Антиоксиды обеспечивают стойкость при тепловых нагрузках и могут повысить стойкость к деструкции под действием ЧР [8]. Уровень активности антиоксидов в образцах кабелей определяли посредством измерения времени выдержки при определенной температуре до начала катастрофического разрушения полимера t1. Для образцов кабеля 15 кВ, хранившегося на складе, t1=34 ±4,2 мин, для образцов кабеля после эксплуатации оно составило в среднем 15,3±4,9 мин.
Таблица 4. ВИО для изоляции модельных кабелей при ускоренных испытаниях
- Не подвергавшийся старению.
- А - активный участок кабеля; Т - примыкающий к кабельной муфте; Е - свободный конец.
f - частота, Е - напряженность электрического поля, ί - температура проводника.
Для ВМПЭ все измерения проведены при 196°С, для СПЭ - при 180°С.
Такое значительное различие свидетельствует о том, что нормальная нагрузка при эксплуатации является достаточно тяжелой, чтобы привести по крайней мере к частичному снижению активности антиоксиды. Это особенно четко наблюдается при ускоренном старении моделей кабелей с изоляцией из ВМПЭ, особенно при старении при 90°С; при этой температуре t1 снизилось до 2 мин (табл. 4). Различие значений ВИО для разных участков кабеля (за исключением испытаний при 90°С), видимо, обусловлено разными тепловыми нагрузками на этих участках.
В качестве антиоксидов в моделях кабелей с изоляцией из ВМПЭ использован замещенный фенол; его содержание в образцах до старения превышает предел его растворимости при комнатной температуре. Данные методов ИК-спектроскопии и УФ-спектрофотометрии экстрактов показывают, что по крайней мере половина антиоксида быстро мигрирует к наружной поверхности изоляции. Таким образом, частичная потеря антиоксида при старении вызвана его миграцией и в какой-то мере его расходом. Результаты независимых измерений, в том числе методом жидкостной хроматографии, подтверждают, что в кабелях, проходивших старение в жестких условиях, особенно при 90°С, снижение активности антиоксида обусловлено его окислением.
Различие в значениях ВИО для моделей кабелей с изоляцией из СПЭ отражает сложность системы, где использован двухкомпонентный антиоксид, состоящий из замещенного фенола и тиоэфира. Несомненно, что определенная часть антиоксида реагирует с сшивающим агентом. Это объясняет довольно низкое значение ВИО в исходном состоянии изоляции, полученной методом экструзии. Из табл. 4 видно, что антиокислительная активность антиоксида снижается с повышением температуры испытаний, причем это понижение будет наибольшим на участках кабеля, подвергающихся самым большим тепловым нагрузкам (участок, примыкающий к кабельной муфте). Эти результаты, как предполагается [9], обусловлены прививкой антиоксида к главной цепи полимера.
Выводы.
Результаты, полученные при старении в процессе эксплуатации и испытаний на ускоренное старение кабелей с изоляцией из ВМПЭ, подобны. При этом наблюдались следующие изменения:
увеличение степени кристаллизации;
увеличение молекулярной массы;
образование или выделение низкомолекулярных парафинов; снижение активности антиоксида.
Наблюдавшееся увеличение степени кристаллизации может вести к локальному возрастанию платности и исходя из того, что общий объем не изменяется, к увеличению внутренних полостей в прилегающих областях. По-видимому, это начальные стадии процессов, ведущих, в конечном счете, к электрическому пробою.
Все наблюдавшиеся изменения можно отнести за счет тепловых нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации и при ускоренных испытаниях. Изменения, происходящие в изоляции моделей кабелей после ускоренных испытаний, значительно больше, чем в изоляции кабеля после эксплуатации. Возможно, что условия испытаний, принятые в работе, являются слишком жесткими для целей моделирования, особенно когда это ведет к образованию в полимере геля. Поэтому необходима дальнейшая работа для установления условий ускоренных испытаний, обеспечивающих точное моделирование процессов старения в реальных условиях эксплуатации.
