Старение изоляции. Факторы, влияющие на этот процесс

Изоляция кабелей, эксплуатируемых уже длительное время, подвергается различным факторам, вызывающим ее старение. В результате этого часть проводки оголяется, что очень опасно. Соприкосновение двух разнополярных проводников приводит к короткому замыканию, сопровождающемуся искрением. Результатом этого является возникновение пожара. Опасность может быть даже в том случае, если проводники не соприкасаются, ведь их замкнуть можно при помощи обычной отвертки. Если неопытный монтажник замкнет две фазы в трехфазной кабельной сети, то его не просто ударит током, а отбросит на несколько метров. При этом гарантирована контузия. В домашних условиях эффект будет меньшим, но без травмы вряд ли получится обойтись.

Современные материалы, используемые при изготовлении изоляции, более долговечны. Но сегодня во многих домах используется проводка преимущественно советского производства, иногда даже с ниточной изоляцией. Поэтому проблема ее старения очень актуальна.

Причины, приводящие к старению изоляции

К основным причинам старения изоляции относятся:

  • Электрическое старение. Вызвано оно появлением частичных разрядов в процессе приложения рабочего напряжения или перенапряжения;
  • Окисление изоляции и тепловое старение;
  • Увлажнение материала изоляции.

Второстепенными факторами являются: механическое повреждение из-за прилагаемых электродинамических усилий, механических нагрузок или вибраций; химическое повреждение из-за влияния органических кислот, агрессивных веществ или продуктов, появляющихся в процессе электролитических процессов.

Электрическое старение изоляции

Электрическое старение большинства видов изоляции вызвано частичными разрядами. Этот процесс достаточно длительный, ведь на необратимое разрушение молекулярных связей изоляционного материала тратится лишь часть энергии, выделяемой при разряде.

Степень разрушения изоляции и его характер зависит во многом от вида изоляции и используемого при ее изготовлении материала. В твердом диэлектрике, например, происходит разрыв молекулярных связей, из-за чего образуются радикалы. В органических диэлектриках происходит выделение различных газов (СО2, Н2, ацетилена, метана и т.д.), иногда образуются углеродистые соединения, которые в некоторых случаях обладают очень высокой проводимостью. Практически всегда следствием частичных разрядов является появление микротрещин в материале изоляции.

Бумажно-масляная и маслобарьерная изоляция подвергается процессу старения из-за изменения физико-химических и электрических характеристик минерального масла, бумаги и электрокартона. Вследствие разрушения состава, выступающего в качестве пропитки, увеличивается проводимость материала, что в итоге приводит к пробоям. При использовании масла разрушение может начаться не только из-за частичных пробоев. Особенно это касается высоковольтных линий. В сильных полях электронами может быть приобретена достаточно сильная энергия, чтобы молекулы углерода были разрушены с выделением водорода. Естественно, интенсивность этого процесса зависит от химического состава материала.

Очень часто, вопреки бытующему мнению, пробой изоляции происходит не непосредственно в момент перенапряжения. Можно сказать, что это финальная часть процесса. На самом же деле пробой происходит из-за микротрещин, которые постепенно накапливаются при подаче испытательного напряжения, например, или частых перенапряжений уже в процессе эксплуатации. Если это будет продолжаться и в дальнейшем, то изоляций в конечном итоге испортится.

Тепловое старение изоляции

Изоляционные материалы при комнатной температуре инертны, но протекающий по кабелям ток разогревает их до рабочей температуры 90-180 градусов. В этой ситуации, даже при постоянном напряжении без скачков, в материале происходят химические реакции, вследствие чего изменяется его структура, а свойства ухудшаются. Например, твердые диэлектрики со временем становятся хрупкими, что при воздействии механической нагрузки приведет к их разрушению. Жидкие диэлектрики превращаются в газ, из-за чего снижается их электрическая прочность.

Влияние влаги на процесс старения изоляции

Влага на изоляцию может попадать из внешней среды или конденсироваться на ней при термоокислительных процессах. Влага оказывает очень сильное влияние на сопротивление утечке, так как в ней находятся свободные ионы. Вследствие этого растут диэлектрические потери, что может привести к пробою изоляции. Кроме того, вода способствует большему нагреву, из-за чего темпы теплового старения значительно увеличиваются. Поэтому очень важно следить за тем, чтобы изоляция была сухой. В принципе, процесс увлажнения обратим, т.е. влагу можно удалить в процессе сушки. Но процесс этот слишком затратен по времени и деньгам. Именно поэтому на производствах осуществляется постоянный контроль степени увлажнения изоляции.