متطلبات وتأثيرات الظروف البيئية الخاصة على عزل المحركات

يمكن تصنيف الظروف البيئية الخاصة بالمحركات إلى فئتين رئيسيتين بناءً على طبيعة العوامل البيئية: البيئات المناخية الطبيعية والبيئات الصناعية. تشمل البيئات المناخية الطبيعية بشكل رئيسي البيئات الاستوائية والبحرية والباردة وتحت الأرضية والهضاب؛ بينما تشمل البيئات الصناعية بشكل رئيسي البيئات المسببة للتآكل والبيئات القابلة للانفجار ودرجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة والضغوط المرتفعة والمنخفضة والجسيمات الصلبة والغبار والإشعاع عالي الطاقة والأحمال الميكانيكية الخاصة، وما إلى ذلك. تأثير هذه البيئات الخاصة على عزل المحرك.

تأثير درجة الحرارة

بسبب تأثير درجة الحرارة المحيطة المرتفعة على تبديد حرارة المحرك، تنخفض قدرته الناتجة. كما أن التأثير القوي للحرارة العالية والأشعة فوق البنفسجية يُسرّع من تآكل مواد العزل. في المناطق الجافة والحارة، قد تنخفض الرطوبة النسبية إلى 3%. وتتسبب الحرارة المرتفعة والجفاف في جفاف مواد العزل وتجعدها وتشوهها وتشققها. كما أن الحرارة المرتفعة تُؤدي إلى فقدان مادة التغليف. أما درجات الحرارة المنخفضة فتُؤدي إلى تصلب المطاط والبلاستيك، وهشاشتهما، وتشققهما، وتجمد زيت التشحيم وسائل التبريد.

تأثير الرطوبة العالية

قد تؤدي الرطوبة النسبية العالية إلى تكوّن طبقات رقيقة من الماء على السطح. وعندما تتجاوز الرطوبة 95%، تتكثف قطرات الماء داخل المحرك، مما يجعل الأجزاء المعدنية عرضة للصدأ، وشحوم التشحيم عرضة لامتصاص الرطوبة والتلف، وبعض مواد العزل عرضة للتورم نتيجة امتصاص الرطوبة أو تصبح لينة ولزجة. ويتدهور الأداء الميكانيكي والكهربائي، ويزداد خطر انهيار العزل وحدوث شرارة كهربائية على السطح.

تأثير العفن

في بيئة ذات درجة حرارة ورطوبة عاليتين، يزداد احتمال نمو العفن. ويمكن لإفرازات العفن أن تتسبب في تآكل المعادن والمواد العازلة، مما يؤدي إلى تسارع تلف العزل وحدوث حوادث قصر الدائرة الكهربائية.

جزيئات الغبار والرمل

يشير الغبار (بما في ذلك الغبار الصناعي) إلى جزيئات يتراوح قطرها بين 1 و150 ميكرومترًا؛ أما غبار الرمل فيشير إلى جزيئات الكوارتز التي يتراوح قطرها بين 10 و1000 ميكرومتر. عندما تتراكم رواسب الغبار والرمل على سطح العزل، فإنها تُسبب انخفاضًا في أداء العزل الكهربائي نتيجة امتصاص الرطوبة، كما أن الغبار الموصل للكهرباء يزيد من احتمالية حدوث تسرب في العزل أو حوادث قصر الدائرة. يميل كل من الغبار الحمضي والقلوي المُسبب للتآكل إلى التميع، مما يُؤدي إلى تآكل المكونات المعدنية وأجزاء العزل. عند دخول الغبار والرمل إلى المحرك، يُمكن أن يُسبب ذلك أعطالًا ميكانيكية وتآكلًا في المكونات. في حال كانت الكمية كبيرة، فإنها ستسد قناة التهوية وتؤثر على التهوية وتبديد الحرارة. لذلك، بالنسبة للمحركات المستخدمة في المناطق الصناعية المُغبرة والمناطق الخارجية المُغطاة بالرمل والغبار، يجب اتخاذ تدابير لمنع دخول الرمل والغبار.

تأثير رذاذ الملح

عندما تضرب الأمواج العاتية في المحيط الشاطئ الصخري، تتناثر قطرات الماء وتتحول إلى ضباب كثيف ينتشر في الهواء. تُعرف هذه الجزيئات السائلة العالقة من الكلوريد في الهواء باسم ضباب الملح. يُشكّل ضباب الملح طبقةً من الإلكتروليت على الأسطح العازلة والمعدنية، مما يُسرّع عملية التآكل ويؤثر سلبًا على أداء العزل. على سبيل المثال، قد يتسبب في حدوث تفريغ كورونا وزيادة في تيار التسرب.

