Влажность изоляционных материалов
Влажность Ψ – это количество влаги, содержащееся в единице массы изоляционного материала.
Образец электроизоляционного материала, помещенный в среду с определенной влажностью и температурой, через неограниченно большое время достигает состояния с равновесной влажностью. Если сравнительно сухой образец материала поместить во влажный воздух (с относительной влажностью φ), то будет наблюдаться постепенное поглощение материалом влаги из воздуха, причем влажность материала Ψ в течение времени τ будет повышаться (будет происходить увлажнение материала), асимптотически приближаясь к равновесной влажности Ψр, соответствующей данному значению φ (рис. 25, кривая 1).
Рисунок 25 - Изменение влажности Ψ образца материала при увлажнении (кривая 1) и сушке (кривая 2) для постоянных значений относительной влажности окружающего воздуха и температуры
Наоборот, если в воздухе той же относительной влажности φ будет помещен образец того же материала с начальной влажностью, большей Ψр, то влажность образца будет уменьшаться, асимптотически приближаясь к равновесной влажности Ψр. В этом случае происходит сушка материала (кривая 2 на рис. 25). Для различных материалов значения равновесной влажности при одном и том же значении относительной влажности воздуха φ могут быть весьма различны. Определение влажности электроизоляционных материалов важно для уточнения условий, при которых производится испытание электрических свойств данного материала.
Чем больше степень увлажнения изоляционного материала, тем хуже его электрические параметры. Влага, которая попадает через поры внутрь материала, может образовывать тонкие капиллярные нити, пронизывающие всю толщу изоляции. Это существенно уменьшает удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления такой изоляции. Возможен случай, когда вода, попавшая внутрь материала, концентрируется в определенных (локальных) местах его объема. При этом уменьшение и будет менее существенным.
Влагопроницаемость изоляционных материалов
Влагопроницаемость электроизоляционных материалов – это способность их пропускать сквозь себя пары воды. Эта характеристика чрезвычайно важна для оценки качества материалов, применяемых для защитных покровов (шланги кабелей, опрессовка конденсаторов, компаундные заливки, лаковые покрытия деталей). Благодаря наличию мельчайшей пористости большинство материалов обладает поддающейся измерению влагопроницаемостью. Только для стёкол, хорошо обожженной керамики и металлов влагопроницаемость практически равна нулю.
Количество влаги т, проходящее за время τ сквозь участок поверхности S слоя изоляционного материала толщиной h под действием разности давлений водяных паров р1 и р2 с двух сторон слоя, равно
.
Это уравнение аналогично уравнению, описывающему прохождение сквозь тело электрического тока: разность давлений р1-р2 аналогична разности потенциалов, m/τ — току, а h/ПS — сопротивлению тела; коэффициент П, аналогичный удельной объемной проводимости, есть влагопроницаемость данного материала. В системе СИ он измеряется в секундах:
.
В большинстве случаев выполняется пропитка изоляционных материалов различными лаками, эпоксидными смолами, масляно-канифольными компаундами с целью обеспечения стабильной их работы в течение длительного времени. Однако если электрическая изоляция органического происхождения должна работать неограниченно большое время, такая пропитка не является эффективной. Это связано с тем, что молекулы пропитывающих веществ имеют большие размеры и не могут равномерно пропитать изоляционный материал по всему объему. Молекулы воды, имеющие меньшие размеры, попадая внутрь мельчайших пор и микротрещин такой изоляции, с течением времени существенно ухудшают ее характеристики.
Если на изоляционный материал длительно действуют повышенная температура и влажность, на его поверхности может образоваться плесень, существенно снижающая , приводящая к росту мощности диэлектрических потерь и вызывающая увеличение коррозии соприкасающихся с изоляцией металлических частей (электродов). Плесень развивается чаще всего в канифоли, масляных лаках, целлюлозных материалах, в том числе и в пропитанных (гетинакс, текстолит). Наиболее стойкими к образованию плесени являются неорганические диэлектрики: керамика, стекло, слюда, кремнийорганические материалы и некоторые органические, например эпоксидные смолы, фторопласт-4, полиэтилен, полистирол.