Скачать презентацию
Идет загрузка презентации. Пожалуйста, подождите
Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемМария Тараканова
1 Долговечность и старение материалов в условиях воздействующих факторов.
2 14.1. Классификация процессов старения Природные факторы старения Техногенные факторы старения.
3 Долговечность материалов электроэнергетического оборудования Долговечность – это способность материала конструктивных элементов оборудования сохранять свои функциональные свойства от момента изготовления до наступления предельного состояния. Количественно долговечность оценивается техническим ресурсом.
4 n Явление потери материалом своих полезных свойств под воздействием различных физических или химических процессов имеет общий термин – деградация. Различают деградацию, идущую по процессам старения и по процессам коррозии. ДЕГРАДАЦИЯ
5 С Т А Р Е Н И Е Старением материала называются необратимые процессы физических и химических превращений материала, происходящие под действием внешних физических и (или) биологических факторов, и вызывающие ухудшение электрических, механических или эстетических показателей материала.
6 Обычно, процессы старения рассматривают применительно к неметаллическим (полимерным) материалам, а процессы коррозии соответственно к металлам и сплавам. Именно поэтому «Химическое сопротивление материалов», как научная дисциплина изучающая коррозию, является разделом металлургии.
7 Классификация процессов старения. по механизму Химические процессы Физические процессы Деструкция Сшивание Смешанное Полимераналоговые превращения и внутримолекулярная циклизация Беспорядочная Цепная Фазовые превращения Стеклование Сорбционно-диффузионные процессы Релаксация и остаточные напряжения Изменение надмолекулярной структуры
8 Классификация процессов старения. По условиям эксплуатации Атмосферное Подземное Подводное Космическое Климатическое, Складское Почвенное, грунтовое Пресноводное, морское Световое, радиационное
9 по виду процесса старения Окислительное (оксида) Термическое (термо-) Радиационное (радио-) Световое (фото-) Кислородное, озонное Длительное, равномерное, циклическое Естественное, искусственное Видимый спектр, ультрафиолетовое излучение Классификация процессов старения.
10 по вкладу фактора старения Химическое Биологическое (био-) Механическое (механо-) Электрическое (электро-) Кислотное, щелочное, специфические загрязнения Грибы, бактерии, другие микро- организмы Внешние нагрузки, Внутренние нагрузки, Ультразвук, трение Прямое, наведение тока Влажностное (акво-) Набухание, Проникновение, Гидролиз
11 14.1. Природные факторы старения Рассмотрим некоторые факторы старения. Физические факторы. В первую очередь, это изменение температуры. Дело в том, что при изменении температуры меняются многие характеристики. Впрочем, об этом уже говорилось в той лекции, когда вводили понятия температурных коэффициентов, показывающих изменение физических свойств материалов: Ткl, Тк, Тк и т.п.
12 Одну из главных ролей играет температурный коэффициент расширения Ткl. Ясно, что различные материалы имеют различные коэффициенты линейного расширения. Поэтому они удлиняются по-разному при нагревании, а соответственно и сокращаются по-разному при охлаждении. Поскольку любое изделие состоит из частей, изготовленных из различных материалов, то само механическое сочленение материалов при изменении температуры вызывает появление механических напряжений в обоих материалах.
13 Другим важным фактором старения, также связанным с изменением температуры, является переход через нулевую температуру. При замерзании воды ее объем увеличивается, поэтому, если вода попала в какую-нибудь трещину в материале, она при превращении в лед начнет расширяться, что вызовет рост этой трещины. При таянии вода заполнит свежие образованный участок трещины, а при повторном замерзании произойдет дальнейший рост трещины. Такой тип старения характерен для каменных материалов.
14 Из других физических воздействий отметим действие ультрафиолета и озона. Характеристиками светостойкостью и озоностойкостью должны обладать изоляторы, работающие на линиях электропередач. Актуально это только для полимерных изоляторов, т.к. фотоны света и активные молекулы озона могут приводить к деструкции полимера. На долговечность линий электропередач сильное влияние оказывают ветровые нагрузки. Это и т.н. "пляска проводов", возникающая при порывах ветра, и "парусность" опор и проводов. Возникающие при этом механические нагрузки в опорах, растяжках, проводах могут привести к их деформации и разрушению.
