Jaké faktory ovlivňují stárnutí izolace

Dlouho používané kabely časem ztrácejí svou izolační kvalitu, jinými slovy jejich izolace stárne. To je způsobeno řadou faktorů. V důsledku toho jsou některá místa elektroinstalace obnažena, což je plné nebezpečných nehod: náhodné zkraty a jiskry mohou vést k požáru nebo přinejmenším k poranění osob elektrickým proudem.

Dnes používané izolační materiály jsou samozřejmě odolnější než ty, které se používaly dříve, ale na některých místech se elektrické rozvody dlouho nezměnily a problém se stárnutím izolace zůstává. Podívejme se na faktory, které ovlivňují stárnutí izolace.

Stárnutí izolace se měří v relativních jednotkách. Stárnutí je bráno jako jednotka odpovídající provozu při teplotě povolené normami. Pro praktické výpočty se k odhadu procesu stárnutí izolace často používá pravidlo známé jako «pravidlo osmi stupňů».

Toto pravidlo, i když je to pouze zvláštní případ obecného zákona o stárnutí, poskytuje dobré přiblížení skutečnosti v teplotním rozsahu běžně povoleném pro izolaci. Při vyšších teplotách to vede k mírně nadsazeným údajům o stárnutí, ale zůstává užitečné pro relativní odhady.

Smysl osmistupňového pravidla se scvrkává na skutečnost, že zvýšení teploty o každých 8 °C vede ke zrychlenému opotřebení (stárnutí) izolace dvakrát. To znamená, že pokud například jádra vodičů s izolací při přetížení budou mít nárůst teploty o 48 ° C namísto 40 ° C přijatých v normách, pak se jejich izolace opotřebí 2krát rychleji a při teplotě 56 ° C ° C — 4krát rychleji.

Hlavní faktory stárnutí izolace jsou následující. Provozní napětí nebo vzácné přepětí může někdy způsobit částečné výboje v izolaci, což má za následek tzv. Elektrické stárnutí izolace.

Následuje stárnutí v důsledku působení tepla a oxidace. Konečně, izolace proti vlhkosti je také docela silný faktor stárnutí, který by neměl být přehlížen.

Další (méně významné) faktory stárnutí jsou: mechanické zatížení statického nebo vibračního charakteru a chemicky destruktivní působení produktů elektrolytických reakcí a organických kyselin.

Elektrické stárnutí izolace — postupné hromadění mikrotrhlin z výbojů

Částečné výboje vedou k postupné destrukci většiny typů izolací: při každém výboji je pouze část její energie vynaložena na nevratnou destrukci molekulárních vazeb materiálu, v důsledku čehož k destrukci dochází pomalu, ale jistě.Vypadá to jako mikrotrhliny v izolaci.

Stupeň destrukce a její rozsah jsou různé pro různé materiály. Organická dielektrika při působení částečných výbojů uvolňují vodivé sloučeniny uhlíku a také plyny: vodík, metan, oxid uhličitý, acetylen atd. Při porušení molekulárních vazeb pevných dielektrik vznikají radikály.

Olejová bariéra a izolace papír-olej mění elektrické vlastnosti a fyzikálně-chemické vlastnosti v každé z jejích složek: elektrokarton, minerální olej a stárnutí papíru, impregnační kompozice je zničena, vodivost se nakonec zvyšuje, příznivé podmínky pro škodlivé ničení jsou vytvořeno .

Pokud jde o samotný olej, pod silnými elektrickými poli v něm elektrony získávají dostatek energie na zničení molekul uhlíku, v důsledku čehož se uvolňuje vodík. Tento proces je zvláště výrazný u izolace vedení vysokého napětí a různé typy izolací se vyznačují vlastní intenzitou destrukce (která závisí na složení izolace).

Zde je vhodné poznamenat, že k porušení izolace s tvorbou trhliny nedochází v žádném okamžiku okamžitě kvůli přepětí. Tento proces je pomalý: mikrotrhliny se hromadí pokaždé, když dojde k novému přepětí, a teprve na konci to vypadá jako izolace poškozená trhlinami.

Tepelné stárnutí — chemické reakce, které zhoršují vlastnosti izolace

Je jasné, že za normálních podmínek při 25°C se všechny izolační materiály chovají normálně, při pokojové teplotě jsou inertní.Proud procházející kabely však ohřívá izolaci až na 130 °C a ještě více. Za takových okolností v izolačním materiálu pomalu probíhají chemické reakce, které postupně zhoršují jeho vlastnosti.

Dielektrika jsou zpočátku tuhá — časem se stávají křehkými a jakékoli výrazné mechanické namáhání kabelu způsobí praskliny a zničení takové izolace. Kapalná dielektrika se postupně odpařují a částečně se mění na plyn, díky čemuž se dielektrická pevnost takové izolace v průběhu času snižuje. Je to také síť stárnutí izolace z působení tepla.

Vlhkost jako faktor stárnutí – oxidace, která podporuje prosakování

Není divu, že se na izolaci kabelu může dostat vlhkost, ať už jde o kondenzaci vznikající v důsledku termooxidačních procesů nebo jednoduše o vodu z vnějšího prostředí, stejné sezónní srážky.

Izolační odpor se snižuje působením vlhkosti, protože volné ionty začnou zvyšovat svodový proud. Dielektrické ztráty se zvyšují, což nakonec vede k úplnému rozpadu. Ale i když nedojde k poškození, vlhkost stále přispívá k přehřívání izolace a tepelné stárnutí se nezpožďuje.

Proto je tak důležité, aby izolace zůstala vždy suchá a ve velkých průmyslových odvětvích se v souvislosti s tímto ustanovením neustále sleduje vlhkost izolace a jsou přijímána opatření, která tento faktor stárnutí sníží na minimum.

Viz také:

Indikátory kvality izolace — odpor, koeficient absorpce, index polarizace a další

Co určuje životnost elektromotorů

Příčiny požárů elektrických zařízení

Tepelná odolnost a požární odolnost kabelů a vodičů, nehořlavé izolace

Jak se správně provádí test izolace kabelu?