Влияние влажности на электроизоляционные свойства твердых диэлектриков зависит от их гигроскопичности и влагопроницаемости, т. е. от способности сорбировать влагу из окружающей среды или способности ее пропускать.
Наряду с ухудшением электроизоляционных свойств вследствие поверхностного шунтирования относительно низкоомным слоем конденсированной влаги проникновение влаги внутрь электроизоляционных материалов резко снижает их электрическое сопротивление, электрическую прочность. Происходит увеличение диэлектрических потерь и снижение напряжения теплового пробоя, снижается механическая прочность. В некоторых случаях в результате растворения компонентов диэлектрика или изменения его химического состава может произойти механическое разрушение.
В керамических материалах проникновение влаги, в микротрещины при последующем понижении температур ниже 0°С приводит к постепенному разрушению и выходу из строя изоляционной конструкции.
Влияние воздушной среды на диэлектрические свойства диэлектриков определяется относительной и абсолютной влажностью, а также загрязнением воздуха.
Относительная влажность определяет скорость перехода «лаги из воздуха на поверхность твердого тела.
Абсолютная влажность влияет на увеличение вероятности сорбции молекул воды в результате увеличения их относительного количества в воздухе. Увеличивается также количество конденсируемого пара при снижении температуры ниже точки росы.
В присутствии центров конденсации, которыми могут быть поверхностные неоднородности или поверхностные заряды диэлектриков, перенасыщение воздуха влагой может происходить и при более высокой температуре, чем при обычной- точке росы [4].
Загрязнения воздуха бывают водонерастворимые или водорастворимые.
Водонерастворимые вещества в виде сажи, химически активных или абразивных веществ могут снизить поверхностное сопротивление диэлектрика, привести к разрушению ее поверхности и ухудшению гидрофобности.
Из водорастворимых загрязнений воздуха наибольшую опасность представляют соли и кислоты.
Взаимодействие диэлектрика с влажной средой определяется адсорбцией влаги на поверхности, проникновением влаги в диэлектрик и поглощением влаги в объеме диэлектрика.
Адсорбционные свойства поверхности определяются смачиваемостью, которая оценивается краевым углом смачивания.
Адсорбция влаги на поверхности зависит от строения молекул полимерных материалов и их цепей, чистоты обработки, растворимости вещества диэлектрика или его составляющих в воде, наличия и характера загрязнений.
Влаго- и водопоглощение диэлектрика определяется количеством влаги, накопившейся в объеме диэлектрика при его контакте с влажной средой или водой. Степень насыщения водой зависит от плотности структуры, молекулярного состава, наличия и свойства наполнителя, а также от температуры и времени, в течение которого происходит водопоглощение.
На влагостойкость влияют различные эксплуатационные условия: температура, механические нагрузки, электрические поля.
Большое значение имеют технологические факторы, приводящие к появлению шероховатости, пористости, возникновению трещин и нарушающих однородность поверхности диэлектрика Механическая обработка после отверждения заготовки приводит к нарушению поверхностного слоя ориентированных молекул и дает обычно шероховатую, легко загрязняющуюся поверхность с множеством микротрещин и микропор.
Для эпоксидных компаундов при наличии ненарушенного гидрофобного слоя адсорбция растет с увеличением влажности воздуха.
Объемное поглощение влаги материалом происходит путем диффузии. Наибольшее водопоглощение происходит при температуре 20 ... 40° С в течение первых нескольких суток, до момента возникновения равновесного состояния.
Сравнительно более высоким водопоглощением обладают пластифицированные компаунды. Тип отвердителя оказывает незначительное влияние на изменение влаго- и водостойкости.
Изменения, появляющиеся при повышенной влажности, полностью обратимы при сушке.
Повышенная влажность оказывает влияние на сопротивление изоляции, напряженность электрического поля при поверхностном пробое, tgδ и мало отражается на физико-механических свойствах. Так, например, после выдержки образцов эпоксидного компаунда в виде лопаток в течение 100 сут при температуре 40° С (ГОСТ 11262—80) временное сопротивление снизилось всего на 20%· Во многих случаях состояние поверхности и ее способность к смачиванию может оказать серьезное влияние на результаты эксперимента. Известно, что гладкая, без дефектов и нарушений поверхность эпоксидных компаундов обладает гидрофобными свойствами и препятствует проникновению влаги.
Срок службы эпоксидных компаундов в условиях повышенной влажности определяется физико-химическими процессами на их поверхности. Большое значение имеет начальная стадия этих процессов, в результате которых возникает шероховатая и гигроскопическая поверхность, связанная с электролитической эрозией от частичных разрядов.
С увеличением напряжения поверхностная проводимость сначала возрастает, достигает максимального значения и затем уменьшается. Причем с уменьшением относительной влажности максимум сдвигается в сторону больших напряжений.
Отмечено также увеличение скорости проникновения влаги в образцах полиэтилена, подвергшихся воздействию электрического поля.
Скорость и степень загрязнения поверхности для полимерных материалов при прочих; равных условиях зависит, кроме степени ее шероховатости, от значения и знака поверхностного заряда по отношению к заряду частиц пыли.
По причине легкой электризации даже такой влагостойкий диэлектрик, как фторопласт, и загрязненной пылью атмосфере покрывается коркой грязи, удаляемой только механическим путем. При повышенной влажности такая поверхность теряет высокие электроизоляционные свойства.
Еще сильнее ухудшаются электроизоляционные свойства, если водорастворимые загрязнения попадают на механически обработанные или поврежденные участки диэлектрика.
Водорастворимые загрязнения проникают также в глубь материала и при циклическом изменении температуры могут накапливаться внутри.
Влияние повышенной влажности, туманов и росы на изменения свойств изоляции зависит также и от следующих факторов:
от формы поверхностного слоя изоляции зависит ее способность к равномерному высыханию, тем самым исключается возможность создания локальных повышений напряженности электрического поля вследствие наличия отдельных увлажненных участков;
от наличия участков адгезии с другими материалами и положением этих адгезионных слоев относительно горизонтальной плоскости, что может способствовать скоплению влаги вдоль слоев, обладающих пониженной, по сравнению с монолитным компаундом, механической прочностью;
от воздействия абразивных, загрязняющих и агрессивных включений в окружающей атмосфере, от воздействия солнечной радиации, частичных разрядов и т. п. зависит состояние поверхности и влияние повышенной влажности на свойства изоляции.
Таким образом, при проектировании учитывают всю совокупность факторов, влияющих на изоляцию под действием повышенной влажности.
Эпоксидный компаунд является тропикостойким герметизирующим материалом, слабо реагирующим на влияние различных видов плесени.
Некоторые пластификаторы, особенно растительного происхождения, понижают стойкость к воздействию плесени.
