лектор профессор Целебровский Юрий Викторович УНЛ ЭТМ, II-415,

лектор профессор Целебровский Юрий Викторович УНЛ ЭТМ, II-415, Консультации: понедельник, 1515, II-415 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ технология конструкционных материалов

Долговечность материалов Все конструкционные материалы, включая и электротехнические, имеют определённый срок службы, зависящий от условий эксплуатации конструкции. Внешние факторы, воздействующие на материалы, вызывают изменения свойств и параметров материала. Эти изменения характеризуются двумя группами процессов: старение материалов коррозия материалов

Старением материала называются необратимые процессы физических и химических превращений материала, происходящие под действием внешних физических и (или) биологических факторов и вызывающие ухудшение электрических и механических показателей материала. Коррозией материала называются химические превращения материала (для металлов - прежде всего окисление), происходящие при участии внешней среды.

Старение материалов Старение материалов происходит под действием как природных, так и техногенных факторов Природные факторы Техногенные факторы переменная температура воздуха; переменное давление воздуха, ветер, воздушные вихри; грунтовые соль и пыль; солнечная радиация; - биологические факторы (плесневые грибы и т.п.). - аномальные температуры (от плазменных до криогенных); механические нагрузки; химически активные вещества; ионизирующее излучение; - электрическое напряжение (ЧР, трек, дуга);

Солнечная радиация Солнечная радиация – это электромагнитное и корпускулярное излучение солнца (1256 Вт/м2, ультрафиолет- 70 Вт/м2 ) Наиболее заметное воздействие солнечная радиация оказывает на наружную электрическую изоляцию Воздействие солнечной радиации можно подразделить на: непосредственное воздействие, опосредованное (озоновое) воздействие. В отличие от теплового старения нарушения от солнечной радиации происходят лишь на внешней поверхности. Энергетическое воздействие, разрушающее химические связи в материале, сопровождается окислением материала, наиболее интенсивном при наличии озона. Наибольшему старению от солнечной радиации подвержена резиновая изоляция (не кремнийорганическая).

Климатические районы Наименование обозначение температура влажность координаты Очень холодный Холодный Умеренный Тропический влажный Тропический сухой Умеренно-холодный морской Тропический морской FF ОХЛ Ср.мин. -600С F ХЛ мин. -60…-45 < 30% средн.-10…+1 N У мин. > -45 < 80% макс. < +40 ТН ТВ >+20 > 80% 12 часов в сутки, 2..12 месяцев в году ТА ТС ср.макс +450С М М выше 300 сев.широты, ниже 300 южн.широты М Т ТМ ниже 300 сев.широты, выше 300 южн.широты

Категории электротехнических изделий Категория для эксплуатации в районах: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 У У, ХЛ ТВ ТС ТВ+ТС везде на суше кроме ОХЛ М МТ МТ+У везде кроме ОХЛ

Влажность воздуха

Воздействие микроорганизмов 1. Образуются электропроводящие участки на поверхности изоляции и резко снижается поверхностное сопротивление. 2. Происходит химическое взаимодействие материала с продуктами жизнедеятельности плесневых грибов, и разрушаются отдельные компоненты материала или материал в целом.

Техногенные воздействия Ионизирующее излучение: α-лучи - поток положительно заряженных ядер гелия β-лучи – поток электронов или позитронов γ-лучи – электромагнитные волны длиной 0,1 мм и короче поток быстрых (>0,1 МэВ) и тепловых (0,025 эВ) нейтронов Учёт ионизирующего излучения важен для кабелей и проводов, работающих в зоне ядерных реакторов. Воздействие ионизирующих излучений приводит к разрыву химических связей, образованию свободных радикалов. Эти процессы сопровождаются увеличением проводимости и tgδ, увеличением токов утечки по поверхности, снижением разрядного и пробивного напряжений

Электрические воздействия 1. Электрический ток в полупроводящих материалах Воздействие электрического тока определяется энергией, выделяемой в материале – I2R - При малом  и большом I возможен электрический пробой полупроводящего материала; - При большом  и заметном I старение проявляется в увеличении сопротивления материала; - Проблемой является создание надёжного контакта полупроводящего материала с токоподводящим электродом. Зона контакта стареет в первую очередь

2. Частичные разряды в изоляционных материалах 3. Трек - микродуги на поверхности изоляционного материала Ток утечки Электрические воздействия

3. Трек - микродуги на поверхности изоляционного материала материал трекингостойкость Эпоксидные компаунды минуты Кремнийорганическая резина часы 4. Электрическая дуга - дугостойкость Электрические воздействия

Коррозия материалов В настоящее время хорошо изучены; Коррозия металлов; Коррозия бетона. Коррозия бетона Коррозия бетона проходит по трём механизмам: Коррозия выщелачиванием : рН=12; Ca(OH)2 → грунт Коррозия с образованием растворимых соединений: Ca(OH)2+2HCl → CaCl2 +2H2O Коррозия с образованием нерастворимых соединений Ca(OH)2+H2 SO4→ CaSO4 +2H2O

Коррозия металлов Коррозия металлов в электроустановках носит электрохимический характер и включает три механизма: Электрохимическая грунтовая коррозия. Контактная коррозия. Коррозия под воздействием блуждающих токов.

Электрохимическая грунтовая коррозия. Поверхность грунта 2Fe++ + 4(OH-) = 2Fe(OH)2 O2 4e- + O2 + 2H2O = 4 (OH- ) H2O Металл

Контактная коррозия металлов Контактная коррозия металлов происходит при электрическом контакте разных металлов, расположенных в грунтовой (водной) среде. Она обусловлена различными электрохимическими электродными потенциалами* металлов. *Электродным потенциалом называется разность потенциалов между электродом и водной средой, обусловленная электрохимическими процессами на границе раздела. Электродные потенциалы обычно измеряются по отношению к стандартным электродам сравнения. Коррозии подвергается материал с более низким (более отрицательным) электродным потенциалом: Влажный грунт коррозия

Контактная коррозия металлов Электрохимический ряд металлов: Медь, Свинец Сталь в бетоне Сталь в грунте Алюминий Цинк Чем выше расположен металл, тем выше его электродный потенциал Оцинковка Fe цинк Железобетонные фундаменты Железо защищено длительным растворением цинка Цинк растворяется за 0,5…2 года

Скорость грунтовой коррозии металлов Глубина коррозии: Δ = a lg3 + b lg2 + c lg + d Степень a b c d Глубина коррозии коррозии за 30 лет К0 0, 0206 0,1054 0,0410 0,0593 8,8 мм К1 0,0118 0,0350 - 0,0612 0,1430 3,4 мм К2 0,0056 0,0220 - 0,0107 0,0408 2,0 мм К3 0,0050 0,0031 - 0,0410 0,2430 1,1 мм К4 0,0026 0,0092 - 0,0104 0,0224 0,8 мм К5 0,0013 0, 0030 - 0,0068 0,0440 0,4 мм Коррозионная зона φов- окислительно-восстановительный потенциал, мВ, ρэкв – удельное электрическое сопротивление грунта, Ом∙м

Скорость грунтовой коррозии металлов

Коррозия под действием блуждающих токов Блуждающие токи в грунте создаёт рельсовый электрифицированный транспорт. + + - - Электрокоррозия арматуры фундаментов

График приёма зачётов Эн 2-01 – 20 декабря, четверг,830-1000 (II-324) Эн 2-02 - 20 декабря, четверг, 1530-1730 (II-428) Эн 2-03 - 20 декабря, четверг, 1130-1330 (II-428) Эн 2-04 - 21 декабря, пятница, 900-1100 (II-428)