Jakie czynniki wpływają na starzenie się izolacji

Długo używane kable tracą z czasem swoją jakość izolacji, innymi słowy, ich izolacja starzeje się. Wynika to z wielu czynników. W rezultacie niektóre miejsca okablowania są odsłonięte, co jest obarczone niebezpiecznymi wypadkami: przypadkowe zwarcia i iskry mogą doprowadzić do pożaru lub przynajmniej obrażeń elektrycznych u ludzi.

Oczywiście stosowane obecnie materiały izolacyjne są trwalsze niż te stosowane wcześniej, ale w niektórych miejscach instalacja elektryczna nie zmienia się od dawna i problem starzenia się izolacji pozostaje. Przyjrzyjmy się czynnikom, które wpływają na starzenie się izolacji.

Starzenie się izolacji mierzy się w jednostkach względnych. Starzenie przyjmuje się jako jednostkę odpowiadającą działaniu w temperaturze dozwolonej przez normy. W praktycznych obliczeniach do oszacowania procesu starzenia się izolacji często stosuje się regułę zwaną „regułą ośmiu stopni”.

Zasada ta, chociaż jest tylko szczególnym przypadkiem ogólnego prawa starzenia, daje dobre przybliżenie do rzeczywistości w zakresie temperatur normalnie dopuszczalnym dla izolacji. W wyższych temperaturach daje to nieco przesadzone dane dotyczące starzenia, ale pozostaje przydatne do względnych szacunków.

Znaczenie zasady ośmiu kroków sprowadza się do tego, że wzrost temperatury na każde 8°C prowadzi do dwukrotnego przyspieszenia zużycia (starzenia się) izolacji. Oznacza to, że jeśli np. żyły przewodów z izolacją podczas przeciążenia będą miały wzrost temperatury o 48°C zamiast 40°C przyjętych w normach, to ich izolacja zużyje się 2 razy szybciej i przy temperaturze 56 ° C — 4 razy szybciej.

Główne czynniki starzenia się izolacji są następujące. Napięcie robocze lub rzadkie przepięcia mogą czasami powodować wyładowania niezupełne w izolacji, powodujące tzw. Elektryczne starzenie się izolacji.

Następnie następuje starzenie z powodu ekspozycji na ciepło i utlenianie. Wreszcie, izolacja przeciwwilgociowa jest również dość silnym czynnikiem starzenia, którego nie należy lekceważyć.

Dodatkowymi (mniej istotnymi) czynnikami starzeniowymi są obciążenia mechaniczne o charakterze statycznym lub wibracyjnym oraz niszczące chemicznie działanie produktów reakcji elektrolitycznych i kwasów organicznych.

Elektryczne starzenie się izolacji — stopniowe gromadzenie się mikropęknięć od wyładowań

Wyładowania niezupełne prowadzą do stopniowego niszczenia większości rodzajów izolacji: przy każdym wyładowaniu tylko część jego energii jest zużywana na nieodwracalne zniszczenie wiązań molekularnych materiału, w wyniku czego zniszczenie następuje powoli, ale pewnie.Wygląda to na mikropęknięcia w izolacji.

Stopień zniszczenia i jego skala są różne dla różnych materiałów. Dielektryki organiczne pod wpływem wyładowań niezupełnych uwalniają przewodzące związki węgla, a także gazy: wodór, metan, dwutlenek węgla, acetylen itp. Kiedy wiązania molekularne stałych dielektryków zostają zerwane, powstają rodniki.

Izolacja olejo-barierowa i papierowo-olejowa zmienia charakterystykę elektryczną i właściwości fizyko-chemiczne każdego z jej składników: karton elektryczny, olej mineralny i starzenie się papieru, skład impregnujący ulega zniszczeniu, ostatecznie wzrasta przewodnictwo, powstają sprzyjające warunki do szkodliwego niszczenia stworzony .

Jeśli chodzi o samą ropę, to pod silnym polem elektrycznym zawarte w niej elektrony uzyskują energię wystarczającą do zniszczenia cząsteczek węgla, w wyniku czego uwalnia się wodór. Proces ten jest szczególnie wyraźny w izolacji linii wysokiego napięcia, a różne rodzaje izolacji charakteryzują się własną intensywnością niszczenia (która zależy od składu izolacji).

Warto tutaj zauważyć, że przebicie izolacji z utworzeniem pęknięcia nie następuje natychmiast z powodu przepięcia w dowolnym momencie. Proces ten jest powolny: mikropęknięcia gromadzą się za każdym razem, gdy pojawia się nowy skok napięcia i dopiero na końcu wygląda to na uszkodzoną przez pęknięcia izolację.

Starzenie termiczne — reakcje chemiczne, które pogarszają właściwości izolacji

Oczywiste jest, że w normalnych warunkach w temperaturze 25 ° C wszystkie materiały izolacyjne zachowują się normalnie, są obojętne w temperaturze pokojowej.Jednak prąd płynący przez kable nagrzewa izolację do temperatury 130°C, a nawet wyższej. W takich warunkach w materiale izolacyjnym powoli zachodzą reakcje chemiczne, stopniowo pogarszając jego właściwości.

Dielektryki są początkowo sztywne — z czasem stają się kruche, a każde znaczne obciążenie mechaniczne kabla spowoduje pęknięcia i zniszczenie takiej izolacji. Ciekłe dielektryki stopniowo odparowują, częściowo zamieniając się w gaz, przez co wytrzymałość dielektryczna takiej izolacji maleje z czasem. To także sieć starzejącej się izolacji przed działaniem ciepła.

Wilgoć jako czynnik starzenia — utlenianie sprzyjające wyciekom

Nic dziwnego, że na izolację kabla może dostać się wilgoć, niezależnie od tego, czy jest to kondensacja powstająca w wyniku procesów termooksydacyjnych, czy po prostu woda ze środowiska zewnętrznego, te same sezonowe opady.

Rezystancja izolacji zmniejsza się pod wpływem wilgoci, ponieważ wolne jony zaczynają zwiększać prąd upływu. Straty dielektryczne rosną, prowadząc ostatecznie do całkowitego przebicia. Ale nawet jeśli nie wystąpią żadne uszkodzenia, wilgoć nadal przyczynia się do przegrzania izolacji, a starzenie termiczne nie jest opóźnione.

Dlatego tak ważne jest, aby izolacja zawsze pozostawała sucha, aw dużych gałęziach przemysłu w związku z tym przepisem stale monitoruje się wilgotność izolacji i podejmuje się działania mające na celu ograniczenie tego czynnika starzeniowego do minimum.

Zobacz też:

Wskaźniki jakości izolacji — rezystancja, współczynnik absorpcji, wskaźnik polaryzacji i inne

Co decyduje o żywotności silników elektrycznych

Przyczyny pożarów urządzeń elektrycznych

Żaroodporność i ognioodporność kabli i przewodów, izolacja niepalna

Jak prawidłowo przeprowadza się test izolacji kabla?