1tom101

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE

materiału. Sposób eksperymentalnego wyznaczenia charakterystyki trwałości jest znor-malizowany wg IEC [5.163].

W rzeczywistości proces starzenia cieplnego jest bardziej skomplikowany w porównaniu z założeniami przyjętymi przy wyprowadzaniu formuły Biissinga. Dlatego też, nachylenie charakterystyki trwałości bywa różne w zależności zarówno od przyjętego poziomu krytycznego sprawdzanej właściwości materiału, jak i od rodzaju przyjętej właściwości W zależności od wybranej właściwości, wskaźnik temperaturowy tego samego materiału może być różny. Trzeba się liczyć ponadto z tym, że im wyższe stosuje się temperatury przyspieszonego starzenia, tym ocena trwałości przy temperaturze roboczej jest obarczona większym błędem (w większości przypadków ocena ta wypada bardziej optymistycznie).

Formułę Biissinga przy temperaturze odpowiadającej wskaźnikowi temperaturowemu Tl danego materiału przyjęto aproksymować zależnością

Ig t, = a-m9 (5,11)

w której: a, m stałe; 9 temperatura, °C.

Zależność ta w elektrotechnice stosowana do układów izolacyjnych nosi nazwęformuly Montsingera. Na jej podstawie wyznacza się przedział temperatury AS,, wyrażony w C. w których trwałość materiału zmniejsza się do połowy, a zatem

Ig2

A9, = — (5.12)

Formuła Montsingera jest wykorzystywana w' szczególności przy określaniu obciążalności urządzeń elektroenergetycznych.

Cicpłoodporność układu izolacyjnego, wg IEC (Publikacja 85 z 1984 r.), określa klasę izolacji, tj. najwyższa dopuszczalną temperaturę, która nie powinna być przekroczona w jakimkolwiek punkcie układu w czasie pracy ciągłej danego urządzenia. Symbole klas izolacji i przypisane im temperatury podano w tabl. 5.14. Według PN-87/E-02050 klasa cieploodporności jest to „symbol literowy lub numeryczny, któremu jest przypisana wartość temperatury, w której izolacja lub układ izolacyjny wykazuje wymaganą cicpłoodporność”.

Przez cieploodporność rozumie się zdolność spełniania wymaganych funkcji w' warunkach cieplnych odpowiadających danej klasie cieploodporności w znamionowych warunkach eksploatacji urządzenia elektrycznego i w czasie uzasadnionym względami technicznymi i ekonomicznymi.

Tablica 5.14. Symbole klas cieploodporności, wg IEC Publikacja 85 (1984)

Symbol klasy	Najwyższa dopuszczalna temperatura pracy ciągłej °C
Y	90
A	105
E	120
B	130
F	155
H	180
200	200
220	220
250	250
Uwaga: Dla klas cicpłoodporności wyższych niż 250 stosuje się symbole numeryczne odpowiadające wartościom temperatury stopniowanej co 25°C.

5.5.33. Trwałość układów izolacyjnych

Trwałość układów izolacyjnych wysokiego napięcia w znacznej mierze zależy od procesów, w których głównym narażeniem jest pole elektryczne. W układach z izolacją gazową jest ona , . _>1ATERIAł.Y ELEKTROIZOLACYJNE

205

uwarunkowana przede wszystkim wytrzymałością powierzchniową dielektryków stałych, których są wykonane elementy izolacyjne oddzielające części będące pod napięciem (między sobą i względem części uziemionych). Decydującą rolę odgrywają przy tym wyładowania powierzchniowe. Mechanizm tego oddziaływania jest złożony (patrz rozdz. 10) ponieważ struktura materiału może być naruszana na skutek bombardowania elektronami i jonami, jak i pośrednio — na skutek oddziaływania agresywnych produktów rozkładu gazu, powstałych pod wpływem jonizacji. Istotną rolę może również odgrywać rozmieszczanie się ładunku przestrzennego na powierzchni dielektryka, przenoszonego nrzez wyładowania. Obecność tego ładunku narusza rozkład pola elektrycznego.