15 Химические факторы старения заключаются в действии химических агентов на элементы электроустановок. Чаще всего в качестве агентов, вызывающих старение фигурируют щелочи, кислоты и растворители. Например, резины, используемые для герметизации, набухают во многих растворителях, в том числе бензине, трансформаторном масле. При набухании они вылезают из уплотнений, что приводит к разгерметизации. Здесь же можно рассмотреть и влажностные факторы. Наиболее значительно влияние влаги на электрическую изоляцию, в особенности на жидкие диэлектрики и гидрофильные твердые диэлектрики (картон, бумага). Например, достаточно примерно 0.1% воды в трансформаторном масле, чтобы его электрическая прочность уменьшилась примерно в два раза. Соответственно, трансформатор, заполненный таким маслом, может выйти из строя при незначительных перенапряжениях, либо даже при рабочем напряжении. Влага уменьшает не только электрическую прочность, но и механическую прочность. Периодическое увлажнение и высушивание может привести к короблению изделий, расслоению, растрескиванию и т.д., что характерно для бумажной изоляции и картона.
16 Биологические факторы старения - это в первую очередь действие грибков и микроорганизмов. Для большинства видов электротехнических изделий в нашей стране они не актуальны. По- видимому опасны они только для деревянных элементов установок, в первую очередь для деревянных опор линий электропередач. Грибки вызывают гниение дерева, потерю механической прочности, что чревато замыканиями при падении опор. Вообще, на биологический фактор стали обращать пристальное внимание в последнее время, причем с несколько неожиданной стороны - экологической, что связано с загрязнением природы техногенными веществами. Это более актуально для жидких диэлектриков. Поскольку утечки диэлектриков из работающего оборудования всегда происходят, желательно чтобы природа сама справлялась с ними. Поэтому среди характеристик жидкостей появился такой параметр, как биоразлагаемость.
17 Вещество, при попадании в окружающую среду должно разлагаться, чтобы не происходило загрязнения природы. Этому условию отвечает обычное трансформаторное масло, а, например, хлордифенилы, или фторорганические вещества - не отвечают. Возвращаясь к биологическим факторам. Стойкость твердых материалов против грибков наиболее актуальна для тропических условий, поэтому при поставке энергооборудования в тропические страны, необходимо выбирать наиболее стойкие материалы.
18 Как унифицировать природные факторы, влияющие на работоспособность материалов и изделий? n Для этого предложили разделить весь мир на климатические зоны с более-менее одинаковыми условиями воздействия. Всего 7 климатических районов Название Обозн. (лат) Обозн. (рус) Темп. средне. Влажность Очень холодныйFFОХЛ= -60 ХолодныйFХЛ Вл< 30% УмеренныйNУ Вл<80% Тропич. влажныйТHТHТВТ > 20Вл>80% Тропич. сухойTТСТ=+45 Умеренно хол. морскойMМ Выше 30 с.ш. и ниже 30 ю.ш. Тропический морскойMTТМ Ниже 30 с.ш. и выше 30 ю.ш.
19 По условиям эксплуатации оборудования выделили 10 категорий пригодности Кл. зона УУ, ХЛ ТВТСТВ+ ТС Везде кроме ОХЛ (суша) МТМТМ +У Везде кроме ОХЛ Тип
20 14.2. Техногенные факторы старения. Из техногенных факторов старения, в первую очередь, выделим воздействие электрического напряжения. Это воздействие многообразно, целый ряд явлений происходит в материале: частичные разряды, дендриты, треки, дуга, водные тренинги, нагрев за счет диэлектрических и джоулевых потерь. Особенности старения неорганических диэлектриков - на переменном напряжении практически отсутствует старение, они склонны к старению на постоянном напряжении. При этом ионы, содержащиеся в диэлектрике, дрейфуют к соответствующим электродам и разряжаются на них. Катионы (например, ионы металлов) дрейфуют к катоду, анионы - к аноду. У катода образуется слой металла, причем в виде металлической веточки, растущей от электрода в теле диэлектрика. У анода структура кристалла начинает разрушаться за счет ухода оттуда ионов металла.
