Czy przewodniki starzeją się przy rozsądnym obciążeniu elektrycznym?

20

Stale konstrukcyjne są podatne na uszkodzenia zmęczeniowe - stają się strukturalnie słabsze, gdy są poddawane powtarzającym się naprężeniom mechanicznym.

Czy istnieje podobny proces dotyczący przewodów, który sprawia, że ​​są mniej użyteczne, gdy przewodzą prąd wystarczająco długo?

Innymi słowy, załóżmy, że mam stary transformator, który służył powiedzmy 30 lat. Nadal działa dobrze (nie wypalił się, krótko, ani nic takiego), ale jest już dość stary. Oczekuję, że izolacja drutu magnetycznego będzie słabsza z powodu ogrzewania przez te wszystkie lata. Spodziewam się również, że izolacja płyt rdzeniowych będzie słabsza.

Co z samymi przewodami? Czy aluminium lub miedź w nich będą się różnić od tego, co znajdę w nowszych drutach?

sharptooth
źródło
Właściwie właściwie załadowana stal (poniżej granicy Hookean) nie męczy się. Z drugiej strony aluminium będzie się ostatecznie męczyć, bez względu na to, jak niskie będzie obciążenie mechaniczne. (Nie znam podobnego mechanizmu w przewodach, chociaż wytwarzane ciepło może wpływać na właściwości mechaniczne, takie jak wyżarzanie miedzi, a stopy aluminium mają wysoce złożone reakcje na cykle grzewcze)
Brian Drummond
Prawdopodobnie będzie miał warstwę tlenkową, o którą nikt nie będzie dbał.
PlasmaHH
1
Jako osobiste doświadczenie miałem do zeszłego tygodnia 20-letniego transformatora 220 V -> 110 V, do użytku domowego, który dawał 130 V. Okazuje się, że nieco rozszerzył swoją długość cewki. Więc tak, być może sam drut nie „starzeje się”, ale jeśli zespół nie może go trzymać w nieskończoność, możesz mieć pewne problemy.
Kroltan
Dobre pytanie. Wszystkie odpowiedzi wydają się przydatne. | Możliwy punkt danych: szczury wydają się lubić PVC przed innymi tworzywami sztucznymi. Ponieważ kable TPS są zwykle PCW, są to potencjalne źródła żywności dla stawki. Niektóre inne tworzywa wydają się wcale ich nie przyciągać. Zwykle nie jest to problem z transformatorami. Niektóre bardzo stare transformatory zwykle używały szelaku na drutach. Kruszy się, gdy jest zakłócony, ale może być OK, jeśli nie zostanie przeniesiony. |
Russell McMahon

Odpowiedzi:

13

Poniżej znajduje się interesujący dokument na temat starzenia się kabli przewodzących w elektrowniach jądrowych .

Na stronach 20 i 21, w tabeli opisującej czynniki naprężeń ( stresory ) elementów kabli , można znaleźć możliwe przyczyny uszkodzeń przewodów.

Możesz zauważyć, że w żaden sposób materiał przewodnika (aluminium, miedź) nie starzeje się sam z siebie, ale stwarza problemy podczas interakcji z innymi „czynnikami”. Prosty akt przewodzenia prądu nie jest szkodliwy, chyba że powoduje naprężenia termiczne lub mechaniczne na kablu (nie na materiale).

Jeśli chodzi o sam materiał, miedź stosowana w przewodnikach budowlanych jest wyjątkowo czysta, więc nie ulega degradacji, chyba że zostanie wystawiona na działanie czynników wywołujących reakcję chemiczną (np. Utlenianie, korozję) lub reakcję jądrową (metale narażone przez długi czas na działanie ciężkich Promieniowanie, zwłaszcza neutrony, ulega zmianie ich właściwości fizycznych, ponieważ atomy w kracie krystalicznej mogą być mutowane w inne izotopy lub nawet w inne pierwiastki.

Lorenzo Donati wspiera Monikę
źródło
17

Jeśli pytanie dotyczy małych transformatorów, powyższe odpowiedzi są wystarczające.

Jeśli chodzi o duże transformatory, tj. Transformatory mocy zanurzone w oleju - to zupełnie inna gra.

Metalowe przewodniki w transformatorze nie pogarszają się z wiekiem, ale izolacja tak. Transformatory mocy są zbudowane z papierowej izolacji, która ma ograniczony okres użytkowania. Celuloza w papierze degraduje się podczas normalnego ogrzewania i staje się mechanicznie słaba; dodatkowo degradacja celulozy uwalnia wodę, co obniża wytrzymałość dielektryczną oleju.

