Техногенные факторы старения.

⇐ ПредыдущаяСтр 27 из 28Следующая ⇒

Из техногенных факторов старения, в первую очередь, выделим воздействие электрического напряжения. Это воздействие многообразно, целый ряд явлений происходит в материале: частичные разряды, дендриты, треки, дуга, водные триинги, нагрев за счет диэлектрических и джоулевых потерь.

Особенности старения неорганических диэлектриков - на переменном напряжении практически отсутствует старение, они склонны к старению на постоянном напряжении. При этом ионы, содержащиеся в диэлектрике, дрейфуют к соответствующим электродам и разряжаются на них. Катионы (например, ионы металлов) дрейфуют к катоду, анионы - к аноду. У катода образуется слой металла, причем в виде металлической веточки, растущей от электрода в теле диэлектрика. У анода структура кристалла начинает разрушаться за счет ухода оттуда ионов металла.

Органические диэлектрики малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям. Старение на постоянном напряжении практически отсутствует, на переменном напряжении они стареют за счет частичных разрядов, дендритов и водных триингов. Рассмотрим это чуть подробнее. Частичные разряды появляются в порах диэлектрика при достижении на размерах пор пробивного напряжения. Воздействие высокой температуры, плазмы разряда, излучения разряда ведет к разложению материала и к появлению дендрита. Это древовидное образование в теле диэлектрика с частично обугленными краями. Частичные разряды в системе " пора + дендрит" выделяют все больше энергии, что ведет к прогрессирующему росту дендрита и к последующему пробою всего промежутка.

Водный триинг или водный дендрит возникают в полимерных кабелях при одновременном действии переменного напряжения и высокой влажности. Возникает что-то вроде объемной сетки в теле диэлектрика, заполненной водой. Эта структура обладает высокой электропроводностью за счет ионизации различных вымываемых примесей из полимерного материала (стабилизаторы, пластификаторы, недополимеризованные фрагменты и т.п.). Рост водного дендрита, в конце концов, приводит к зарождению из области наиболее удлиненной части обычного электрического разряда.

Синергический эффект вызывает одновременное действие напряжения и загрязнения. Например загрязнение изоляторов ВЛ вблизи алюминиевых заводов алюминиевой пылью, вблизи цементных заводов - цементной пылью приводит к появлению перекрытий, которые в ряде случаев переходят к дуговым разрядам, эрозии изоляторов, более раннему выходу из строя. Грунтовые соль и пыль также вызывают ускоренное старение, т.к. осаждаясь на поверхности изоляторов, вызывают появление электропроводящих путей на поверхности, в особенности при последующем увлажнении.

Ускоренное старение электротехнических изделий происходит в нестандартных условиях эксплуатации: в плазменных установках, электрофизических установках, криогенных устройствах.

Коррозия материалов.

Коррозией материала называются химические превращения материала (прежде всего окисление), происходящие при участии внешней среды. Коррозия характерна для материалов, состав и структура которых далеки от природных. Традиционно термин " коррозия" применяют только к металлам.

Коррозия является одной из самых больших и дорогостоящих инженерных проблем человечества. Прямые потери от коррозии составляют в США более 70 млрд. долл. в год. В любой стране мира потери составляют 3-4% от валового национального продукта. Непрямые потери, в виде простоев, недоотпуска энергии, потерь газа, нефти и т.п., потерь мощности насосов, котлов, порча воды, консервов и других продуктов вообще трудно поддаются исчислению.

Мы будем рассматривать, в основном, коррозию металлов. Обязательным условием возникновения коррозии является наличие влаги, причем по влаге должна осуществляться проводимость между участками, участвующими в процессе коррозии. Основной металл, который подвергается коррозии, и который необходимо защищать от коррозии - это железо, точнее сталь. Итог коррозии - образование каверн в монолите материала, заполнение этих каверн и окружающего пространства рыхлой рыжеватой массой, состоящей из гидроксида железа Fe(OH)₂, окисленного гидроксида Fe(OH)₃. В принципе, к каждому из гидроксидов могут присоединиться несколько молекул воды, получаются гидраты окислов двух и трехвалентного железа. Цвет ржавчины, в основном определяется цветом гидроксида трехвалентного железа.

Основные механизмы коррозии железа.

Коррозия во влажной неоднородной среде (в грунте, при увлажнении туманом, дождем и т.п.). Происходит при разделении поверхности металла на участки с разными электрохимическими характеристиками (анодные и катодные зоны). Разделение на зоны может быть связано с разной степенью доступа кислорода к различным участкам, с разными концентрациями, либо разными электролитами, либо разными температурами. В анодной зоне идет выход ионов металла из кристаллической решетки в окружающую среду и соединение с присутствующими там ионами. В катодной зоне приэлектродная реакция сводится к восстановлению отрицательных гидроксильных ионов:

катодная зона: 4ОН^- = 2Н₂О + О₂ +4e^-

анодная зона: 2Fe⁺⁺ + 4ОН^- = 2Fe(OH)₂

Ионы дрейфуют от катода к аноду, там соединяются с ионами железа, образуя гидроксид.

