Вологість, гігроскопічність, змочуваність, вологопроникність діелектричних матеріалів і їх вплив на експлуатаційні характеристики ізоляції.
Вплив вологи на електропровідність діелектрика зумовлюється сорбцією (поглинанням) вологи поверхнею та об'ємом твердого тіла. Поверхнева сорбція вологи (адсорбція) і особливо утворення на поверхні матеріалу плівки води приводить до збільшення поверхневої провідності матеріалу, а об'ємна сорбція (абсорбція), особливо інтенсивна в пористих матеріалах внаслідок капілярного ефекту, збільшує і його об'ємну провідність. Зростання провідності відбувається внаслідок як розчинення домішок та матеріалу діелектрика в воді, так і дисоціації молекул води.
Вплив вологості навколишнього середовища на електропровідність діелектрика визначається характером взаємодії матеріалу з полярними молекулами води.
Неполярні діелектрики не змочуються водою, тому підвищення вологості навколишнього середовища майже не відбивається на їхній поверхневій та об’ємній провідностях.
Полярні діелектрики змочуються водою, їхня поверхнева провідність в значній мірі залежить від вологості та від поверхневих забруднень.
Іонні діелектрики змочуються водою та можуть частково розчинятися в ній, тому їх електропровідність також чутлива до вологості навколишнього середовища. Саме волога є основною причиною неможливості використання водорозчинних діелектриків в електроустаткуванні.
Вода є сильно полярним діелектриком з низьким питомим опором, біля 103 – 104 Ом×м, а тому потрапляння її в пори твердих діелектриків веде до різкого зниження їх електричних властивостей. Особливо помітна дія вологості при підвищених температурах (30–40 °С) і високих значеннях j близьких до 98-100%.
Окрім гігроскопічності велике практичне значення має вологопроникність електроізоляційних матеріалів, тобто здатність їх пропускати крізь себе пари води. Ця характеристика надзвичайно важлива для оцінювання якості матеріалів, що використовуються для захисних покровів (оболонки кабелів, опресовування конденсаторів, заливки компаундів, лакові покриття деталей). Тільки у скла, добре обпаленої кераміки і металів вологопроникність практично дорівнює нулеві.
Для зменшення гігроскопічності і вологопроникності пористих ізоляційних матеріалів широко застосовується їх просочення. Необхідно мати на увазі, що просочення целюлозних волоконних матеріалів й інших органічних діелектриків лише уповільнює зволоження матеріалу, не впливаючи на питомий об’ємний опір після тривалої дії вологості. Це пояснюється тим, що молекули просочувальних речовин, що мають досить великі розміри в порівнянні з розмірами молекул води, не в змозі створити повну непроникність вологи в пори матеріалу.
Класи нагрівостійкості електричної ізоляції, температурний індекс і профіль нагрівостійкості ізоляційних матеріалів.
Нагрівостійкість. Це здатність електроізоляційних матеріалів без пошкоджень витримувати дію високої напруги. Нагрівостійкість оцінюється відповідними значеннями температури, при яких ЕТМ може виконувати свої функції впродовж всього терміну служби. ГОСТ 8865-70 передбачає розділення електроізоляціїних матеріалів для електричних машин, трансформаторів на класи нагрівостійкості, для яких визначаються найбільші допустимі робочі температури, при яких за нормальних умов роботи властивості діелектриків не змінюються протягом тривалого часу. В табл. 6.1 наведені класи нагрівостійкості.
Таблиця 6.1 – Класи нагрівостійкості діелектриків
За умови використання діелектрика протягом нетривалого часу вказані температури можна дещо збільшити.
До класу Y відносять не просочені рідким електроізоляційним матеріалом волокнисті матеріали на основі целюлози і тканини (шовк, бавовна, папір, картон).
До класу А відносять просочені ті ж самі волокнисті матеріали.
До класу Е належать пластичні маси з органічним наповнювачем і термореактивні сполуки типу фенолформальдегідних і подібним їм смол (гетинакс, текстоліт та інші), поліетилентерефталатні плівки, епоксидні, поліефірні і поліуретанові смоли і компаунди, ізоляція емальованих проводів на поліуретанових і епоксидних лаках. Таким чином, до класів нагрівостійкості Y, А и Е відносять, головним чином, чисто органічні електроізоляційні матеріали.
До класу В входять матеріали, для яких характерний великий вміст неорганічних компонентів, наприклад щіпана слюда, азбестові і скловолокнисті матеріали з органічними в’яжучими, лакотканини, текстоліти на фенолформальдегідних термореактивних смолах, епоксидні компаунди з неорганічними наповнювачами.
До класу F належать міканіти, вироби на основі скловолокна без підкладки або з неорганічною підкладкою, із застосуванням органічних в’яжучих підвищеної нагрівостійкості (епоксидних, термореактивних поліефірних, кремнійорганічних).
Матеріали класу Н отримують з використанням кремнійорганічних смол особливо високої нагрівостійкості.
До класу С відносять чисто неорганічні матеріали. Це слюда, скло і скловолокнисті матеріали, кварц, азбест, мікалекс, нагрівостійкі міканіти. З усіх органічних електроізоляційних матеріалів до класу нагрівостійкості С належать тільки політетрафторетилен (фторопласт-4) і матеріали на основі поліамідів (плівки, волокна, ізоляція емальованих проводів).
У результаті випробувань встановлюється стійкість матеріалу до теплових впливів, причому вона в різних випадках може бути неоднаковою: наприклад, матеріал, що витримує короткочасне нагрівання до деякої температури, може виявитися нестійким стосовно теплового старіння при тривалому впливі навіть більш низької температури.
Якщо погіршення якості ізоляції може виявитися при тривалому впливі підвищеної температури внаслідок повільних хімічних процесів, то це явище називають тепловим старінням ізоляції. Для перевірки стійкості електроізоляційних матеріалів до теплового старіння зразки цих матеріалів довгостроково витримують при порівняно невисокій температурі, що не викликає негайного руйнування матеріалу. Властивості зразків, що старіли певний час, порівнюють із властивостями початкового матеріалу. При інших рівних умовах швидкість теплового старіння органічних і елементоорганічних полімерів значно зростає з підвищенням температури старіння, підкоряючись загальним закономірностям температурної зміни швидкості хімічних реакцій. Тривалість старіння t пов’язана з абсолютною температурою старіння Т залежністю вигляду:
де А и В – величини, постійні для даного матеріалу і даних умов старіння.
Таким чином, залежність t (у логарифмічному масштабі) від величини, оберненої абсолютній температурі старіння, повинна мати вигляд прямої лінії (рис. 6.5).
Рисунок 6.5 – Тривалість старіння η плівок до появи тріщин при вигині у функції температури масляно-бітумного (1) і кремнійорганічного (2) лаків
У більшості випадків нахил цих прямих такий, що зменшує t удвічі і відповідає підвищенню температури старіння в середньому на 10 К. Аналогічні залежності спостерігаються для терміну служби ізоляції електричних машин й інших електроізоляційних конструкцій.
Крім температури на швидкість старіння впливає зміна тиску повітря або його концентрація, присутність озону, а також різних хімічних реагентів, що прискорюють або сповільнюють старіння.