Wytrzymałość powierzchniowa izolacji napowietrznej zależy w dużym stopniu od procesów elektrochemicznych, na które składa się oddziaływanie pola elektrycznego i czynników atmosferycznych, takich jak światło słoneczne (zwłaszcza promieniowanie ultrafioletowe), wilgoć, zanieczyszczenia itp. Czynniki te wywołują rozwój tzw. prądów pełzających. Prądy te naruszają strukturę powierzchniową izolacji, zmniejszając tym samym wytrzymałość elektryczną. Odporność na prądy pełzające jest jednym z podstawowych warunków trwałości izolacji napowietrznej.

Układy z izolacją ciekłą, w tym również i izolacją syconą, np. papicrow'o-olcjową, cechuje dość duża odporność na wyładowania niezupełne o niedużej intensywności, jeśli mają one charakter przejściowy. Właściwie dobrany i poddany odpowiedniej preparacji dielektryk ciekły rozpuszcza produkty gazowe powstałe na skutek jonizacji cieczy, wskutek czego układ wraca niejako do stanu wyjściowego, a więc samoregeneruje się. Wyładowania o charakterze ciągłym mogą doprowadzić ciecz do stanu przesycenia produktami gazowymi, w następstwie czego tworzą się pęcherze gazowe, których obecność zmniejsza wytrzymałość elektryczną układu. Wyładowania o charakterze ciągłym mogą działać niszcząco na izolację syconą (np. papier, preszpan) tworząc w niej lub na jej powierzchni zwęglone ścieżki przewodzące. Wzrost zawilgocenia powoduje obniżenie napięcia inicjacji wyładowań niezupełnych. Należy podkreślić, że tworzenie się pęcherzy gazowych może następować również wskutek miejscowych przegrzać izolacji.

Trwałość układów wysokiego napięcia z izolacją stałą wynikająca tylko z narażenia elektrycznego w znacznym stopniu zależy od mechanizmu jonizacyjnego; tym mianem określa się zespół zjawisk, w których o przebiciu dielektryka decyduje rozwój wyładowań niezupełnych. Istotną fazą rozwoju tego mechanizmu jest tzw'. drzewienie elektryczne (electrical treeing) polegające na tworzeniu się i rozwoju rozgałęzionych kanalików o bardzo małej średnicy (rzędu mikrometrów), które drążą dielektryk. Tworzeniu się tych kanalików towarzyszą wyładowania niezupełne. Mechanizm jonizacyjny jest zapoczątkowany nic tylko przez wyładowania we wlrącinie gazowej, ale także przez duże lokalne natężenia pola wywołane niejednorodnością dielektryka o charakterze makroskopowym (np. zanieczyszczenia) lub nierównomicrnością powierzchni elektrod. W przypadku, gdy źródłem jest duże lokalne natężenie pola — następuje opóźnienie procesu drzewienia zwane okresem inicjacji drzewienia elektrycznego.

O trwałości kabli wysokiego napięcia o izolacji tworzywowej (polietylenowej oraz z. gumy etylenowo-propylenowej) najczęściej decyduje mechanizm przebicia zwany drzewieniem wodnym (ang. water treeing). Polega on na tworzeniu się i rozwoju kanalików rozgałęzionych W' formie krzaczastej. Inicjacja drzewienia wodnego i jego propagacja odbywa się bez udziału mierzalnych wyładowań niezupełnych. Na inicjację drzewienia wodnego ma wpływ wilgotność materiałów (a w szczególności lokalne wystąpienie wody w postaci skondensowanej), oddziaływanie pola elektrycznego oraz czynnika zakłócającego rozkład pola, np. w postaci wtrąciny gazowej lub zanieczyszczenia. Tworzenie się drzewienia wodnego następuje po bliżej nieokreślonym okresie inicjacji.

S.53.4. Palność

Pod pojęciem palność rozumie się na ogół zdolność materiału do podtrzymywania ognia. D zdolności tej decydują cechy samego materiału, a także jego temperatura i dostęp odpowiedniej ilości tlenu.

Klasyczną metodą oceny zdolności podtrzymywania ognia przez materiały jest zarówno pomiar czasu, po upływie którego następuje samogaśnięcie próbki podpalonej przez