Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf

Радиационное Окисление поверхности и объема поли­ этилена, существенно ухудшающее электрофизические и ме­ ханические характеристики изоляции, заметно влияет не только на такую структурно-чувствительную характеристику, как tgS (приводит к его возрастанию), но и на другие элект­ рофизические характеристики, что особенно проявляется при повышении температуры. Температурные коэффициенты ди­ электрической проницаемости ТКе и удельного сопротивле­ ния изоляции ТКрѵ при облучении на воздухе выше, чем при облучении в инертной среде. В этих случаях сущест­ венно различаются также абсолютные значения г и рѵ (см. рис. 26, б, табл. 21).

Условия облучения этих образцов неодинаковы:образцы № 1 и 2 облучены ускоренными электронами на воздухе при мощностях дозы, отличающихся более чем в Ю раз, в то время как образцы № 3—ц-излучением Со-60 в среде аргона. Облучение на воздухе при высокой мощности дозы

пературной области. Так, при 5-у35°С Т К р ѵ резины ТСШ-35 составляет—0,0372°С~1, ТСШ-50-0,0456°С

большого количества растворенного в ПЭ 0 2 (соотношение тол­ щин изоляции для образцов № I и 3 составляет 0,16).

Независимо от поглощенной дозы и условий облучения кривые зависимости сопротивления изоляции от температу­

га изоляции. Площадь „гистерезисной“ петли уменьшается после повторных нагревов. Обычно наклон кривых прямого хода к оси абсцисс в температурной зоне плавления крис­ таллитов заметно меньше, чем у кривых обратного хода, что может быть связано с рекомбинацией зарядов, захвачен­ ных в кристаллической фазе и высвобождаемых из „лову­ шек“ при плавлении кристаллитов. Характерно, что замет­ ное уменьшение значений „кажущейся“ энергии активации1 наблюдается у сильно радиационно-окисленной изоляции

1 С изменением знака.

211

(см. табл. 21, образцы № 2), т. е. имеющей большое коли­ чество радиационно-стимулированных ловушек (см. рис. 19, кривая 4). Качественно аналогичное явление наблюдается и у образцов № з, где радиационное окисление объема толс­ тостенной изоляции обусловлено растворенным в нем кис­ лородом (см. рис. 19, кривая 3). У тонкостенной неокис­ ленной изоляции (образцы № 1, см. табл. 21) не наблюдается изменений а в зоне плавления кристаллитов.

Т а б л и ц а 21

Средние температурные коэффициенты изоляций РМ ПЭВД

Ловушки, стимулированные облучением, являются допол­ нительными релаксационными комплексами, увеличивающими диэлектрические потери. В радиационно-окисленном полиэти­ лене такими комплексами служат карбонильные, карбок­ сильные, альдегидные идругие полярные группы. „Кажущаяся“ энергия активации электропроводности (глубина „ловушек“)

1) 80 М рад- 1,47 (80-у 147°С) и 0,875 эз (147 Д 260°С); 2) 100

1 Приводятся абсолютные значения.

212

0,875 эв (147—260°С). Таким образом, начиная со 137—147°С электропроводность не зависит от условий облучения и пог­ лощенной дозы. Температура 137°С—фазовая характеристика; по Чарльзби [192], температура плавления бесконечно-длин­ ных цепей п-парафинов составляет 136,5°С.

Диэлектрические свойства изоляции зависят от количест­ ва поглощенной влаги. Радиационное окисление увеличи­ вает гидрофильность и влагопроницаемость полиэтилена, вследствие чего сопротивление изоляции резко уменьшается при нахождении под повышенным гидростатическим давле­

вклад давления (определенный из сравнения рѵ при одина­

кинетических процессов от поглощенной дозы, т. е. густоты пространственной сетки. В то же время выявляется, что при облучении изоляции на воздухе при большой мощности дозы (такой, при которой может произойти окисление, в основном, поверхности) и в инертной среде вклад радиаци­ онного окисления в кинетическую характеристику опреде­ ляется соотношением поверхности и объема изоляционной оболочки, а также количеством растворенного в ней кис­ лорода. Резкое снижение сопротивления изоляции образцов с радиационно-окисленной изоляцией наблюдается и при длительной (примерно 420 час.) работе в воде при атмос­ ферном давлении под напряжением 250 и 500 в переменно­ го тока промышленной частоты. При этом основное сниже­ ние сопротивления изоляции происходит за первые 80 час. выдержки.

