Почему старые кабели становятся хрупкими – наука о старении

Вы когда-нибудь пытались согнуть старый электрический провод, услышав треск и увидев, как отслаивается изоляция? Или вытаскивали из стены провод, которому уже несколько десятилетий, и обнаруживали, что его пластиковая изоляция затвердела и рассыпается? Вот что я имею в виду.хрупкость– признак износа кабеля. Новые кабели гибкие и прочные. Старые же становятся жесткими, трескаются и представляют опасность. Но почему это происходит? Ответ кроется в химии, физике и воздействии окружающей среды. В этой статье рассматриваются научные основы износа кабелей и способы борьбы с этим явлением.

1. Внутренний враг: деградация полимеров

Большинство кабельных изоляций и оболочек изготавливаются изполимеры– длинные цепочки повторяющихся молекул (например, ПВХ, полиэтилен или резина). Эти цепочки придают материалу гибкость и прочность. Со временем различные силы разрывают эти цепочки на более короткие фрагменты. Короткие цепочки не могут легко скользить друг относительно друга; материал становитсяхрупкийЭтот процесс называетсядеградация полимера.

Разложение происходит посредством нескольких механизмов, часто действующих совместно.

2. Тепло: Тихий акселератор

Перегрев — наиболее распространенная причина старения. Кабели нагреваются, когда по ним проходит ток. Примерно каждые 10°C повышения температуры...дублиСкорость химических реакций, включая деградацию. Даже в пределах нормальных рабочих параметров (например, 70°C для ПВХ) многолетнее воздействие тепла медленно разрушает полимерные связи.

Если кабель перегружен или плохо вентилируется, он нагревается ещё сильнее. Изоляция может...термически окислять– вступают в реакцию с кислородом, образуя хрупкий, мелоподобный материал. В крайних случаях пластик плавится, но чаще всего он просто затвердевает и трескается.

Пример:Старый шнур от тостера, подвергавшийся многократному нагреву и охлаждению, затвердевает и может потрескаться в местах изгибов.

3. Окисление: Загрязнение кабеля кислородом

Кислород присутствует повсюду, в том числе внутри изоляции кабелей (диффундируя через полимер). Кислород реагирует с полимерными цепями в процессе, называемомокислениеЭто похоже на очень медленное горение. Окисление создаетсвободные радикалы– высокореактивные молекулы, которые атакуют соседние цепи, вызывая новые разрывы.

Окисление ускоряется за счет:

• Нагрев (термическое окисление)

• Свет (фотоокисление)

• Некоторые химические вещества (например, озон)

В результате молекулярная масса полимера снижается, и материал становится хрупким. Вы можете заметить порошкообразную поверхность или мельчайшие трещины.

4. Ультрафиолетовое излучение: атака солнца

Солнечный свет содержит ультрафиолетовое (УФ) излучение. Фотоны УФ-излучения обладают достаточной энергией, чтобы напрямую разрывать полимерные связи. ЭтофотодеградацияКабели, проложенные на открытом воздухе (или рядом с окнами), страдают больше всего. ПВХ, полиэтилен и резина разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения, если не защищены.

Признаки повреждения кожи ультрафиолетовым излучением:Образование известкового налета (белого порошка), выцветание, трещины на поверхности и потеря эластичности.

Многие кабели для наружного применения содержаттехнический углеродили УФ-стабилизаторы для поглощения вредного излучения. Но эти добавки могут вымываться в течение десятилетий, в конечном итоге делая полимер уязвимым.

5. Влага и гидролиз

Вода не только является проводником; она способна химически воздействовать на некоторые полимеры.ГидролизРазрыв полимерных цепей происходит под действием молекул воды, особенно при высоких температурах. Некоторые материалы (полиэфиры, полиуретаны) более подвержены этому процессу, чем ПВХ или полиэтилен, но даже они могут разрушаться во влажной и жаркой среде в течение многих лет.

Влага также способствуеткоррозияметаллических проводников и экранов, что приводит к выделению тепла и ускоряет повреждение изоляции.

6. Химическая атака: Молчаливый пожиратель

Кабели, находящиеся в промышленных или загрязненных средах, могут подвергаться воздействию следующих факторов:

• Озон (от электродвигателей, сварочных аппаратов или ультрафиолетового излучения)

• Растворители (масла, топливо, чистящие средства)

• Кислоты или щелочи (из промышленных выбросов или почвы)

Озон особенно агрессивно воздействует на многие виды каучука (например, EPDM устойчив к нему, а натуральный каучук — нет). Он вызываетрастрескивание– крошечные поверхностные трещины, которые увеличиваются под воздействием напряжения.

