┌───────────────┬─────────────────────┬────────────────────────────────────────────────────────────┐

Критерии установлены по показателям температуры и влажности воздуха (далее - температура и влажность), включая их сочетания, как наиболее представительным для всех технических изделий.

Разграничительные линии на черт. 1 устанавливают диапазоны значений сочетания "среднегодовая относительная влажность - среднегодовая температура", которое является критерием для разграничения типов климатов и для климатического районирования по воздействию температуры и влажности на технические изделия. Установлены пять диапазонов указанных сочетаний, представляющих собой классификационные группы, обозначенные номерами от 1 до 5, при этом жесткость воздействия уменьшается с увеличением номера. Линии, отделяющие один диапазон от другого, установлены на основе одинаковости воздействия в течение длительного периода (по крайней мере в течение года) сочетания "относительная влажность - температура" на большинство технических изделий и материалов. Степень уменьшения жесткости воздействия сочетания "среднегодовая относительная влажность - среднегодовая температура", соответствующего одной линии, по отношению к воздействию указанного сочетания, соответствующего соседней линии, составляет 1,6 для одинаковой степени влагозащиты изделий (с 65%-ми доверительными пределами).

Диапазон значений, в котором находится фактическое значение сочетания "среднегодовая относительная влажность - среднегодовая температура" для данного географического пункта, является ограничительным для отнесения данного географического пункта к соответствующему типу климата (в части длительного воздействия атмосферной влажности).

2. Для использования технических изделий в нескольких географических районах с различными типами климатов последние группируют по типам макроклиматов следующим образом*:

- антарктический холодный (АХЛ, АС), ограниченный антарктическим холодным типом климата;

- холодный (ХЛ, С), объединяющий типы климатов: экстремальный холодный (ЭХл, ЕС) и холодный (Хл, С);

- умеренный (У, Т), объединяющий типы климатов: холодный умеренный (ХлУ, СТ), теплый умеренный (ТпУ, WT), теплый сухой умеренный (ТпСУ, WDr T);

- тропический влажный (ТВ, TrDa), объединяющий типы климатов: теплый влажный (ТпВ, WDa) и теплый влажный равномерный (ТпВР, WDaE);

- тропический сухой (ТС, TrDr), объединяющий типы климатов: мягкий теплый сухой (МгТпС, WWDr), экстремальный теплый сухой (ЭТпС, EWDr) и теплый переходный (ТпПр, WTs);

- умеренно-холодный морской (М, М), объединяющий типы климатов: умеренный морской (УМ, ТМ) и холодный морской (ХлМ, СМ);

- тропический морской (ТМ, Tr M), ограниченный тропическим морским типом климата.

В составе типа умеренного макроклимата выделяют подтип макроклимата теплый умеренный (ТУ, WT), объединяющий типы климатов: теплый умеренный (ТпУ, WT) и теплый сухой умеренный (ТпСУ, WDrT).

3. Для более универсального применения изделий по сравнению с указанным в п. 2 настоящего приложения устанавливают следующие группы макроклиматов:

- умеренно-холодный (УХЛ, ТС), объединяющий макроклиматы: умеренный (У, Т) и холодный (ХЛ, С);

- тропический (Т, Тг), объединяющий макроклиматы: тропический влажный (ТВ, TrDa) и тропический сухой (ТС, TrDr);

- общемировой (О, WW), объединяющий все типы макроклиматов, кроме антарктического холодного (АХЛ, АС) и морских (М и ТМ, М и ТгМ);

- общеклиматический морской (ОМ, UM), объединяющий макроклиматы: умеренно-холодный морской (М, М) и тропический морской (ТМ, ТгМ);

- всеобщий (В, U), объединяющий все макроклиматы, кроме антарктического холодного (АХЛ, АС).

______________________________

* В скобках приведены русские и английские условные обозначения соответственно.

Обоснование требований к изделиям в части воздействия влажности воздуха

1. Действие влажности воздуха (как внешнего воздействующего фактора) на изделия и материалы учитывают при интерпретации климатических данных для технических целей и задании требований к изделиям по влажности, выборе режима испытаний изделий, расчете влагозащиты изделий на период их эксплуатации или на период хранения и транспортирования, выборе оптимальных правил технического обслуживания изделий в эксплуатации. Во всех этих случаях принимают во внимание следующее:

а) действие влажности на громадное большинство изделий связано со сравнительно продолжительными процессами диффузии или электрохимическими процессами;

б) в естественных условиях на изделия воздействует переменная влажность.