21 Органические диэлектрики мало стойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям. Старение на постоянном напряжении практически отсутствует, на переменном напряжении они стареют за счет частичных разрядов, дендритов и водных тренингов. Рассмотрим это чуть подробнее. Частичные разряды появляются в порах диэлектрика при достижении на размерах пор пробивного напряжения. Воздействие высокой температуры, плазмы разряда, излучения разряда ведет к разложению материала и к появлению дендрита. Это древовидное образование в теле диэлектрика с частично обугленными краями. Частичные разряды в системе "пора + дендрит" выделяют все больше энергии, что ведет к прогрессирующему росту дендрита и к последующему пробою всего промежутка.
22 Водный тренинг или водный дендрит возникают в полимерных кабелях при одновременном действии переменного напряжения и высокой влажности. Возникает что-то вроде объемной сетки в теле диэлектрика, заполненной водой. Эта структура обладает высокой электропроводностью за счет ионизации различных вымываемых примесей из полимерного материала (стабилизаторы, пластификаторы, недополимеризованные фрагменты и т.п.). Рост водного дендрита, в конце концов, приводит к зарождению из области наиболее удлиненной части обычного электрического разряда.
23 Синергический эффект вызывает одновременное действие напряжения и загрязнения. Например загрязнение изоляторов ВЛ вблизи алюминиевых заводов алюминиевой пылью, вблизи цементных заводов - цементной пылью приводит к появлению перекрытий, которые в ряде случаев переходят к дуговым разрядам, эрозии изоляторов, более раннему выходу из строя. Грунтовые соль и пыль также вызывают ускоренное старение, т.к. осаждаясь на поверхности изоляторов, вызывают появление электропроводящих путей на поверхности, в особенности при последующем увлажнении. Ускоренное старение электротехнических изделий происходит в нестандартных условиях эксплуатации: в плазменных установках, электрофизических установках, криогенных устройствах.
24 14.3 Коррозия материалов. Коррозией материала называются химические превращения материала (прежде всего окисление), происходящие при участии внешней среды. Коррозия характерна для материалов, состав и структура которых далеки от природных. Традиционно термин "коррозия" применяют только к металлам.
25 n Продлить сроки эксплуатации различных металлоконструкций до их морального износа – основная цель решения многовековой проблемы коррозии металлов. До настоящего времени она не решена в мировом масштабе. Классификация процессов коррозии.
26 Металлофонд нашей планеты в виде машин, оборудования и сооружений составляет 6 млрд. тонн. Это лишь 30 % от произведенного за 3 тысячелетия металла. Остальной металл исчез из обращения, причем основной причиной были процессы коррозии
27 Трудность предотвращения коррозии в том, что разрушение металлов под влиянием факторов среды – естественный термодинамически выгодный процесс, направленный на сохранение равновесия в природе.
28 Обязательным условием возникновения коррозии является наличие влаги, причем по влаге должна осуществляться проводимость между участками, участвующими в процессе коррозии. Основной металл, который подвергается коррозии, и который необходимо защищать от коррозии - это железо, точнее сталь. Итог коррозии - образование каверн в монолите материала, заполнение этих каверн и окружающего пространства рыхлой рыжеватой массой, состоящей из гидроксида железа Fe(OH) 2, окисленного гидроксида Fe(OH) 3. Цвет ржавчины, в основном определяется цветом гидроксида трехвалентного железа.
