны корпуса явно боль­ше, чем изнутри, причастность изделия к возникновению пожара сомни­тельна.

Лабораторные исследования

Современная методика предполагает использование двух методов исследования - рентгенофазового анализа и металлографии. Первый применяется в качест­ве экспрессного метода анализа, позволяющего исследовать достаточно большое количество оплавлений; второй - в случаях, когда информации, полученной методом РСА, оказывается недостаточно для решения постав­ленного вопроса.

Металлографическое исследование проводов с оплавлениями проводят в лаборатории. Исследуемый участок провода заливают в специальный твердеющий состав и делают так называемый «шлиф» на шлифовальном станке. Затем шлиф обрабатывают кислотным составом для того, чтобы проявилась структура металла, и рассматри­вают ее с помощью металлографического микроскопа.

Метод основан на различии структуры оплавлений возникших при первичном и вторичном КЗ. Первичное КЗ происходит при относительно низкой температуре окружающей среды, поэтому рост кристаллов меди при охлаждении из расплава проис­ходит в основном в направлении максимального оттока тепла по проводни­ку, в результате образуется зона вытянутых кристаллов - столбчатых дендритов. При вторичном КЗ направление преимущественного теплоотвода отсутствует, поэтому образуются равноосные зерна. При этом для вторичного КЗ характерно наличие газовых пор.

Также можно отличить первичное и вторичное КЗ и по содержанию кислорода в меди в месте оплавления. При первичном КЗ оно составляет 0,06-0,39%, при вторичном КЗ - менее 0,06%.

Исследование электропроводки в металлических оболочках проводится в лаборатории методом металлографии и рентгеноструктурного анализа.

Чтобы установить факт перегрузки необходимо исследовать провод на нескольких участках методом металлографии.

Изъятие элементов электросети для исследования

Первичные КЗ могут быть причиной возникновения пожара. Поэтому участки про­водов с оплавлениями необходимо изъять и отправить их на исследование. В качестве вещественных доказательств изъятию подлежат провода с локальными оплавлениями с участков, наиболее удаленных от источника питания. Длина изъятого участка провода с оплавлением должна быть не менее 35 мм (лучше 40-50 мм), но не больше 0,5 - 1,0 метра. Провод не следует скручивать во избежание излома. В том виде, в котором провод обнаружили, его изымают, упаковыва­ют, оформляют изъятие.

Для исследования проводов отрезается поврежденная оболочка с остатками жил длиной не менее 1500 мм.

Порядок отработки версии о причастности к возникновению пожара аварийных режимов в электросетях

При отработке версий причастности аварийных режимов в электросетях к возникновению пожара необходимо учитывать:

1) оплавления могут быть следствием:

- нагрева на пожаре определенного участка провода до температуры плавления;

- следствием действия электрической дуги при коротком замыкании;

- следствием попадания более легкоплавкого металла.

2) возможные причины разрушения металлической оболочки:

а) электродуга, воз­никшая между жилой электрического провода и заземленной оболочкой; произойти это могло до пожара или в ходе его;

б) электрогазосварочные работ, проводимые до пожара;

в) попадание на нее других расплавленных металлов.

3) перегрузка по напряжению (перенапряжение) может возникать:

- в результате аварийных режимов в питающей низковольтной электросети;

- в результате аварийных режимов в высоковольтной электросети;

- при ремонтных работах в результате неправильного подсоединения;

- в ходе пожара в результате теплового воздействия на элементы электросети, если электросеть находится под напряжением.

Перенапряжение может быть причиной образования как первичных, так и вторичных очагов горения.

Характерным признаком причастности перенапряжения к возникновению пожара является массовый выход из строя электроприборов, включенных в сеть, яркие вспышки и перегорание лампочек, сбои в работе компьютеров и т.д. При отработке версии о причастности аварийных режимов работы в электросетях к возникновению пожара, целесообразно опросить жильцов соседних квартир, подъезда, домов.

4) БПС как причина пожара устанавливается по косвенным признакам:

- термические поражения материалов в окружающей зоне;

- динамика развития процесса. 

При этом соседями могут быть замечены признаки плохого контакта (мигание электролампочек, частые сбои в работе электроприборов и др.) и запах горелой изоляции .

5) принимать версию о причастности к возникновению пожара электроустановочных изделий и коммутационных устройств можно только в том случае, если:

а) изделие имеет рассмотренные выше признаки аварийной работы;

б) находится в очаге;

в) исключаются прочие версии о причине пожара.

Версия о перегрузке, т.е. загорании изоляции провода вследствие прохождения по нему тока, в несколько раз превышающего номинальный, отрабатывается специалистом в следующей последовательности:

1. исходя из суммарной мощности потребителей рассчитывается величина тока перегрузки; определя­ется номинальный ток для данного типа проводника, а затем путем срав­нения этих величин рассчитывается кратность перегрузки.

Изоляция провода может загореться только при перегрузке, имеющей кратность выше определенного значения.

При меньшей кратности перегрузки провод греется до температуры, недостаточной для загорания изоляции. Некоторые провода не загораются и при слишком высокой кратности - жила провода быстро перегорает (как плавкий предохранитель) и изоляция не успевает загореться, либо изоляция плавится и стекает с провода, также, не успев загореться.

Можно рассчитать температуру, до которой может нагреться провод при соответствующем токе, и посмотреть, могла ли при этом оплавиться и загореться изоляция. Существуют и специальные компьютерные программы расчета температуры провода при перегрузке то­ками КЗ.