Поэтому в первую очередь следует учитывать не верхние, а эффективные значения влажности и температуры. Такие значения влажности учитывают при оценке параметров изделий, связанных со сравнительно длительными процессами (изменением сопротивления, емкости, электрической прочности полимерной изоляции; процессами набухания, старения, коррозии, электролиза, гидролиза). Однако, поскольку некоторые быстроразвивающиеся процессы (например для диэлектриков - изменение напряжения перекрытия или токов утечки по поверхности) зависят от верхнего значения влажности, в требованиях приводят также верхние значения.

2. В общем виде действие влажности на изделия при их эксплуатации и хранении определяется ее действием на металлы и полимерные материалы. Результат действия влажности на металлы определяется в основном необратимыми процессами (коррозия, иногда - электролиз), на полимерные материалы - как обратимыми процессами (например диффузия), так и необратимыми (старение). При этом в необратимых процессах совместно с температурно-влажностным комплексом участвует агрессивная среда (например промышленные загрязненные атмосферы).

3. Исследования влияния значений влажности и температуры, а также концентрации агрессивной среды на сроки службы и сохраняемости изделий или материалов (далее - сроки L), определяемого влиянием этих значений на скорости указанных химических и физических процессов [1] - [3], позволяют сделать вывод о том, что это влияние может быть определено по формуле (4) (п. 6.2).

Это соотношение может служить математической моделью долговечности и сохраняемости изделий или материалов [4].

4. При использовании указанной в п. 3 настоящего приложения модели необходимо учитывать следующие ограничения: при изменении температуры, влажности или концентрации агрессивной среды может происходить изменение доминирующего процесса, определяющего возникновение отказа, в связи с чем изменяется энергия активации или порядок процесса. В этом случае математическая функция, определяемая по формуле (4) (п. 6.2), теряет непрерывность, и модель может быть применена отдельно в каждом из диапазонов значений климатических факторов, разграниченных областями потери непрерывности, так что приходится дополнительно экспериментально определять эти "критические области". Однако реально считаться с этой возможностью приходится при ускоренных испытаниях и значительных пределах экстраполяции. Маловероятно, чтобы эти изменения оказывали влияние в диапазонах изменения температуры и влажности, встречающихся в эксплуатации. Исключение могут составлять коррозионные процессы, когда значения коэффициентов математической модели могут изменяться при переходе через значение критической влажности (75-80%, для некоторых случаев - 60-40%). Снижению этой вероятности способствует и то, что в процессе конструирования изделий стараются подобрать такие материалы, которые по априорным данным не обладают резкими изменениями свойств в предполагаемых условиях эксплуатации. По этим причинам в диапазонах эксплуатационных значений внешних факторов чрезвычайно редко приходится считаться с возможностью изменения этих коэффициентов.

5. Значения показателей температуры и влажности (а также концентрации агрессивной среды), полученные при периодических наблюдениях за изменением этих значений в естественных условиях, могут быть обобщены с помощью эффективных значений температуры [4], [5], влажности и концентрации агрессивной среды , определяемых по формулам (1) - (3) (п. 6.2).

Эти соотношения получены из предположения, что сумма долей износа изделия или материала (1/L по формуле (4) при переменных значениях воздействующих факторов (температуры, влажности, концентрации агрессивной среды) равна износу изделия или материала при эффективном значении фактора.

6. По результатам исследований ряда разнородных материалов и изделий [1], [2], [6] - [9], [15] установлено, что при воздействии (в сочетании с температурой) влажности в атмосферных условиях наиболее вероятные значения лежат в пределах 40-125 кДж/моль (10-30 ккал/моль), а значения коэффициента n - в пределах 2-8.

При этом полученные экспериментальные значения, как правило, составляли:

- значения : для разрушения в агрессивных средах - 40-63 кДж/моль (10-15 ккал/моль), для воздействия влажности на электрическую изоляцию и полиэтиленовую упаковку - 63 кДж/моль (15 ккал/моль), для термоокислительного старения электрической изоляции - 75 - 125 кДж/моль (18-30 ккал/моль); для коррозии стали и некоторых других металлических материалов и покрытий - 30 - 67 кДж/моль (7-16 ккал/моль) (по результатам испытаний в естественных условиях [16]);

- значения n: для разрушения в агрессивных средах - 2-4, для влагопроницаемости через полиэтиленовую пленку и малополярные электроизоляционные компаунды - ~4, 5, для изоляций с пропитываемыми обмотками и сильноточных электротехнических изделий - 7-8; для коррозии цинка и кадмия в диапазоне 90 - 95% влажности - 8 - 9 [16], [19], [20], при меньшей влажности и для некоторых металлов коэффициенты ниже вплоть до значений 1,5-2.

