Це відбувається під впливом низки чинників. У результаті деякі місця проводки виявляються оголені, що може призвести до небезпечних подій: випадкове коротке замикання і іскріння можуть призвести до пожежі, або принаймні — до електричного травмування людей.
Звичайно, ізоляційні матеріали, що застосовуються нині, більш довговічні, ніж застосовувані раніше, проте подекуди електропроводка довго не змінювалася, і проблема старіння ізоляції залишається. Старіння ізоляції кабелів – це серйозна проблема, яка може призвести до зниження надійності та безпеки роботи електроустаткування та системи електропостачання.
Ізоляція кабелів піддається впливу різних факторів, які можуть прискорити її старіння та руйнування.
- Температура. Підвищена температура збільшує швидкість хімічних реакцій, які призводять до деградації ізоляції. Крім того, температурні цикли (перепади температури) викликають термічні напруги в ізоляції, які можуть призвести до її тріщин та розривів.
- Вологість. Вологість повітря або проникнення води в ізоляцію може спричинити корозію металевих частин кабелю, а також зменшити електричний опір ізоляції. Вологість також сприяє розвитку біологічних процесів (грибків, плісняви), які руйнують ізоляцію.
-
Механічні ушкодження. Ізоляція кабелів може бути пошкоджена під час монтажу, експлуатації або ремонту кабельних ліній. Такі пошкодження можуть бути видимими (подряпини, проколи, садна) або прихованими (мікротріщини, деформації). Пошкоджена ізоляція стає вразливішою для інших чинників старіння.
-
Електричне навантаження. Перевантаження, короткі замикання, перенапруги, гармоніки та інші аномалії в електричній мережі можуть спричинити перегрів, іскріння, дугові розряди та інші ефекти, що завдають шкоди ізоляції кабелів.
-
Хімічні дії. Ізоляція кабелів може зазнавати агресивного впливу хімічних речовин, таких як кислоти, луги, розчинники, олії і т.д. Ці речовини можуть проникати в ізоляцію через пошкодження чи дифузію та викликати її хімічне розкладання чи розчинення.
-
Ультрафіолетове випромінювання. УФ-випромінювання від сонця або джерел світла може спричинити окислення та фотохімічне руйнування ізоляції кабелів. Це проявляється у втраті кольору, блиску, еластичності та міцності ізоляції.
Старіння ізоляції оцінюється у відносних одиницях. За одиницю приймається старіння, що відповідає роботі при температурі, яка допускається нормами. Для практичних розрахунків з метою оцінки процесу старіння ізоляції часто користуються правилом, відомим під найменуванням «восьмиградусне правило».
Це правило, хоча воно і є лише окремим випадком загального закону старіння, дає гарне наближення до дійсності в діапазоні температур, які зазвичай допускаються для ізоляції. За більш високих температур воно призводить до дещо перебільшених даних старіння, але залишається придатним для відносних оцінок.
Сенс восьмиградусного правила зводиться до того, що підвищення температури на кожні 8°С призводить до прискорення зносу (старіння) ізоляції вдвічі. Це означає, що якщо, наприклад, жили провідників з ізоляцією при перевантаженні матимуть перевищення температури 48°С замість прийнятого в нормах 40°С, їх ізоляція зноситься вдвічі швидше, а при температурі 56°С — вчетверо швидше.
Основні чинники старіння ізоляції наступні. Робоча напруга або рідкісна перенапруга здатні іноді викликати в ізоляції часткові розряди, що призводить до так званого електричного старіння ізоляції. Далі йде старіння внаслідок теплового впливу та окислення. Нарешті, зволоження ізоляції – також досить сильний фактор старіння, який не слід забувати.
Додатковими (менш значущими) факторами старіння виступають: механічні навантаження статичного чи вібраційного характеру, та хімічна руйнівна дія продуктів електролітичних реакцій та органічних кислот.
Електричне старіння ізоляції — мікротріщини від розрядів, що поступово накопичуються.
Часткові розряди призводять до поступового руйнування більшості видів ізоляції: при кожному розряді лише частина його енергії йде на незворотне руйнування молекулярних зв’язків матеріалу, в результаті руйнування настає повільно, але вірно. На вигляд це виглядає як мікротріщини в ізоляції.
Швидкість руйнування та його масштаби для різних матеріалів різні. Органічні діелектрики, під впливом часткових розрядів, виділяють провідні сполуки вуглецю, і навіть гази: водень, метан, вуглекислий газ, ацетилен та інші. При розриві молекулярних зв’язків твердих діелектриків утворюються радикали.
Маслобар’єрна і паперово-масляна ізоляція змінює електричні властивості та фізико-хімічні характеристики в кожній своїй складовій: електрокартон, мінеральне масло і папір — старіють, просочувальний склад руйнується, провідність в результаті збільшується, створюються сприятливі умови для шкідливих пробоїв.
Що стосується безпосередньо олії, то в сильних електричних полях електрони набувають у ньому достатньо енергії для руйнування молекул вуглецю, в результаті виділяється водень. Особливо яскраво цей процес протікає в ізоляції високовольтних ліній, причому для різних типів ізоляції характерна своя інтенсивність руйнації (що залежить від складу ізоляції).
Тут варто зазначити, що пробій ізоляції з утворенням тріщини не настає миттєво через перенапругу в якийсь момент. Процес цей тече повільно: мікротріщини накопичуються щоразу при виникненні чергової перенапруги, і лише на завершення це виглядає як зіпсована тріщинами ізоляція.
Теплове старіння – хімічні реакції, що погіршують властивості ізоляції.
Зрозуміло, що у звичайних умовах при 25°C усі ізоляційні матеріали проявляють себе нормально, вони інертні при кімнатній температурі. Однак електричний струм, що тече кабелями, розігріває ізоляцію аж до 130°C і навіть вище. У таких обставинах у матеріалі ізоляції повільно течуть хімічні реакції, що поступово погіршує її властивості.
Діелектрики спочатку тверді – стають згодом крихкими, і значне механічне навантаження на кабель призведе до тріщин і до руйнування такої ізоляції. Діелектрики рідкі поступово випаровуються, частково перетворюючись на газ, отже, електрична міцність такої ізоляції з часом знижується. Це і є старіння ізоляції від впливу тепла.
Волога як фактор старіння – окислення, що сприяє витокам.
Не дивно, що на ізоляцію кабелю може потрапити волога, чи то конденсат, утворений внаслідок термоокислювальних процесів, чи просто вода із зовнішнього середовища, ті ж сезонні опади.
Від дії вологи знижується опір ізоляції, оскільки вільні іони починають сприяти підвищенню струму витоку. Діелектричні втрати збільшуються, у результаті це веде до повноцінного пробою. Але навіть якщо пробою не трапилося, волога все одно сприяє перегріву ізоляції, і теплове старіння не змушує на себе чекати.
Ось чому так важливо, щоб ізоляція завжди залишалася б сухою, і на великих виробництвах у зв’язку з цим безперервно стежать за вологістю ізоляції, вживають заходів, щоб звести даний фактор старіння до мінімуму.