Сопротивление изоляции образцов, облученных ?-излуче- нием в аргоне, как и фторлона-40111, осталось неизменным.

вышением гидрофильное™ вследствие значительного радиа­ ционного окисления и глубокой окислительной деструк­ цией.

Общей причиной снижения сопротивления изоляции любого диэлектрика является диффузия диссоциирующей жидкости в изоляцию, скорость которой возрастает с увели­

213

чением температуры и гидростатического давления. Влияние

вается до 1016 ом ■см.

Физические характеристики полиэтилена ухудшаются не только при радиационном окислении во время облучения, но и в процессе пребывания на воздухе после прекращения облучения (постэффект). Постэффект обусловлен тем, что облучение полиэтилена при температурах, меньших темпе­ ратуры размягчения, приводит к накоплению радикалов, способных инициировать окислительную деструкцию, и вы­ ражается в постепенном ухудшении физико-механических и электрических характеристик [261] иногда в течение дли­ тельного времени. Рост интенсивности полос поглощения спектра облученных в вакууме пленок, соответствующих карбонильным группам, продолжался еще после 60 суток пребывания образцов на воздухе при комнатной темпера­ туре [58]. Непрерывное ухудшение электрофизических свойств облученного на воздухе ускоренными электронами (мощность дозы 6 Мрад/мин, поглощенная доза 100 Мрад) ПЭВД наблюдалось в течение 4 месяцев. Облученные в ва­ кууме или инертной среде ПЭВД и ПЭНД, подвергнутые отжигу при температуре плавления кристаллитов (~140°С) до контакта с воздухом, практически не обладают постэффек­ том. Без отжига после прекращения облучения постэффект окисления, определяемый по концентрации карбонильных групп, у ПЭНД выражен больше, чем у ПЭВД, а термос­ табильность облученного ПЭНД ниже, чем необлученного и практически такая же, как у сильно разветвленного ПЭВД

в теплостойкости исходных материалов, в дальнейшем наш­ ла преимущественное применение изоляция из радиацион­ но-модифицированного ПЭВД.

На физические характеристики РМПЭ влияет и другой фактор радиационной технологии—газовыделение, резко

214

повышающееся при увеличении мощности дозы и интеграль­ ной дозы. В материале вследствие этого могут образоваться крупные газовые включения, уменьшающие нач льное на­ пряжение ионизации и электрическую, а также механиче­ скую прочность и другие характеристики. При этом своевре­ менный и эффективный отвод газообразных продуктов ра­ диолиза должен, видимо, уменьшать как количество, так и размер газовых включений. Это предположение подтверди­ лось в экспериментах по облучению полиэтиленовой изоля­ ции с использованием различных радиационно-технологи­ ческих схем.

Электропрочностные характеристики изоляции можно дополнительно повысить при условии уменьшения количест­ ва воздушных включений при изготовлении кабеля (гер­ метизация межпроволочных промежутков жилы, вакууми­ рование изоляции и т. п.). Газовыделение при облучении полиэтиленовой изоляции, особенно в тонких слоях, может привести также к повреждениям, образованию сквозных пор

идругих дефектов, резко ухудшающих ее электрические и механические характеристики. Этот эффект наблюдается, в частности, при радиационном облучении тонкостенной изоля­ ции ускоренными электронами. При облучении конденсаторов

изапрессованных трансформаторов причиной разрушения обычно является выделяющийся газ, а не электрический

пробой [263].

С увеличением поглощенной дозы при облучении в инерт­ ной среде зависимость сопротивления изоляции от гидроста­ тического давления уменьшается. Это качественно хорошо согласуется с известными данными об уменьшении прони­ цаемости газов и паров через полиэтилен с увеличением поглощенной дозы (при отсутствии радиационного окисле­ ния).

Поглощенная доза существенно влияет и на зависимость удельного объемного сопротивления и пробивного напря­ жения изоляции от температуры. С увеличением поглощен­

2і5