7/25/2019 Curs 7 ME

1/7

mbtrnirea materialelor electroizolante. Durata de via

n cursul exploatrii, materialele electroizolante sunt supuse unor solicitri electrice,

termice, mecanice i de mediu care produc modificri structurale n acestea. Aceste modificri

conduc la degradarea - numit i mbtrnire - lor, adic la nrutirea proprietilor lor. Timpul

dup care materialul, iniial nedegradat, deine inutilizabil datorit pierderii proprietilor

necesare n exploatare se numete timpul de ia sau durata de ia a materialului. !e consider

c materialul i-a pierdut o anumit proprietate, atunci cnd mrimea ce definete acea

proprietate atinge o anumit aloare limit "aleas conenional#. $e exemplu, dac %str scade

la &umtate din aloarea sa iniial, se consider c materialul i-a pierdut proprietatea de a nu fi

strpuns electric n condiiile utilizrii normale.

Factori de mbtrnire

'radul de mbtrnire al unui material electroizolant este determinat de natura i structura

sa dar i de regimul de solicitare. Ansamblul de solicitri i factori de influen poart numele de

factori de mbtrnire.

(rincipalele solicitri la care sunt supuse materialele electroizolante n exploatare sunt)

termice, electrice, mecanice i de mediu.

!olicitrile termice au cea mai mare influen asupra proceselor de mbtrnire, n special

la materialele electroizolante organice. *actorii de influen asupra proprietilor de material,

legai de aceast solicitare, sunt) temperatura maxim, temperatura maxim i minim a mediului

ambiant i gradientul de temperatur.

!olicitrile electrice au o influen mai mic asupra mbtrnirii, uneori influennd

indirect acest proces prin efectele nocie ale descrcrilor pariale interne sau externe. *actorii de

influen legai de aceast solicitare sunt) tensiunea de sericiu, supratensiunea n regim

tranzitoriu, frecena i descrcrile pariale.

7/25/2019 Curs 7 ME

2/7

!olicitrile mecanice pot influena, de asemenea, procesele de mbtrnire prin tensiunile

mecanice interne sau externe. *actorii de influen ai mbtrnirii mecanice sunt) ibraiile

electrodinamice, ocul electrodinamic, ndoirea, compresiunea, ntinderea, presarea, rsucirea.

!olicitrile de mediu sunt destul de puternice i mbtrnirea are loc sub influenaurmtorilor factori) aer, oxigen, +idrogen, azot, gaz inert, , poluare industrial , radiaii

ultraiolete, id, lubrifiani, soleni, ap, acizi, baze, praf i nisip, praf semiconductor, ciuperci,

roztoare, termite, umiditate etc.

auza mbtrnirii materialelor const n modificrile fizico-c+imice ireersibile din acestea,

produse datorit solicitrilor exterioare. *enomenele c+imice care produc mbtrnirea sunt)

-fenomenul de oxidare, prezent n toate materialele izolante. %xist n materiale un proces

lent de oxidare n urma cruia se formeaz produse acide care intensific conducia electric i

scad rezistiitatea i rigiditatea dielectric. Acestui proces de oxidare i se asociaz i un efect de

reticulare care duce la scderea elasticitii i plasticitii materialului.

-fenomenul de depolimerizare este caracterizat prin scderea gradului de polimerizare i

are loc numai la temperaturi ridicate.

-eaporarea contribuie de asemenea la mbtrnirea izolaiei. Astfel, n urma procesului

de depolimerizare, datorit produselor olatile care apar, scade rezistena mecanic a materialului

"prin pierderea de mas#, se fragilizeaz materialul, apar unele caiti "cu gaz# n care se

dezolt descrcri electrice pariale etc.

-+idroliza este un fenomen important care contribuie la mbtrnirea izolaiei. Apa, ptrunznd n

moleculele unui material organic, modific structura molecular a acestuia i prin urmare i

proprietile fizico-c+imice.

$urata de ia a izolaiei

$urata de ia a izolaiei este interalul de timp n care fiabilitatea izolaiei scade de la

aloarea sa iniial pn la o aloare minim aleas n funcie de fiabilitatea total a sistemului

7/25/2019 Curs 7 ME

3/7

electroenergetic din care face parte materialul izolant. %a poate fi determinat de mai multe

proprieti. el mai frecent se utilizeaz caracteristicile rigiditii dielectrice i ale rezistenei

mecanice ale izolaiei.

$ac la ncercarea de mbtrnire se urmrete modificarea tensiunii de strpungere n

timp atunci durata de ia este dat de interalul de timp n care tensiunea de strpungere s-a

redus pn la aloarea prescris str min.

$urata de ia se determin cu a&utorul curbelor de mbtrnire, curbe care descriumodificarea proprietilor la solicitarea termic a materialului. Aceste curbe difer n funcie de

mecanismele de mbtrnire i de tipul caracteristicilor alese "electrice, mecanice etc# i ca

urmare durata de ia la o temperatur de referin dat este diferit pentru dierse criterii de

mbtrnire. riteriul cel mai des utilizat este cel care consider c sfritul duratei de ia e

momentul cnd caracteristicile electrice sau mecanice s-au modificat cu /0...10 2 din aloarea

iniial.

n analogie cu rata de cretere a reaciilor c+imice se poate considera pentru durata de

ia - n cazul n care predomin mbtrnirea termic - o lege de forma)

7/25/2019 Curs 7 ME

4/7

unde "T# este durata de ia la temperatura T, 0 i a sunt parametri care depind de

natura materialului izolant i de criteriul de mbtrnire ales.

