绝缘材料老化直接影响电工、电子设备的可靠性和使用寿命。
与金属等材料不同,绝缘材料的性能相当容易随时问延长而变化。在电工、电子设备长期运行或长期贮存时,在不同的老化因子作用下,绝缘材料特别是有机绝缘材料会发生一系列化学(降解、氧化和交联等)变化,导致绝缘材料分解,产生低分子挥发物,出现气孔,液体黏度变化,固体材料表面发黏、脆化、炭化、极性增大、变色、发生龟裂和变形等,从而使性能发生不可逆变化,逐步丧失原有的功能特性,这种现象称为老化。
绝缘材料的老化有热老化、大气老化、电老化和机械老化等。热老化主要是热和氧长期联合对绝缘材料作用;大气老化主要是光(特别是紫外线)、氧、臭氧、水和其他化学因素的长期联合作用;电老化主要是电场、热和氧的长期联合作用;机械老化主要是机械力、热和氧的联合作用。此外,高能射线、生物和微生物作用等也是不可忽视的老化因素。老化中出现的各种自由基对老化的发展有重要作用。
1、绝缘材料的热老化与耐温等级温度是影响
绝缘材料正常老化速率的*重要因素。各种绝缘系统,要按规定的老化试验方法,分别评定绝缘材料的耐热指数和绝缘系统的耐热等级,参见IEC60216标准。耐热指数由温度指数和半寿命温差两个参数构成:温度指数是在特定试验条件下,对应规定寿命(通常为20000h)的摄氏温度;对应寿命减半的温度为另一温度指数,半寿命温差是两个温度指数的差值。
如果使用温度超过绝缘材料规定的耐热等级,材料将加速老化。A级绝缘如果使用温度超过8℃,寿命将缩短一半左右。B级绝缘使用温度超过10℃,H级绝缘使用温度超过12℃,寿命也将缩短一半。
2、电老化
放电类型是影响绝缘材料电老化速率的重要因素。在强的法向电场作用下,绝缘材料内部气隙将发生局部放电,表面间隙发生电晕放电;在强发散电场作用下,绝缘材料内部将在不同运行条件下分别发生电树枝化、水树枝化和化学树枝化放电,引起放电老化击穿;在强沿面电场作用下,绝缘材料表面将随电压的上升而分别发生沿面电晕放电、电火花放电和电弧放电,引起绝缘材料表面腐蚀、树枝状电痕化、炭化直至表面上导体问发生短路。电老化后的击穿与化学反应有关,其介电强度更低,是决定绝缘体系长期工作场强的主要因素。
绝缘材料的耐放电性可以根据规定的电老化试验方法进行评定。例如,根据电晕试验得到的材料在一定的电晕放电或局部放电条件下直到击穿的时间长短表示材料的耐电晕性;根据电痕化试验得到的材料在规定电压和表面污秽条件下形成规定电痕化所需的时间长短表示材料的耐电痕性;根据电弧试验得到的材料在规定电压和电流下形成导电层直至电弧熄灭的时间长短表示材料的耐电弧性。