Механизмы ухудшения характеристик полимерных изоляций

  Полимерная изоляция кабелей среднего напряжения изменяет свои характеристики в процессе работы под влиянием различных факторов, таких как воздействие окружающей среды, электрические и механические нагрузки, радиация, температура, влага и химические вещества. Степень ухудшения характеристик изоляции определяется с помощью проведения измерения текущего значения отдельных технических параметров. Проводя анализ причин и событий, влияющих на общее ухудшение параметров изоляции кабеля можно выделить три основные группы причин вызывающих существенную деградацию технических параметров кабельной линии.

  Во-первых, физическая деградация, это изменения в кристаллической структуре полимерной изоляции кабеля. Такие изменения могут происходить под воздействием температуры или механических нагрузок. Эти факторы влияют на состояние изоляции не сразу, а с течением времени эксплуатации, на протяжении нескольких лет. Хотя под воздействием механических нагрузок в полимерной изоляции могут появляться микротрещины на межфазных границах. Появление таких дефектов увеличивает риск появления неоднородных пробоев изоляции, особенно в случае частичного разряда объемной емкости кабеля.

  Вторая группа причин объединяет в себе различные процессы химического разрушения изоляции. Такое разрушение изоляции может происходить вследствие температурного воздействия или химической реакции полимера с кислородом. В результате происходит деполимеризация материала изоляции, при которой прерываются длинные полимерные цепочки, в результате окисления пластмассы образуются свободные радикалы и образуются новые соединения. Такие процессы могут значительно изменить механические свойства полимерной изоляции в сторону ухудшения.

              В третьей группе скомпонованы явления, которые связаны с электрическим полем. Электрическое поле обязательно возникает в проводнике под действием электрического тока. Такие явления называются электрической деградацией. Особенно сильное влияние оказывается электрическим полем при наличии в изоляции влаги. Электрический пробой изоляции может происходить вследствие одной из двух причин нарушения структуры изоляции.

  В первом случае определяющее значение имеет высокая интенсивность электрического поля в некоторых местах кабеля. В результате может происходить развитие микротрещин, возникновение газовых пузырьков, которые приводят к неравномерности слоя изоляции кабеля. Также такие дефекты могут возникать и в пространстве между кабельной арматурой и изоляцией. Таких дефектов может происходить как на стадии производства кабеля, так и во время его монтажа и эксплуатации. Когда интенсивность мелких разрядов достигает достаточной величины, они имеют возможность приводить к пробоям изоляции и вызывать полное местное разрушение изоляции.

              Во втором случае нарушения изоляции происходят вследствие одновременного воздействия электрического поля, температуры и насыщения изоляционного материала влагой. В результате воздействия этих факторов появляются водяные каверны. Проникновение воды в полиэтилен происходит по направлению электрического поля и приводит к появлению различных форм нарушений, зависящих от типа дефекта и его положения. Образование таких дефектов в изоляции представляет собой довольно длительный процесс и зависит от интенсивности электрического поля в изолирующем материале, количества влаги, температуры и механических нагрузок.

              В результате обоих видов нарушений изоляции, при достижении ими критических значений, может происходить ее пробой. Электрическая деградация представляет собой случайное явление, происходящее на изоляции точечно, в отличие от физической или химической деградации, вызывающих общее ухудшение состояния изоляции.