3ogaritmnd relaia anterioara, aceasta deine)

i curba lg"# 4 f"56T# este o dreapt care se poate trasa cunoscnd coordonatele a dou puncte,

deci din dou determinri experimentale. (entru temperatura de regim durata de ia se obine

prin extrapolare. %xist materiale n care mbtrnirea nu este guernat de o singur reacie

c+imic, pentru acestea curba nu mai este o dreapt, fiind necesare mai multe determinri

experimentale pentru trasarea curbei i obinerea duratei de ia.

Clasificarea materialelor electroizolante

7umrul mare de materiale electroizolante existente i apariia continu de noi astfel de

materiale, cu proprieti i utilizri tot mai dierse face dificil realizarea unei clasificri

complete care s cuprind toate elementele caracteristice comportrii acestora n exploatare.

ea mai cunoscut clasificare este cea dup stabilitatea termic care mparte materialele

electroizolante n apte clase de izolaie, caracterizate prin anumite temperaturi de funcionare

maxime admisibile.

Aceast clasificare este nesatisfctoare deoarece se refer la grupe de materiale ce pot

intra n constituia unui sistem de izolaie, dar nu ofer posibilitatea alegerii unui material pentru

condiii impuse de un anumit scop. $in acest moti, se propune caracterizarea materialelor prin

indici de performan legai de comportarea lor la aciunea temperaturii, cmpului electric,

solicitrilor mecanice, radiaiilor, de starea lor final etc, obinndu-se astfel mai multe

informaii pentru utilizarea lor final.

lasificarea exclusi dup compoziia c+imic n) organice, de trecere "cu proprieti

ntre cele ale materialelor organice i ale celor anorganice# i anorganice are un caracter mai mult

didactic i se a utiliza n continuare pentru prezentarea materialelor electroizolante - n special

solide - eideniind anumite proprieti specifice fiecrei categorii.

7/25/2019 Curs 7 ME

5/7

Alte clasificri sunt) n funcie de starea de agregare "solide, lic+ide i gaze

electroizolante#, n funcie de componenta principal a materialului finit "mica i produsele pe

baz de mic, celuloza i deriaii si#, n funcie de domeniul de utilizare "izolaie de cresttur,

ntre straturi etc#, dup comportarea la solicitri termice "termoplastice, termorigide# etc.

Materiale electroizolante gazoase

'azele utilizate n industria electrote+nic ndeplinesc funcia de izolant electric "n

aparatura de nalt tensiune#, de mediu de rcire "uneori concomitent cu cea de izolant# sau de

mediu de protecie mpotria oxidrii sau corodrii "gaze neutre# unor materiale constructie

"conductoare sau izolante#. ele mai folosite gaze sunt) aerul, +idrogenul, azotul, dioxidul de

carbon, gazele electronegatie etc.

Aerul, ca izolant sau impuritate este prezent n toate sistemele de izolaie ale instalaiilor

electrice. 8igiditatea dielectric la /0 0 i 5 atm este de 9,/ :;6m - satisfctoare pentru

cmpuri electrice mai puin intense - i are alori mult mai mari n cazul presiunilor nalte sau

foarte &oase. Aceast caracteristic determin utilizarea lui n construcia condensatoarelor, a

ntreruptoarelor de nalt tensiune "cu id sau cu aer comprimat# etc. Aerul prezint dezaanta&ul

c are o aciune corozi asupra metalelor i izolaiilor i de oxidare a uleiurilor, ambele aciuni

fiind eitate la utilizarea ca izolant a idului.

Hidrogenuleste utilizat, n special, ca mediu de rcire n construcia mainilor electrice

de puteri mari datorit alorilor mari ale conductiitii termice, cldurii specifice i

coeficientului de transmisie a cldurii. $ei rigiditatea sa este de numai

7/25/2019 Curs 7 ME

6/7

cu ulei "se utilizeaz azot sub presiune - 5? atm - and rigiditatea dielectric de 10...

7/25/2019 Curs 7 ME

7/7

&erfluorcarbonii sunt deriai fluorurai "unii clorurai# ai metanului, etanului i

propanului, n condiii normale putnd fi materiale gazoase sau lic+ide. 'azele ca)

perfluorpropanul "9*#, perfluorbutanul "=*50#, octafluorciclobutanul "c-= *# au

stabilitatea termic mai mare dect !*< "/00.../10B#, nu atac metalele actie i se utilizeaz n

aparatele de nalt tensiune care funcioneaz la temperaturi ridicate.

Diclordifluormetanul "CCl'F'%( care st la baza produselor cu denumirea

comercial de freon, frigen, geneton este neinflamabil, netoxic, cu rigiditate dielectric apropiat

de cea a !*