Những yếu tố ảnh hưởng đến sự lão hóa của vật liệu cách nhiệt

Cáp sử dụng lâu ngày sẽ mất chất lượng cách điện theo thời gian, nói cách khác, cách điện của chúng bị lão hóa. Điều này là do một số yếu tố. Do đó, một số vị trí của hệ thống dây điện bị hở, gây ra nhiều tai nạn nguy hiểm: chập điện và tia lửa điện vô tình có thể dẫn đến hỏa hoạn hoặc ít nhất là thương tích về điện cho con người.

Tất nhiên, các vật liệu cách điện được sử dụng ngày nay bền hơn so với các vật liệu được sử dụng trước đó, nhưng ở một số nơi, hệ thống dây điện đã không thay đổi trong một thời gian dài và vấn đề cách điện cũ vẫn còn. Hãy xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến sự lão hóa của vật liệu cách nhiệt.

Lão hóa cách điện được đo bằng đơn vị tương đối. Lão hóa được lấy làm đơn vị tương ứng với hoạt động ở nhiệt độ cho phép theo tiêu chuẩn. Để tính toán thực tế, một quy tắc được gọi là «quy tắc tám độ» thường được sử dụng để ước tính quá trình lão hóa của vật liệu cách nhiệt.

Quy tắc này, mặc dù chỉ là một trường hợp đặc biệt của quy luật chung về lão hóa, mang lại giá trị gần đúng với thực tế trong phạm vi nhiệt độ thường cho phép đối với cách điện. Ở nhiệt độ cao hơn, điều này dẫn đến dữ liệu lão hóa hơi phóng đại, nhưng vẫn hữu ích cho các ước tính tương đối.

Ý nghĩa của quy tắc tám bước rút ra từ thực tế là việc tăng nhiệt độ cứ sau 8 ° C sẽ dẫn đến sự mài mòn nhanh (lão hóa) của vật liệu cách nhiệt hai lần. Điều này có nghĩa là nếu, ví dụ, lõi của dây có lớp cách điện trong quá tải sẽ tăng nhiệt độ lên 48 ° C thay vì 40 ° C được chấp nhận trong định mức, thì lớp cách điện của chúng sẽ bị mòn nhanh hơn 2 lần và ở nhiệt độ 56 ° C—nhanh gấp 4 lần.

Các yếu tố chính cho sự lão hóa của vật liệu cách nhiệt là như sau. Điện áp hoạt động hoặc quá điện áp hiếm gặp đôi khi có thể gây phóng điện cục bộ trong lớp cách điện, dẫn đến cái gọi là. lão hóa điện của cách điện.

Tiếp theo là quá trình lão hóa do tiếp xúc với nhiệt và quá trình oxy hóa. Cuối cùng, cách ẩm cũng là một yếu tố lão hóa khá mạnh không nên bỏ qua.

Các yếu tố lão hóa bổ sung (ít quan trọng hơn) là: tải trọng cơ học có tính chất tĩnh hoặc rung và tác động phá hủy hóa học của các sản phẩm phản ứng điện phân và axit hữu cơ.

Lão hóa điện của cách điện - tích tụ dần dần các vết nứt nhỏ do phóng điện

Phóng điện một phần dẫn đến sự phá hủy dần dần hầu hết các loại vật liệu cách nhiệt: với mỗi lần phóng điện, chỉ một phần năng lượng của nó được sử dụng để phá hủy không thể đảo ngược các liên kết phân tử của vật liệu, do đó sự phá hủy diễn ra chậm nhưng chắc chắn.Nó trông giống như các vết nứt nhỏ trong lớp cách nhiệt.

Mức độ phá hủy và quy mô của nó là khác nhau đối với các vật liệu khác nhau. Các chất điện môi hữu cơ, dưới tác động của phóng điện cục bộ, giải phóng các hợp chất carbon dẫn điện, cũng như các loại khí: hydro, metan, carbon dioxide, axetylen, v.v. Khi các liên kết phân tử của chất điện môi rắn bị phá vỡ, các gốc tự do được hình thành.