مخاطر الحشرات والكائنات الصغيرة

في المناطق الاستوائية، يكون الضرر الناجم عن الحشرات والكائنات الصغيرة بالغًا. فمن جهة، تبني هذه الحشرات أعشاشها داخل الآلات الكهربائية وتترك جثثها، مما يتسبب في انسدادات ميكانيكية؛ ومن جهة أخرى، تقضم مواد العزل أو تستهلكها، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي. وتُعدّ النمل الأبيض والنمل الذي يتغذى على الخشب والفئران والثعابين من أكثرها ضررًا.

غاز أكّال

في مواقع الإنتاج بالصناعات الكيميائية (بما في ذلك المناجم والأسمدة والأدوية والمطاط وغيرها)، توجد كميات كبيرة من الغازات مثل الكلور، وكلوريد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، والأمونيا، وكبريتيد الهيدروجين، وغيرها. ورغم أن تآكلها يكون ضئيلاً نسبياً في الهواء الجاف (بنسبة خلط نسبية قصوى أقل من 70%)، إلا أنها تُشكّل رذاذاً حمضياً أو قلوياً مُسبباً للتآكل في الهواء الرطب. عموماً، عندما لا تصل الرطوبة النسبية للهواء إلى التشبع، ويحدث تكثف على سطح المنتج، يتسارع تآكل الأجزاء والمكونات المعدنية وتدهور أداء العزل بشكل كبير. لذا، يعتمد تأثير الغازات المُسببة للتآكل على المنتجات الميكانيكية على رطوبة الهواء، ونوع الغازات المُسببة للتآكل، وتركيزها.

الضغط الجوي

في المناطق المرتفعة (أكثر من 1000 متر)، يؤدي انخفاض كثافة الهواء مع ازدياد الارتفاع إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك وانخفاض قدرته. كما ينخفض ​​جهد بدء التشغيل في محركات الجهد العالي تبعًا لذلك. وإذا استمر تشغيل المحرك مع وجود هذه الظاهرة لفترة طويلة، فسيؤثر ذلك على عمره الافتراضي وعلى سلامة تشغيله. إضافةً إلى ذلك، تؤثر تغيرات الارتفاع بشكل كبير على عملية التبديل في التيار المستمر وتآكل الفرش. ففي الأجواء التي تفتقر إلى الرطوبة والأكسجين (وخاصةً الرطوبة)، يتباطأ معدل تكوّن طبقات أكسيد النحاس على سطح التبديل، وهو ما لا يعوض التآكل، مما يؤدي إلى تدهور عملية التبديل وزيادة تآكل الفرش.

طاقة عالية

يمكن للأشعة عالية الطاقة (مثل الإلكترونات والبروتونات وأشعة غاما الناتجة عن الإشعاع النووي) أن تُسبب انزياح ذرات المادة، مما يؤدي إلى عيوب في الشبكة البلورية وتكوين أزواج ذرية من الفراغات والفجوات، وبالتالي إلحاق الضرر الإشعاعي ببنية المادة. بالإضافة إلى ذلك، عند تعرض المادة للإشعاع، تنفصل الإلكترونات عن مداراتها، مُولِّدةً أزواجًا من الإلكترونات والفجوات، مما يجعل المادة عُرضةً للتأين. يعتمد تأثير الإشعاع على المواد العازلة على نوع الإشعاع وجرعته (المُعبَّر عنها بمعدل الجرعة أو قيمة الجرعة التراكمية)، وطيف طاقة الإشعاع، وخصائص المادة العازلة المُشعَّعة، ودرجة حرارة البيئة. يُلحق الإشعاع الضرر بشكل رئيسي بالمواد العازلة، وتتأثر الخصائص الميكانيكية للمواد العازلة العضوية بشكل أكبر. تبلغ جرعة الإشعاع المسموح بها للمواد العازلة 10 رونتجن. ومع ذلك، تتمتع المواد العازلة غير العضوية بمقاومة إشعاعية أفضل، مثل الكوارتز والميكا، والتي يمكنها تحمل جرعة إشعاعية مسموح بها تزيد عن 10 رونتجن.

القوة الميكانيكية

يمكن أن تتسبب أحمال الضغط العالي والصدمات والاهتزازات بسهولة في حدوث أضرار ميكانيكية للمكونات المعدنية وهياكل العزل الخاصة بالمحرك.