Aluminiowe kable elektroenergetyczne mogą ulegać uszkodzeniom z następujących powodów: korozja, rozszerzalność cieplna i reakcja aluminium z wodą. Niniejszy artykuł dotyczy tej ostatniej.
Co dzieje się gdy woda wchodzi w kontakt z aluminium?
Woda może wniknąć do kabla podczas transportu, składowania na zewnątrz, operowania kablem, wskutek przypadkowego uszkodzenia kabla albo defektu mufy lub głowicy kablowej. Ze względu na swój wysoki potencjał utleniająco-redukujący (redoks), aluminium reaguje z wodą wytwarzając wodór w postaci gazowej, zgodnie z równaniem: 2Al + 3H2O → 3H2 + Al2O3. Reakcja ta może mieć istotne znaczenie, jeżeli występuje pomiędzy drutami lub skrętkami aluminiowej żyły. Istnieją dowody, że w wyniku takiej reakcji może nastąpić wytworzenie i nagromadzenie znacznej ilości wodoru.
Co wpływa na wydzielanie i gromadzenie się wodoru?
Ilość wodoru, który może zostać wytworzony jest trudna do przewidzenia. Czynnikami, które mogą mieć na to wpływ są:
- całkowita objętość powietrza dostępna w żyle,
- objętość wody zawartej w żyle,
- temperatura żyły,
- dostępność czystego aluminium, które może stykać się z wodą,
- aby reakcja mogła nastąpić, warstwa tlenku aluminium musi zostać przerwana, chemiczne lub mechanicznie, i odsłonić czyste aluminium.
Na czym polega problem?
Wydzielanie się wodoru może prowadzić do powstania wysokiego ciśnienia w kablu i potencjalnie niszczącego rozciągnięcia struktury izolacyjnej kabla. Jeżeli ciśnienie wodoru będzie narastać, to może ono osiągnąć poziom wystarczający do spowodowania deformacji w słabszych częściach systemu takich, jak mufy i głowice kablowe, co prowadzi do powstawania wyładowań niezupełnych, prądów pełzających, a w następstwie do uszkodzenia, a nawet zniszczenia kabla. W przypadku tego mechanizmu uszkodzenia wodór nie zawsze jest rozpoznawany jako przyczyna uszkodzenia, powodem jest brak skutecznych procedur badania przyczyn awarii elektroenergetycznych kabli rozdzielczych.
Jakie jest rozwiązanie?
Najbardziej skutecznym rozwiązaniem jest przede wszystkim zapobieganie przedostawaniu się wody do żył kabla przez zastosowanie promieniowych i wzdłużnych barier przeciwwilgociowych. Tego rodzaju zabezpieczenia jednak nie zawsze są stosowane.
Drugim, równie skutecznym rozwiązaniem, jest stosowanie miedzi zamiast aluminium. Ponieważ miedź nie reaguje z wodą, problem jest tym samym rozwiązany.
Literatura
- G.J.Luzzi, Gas pressure build-up in aluminium conductor cable, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol, PAS-101, No. 6, June 1982.