Влажность и температура являются двумя основными факторами окружающей среды, влияющими на сопротивление изоляции легких кабелей в шахтах. Они непосредственно приводят к регулярным колебаниям сопротивления и даже вызывают риски безопасности, изменяя физическое состояние изоляционных материалов, химические свойства и распределение проводящей среды. Его воздействие не является монолитным, а накладывается друг на друга, что особенно заметно в особых условиях с высокой влажностью и большим перепадом температур в шахтах.
Влияние влажности на сопротивление изоляции в основном достигается « вмешательством влаги » и может быть разделено на три уровня:
Формирование поверхностных проводящих каналов:: Когда влажность окружающей среды превышает 70%, поверхность изоляционного слоя (например, поливинилхлорид, хлорбутадиен) адсорбирует слой непрерывной водной пленки. Этот слой водной пленки растворяет пыль, соль и другие примеси в воздухе, образуя проводящий раствор, что эквивалентно параллельной « схеме утечки» на поверхности изоляционного слоя. При измерении сопротивления изоляции в этот момент происходит занижение значения (может быть на 30 - 50% ниже, чем в сухом состоянии) из - за увеличения тока утечки на поверхности. Например, новые кабели могут иметь сопротивление изоляции более 1000 Момег в сухой среде, а в условиях высокой влажности, если поверхность не очищена, она может упасть ниже 100 Момег.
Внутреннее ухудшение, вызванное проникновением влаги:: Если кабель в шахте имеет износ защитной оболочки, плохое уплотнение соединения и другие дефекты, вода постепенно проникает внутрь изоляционного слоя. Для пористого изоляционного материала (например, натурального каучука) влага заполняет его внутренний газовый зазор, что приводит к значительному снижению объемного сопротивления - объемное сопротивление может достигать 10 ⁴омега cm при сушке и может упасть ниже 10 ⁸омега cm после влаги (снижение более чем в 1 миллион раз). Более того, влага реагирует с добавками в изоляционном материале (например, пластификаторами, стабилизаторами), ускоряя старение материала, образуя необратимое повреждение изоляции.
Нарушение "циклов замораживания и таяния" при низких температурах и высокой влажности:: Если в шахте имеется криогенная зона (например, выработка, близкая к поверхности), водная часть, проникающая в изоляционный слой, неоднократно замерзает и тает. При обледенении объёмное расширение разрывает микроструктуру изоляционного слоя, образуя больше пористости; После таяния влага проникает дальше, образуя порочный круг, который в конечном итоге приводит к постоянному снижению сопротивления изоляции и даже к локальному пробою.
Влияние температуры на сопротивление изоляции показывает значительную « отрицательную корреляцию», то есть повышение температуры, снижение значения сопротивления, конкретный механизм выглядит следующим образом:
Молекулярное тепловое движение усиливает проводимостьИзоляционные свойства изоляционных материалов зависят от способности молекулярной структуры связывать электроны. Когда температура повышается (например, более 40°C) и молекулярное тепловое движение усиливается, свободные электроны внутри изоляционного слоя легче освобождаются от связывания, чтобы сформировать направленное движение, которое приводит к снижению сопротивления. Например, шахтный кабель 0,3 / 0.5 кВ имеет сопротивление изоляции 500 Момег при 20°C и может упасть ниже 100 Момег при 60°C (снижение до 80%). Это изменение более заметно в резиновых изоляционных материалах, поскольку они менее высокотемпературны, чем пластиковые материалы.
Ускорение старения и химическое разложение высокотемпературных материалов:: При длительном нахождении в окружающей среде выше 30°C изоляционные материалы (особенно каучук) ускоряют старение из - за реакции окисления, возникают затвердевание, растрескивание и другие явления. В то же время высокая температура может способствовать испарению низкомолекулярных веществ (например, пластификаторов) в изоляционном слое, что приводит к рыхлению структуры материала, увеличению пористости и дальнейшему снижению сопротивления изоляции. Если кабель находится вблизи радиатора оборудования или высокотемпературной скальной стенки, местная температура может превышать 70°C, в это время сопротивление изоляции может упасть ниже порога безопасности (0.5M омега) в течение нескольких месяцев.
Косвенные эффекты « повышенной хрупкости» при низких температурах:: Хотя низкая температура может привести к небольшому повышению сопротивления изоляции (замедлению молекулярного движения и усилению электронного связывания), это может привести к хрупкости изоляционного материала. При частом движении или изгибе кабеля хрупкая изоляция подвержена трещинам, но вместо этого создает условия для проникновения влаги, что косвенно приводит к внезапному падению сопротивления под влиянием последующей влажности.
В реальной среде шахты высокая влажность и высокая температура часто присутствуют одновременно, и их комбинированное действие разрушает изоляционное сопротивление намного больше, чем один фактор:
Высокая температура снижает водостойкость изоляционных материалов, так что влага легче проникает внутрь;
В условиях высокой влажности влага более легко испаряется при высоких температурах и распространяется через микропористость изоляционного слоя, расширяя диапазон влаги;
Например, в среде с температурой 40°C и влажностью 90% скорость снижения сопротивления изоляции кабеля в 3 - 5 раз выше, чем при температуре 20°C и влажности 60%, и более склонна к локальному пробою.
Основным эффектом влажности является « введение проводящей среды» (водяная пленка, растворенные примеси) и разрушение структуры материала, а основным эффектом температуры является « повышение проводимости (молекулярное движение) » и ускорение старения материала, наложение которых образует порочный круг. Таким образом, обнаружение сопротивления изоляции легкого горного кабеля должно сочетаться с записью температуры и влажности окружающей среды, а не только с одним значением - « допустимое значение» того же кабеля в сухой и низкой температуре, которое может уже быть « опасным значением» в условиях высокой влажности и высокой температуры. В повседневной защите, в дополнение к регулярному обнаружению, но также необходимо путем усиления уплотнения, предотвращения контакта с источником тепла, своевременной очистки поверхностных загрязнителей и других средств, чтобы заблокировать путь эрозии теплого и влажного изоляционного слоя.
Эта статья была создана ИИ.