Kateri dejavniki vplivajo na staranje izolacije
Dolgotrajni kabli sčasoma izgubijo kakovost izolacije, z drugimi besedami, njihova izolacija se stara. To je posledica številnih dejavnikov. Zaradi tega so nekatera mesta ožičenja izpostavljena, kar je polno nevarnih nesreč: naključni kratki stiki in iskre lahko povzročijo požar ali vsaj električne poškodbe ljudi.
Seveda so izolacijski materiali, ki se danes uporabljajo, bolj trpežni od tistih, ki so se uporabljali prej, a ponekod se električna napeljava že dolgo ni spremenila in problem staranja izolacije ostaja. Poglejmo si dejavnike, ki vplivajo na staranje izolacije.
Staranje izolacije se meri v relativnih enotah. Staranje je vzeto kot enota, ki ustreza delovanju pri temperaturi, ki jo dovoljujejo standardi. Za praktične izračune se za oceno procesa staranja izolacije pogosto uporablja pravilo, znano kot »pravilo osmih stopinj«.
To pravilo, čeprav le poseben primer splošnega zakona staranja, daje dober približek realnosti v temperaturnem območju, ki je običajno dovoljeno za izolacijo. Pri višjih temperaturah to povzroči nekoliko pretirane podatke o staranju, vendar ostaja uporabno za relativne ocene.
Pomen pravila osmih korakov se skrči na dejstvo, da zvišanje temperature za vsakih 8 ° C vodi do dvakratne pospešene obrabe (staranja) izolacije. To pomeni, da če se bodo na primer jedra žic z izolacijo med preobremenitvijo dvignila za 48 ° C namesto 40 ° C, sprejetih v normah, se bo njihova izolacija obrabila 2-krat hitreje in pri temperaturi 56 ° C. ° C — 4-krat hitreje.
Glavni dejavniki za staranje izolacije so naslednji. Obratovalna napetost ali redka prenapetost lahko včasih povzroči delne razelektritve v izolaciji, kar povzroči t.i. Električno staranje izolacije.
Sledi staranje zaradi izpostavljenosti toploti in oksidacije. Nenazadnje je tudi izolacija pred vlago precej močan dejavnik staranja, ki ga ne smemo spregledati.
Dodatni (manj pomembni) dejavniki staranja so: mehanske obremenitve statične ali vibracijske narave in kemično destruktivni učinek produktov elektrolitskih reakcij in organskih kislin.
Električno staranje izolacije — postopno kopičenje mikrorazpok zaradi razelektritev
Delne razelektritve vodijo do postopnega uničenja večine vrst izolacije: z vsako razelektritvijo se le del svoje energije porabi za nepovratno uničenje molekularnih vezi materiala, zaradi česar se uničenje pojavi počasi, a zanesljivo.Videti je kot mikrorazpoke v izolaciji.
Stopnja uničenja in njen obseg sta različni za različne materiale. Organski dielektriki pod vplivom delnih razelektritev sproščajo prevodne ogljikove spojine, pa tudi pline: vodik, metan, ogljikov dioksid, acetilen itd. Ko se molekularne vezi trdnih dielektrikov prekinejo, nastanejo radikali.
Oljna pregrada in papirno-oljna izolacija spremeni električne značilnosti in fizikalno-kemijske lastnosti v vsaki od svojih komponent: elektrokarton, mineralno olje in staranje papirja, impregnacijski sestavek se uniči, prevodnost na koncu poveča, ugodni pogoji za škodljivo uničenje so ustvarili.
Kar zadeva samo olje, elektroni v njem pod močnimi električnimi polji pridobijo dovolj energije, da uničijo molekule ogljika, zaradi česar se sprošča vodik. Ta proces je še posebej izrazit pri izolaciji visokonapetostnih vodov, za različne vrste izolacij pa je značilna lastna intenzivnost uničenja (ki je odvisna od sestave izolacije).
Pri tem velja opozoriti, da se razpad izolacije z nastankom razpoke ne pojavi takoj zaradi prenapetosti v vsakem trenutku. Ta proces je počasen: mikrorazpoke se kopičijo ob vsakem novem udaru in šele na koncu je videti kot izolacija, poškodovana zaradi razpok.
Toplotno staranje — kemične reakcije, ki poslabšajo lastnosti izolacije
Jasno je, da se pri normalnih pogojih pri 25 °C vsi izolacijski materiali obnašajo normalno, pri sobni temperaturi so inertni.Toda tok, ki teče skozi kable, segreje izolacijo do 130 ° C in celo več. V takšnih okoliščinah v izolacijskem materialu počasi prihaja do kemičnih reakcij, ki postopoma slabšajo njegove lastnosti.
Dielektriki so sprva togi - sčasoma postanejo krhki in vsaka večja mehanska obremenitev kabla bo povzročila razpoke in uničenje takšne izolacije. Tekoči dielektriki postopoma izhlapevajo in se delno spremenijo v plin, zaradi česar se dielektrična trdnost takšne izolacije sčasoma zmanjša. Je tudi mreža starajoče se izolacije zaradi delovanja toplote.
Vlaga kot dejavnik staranja – oksidacija, ki spodbuja puščanje
Ni presenetljivo, da lahko vlaga pride na izolacijo kabla, ne glede na to, ali gre za kondenzacijo, ki nastane kot posledica termooksidativnih procesov ali preprosto za vodo iz zunanjega okolja, enake sezonske padavine.
Izolacijska upornost se zmanjša zaradi delovanja vlage, ko prosti ioni začnejo povečevati tok uhajanja. Povečajo se dielektrične izgube, ki sčasoma povzročijo popolno okvaro. Toda tudi če ne pride do poškodb, vlaga še vedno prispeva k pregrevanju izolacije in toplotno staranje ne zamuja.
Zato je tako pomembno, da izolacija vedno ostane suha, v velikih industrijskih panogah pa se v zvezi s tem zagotavlja stalno spremljanje vsebnosti vlage v izolaciji in se izvajajo ukrepi za zmanjšanje tega faktorja staranja na minimum.
Poglej tudi:
Indikatorji kakovosti izolacije - odpornost, absorpcijski koeficient, polarizacijski indeks in drugi
Kaj določa življenjsko dobo elektromotorjev
Vzroki požarov v električnih napravah
Toplotna odpornost in požarna odpornost kablov in žic, negorljiva izolacija
Kako se pravilno izvaja preizkus izolacije kabla?