A umidade e a temperatura são os dois fatores ambientais principais que afetam a resistência de isolamento de cabos leves minerais, que, alterando o estado físico, as propriedades químicas e a distribuição do meio condutor do material de isolamento, levam diretamente a flutuações regulares dos valores de resistência e até provocam riscos de segurança. Seu efeito não é um efeito único, mas uma sobreposição, especialmente em ambientes especiais de alta umidade e grande diferença de temperatura na mina.
O efeito da umidade na resistência de isolamento é alcançado principalmente por meio da "intervenção da umidade", que pode ser dividida em três níveis:
Formação de canais condutores de superfícieQuando a umidade ambiental é superior a 70%, a superfície da camada isolante (por exemplo, cloruro de polivinilo, neoprene) absorve uma camada contínua de água. Esta camada de água dissolve impurezas como poeira e sal no ar, formando uma solução condutora, o equivalente a um "circuito de vazamento" conectado paralelamente à superfície da camada de isolamento. A medição da resistência ao isolamento pode ocorrer devido ao aumento da corrente de vazamento da superfície (possivelmente entre 30% e 50% menor do que no estado seco). Por exemplo, os novos cabos podem ter resistência de isolamento superior a 1.000 MΩ em ambientes secos e podem cair abaixo de 100 MΩ em ambientes altamente úmidos se a superfície não estiver limpa.
Degradação interna causada pela infiltração de águaSe o cabo na mina tiver defeitos como desgaste da capa e vedação inadequada da junção, a umidade penetrará gradualmente no interior da camada de isolamento. No caso de materiais de isolamento porosos, como a borracha natural, a umidade preenche os espaços internos, o que resulta em uma redução significativa da resistência volumétrica - a resistência volumétrica pode chegar a 1014 Ω·cm quando secada e pode cair para menos de 108 Ω·cm após umidade (mais de 1 milhão de vezes a redução). Pior ainda, a umidade pode reagir com aditivos no material de isolamento (como plastificantes, estabilizantes), acelerando o envelhecimento do material e formando danos de isolamento irreversíveis.
Destruição do “ciclo de congelamento” sob baixa temperatura e alta umidadeSe a mina estiver em áreas de baixa temperatura (por exemplo, ruas próximas da superfície), a água que penetra na camada de isolamento pode congelar e derreter repetidamente. A expansão do volume ao congelar rasgará a microestrutura da camada isolante e formará mais poros; A água penetra ainda mais após o derretimento, formando um círculo vicioso que, em última análise, resulta em uma queda contínua da resistência ao isolamento e até mesmo em uma ruptura local.
O efeito da temperatura sobre a resistência de isolamento apresenta uma "correlação negativa" significativa, ou seja, o aumento da temperatura e a redução dos valores de resistência, com os seguintes mecanismos específicos:
O aumento do movimento térmico molecular leva a um aumento da condutividade elétricaAs propriedades isolantes dos materiais isolantes dependem da capacidade da estrutura molecular de ligar os eletrônicos. Quando a temperatura aumenta (por exemplo, acima de 40 ° C), o movimento térmico molecular se intensifica e os elétrons livres dentro da camada de isolamento são mais propensos a se livrar da ligação para formar movimentos direcionais, levando a uma redução da resistência. Por exemplo, um cabo de mineração de 0,3/0,5 kV tem uma resistência de isolamento de 500 MΩ a 20°C e pode cair abaixo de 100 MΩ a 60°C (redução de até 80%). Essa mudança é mais evidente nos materiais de isolamento de borracha, devido à sua resistência a altas temperaturas mais fraca do que os materiais plásticos.
Envelhecimento acelerado e decomposição química de materiais a altas temperaturasEm um ambiente de longo prazo acima de 30 ° C, o material isolante (especialmente a borracha) acelerará o envelhecimento devido à reação oxidativa, endurecimento, rachadura e outros fenômenos. Ao mesmo tempo, as altas temperaturas provocam a volatilidade de substâncias de baixa molecularidade (como plastificantes) na camada de isolamento, levando à estrutura do material a ser porosa, aumentando os poros e reduzindo ainda mais a resistência ao isolamento. Se o cabo estiver perto da abertura de calor do dispositivo ou da parede de rocha de alta temperatura, a temperatura local pode exceder 70 ° C, quando a resistência de isolamento pode cair abaixo do limiar de segurança (0,5 MΩ) em alguns meses.
Efeitos indiretos do “aumento da fragilidade” em baixas temperaturasEmbora a baixa temperatura aumente ligeiramente a resistência ao isolamento (o movimento molecular diminui e a força de ligação eletrônica aumenta), pode fazer com que o material de isolamento se torne frágil. Quando os cabos são movidos ou dobrados com frequência, a camada de isolamento reforçada pela fragilidade é propensa a rachaduras, o que cria condições para a infiltração de água, o que resulta indiretamente em uma queda abrupta da resistência sob o efeito da umidade subsequente.
No ambiente real da mina, a alta umidade e a alta temperatura tendem a existir ao mesmo tempo, e a destruição da resistência de isolamento é muito maior do que um único fator:
Altas temperaturas reduzem a resistência à água do material de isolamento, tornando a água mais fácil de penetrar no interior;
Em ambientes altamente úmidos, a umidade é mais fácil de vaporizar em altas temperaturas, espalhando-se através dos microporos da camada de isolamento, expandindo a faixa de umidade;
Por exemplo, em um ambiente de 40 ° C e 90% de umidade, a velocidade de queda da resistência do isolamento do cabo é de 3 a 5 vezes maior do que no ambiente de 20 ° C e 60% de umidade, e é mais propenso a quebrar localmente.
O efeito central da umidade é a "introdução de meios condutores" (membranas de água, impurezas dissolvidas) e a destruição da estrutura do material, enquanto o efeito central da temperatura é o "aumento da condutividade elétrica" (movimento molecular) e a aceleração do envelhecimento do material. Portanto, a detecção de resistência de isolamento de cabos leves minerais deve combinar o registro de temperatura e umidade ambientais, em vez de olhar apenas para um único valor numérico - o mesmo cabo em um ambiente seco e baixo, o "valor qualificado" pode pertencer ao "valor de perigo" em ambientes de alta temperatura e alta umidade. Na proteção diária, além da detecção regular, é necessário bloquear o caminho de erosão da camada isolante pela temperatura e umidade, reforçando a vedação, evitando o contato com fontes de calor e limpando oportunamente os poluentes da superfície.
Este artigo foi criado pela AI