В период транспортировки, хранения и эксплуатации твердая изоляция в высоковольтных конструкциях подвергается климатическим и механическим воздействиям, которые могут способствовать ее ускоренному старению или привести к необратимым повреждениям — пробоям, нарушению сплошности в виде трещин и отслоений, образованию токопроводящих мостиков, эрозии поверхности и т. п.
Необратимым повреждениям в пластмассах может предшествовать, общее старение под действием внешних факторов без отчетливо выраженной электрической, механической или тепловой нагрузки.
Такое старение выражается в увеличении угла диэлектрических потерь tgδ и сопротивления изоляции, снижении электрической, механической и адгезионной прочности, увеличении жесткости и изменении размеров и формы изоляции, появлении микротрещин и т. д.
Для керамических материалов общее старение может характеризоваться изменением механических свойств появлением микротрещин, изменением цвета и другими явлениями.
Это старение обусловлено наличием большого числа воздействующих факторов и их взаимодействий.
Для материала с высокими температурами стеклования, такими, как жесткие эпоксидные материалы, керамика, лейкосапфир, в которых внутренние механические напряжения и микродефекты возникают при изготовлении, в ходе, эксплуатации, при хранении и транспортировке, характерно дальнейшее изменение электрофизических свойств, связанных с перепадом температур и внешних механических нагрузок.
Климатические воздействия вызывают в полимерных материалах физические и химические изменения. Они зависят от интенсивности и длительности этих воздействий. Основными следует считать влияние положительных и отрицательных температур, влажности воздуха, суточных перепадов температур относительно 0° С.
Длительное их воздействие вызывает термоокислительную деструкцию, набухание и растрескивание, возникает разложение полимера с выделением углекислого газа. Происходит одновременно дезориентация структурных элементов полимера и как следствие — усадка наполнителя. Усадка связующего создает внутренние напряжения в полимере, чему способствуют расхождения в значениях ТКЛР между связующим и наполнителем.
Усадочные явления наблюдаются и при увлажнении. Рентгенографическими исследованиями зафиксированы конкурирующие процессы дезориентации и доориентации наполнителя при старении, приводящие к усадке и удлинению наполнителя. В за- висимоти от скорости протекания каждого из этих процессов возможно снижение или некоторое увеличение прочности полимерного наполненного материала при хранении или эксплуатации.
Полиолефины и фторлоны также характеризуются необратимыми изменениями своих свойств, вследствие старения под влиянием климатических факторов.
Наиболее частыми являются воздействия температуры и механической нагрузки. Особенно активно влияние перепада температур относительно 0° С и механических циклических нагрузок.
Для керамических материалов особенно опасными являются термоциклы, которые могут иметь место в резко континентальном климате, особенно в пустынях и горных местностях.
Все многообразие требований к изделиям в зависимости от условий эксплуатации в различных климатических районах регламентируется ГОСТ 15150—69.
Стандарт предусматривает десять видов исполнений, из которых восемь определяются различными микроклиматическими районами, а из двух оставшихся одно -предусматривает эксплуатацию в любом климатическом районе на суше и другое — для всех макроклиматических районов на суше и на море.
Для каждого из десяти исполнений с учетом места размещения допускается пять категорий изделий.
Предъявляемые требования к изделиям и методы их испытаний в зависимости от степени жесткости климатических и механических воздействий нормируются ГОСТ 16962—71.
В индустриально развитых странах, продукция которых широко экспортируется, классификация изделий осуществляется также по группам жесткости в зависимости от вида аппаратуры.
В некоторых случаях требования унифицируются для нескольких стран, связанных между собой региональными, экономическими или другими договорами.
В США находятся в обращении два вида технических условий: на трансформаторы и дроссели для военной радиоэлектронной аппаратуры (документы серии MIL-T) и на изделия общетехнического назначения, разработанные Ассоциацией электронной промышленности (серии RS).
Технические условия на трансформаторы и дроссели для военной аппаратуры и отдельно для аппаратуры общетехнического назначения существуют в Англии (ЕЕ-5214), в ФРГ и в других странах.
Все документы этого типа регламентируют температуру окружающей среды, относительную влажность воздуха, наличие туманов, химических или биологически агрессивных сред, возможность быстрого перепада температур, пониженное или повышенное давление, наличие солнечной радиации и радиоактивных излучений и т. п.
Каждый из указанных факторов по-разному влияет на изменение изоляционных и герметизирующих свойств твердой изоляции.
Эпоксидные компаунды обычно применяются для стационарной и передвижной аппаратуры, работающей в диапазоне температур окружающего воздуха от —60 до +850 С, при повышенной относительной влажности до 100%, в условиях росы, морского тумана, при вибрационных, циклических и ударных нагрузках. Компаунды хорошо противостоят различным агрессивным средам и радиоактивным излучениям. Некоторые типы компаундов на основе циклоалифатических смол устойчивы против действия солнечной радиации.
Для высоковольтных высокочастотных электроэлементов применяется высокочастотная керамика, лейкосапфир, фторопласт, полиэтилен и некоторые другие полимерные материалы.
Существенное влияние на изменение свойств изоляции под действием внешних условий оказывают конструктивные особенности изделия: толщина, геометрия и масса главной изоляции, форма или размеры обмоток или других электродов, примененные активные, изоляционные и конструкционные материалы, залитые в изделия или механически связанные с изоляцией. К последним относятся магнитопроводы, клинья для крепления катушки, прокладки и другая арматура.
Например, при изменении окружающей температуры, вследствие разности температурных коэффициентов линейного расширения различных конструкционных материалов, монолитно связанных с твердой изоляцией, возникают деформации, которые приводят к внутренним механическим напряжениям в изоляции, способным разрушить ее или привести к отслоениям от инородных залитых материалов.
Разрушающее действие, зависящее от геометрии изоляционного слоя, может оказывать повышенная влажность и т. д. Все это принимается во внимание при проектировании высоковольтных изоляционных конструкций.
