Старение изоляции под действием температуры

Старение изоляции под действием температуры
Среди различных факторов, определяющих срок службы изоляции
электрических машин, одним из основных является старение изоляции под
действием температуры. Это явление лучше других поддаётся
количественному учёту, а поэтому сравнительно подробно исследовано.
С точки зрения температурных воздействий на изоляцию различают
понятия «теплоустойчивость» и «нагревостойкость».
Теплоустойчивостью называют способность электроизоляционного
материала сохранять свои свойства на определённом уровне при
относительно кратковременном перегреве. Материал не должен при этом
разрушаться, менять свои химические свойства, не должно возникать
пластических деформаций, вытекание или разрушение связующего и т.п.
Нагревостойкость характеризует способность материала без
существенного ухудшения характеристик выдерживать воздействие
предельно допустимой для данного типа изоляции температуры в течение
периода времени, соответствующего сроку службы машины, и при
обусловленных величинах других эксплуатационных воздействий.
Как видно, с практической точки зрения нагревостойкость является более
важной характеристикой изоляции, поэтому именно она положена в основу
классификации изоляционных материалов.
Поскольку нагревостойкость определяется скоростью старения изоляции в
условиях повышенных температур, особое значение приобретают методы
расчёта скорости старения и на этой основе – срока службы изоляции.
Первые работы в этом направлении имели, главным образом, опытный характер и относились к изоляции класса А. В результате было сформулировано правило «восьми градусов» (правило Монтзигера). В соответствии с этим правилом повышение температуры на каждые 8єС сверх предельно допустимой сокращает срок службы изоляции вдвое.

где υ – температура нагрева изоляции, ⁰С; Т – срок службы изоляции при
этой температуре (в годах); Т₀ – срок службы изоляции при так называемых
«нулевых» условиях (при υ = 105 ⁰С составляет 6,225·104 лет); ∆υ = 8 ⁰С –
превышение температуры над допустимой, при которой срок службы
изоляции сокращается в два раза.
Установлено, что величина ∆υ = 8 ⁰С соответствует только классу А – для других классов изоляции она повышается до (10ч12) ⁰С, а именно чем выше класс нагревостойкости, тем медленнее
происходит её старение при соответствующей предельно допустимой
температуре.
Уравнение для любого класса нагревостойкости изоляции может быть
представлено в логарифмической форме

где k = ln2/∆υ. Из уравнения видно, что логарифм срока службы изоляции
линейно зависит от температуры.
Несмотря на эмпирический характер уравнения, оно находит известное
практическое применение и позволяет производить ориентировочные
расчёты в тех случаях, когда они относятся к сравнительно небольшим
отрезкам времени и небольшим диапазонам изменения температуры.
Более строгий подход к исследованию явления старения изоляции под влиянием температуры связан с применением общих законов кинетики химических реакций. Существует следующая зависимость скорости протекания химических реакций от температуры:

где ϑ – абсолютная температура (градусы Кельвина); K – постоянная
скорости реакции.
Коэффициенты А и В в уравнении (5) имеют определённый физический смысл и связаны с постоянными, характеризующими состав и структуру
вещества, участвующего в реакции.

где В = Еa/R и G – постоянные, характеризующие состав и структуру
вещества [4]; Ea – избыточное по сравнению со средней величиной
количество энергии (энергия активации), которым должна обладать молекула
вещества, чтобы оказаться способной к химическому взаимодействию;
R = 8,32 Дж/град·моль – универсальная газовая постоянная.
На основании этого, зная срок службы изоляции Т1 при температуре ϑ1, можно определить её срок службы Т2 при температуре ϑ2 из следующего уравнения:

Поскольку такой расчёт учитывает лишь тепловое старение, а во время работы машины изоляция испытывает ещё электрические и механические воздействия, то можно предположить, что в действительности её разрушение вследствие пробоя произойдёт значительно раньше.