Feuchtigkeit und Temperatur sind die beiden grundlegenden Umweltfaktoren, die den Isolationswiderstand von leichten Kabeln im Bergbau beeinflussen, die durch die Änderung des physikalischen Zustands, der chemischen Eigenschaften und der leitfähigen Verteilung von Isolationsmaterialien direkt zu regelmäßigen Schwankungen der Widerstandswerte führen und sogar Sicherheitsrisiken verursachen. Seine Auswirkungen sind nicht eine einzige Wirkung, sondern überlappen sich gegenseitig und zeigen sich besonders in besonderen Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit und hohen Temperaturunterschieden.
Der Einfluss der Feuchtigkeit auf den Isolationswiderstand wird hauptsächlich durch die "Einmischung der Feuchtigkeit" erreicht, die in drei Ebenen unterteilt werden kann:
Bildung von oberflächenleitenden KanälenWenn die Luftfeuchtigkeit über 70% liegt, wird die Oberfläche der Isolationsschicht (z. B. Polyvinylchlorid, Neoprene) mit einer kontinuierlichen Wasserfolie verbunden. Diese Schicht löst Staub, Salz und andere Verunreinigungen in der Luft auf und bildet eine leitfähige Lösung, die einem parallelen „Leckschluss“ an der Oberfläche der Isolierschicht entspricht. Die Messung des Isolationswiderstands kann aufgrund des erhöhten Oberflächenleckstroms zu niedrigen Werten führen (möglicherweise 30-50% niedriger als der Trocknungszustand). Ein neues Kabel kann beispielsweise einen Isolationswiderstand von über 1.000 MΩ in trockenen Umgebungen aufweisen, während es bei hoher Feuchtigkeit unter 100 MΩ sinken kann, wenn die Oberfläche nicht sauber ist.
Innere Verschlechterung durch Wasserinfiltration: Wenn das Kabel in der Mine einen Verschleiß der Hülle, eine schlechte Verbindungsdichtung und andere Mängel hat, dringt die Feuchtigkeit allmählich in die Isolationsschicht ein. Bei porösen Isolationsmaterialien (z. B. Naturkautschuk) füllt Feuchtigkeit ihre inneren Lufträume aus, was zu einem erheblichen Rückgang des Volumenwiderstands führt - der Volumenwiderstand kann bei Trocknung bis zu 1014 Ω·cm erreichen und nach Feuchtigkeit unter 108 Ω·cm sinken (mehr als das Millionsfache des Rückgangs). Noch schlimmer ist, dass die Feuchtigkeit mit den Additiven in den Isolationsmaterialien (wie Weichmacher, Stabilisatoren) reagiert und die Alterung des Materials beschleunigt und eine irreversible Isolationsschädigung bildet.
Zerstörung des „Frostmelting Cycle“ bei hoher FeuchtigkeitWenn sich in einer Mine eine Tieftemperaturzone befindet (z. B. eine Straße nahe der Oberfläche), kann die in die Isolationsschicht eindringende Feuchtigkeit wiederholt einfrieren und schmelzen. Volumenausdehnung beim Eisen reißt die Mikrostruktur der Isolationsschicht und bildet mehr Poren; Nach dem Schmelzen dringt die Feuchtigkeit weiter ein und bildet einen Teufelskreis, der schließlich zu einem anhaltenden Rückgang des Isolationswiderstands und sogar zu einem lokalen Bruch führt.
Die Auswirkungen der Temperatur auf den Isolationswiderstand zeigen eine signifikante "negative Korrelation", d.h. die Temperatur steigt, der Widerstandswert sinkt, und der spezifische Mechanismus ist wie folgt:
Verschärfte molekulare Wärmebewegung führt zu einer erhöhten LeitfähigkeitDie Isolationseigenschaften von Isolationsmaterialien hängen von der Bindungsfähigkeit der molekularen Struktur an die Elektronen ab. Wenn die Temperatur steigt (z. B. über 40 ° C), verschärft sich die molekulare Wärmebewegung und die freien Elektronen innerhalb der Isolationsschicht sind leichter, sich von der Bindung zu befreien, um sich in Richtung zu bewegen, was zu einem Rückgang der Widerstandsraten führt. Zum Beispiel hat ein Bergbaukabel von 0,3/0,5 kV einen Isolationswiderstand von 500 MΩ bei 20 °C und kann bei 60 °C unter 100 MΩ sinken (bis zu 80 %). Diese Veränderung ist bei Gummi-Isolierstoffen deutlicher, da ihre hohe Temperaturbeständigkeit schwächer ist als bei Kunststoffen.
