Welche Faktoren beeinflussen die Alterung der Isolierung?
Lange genutzte Kabel verlieren mit der Zeit ihre Isolationsqualität, d. h. ihre Isolation altert. Dies ist auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen. Dadurch werden einige Stellen der Verkabelung freigelegt, was mit gefährlichen Unfällen behaftet ist: Versehentliche Kurzschlüsse und Funken können zu Bränden oder zumindest elektrischen Verletzungen von Personen führen.
Natürlich sind die heute verwendeten Isoliermaterialien langlebiger als die früher verwendeten, aber an manchen Orten hat sich die elektrische Verkabelung schon seit langem nicht verändert und das Problem der alternden Isolierung bleibt bestehen. Schauen wir uns die Faktoren an, die die Alterung der Isolierung beeinflussen.
Die Alterung der Isolierung wird in relativen Einheiten gemessen. Die Alterung wird als Einheit angenommen, die dem Betrieb bei der von den Normen zulässigen Temperatur entspricht. Für praktische Berechnungen wird häufig die sogenannte Acht-Grad-Regel zur Abschätzung des Alterungsprozesses von Isolierungen verwendet.
Obwohl diese Regel nur ein Sonderfall des allgemeinen Alterungsgesetzes ist, liefert sie eine gute Annäherung an die Realität in dem normalerweise für Isolierungen zulässigen Temperaturbereich. Bei höheren Temperaturen führt dies zu leicht übertriebenen Alterungsdaten, bleibt aber für relative Schätzungen nützlich.
Die Bedeutung der Acht-Stufen-Regel läuft darauf hinaus, dass eine Temperaturerhöhung alle 8 °C zu einem doppelt so beschleunigten Verschleiß (Alterung) der Isolierung führt. Das heißt, wenn beispielsweise die Adern von Drähten mit Isolierung bei Überlast einen Temperaturanstieg von 48 °C statt der in den Normen akzeptierten 40 °C erfahren, verschleißt ihre Isolierung bei einer Temperatur von 56 °C doppelt so schnell °C – 4-mal schneller.
Die Hauptfaktoren für die Alterung der Isolierung sind folgende. Durch Betriebsspannung oder seltene Überspannungen kann es manchmal zu Teilentladungen in der Isolierung kommen, die zu sogenannten sogenannten Überspannungen führen. Elektrische Alterung der Isolierung.
Anschließend erfolgt eine Alterung durch Hitzeeinwirkung und Oxidation. Schließlich ist auch die Feuchtigkeitsisolierung ein ziemlich starker Alterungsfaktor, der nicht vernachlässigt werden sollte.
Weitere (weniger bedeutsame) Alterungsfaktoren sind: mechanische Belastungen statischer oder vibrationsbedingter Natur und chemisch zerstörende Wirkung von Produkten elektrolytischer Reaktionen und organischen Säuren.
Elektrische Alterung der Isolierung – allmähliche Ansammlung von Mikrorissen durch Entladungen
Teilentladungen führen zur allmählichen Zerstörung der meisten Isolationsarten: Bei jeder Entladung wird nur ein Teil ihrer Energie für die irreversible Zerstörung der molekularen Bindungen des Materials aufgewendet, wodurch die Zerstörung langsam aber sicher erfolgt.Es sieht aus wie Mikrorisse in der Isolierung.
Der Grad der Zerstörung und ihr Ausmaß sind je nach Material unterschiedlich. Organische Dielektrika setzen unter Einwirkung von Teilentladungen leitfähige Kohlenstoffverbindungen sowie Gase frei: Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid, Acetylen usw. Wenn die molekularen Bindungen fester Dielektrika aufgebrochen werden, entstehen Radikale.
Ölbarriere- und Papier-Öl-Isolierung verändern die elektrischen Eigenschaften und physikalisch-chemischen Eigenschaften in jeder ihrer Komponenten: Elektrokarton, Mineralöl und Papier altern, die Imprägnierzusammensetzung wird zerstört, die Leitfähigkeit nimmt letztendlich zu, günstige Bedingungen für schädliche Zerstörung sind gegeben erstellt.
Was das Öl selbst betrifft, so gewinnen die darin enthaltenen Elektronen unter starken elektrischen Feldern genügend Energie, um die Kohlenstoffmoleküle zu zerstören, wodurch Wasserstoff freigesetzt wird. Dieser Prozess ist bei der Isolierung von Hochspannungsleitungen besonders ausgeprägt und verschiedene Isolierungsarten zeichnen sich durch eine eigene Zerstörungsintensität aus (die von der Zusammensetzung der Isolierung abhängt).
Hierbei ist zu beachten, dass der Durchbruch der Isolierung mit Rissbildung aufgrund von Überspannung zu keinem Zeitpunkt sofort eintritt. Dieser Prozess ist langsam: Bei jedem neuen Spannungsstoß bilden sich Mikrorisse, und erst am Ende sieht es aus, als wäre die Isolierung durch Risse beschädigt.
Thermische Alterung – chemische Reaktionen, die die Eigenschaften der Isolierung verschlechtern
Es ist klar, dass sich unter normalen Bedingungen bei 25 °C alle Dämmstoffe normal verhalten, bei Raumtemperatur sind sie inert.Allerdings erhitzt der durch die Kabel fließende Strom die Isolierung auf bis zu 130 °C und noch mehr. Unter solchen Umständen treten im Isoliermaterial langsam chemische Reaktionen auf, die seine Eigenschaften allmählich verschlechtern.
Dielektrika sind zunächst starr – sie werden mit der Zeit spröde und jede erhebliche mechanische Belastung des Kabels führt zu Rissen und zur Zerstörung dieser Isolierung. Flüssige Dielektrika verdampfen nach und nach und verwandeln sich teilweise in ein Gas, wodurch die Spannungsfestigkeit einer solchen Isolierung mit der Zeit abnimmt. Es ist auch ein Netzwerk alternder Isolierung vor der Einwirkung von Hitze.
Feuchtigkeit als Alterungsfaktor – Oxidation, die das Auslaufen begünstigt
Es ist nicht verwunderlich, dass Feuchtigkeit auf die Isolierung des Kabels gelangen kann, sei es durch Kondenswasser, das durch thermooxidative Prozesse entsteht, oder einfach durch Wasser aus der Außenumgebung, also durch saisonale Niederschläge.
Der Isolationswiderstand wird durch die Einwirkung von Feuchtigkeit verringert, da die freien Ionen beginnen, den Leckstrom zu erhöhen. Die dielektrischen Verluste nehmen zu und führen schließlich zum Totalausfall. Aber auch wenn kein Schaden auftritt, trägt Feuchtigkeit zur Überhitzung der Isolierung bei und die thermische Alterung wird nicht verzögert.
Deshalb ist es so wichtig, dass die Isolierung immer trocken bleibt. In großen Industriebetrieben wird im Zusammenhang mit dieser Bestimmung der Feuchtigkeitsgehalt der Isolierung ständig überwacht und Maßnahmen ergriffen, um diesen Alterungsfaktor auf ein Minimum zu reduzieren.
Siehe auch:
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