7. Были проведены расчеты эффективных значений температуры и влажности для ряда представительных пунктов в различных макроклиматических районах земного шара и сравнения этих значений со средними годовыми значениями температуры и влажности с использованием данных о суммарной продолжительности сочетаний температуры и относительной влажности воздуха согласно [10]-[14]. На основании расчетов и сравнений был сделан вывод о том, что каждый тип климата в принципе обладает особенностями распределения значений температурно-влажностного комплекса, которые позволяют получить простые эмпирические соотношения, связывающие эффективные значения со среднегодовыми. Эти соотношения дают с доверительной вероятностью до 0,95 удовлетворительные результаты в пределах естественных среднегодовых значений. Такие обобщенные соотношения для отдельных значений и n (большинство случаев) приведены в табл. 9б (п. 6.4.2). Иными словами, существует четкая корреляция между среднегодовыми значениями температуры и влажности и влиянием на свойства технических изделий длительно воздействующих переменных природных значений влажности и температуры, наблюдаемых в конкретном районе.

Различия между отдельными материалами и изделиями выражаются в различиях значений постоянных поправок, которые надо прибавлять к среднегодовым значениям температуры и влажности, чтобы получить конкретные эффективные значения указанных факторов. Таким образом, значения сочетания "среднегодовая относительная влажность - среднегодовая температура" являются наиболее объективным представительным метеорологическим показателем, на котором должно базироваться климатическое районирование для учета воздействия влажности на технические изделия, сооружения и материалы (и который, в свою очередь, отражает особенности данного района).

Приведенные соображения не противоречат необходимости для конкретных параметров изделий или материалов пользоваться другими конкретными значениями. Например, для параметров коррозии металлов имеет большое значение годовая продолжительность пребывания конденсационной или фазовой пленки влаги на металле. Учитывая при этом, что фактическая продолжительность пребывания пленок (особенно фазовой) может существенно отличаться от измеренной стандартными методами, так как зависит от материала (металл, пленка окисла, краска), от шероховатости поверхности, иногда от конфигурации детали, можно принять, что во многих случаях указанная продолжительность также связана со среднегодовыми значениями относительной влажности.

Действие влажности на некоторые материалы (например иногда на лакокрасочные покрытия) учитывают только в весенне-летне-осенний период (например только при температурах выше 0°C).

Для того чтобы оценить возможность унификации способов расчета, эффективные значения температуры и влажности определяли для некоторых пунктов районов с холодным и умеренным климатами с учетом и без учета зимнего периода года. Полученные эффективные значения оказались практически одинаковыми, так как при низкой температуре резко снижается действие влажности. Поэтому и в таких случаях проще брать за базу для расчета среднегодовые значения.

8. Свойства изделия противостоять влиянию влажности в сочетании с температурой, характерные для тех или иных условий эксплуатации, в конечном итоге могут быть выражены продолжительностью влагозащиты данного изделия. Под продолжительностью влагозащиты понимают такую продолжительность непрерывного воздействия постоянных и переменных значений влажности, в течение которой параметры изделий (или системы электрической изоляции), определяемые влиянием влажности внешней среды, превышают установленные критические значения в условиях эксплуатации или испытаний (это соответствует сроку L в формуле (4) п.6.2).

Продолжительность влагозащиты целесообразно выражать не в абсолютных, а в относительных единицах, например в виде отношения продолжительности влагозащиты данной конструкции при выбранных значениях влажности и температуры к продолжительности влагозащиты этой же конструкции при 25°C и 98-100% относительной влажности (приведенная продолжительность влагозащиты К)

В этом случае из результатов исследований в значительной степени устраняется фактор влияния формы конструкции [1].

Приведенная продолжительность влагозащиты К представляет собой обобщающий показатель (параметр) стойкости изделий к воздействию сочетания "влажность - температура" и может быть использована как обобщенный показатель для классификации условий эксплуатации по их воздействию на технические изделия.

9. Проанализировав данные определения параметра К для многих географических пунктов в разных типах климатов и для указанных выше типичных значений коэффициентов и n, в том числе приведенных в [22], и приняв для крупномасштабного обобщения одинаковые ступени нарастания жесткости для классификационных групп, установили обобщенный критерий классификации климатов земного шара по влиянию влажности на технические изделия. При этом оказалось, что отношения параметров К, определенные для крайних граничных значений четырех групп климатических диапазонов - для верхних границ наиболее увлажненных и наиболее сухих районов, - составляют 6,5 - 7 для одного из типичных значений n = 4,5 и 10-11 для другого типичного значения n = 8, отношения для n = 2 практически совпадают с отношениями для n = 4,5.