Контактная коррозия. Происходит при контакте между собой различных металлов во влажной среде. Более " благородные" из этих металлов являются катодом в паре с менее " благородным" корродирующим анодом. Электрохимических ряд металлов, применяемых в электроэнергетике имеет следующий вид (вышерасположенные металлы более " благородны" по сравнению с нижерасположенными):

медь
свинец
сталь в бетоне
сталь в грунте
алюминий
цинк.

Все вы проводили лабораторную работу по изучению материала " ЭКОМ", где измеряли контактное сопротивление электродов. Если вы помните, у пятой плитки очень маленькое сопротивление по сравнению с остальными. Так вот, у этой плитки электроды выполнены из латуни, а у остальных плиток - из оцинкованной стали. Если после изготовления плитки ее сразу использовать для нагревателей, то оцинкованные электроды прекрасно служат. А если плитки полежат во влажной теплой атмосфере, то произойдет коррозия. Цинк полностью " съедается" на электродах, остается слабоэлектропроводный слой оксида цинка. Это наглядный пример вредного эффекта коррозии.

Электрокоррозия (коррозия под действием блуждающих токов).

Происходит в водной и грунтовой средах в зонах, прилегающих к электрифицированному на постоянном токе транспорту (железная дорога, трамвай, метро). Предполагает наличие протяженных подземных коммуникаций, в которые попадает блуждающий ток. Места " входа" тока (катодные зоны) не корродируют; в местах " выхода" тока металл растворяется по закону Фарадея. В связи с движением источника тока (электровоз) катодные и анодные зоны меняют свое местоположение на коммуникации.

Защита от коррозии.

Существует огромное количество способов борьбы с коррозией, которые применимы в зависимости от условий.

1. Уменьшить влажность среды.

2. Защитить с помощью расположенного рядом " жертвенного" или " протекторного" анода (цинк, магний, алюминий).

3. Подать напряжение на объект с помощью источника постоянного тока, при этом " минус" подается на защищаемый металл. (Катодная защита).

4. Подать повышенное напряжение противоположной полярности. (Анодная защита). Когда подают повышенное напряжение, в некоторых случаях, происходит пассивация поверхности.

5. Сделать покрытия на поверхность металла. Существуют два типа покрытий:

а) коррозионностойкие с помощью более благородных металлов (никелирование, омеднение, освинцовывание, хромирование), при этом недопускается наличие пор в покрытии.

б) протекторные, (цинковые, алюминиевые, оловянные).

6. Покрыть поверхность изолятором. Это эмалирование, например, посуды, покраска, покрытие лаком.

Литература

1. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику: Пер с англ./Под ред. М.А. Сухотина.-Л.: Химия, 1989, 456 с.

Испытания материалов

15.1. Подготовка образцов и условий испытания.

15.2. Поддержание контроль условий испытания.

15.3. Электрические испытания.

15.3.1.Определение общих и удельных сопротивлений образцов.
15.3.2. Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на низких частотах.
15.3.3. Определение электрической прочности.
15.3.4. Определение стойкости к внешним электрическим воздействиям.
15.3.5. Определение параметров статической электризации.

15.4. Тепловые испытания.

15.5. Механические испытания.

Подготовка образцов и условия испытаний

Условиями окружающей среды при проведении испытаний называют сочетание температуры и относительной влажности воздуха или температуры и жидкости, в которых находится образец.

Подготовка образцов преследует две цели - устранить предшествовавшие испытанию воздействия среды и стабилизировать свойства материала. Этим целям служат нормализация и кондиционирование.

Нормализация - предварительная обработка образцов твердых электроизоляционных материалов в течение определенного времени и при определенных условиях окружающей среды с целью устранения или частичного снижения предшествующего состояния материала. Если стандартом на материал не предусмотрены особые условия нормализации, то она заключается в выдержке образца в течение 24 ч при 50 º С и относительной влажности не более 20%.

Кондиционирование - вторичная обработка образцов в определенных условиях в течение определенного времени с целью стабилизации свойств материала.

Условия нормализации, кондиционирования и испытаний указываются в стандартах на материал и должны выбираться из ряда, определенного в ГОСТ 6433.1-71.

В течении этих процессов к образцам должен быть обеспечен свободный доступ окружающей среды. Образцы не должны соприкасаться со стенками камеры или друг с другом. Время между кондиционированием и испытанием не должно превышать, как правило, 5 мин. В тех случаях, когда температуры при подготовке и испытаниях различны, необходимо довести температуру образца до испытательной и выдержать его при этой температуре.

⇐ Предыдущая 19 20 21 22 23 24 25 262728 Следующая ⇒