Hochtemperaturbeschleunigte Materialalterung und chemischer AbbauLangfristig in einer Umgebung von mehr als 30 ° C wird das Isoliermaterial (insbesondere Gummi) durch die Oxidationsreaktion die Alterung beschleunigen, Härtung, Riss und andere Phänomene auftreten. Gleichzeitig wird die hohe Temperatur dazu führen, dass niedermolekulare Substanzen (wie Weichmacher) in der Isolationsschicht flüchtigen, was zu einer Entspannung der Materialstruktur, einer Erhöhung der Poren und einer weiteren Verringerung des Isolationswiderstands führt. Wenn das Kabel in der Nähe des Gerätekühlers oder der Hochtemperatur-Steinwand liegt, kann die lokale Temperatur über 70 ° C liegen, und der Isolationswiderstand kann innerhalb von Monaten unter die Sicherheitsschwelle (0,5 MΩ) sinken.
Indirekte Auswirkungen der „Zerbrechlichkeitssteigerung“ bei niedrigen TemperaturenObwohl eine niedrige Temperatur den Isolationswiderstand leicht erhöht (die Molekülbewegung verlangsamt, die Elektronenbindung verstärkt), kann es dazu führen, dass das Isolationsmaterial gebrochen wird. Bei häufiger Bewegung oder Biegung der Kabel kann die zerbrechliche Isolationsschicht anfällig für Risse sein, die stattdessen Bedingungen für das Eindringen von Feuchtigkeit schaffen, was indirekt zu einem starken Rückgang des Widerstands unter dem Einfluss der anschließenden Feuchtigkeit führt.
In der realen Umgebung der Mine sind hohe Feuchtigkeit und hohe Temperaturen oft gleichzeitig vorhanden, und die Zusammenarbeit der Schädigung des Isolationswiderstands ist viel größer als ein einzelner Faktor:
Hohe Temperaturen verringern die Wasserbeständigkeit des Isolationsmaterials, wodurch Feuchtigkeit leichter in das Innere eindringt;
Unter hoher Feuchtigkeit verdampft sich Wasser bei hohen Temperaturen leichter und verbreitet sich durch die Mikroporen der Isolationsschicht, um den Befeuchtungsbereich zu erweitern;
Zum Beispiel in einer Umgebung mit 40 ° C und einer Luftfeuchtigkeit von 90% fällt der Kabel-Isolationswiderstand 3-5 Mal so schnell wie in einer Umgebung mit 20 ° C und einer Luftfeuchtigkeit von 60% und ist anfälliger für einen lokalen Bruch.
Die zentrale Wirkung der Feuchtigkeit ist die „Einführung von leitfähigen Medien“ (Wassermembran, Auflösung von Verunreinigungen) und die Zerstörung der Materialstruktur, während die zentrale Wirkung der Temperatur die „Verbesserung der Leitfähigkeit“ (Molekülbewegung) und die Beschleunigung der Materialalterung ist, die eine Teufelskreis bildet. Daher muss die Isolationswiderstandsprüfung von Mining-Leichtkabeln mit der Aufzeichnung der Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit kombiniert werden, anstatt nur einen einzelnen Wert zu betrachten - der "Qualifizierungswert" des gleichen Kabels in einer trockenen, niedrigen Temperaturumgebung kann bereits in einer hohen, feuchten und hohen Temperaturumgebung zu einem "Gefahrenwert" gehören. Im täglichen Schutz muss neben der regelmäßigen Inspektion auch der Erosionsweg der Isolierschicht durch die Stärkung der Dichtung, die Vermeidung von Hitzekontakt und die rechtzeitige Reinigung von Oberflächenschutzmitteln blockiert werden.
Dieser Artikel wurde von AI erstellt