7. Миграция пластификатора (для ПВХ)

ПВХ (поливинилхлорид) по своей природе жесткий. Для придания ему гибкости производители добавляют в него различные вещества.пластификаторы– небольшие молекулы, которые заклиниваются между полимерными цепями, позволяя им скользить. Со временем пластификаторы могут мигрировать на поверхность и испаряться или вымываться водой или маслом.

Когда потеря пластификатора превышает ~30%, ПВХ становится твердым и хрупким. Именно поэтому старые силовые кабели из ПВХ (например, те, что используются в винтажной бытовой технике) часто трескаются при изгибании.

Другие полимеры(XLPE, силикон, EPDM) не содержат пластификаторов; их гибкость обусловлена ​​химическим составом. Именно поэтому они часто стареют лучше, чем ПВХ.

8. Механическое напряжение и усталость

Даже если материал химически безопасен, многократное сгибание, вибрация или изгибание могут привести к...механическая усталостьТрещины начинают образовываться в местах концентрации напряжений (зазубрины, резкие изгибы) и со временем увеличиваются. В хрупком стареющем кабеле даже один изгиб может привести к полному разрушению.

Пример:Дверная петля каждый раз при закрывании двери защемляет кабель. Со временем изоляция трескается, и проводники могут оборваться.

9. Как долго служат кабели?

Срок службы сильно варьируется в зависимости от материала, окружающей среды и интенсивности использования:

Это приблизительные оценки. Многие кабели выходят из строя раньше, некоторые служат дольше. Ключевым моментом является регулярный осмотр.

10. Что вы можете сделать

• Выберите подходящий кабель– Для помещений с высокой температурой используйте силикон или сшитый полиэтилен (XLPE). Для защиты от ультрафиолетового излучения на открытом воздухе используйте кабель с сажей или оболочкой, устойчивой к УФ-излучению. Для помещений с повышенной влажностью или воздействием химических веществ используйте специальные составы.

• Избегайте перегрузки– Поддерживайте ток в пределах допустимой токовой нагрузки кабеля, чтобы минимизировать тепловое старение.

• Беречь от солнечных лучей– Для наружной прокладки кабелей используйте кабельные каналы, короба или обмотку, блокирующую УФ-излучение.

• Регулярно проводите осмотр.– Проверьте кабель на наличие трещин, жесткости, помутнения или изменения цвета. Если кабель жесткий на ощупь или имеет трещины, замените его.

• Замените старую проводку.– Если в вашем доме или на предприятии проводка старше 40–50 лет, подумайте о проведении профессиональной проверки. Хрупкая изоляция представляет собой пожарную опасность.

Старые кабели становятся хрупкими из-за разрыва полимерных цепей — вследствие нагрева, окисления, ультрафиолетового излучения, химического воздействия или потери пластификаторов. Это естественное старение, но оно может ускориться в суровых условиях или при перегрузках. Понимание научных принципов помогает выбирать кабели с более длительным сроком службы, защищать их от негативного воздействия окружающей среды и знать, когда пора их заменить. Гибкий кабель — это счастливый и безопасный кабель.

Ассортимент конкурентоспособной продукции Ruiyang Group включает в себя:

Группа компаний Ruiyang — это многопрофильная промышленная группа, специализирующаяся на проводах и кабелях, энергетическом оборудовании, электромонтажных работах и ​​электротехнических материалах, а также занимающаяся органическим сельским хозяйством. Ruiyang специализируется на исследованиях и разработках, проектировании, строительстве и эксплуатации энергетических решений для новых энергетических отраслей, таких как ветровая, солнечная, атомная энергетика и системы хранения энергии. Основная продукция компании охватывает 30 категорий, включая силовые кабели до 220 кВ, кабели для горнодобывающей промышленности, компьютерные кабели, контрольные кабели, огнестойкие кабели, фотоэлектрические кабели, специальные кабели и кабельную арматуру, с десятками тысяч наименований.

• Низковольтный и высоковольтный силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE).

• Силовой кабель в ПВХ-изоляции

• Кабель с низким дымовыделением и низким содержанием галогенов, огнестойкий.

• Огнестойкий кабель

• Кабель из алюминиевого сплава

• Гибкий кабель кабель

• Воздушный кабель

• контрольный кабель

• Силиконовый резиновый кабель