Màng ngăn dầu và cách điện giấy-dầu làm thay đổi đặc tính điện và tính chất lý hóa trong từng thành phần của nó: bìa cứng điện, dầu khoáng và giấy bị lão hóa, thành phần thấm bị phá hủy, độ dẫn cuối cùng tăng lên, điều kiện thuận lợi cho sự phá hủy có hại là được tạo ra .

Đối với bản thân dầu, dưới điện trường mạnh, các electron trong nó thu đủ năng lượng để phá hủy các phân tử carbon, do đó hydro được giải phóng. Quá trình này đặc biệt rõ rệt trong cách điện của đường dây cao áp và các loại cách điện khác nhau được đặc trưng bởi cường độ phá hủy riêng của chúng (phụ thuộc vào thành phần của vật liệu cách nhiệt).

Điều đáng chú ý ở đây là sự cố cách điện với sự hình thành vết nứt không xảy ra ngay lập tức do quá điện áp bất cứ lúc nào. Quá trình này diễn ra chậm: các vết nứt nhỏ tích tụ mỗi khi một đợt sóng điện áp mới xảy ra và chỉ khi kết thúc, nó mới trông giống như lớp cách điện bị hư hỏng do vết nứt.

Lão hóa nhiệt - phản ứng hóa học làm suy giảm tính chất của vật liệu cách nhiệt

Rõ ràng là trong điều kiện bình thường ở 25 ° C, tất cả các vật liệu cách điện đều hoạt động bình thường, chúng trơ ​​ở nhiệt độ phòng.Tuy nhiên, dòng điện chạy qua dây cáp làm nóng lớp cách điện lên tới 130 ° C và thậm chí cao hơn. Trong những trường hợp như vậy, các phản ứng hóa học xảy ra chậm trong vật liệu cách điện, dần dần làm giảm tính chất của nó.

Chất điện môi ban đầu cứng — chúng trở nên giòn theo thời gian và bất kỳ ứng suất cơ học đáng kể nào trên cáp sẽ gây ra vết nứt và phá hủy lớp cách điện đó. Chất điện môi lỏng dần dần bay hơi, biến một phần thành khí, do đó độ bền điện môi của lớp cách điện đó giảm dần theo thời gian. Nó cũng là một mạng lưới cách nhiệt lão hóa do tác động của nhiệt.

Độ ẩm là một yếu tố lão hóa—sự oxy hóa thúc đẩy sự rò rỉ

Không có gì đáng ngạc nhiên khi hơi ẩm có thể xâm nhập vào lớp cách điện của cáp, cho dù đó là sự ngưng tụ được hình thành do quá trình oxy hóa nhiệt hay chỉ là nước từ môi trường bên ngoài, cùng một lượng mưa theo mùa.

Điện trở cách điện bị giảm do tác động của hơi ẩm khi các ion tự do bắt đầu tăng dòng rò. Tổn thất điện môi tăng, cuối cùng dẫn đến sự cố hoàn toàn. Nhưng ngay cả khi không có hư hỏng xảy ra, độ ẩm vẫn góp phần làm lớp cách nhiệt quá nóng và quá trình lão hóa nhiệt không bị chậm lại.

Đó là lý do tại sao điều quan trọng là lớp cách nhiệt luôn khô ráo và trong các ngành công nghiệp lớn, liên quan đến quy định này, độ ẩm của lớp cách nhiệt được theo dõi liên tục và các biện pháp được thực hiện để giảm yếu tố lão hóa này xuống mức tối thiểu.

Xem thêm:

Các chỉ số chất lượng cách nhiệt - điện trở, hệ số hấp thụ, chỉ số phân cực và các chỉ số khác

Điều gì quyết định tuổi thọ của động cơ điện

Nguyên nhân gây cháy nổ thiết bị điện

Khả năng chịu nhiệt và chống cháy của cáp và dây điện, cách điện khó cháy

Kiểm tra cách điện cáp được thực hiện như thế nào một cách chính xác?