Szybkość rozkładu jest wykładniczy ze wzrostem temperatury (patrz 1 jakiegoś dyskusji). Wierzę transformatory są zwykle projektowane w celu osiągnięcia 25 lub 40 roku życia z nominalnym obciążeniu.

Wszystko to znaczy - metalowe przewody w starym transformatorze będą w porządku - ale strzeż się starej izolacji .

Li-aung Yip
źródło
1
Nie ma odpowiedzi „powyżej” ... teraz.
JYelton
16

Nie w transformatorze - nie powinno być żadnych zmian, chyba że transformator był nadużywany.

106107dom2)

Cienkie druty mogą czasem ulec zniszczeniu z powodu chemikaliów w środowisku - widziałem, jak drobne cewki miedziane zawodzą w obecności (gazowej) siarki lub związków siarki dostających się do dziur w izolacji (rodzaj czarnej plagi).

Spehro Pefhany
źródło
3
W przypadku oczyszczalni ścieków, w których unosi się dużo H2S (siarkowodoru), cała elektronika musi być zamówiona z odpowiednią powłoką dla zapewnienia odporności na korozję.
Li-aung Yip
1
Co z cyklicznymi zmianami temperatury ze względu na zmienny prąd w skali godzin lub większej (pytanie nie jest jasne, ale nadal)?
Peter Mortensen
Cewki @PeterMortensen (szczególnie te w doniczkach), które są narażone na szerokie cykle termiczne (od samonagrzewania lub wahań temperatury otoczenia) wydają się często zawodzić.
Spehro Pefhany
8

Jak wspomniano powyżej, twój transformator powinien być w porządku, chyba że jest przeciążony. Niewielkie przeciążenie, wytwarzające nadmierne ciepło, zniszczy izolację i może doprowadzić do zwarcia zwojów. Poważne przeciążenie spowoduje całkowite spalenie jednego z uzwojeń.

Same przewodniki nie pogarszają zdolności do przewodzenia prądu o dowolnej pojemności, o ile działają w zakresie swoich wartości znamionowych. Ponownie, przepuszczenie 1000 amperów przez kawałek miedzi nr 30 nie będzie działać długo, ale to dlatego, że ogrzewanie stopi przewodnik.

Pierwotny rodzaj awarii przewodów, czy to aluminium, miedź, czy cokolwiek innego, oznacza awarię środowiskową systemów izolacyjnych, lub w przypadku kabli izolowanych od średniego do wysokiego napięcia (15KV do 345KV) niewłaściwa instalacja, zwykle nie przestrzegając minimalnego dopuszczalnego zgięcia promień.

Z punktu widzenia ochrony środowiska najczęstszą przyczyną uszkodzenia kabla izolowanego jest ekspozycja na światło ultrafioletowe, a sekunda narażenia na działanie olejów lub innych chemikaliów, które niszczą płaszcz izolacyjny. Bardzo rzadko mogą wystąpić awarie z powodu wtargnięcia wody, ale znowu, to nie jest tak naprawdę awaria przewodnika, a raczej system izolacji.

Reasumując, istnieje możliwość rzeczywistej awarii przewodu, ale nie uważam, aby była to prawdziwa awaria przewodu osobiście, spowodowana niewłaściwą instalacją prowadzącą do działania galwanicznego lub korozji (pomyśl, że przewody na zacisku akumulatora samochodowego skorodują z kwas lub miedź wytwarzająca typową zieloną patynę po wystawieniu na działanie słonej wody). Te awarie prawie zawsze zdarzają się w punkcie połączenia i są wynikiem złych lub niewłaściwych połączeń.

R Drast
źródło
1
Odnośnie działania galwanicznego - dotyczy to zwłaszcza łączenia aluminium z miedzią, tj. Przy przejściach między liniami napowietrznymi Al a podziemnymi kablami Cu. Potrzebne są specjalne akcesoria do połączenia różnych metali. Doszło nawet do tego, że musisz mieć dwie oddzielne szczotki ścierne - jedną do czyszczenia miedzi i jedną do czyszczenia aluminium - nie mieszaj ich, ponieważ cząstki aluminium dostaną się do połączenia miedzianego i spowodują złe połączenie!
Li-aung Yip
1
Argumentowałbym również, że szkodniki (szczury, termity) są przyczyną nr 1 awarii kabla, znacznie wyprzedzając promieniowanie UV i szkodliwe chemikalia.
Li-aung Yip
@ Li-aungYip Możliwy punkt danych: szczury wydają się lubić PVC przed innymi tworzywami sztucznymi. Ponieważ kable TPS są zwykle PCW, są to potencjalne źródła żywności dla stawki. Niektóre inne tworzywa wydają się wcale ich nie przyciągać.
Russell McMahon