29 Основные механизмы коррозии Коррозия во влажной неоднородной среде (в грунте, при увлажнении туманом, дождем и т.п.). Происходит при разделении поверхности металла на участки с разными электрохимическими характеристиками (анодные и катодные зоны). Разделение на зоны может быть связано с разной степенью доступа кислорода к различным участкам, с разными концентрациями, либо разными электролитами, либо разными температурами. В анодной зоне идет выход ионов металла из кристаллической решетки в окружающую среду и соединение с присутствующими там ионами. В катодной зоне приэлектродная реакция сводится к восстановлению отрицательных гидроксильных ионов: катодная зона: 2Н 2 О + О 2 +4e - = 4ОН - анодная зона: 2Fe ОН - = 2Fe(OH) 2 Ионы дрейфуют от катода к аноду, там соединяются с ионами железа, образуя гидроксид.
30 Коррозия во влажной среде металл 4 е - +О 2 +2Н 2 О = 4ОН - 2Fe ++ Катодная зона Анодная зона + mН 2 О = 2Fe(ОН) 2,, гидрозакись железа (коллоидный рыхлый белый осадок). При достаточном количестве кислорода: 4Fe(ОН) 2 + О 2 + 2Н 2 О 4Fe(ОН) 3 гидроокись железа - ржавчина
31 Контактная коррозия. Происходит при контакте между собой различных металлов во влажной среде. Более "благородные" из этих металлов являются катодом в паре с менее «благородным», корродирующим анодом. Электрохимических ряд металлов, применяемых в электроэнергетике, имеет следующий вид (вышерасположенные металлы более "благородны" по сравнению с нижерасположенными): медь свинец сталь в бетоне сталь в грунте алюминий цинк.
32 Существует огромное количество способов борьбы с коррозией, которые применимы в зависимости от условий. 1. Уменьшить влажность среды. 2. Защитить с помощью расположенного рядом "жертвенного" или "протекторного" анода (цинк, магний, алюминий). 3. Подать напряжение на объект с помощью источника постоянного тока, при этом "минус" подается на защищаемый металл. (Катодная защита). 4. Подать повышенное напряжение противоположной полярности. (Анодная защита). Когда подают повышенное напряжение, в некоторых случаях, происходит пассивация поверхности. 5. Сделать покрытия на поверхность металла. Существуют два типа покрытий: а) коррозионностойкие с помощью более благородных металлов (никелирование, омеднение, освинцовывание, хромирование), при этом недопускается наличие пор в покрытии. б) протекторные, (цинковые, алюминиевые, оловянные). 6. Покрыть поверхность изолятором. Это, например, эмалирование (посуды), покраска, покрытие лаком.
33 Электрокоррозия (коррозия под действием блуждающих токов). Схема рельсового транспорта, работающего на постоянном токе: 1 – тяговая подстанция; 2 – питающая линия; 3 – контактный провод; 4. – токоприемник; 5 – рельсы; 6 – катодная зона; 7 – знакопеременная зона; 8 – анодная зона; 9 – отсасывающая линия; пунктирные стрелки – блуждающие токи; сплошные стрелки – тяговый ток.
34 Источниками блуждающих токов являются: n 1. На региональном уровне: n железнодорожный транспорт, электрифицированный на постоянном токе, катодные защиты магистральных трубопроводов ЛЭП постоянного тока по системе «провод-земля» n 2. На уровне городского хозяйства: n наземный рельсовый транспорт, n метрополитен; n 3. В пределах промышленного объекта: n рудничный транспорт на постоянном токе, n электролизерные на металлургических заводах.
35 Переносчики блуждающих токов n Все протяженные металлические элементы, расположенные в грунте: n - трубопроводный транспорт любого назначения; n - линии электропередачи с заземленным грозозащитным тросом.
36 Объекты, разрушаемые под действием блуждающих токов n любые протяженные металлические сооружения и железобетонные конструкции, расположенные в грунте. В соответствии с законом Фарадея потери от электрохимической коррозии для железа составляют 9,1 кГ(А·год). При плотности тока 1 А/м 2 скорость коррозии с 1 м 2 поверхности железа равна 1,1 мм/(А·год)
Еще похожие презентации в нашем архиве:
© 2024 MyShared Inc.
All rights reserved.