تأثیر یک-پایین ولتاژ بالا بر عایق داخلی MgO بخاری PTFE چیست؟

یک بخاری غوطه وری PTFE ممکن است سال ها در داخل یک حمام آبکاری تهاجمی به طور قابل اعتماد کار کند و انرژی الکتریکی را بی سر و صدا به گرمای فرآیند پایدار تبدیل کند. سپس، در کسری از میکروثانیه، یک جریان الکتریکی خشن از سیم‌کشی تاسیسات عبور می‌کند. یک موج سوئیچینگ از یک استارت موتور بزرگ، یک اختلال در شبکه برق یا یک برخورد صاعقه در نزدیکی، یک پالس اضافه ولتاژ کوتاه اما شدید را مستقیماً به مدار بخاری می فرستد.

ممکن است غلاف PTFE خارجی بخاری دست نخورده به نظر برسد. سیم مقاومت نیکروم ممکن است همچنان از نظر فیزیکی دست نخورده باقی بماند. با این حال، در اعماق عنصر، سنبله الکتریکی شدید می تواند عایق فشرده اکسید منیزیم را در اطراف هادی گرمایش از بین ببرد. در داخل پودر متراکم MgO، یک قوس الکتریکی میکروسکوپی ممکن است یک مسیر رسانای دائمی را مستقیماً به سمت هسته زمین گرم کن ایجاد کند.

در دنیای خرابی بخاری PTFE عایق ولتاژ MgO، آسیب اغلب آنی، نامرئی و غیرقابل برگشت است.

نقش MgO در داخل یک بخاری PTFE
اکسید منیزیم که معمولاً MgO نامیده می شود، سیستم عایق الکتریکی داخلی اولیه را در بسیاری از طرح های بخاری غوطه وری تشکیل می دهد.

این ماده چندین عملکرد حیاتی را به طور همزمان انجام می دهد:

سیم گرمایش نیکروم را به صورت الکتریکی ایزوله می کند

گرما را به طور موثر به غلاف هدایت می کند

پشتیبانی مکانیکی برای هادی را حفظ می کند

دمای عملیاتی بالا را تحمل می کند

در داخل بخاری، پودر فشرده شده MgO سیم مقاومت را به طور متراکم احاطه می کند و یک مسیر حرارتی بسیار کارآمد ایجاد می کند و در عین حال از تماس الکتریکی بین هادی پر انرژی و ساختار هسته فلزی زمین شده جلوگیری می کند.

تحت ولتاژ کاری معمولی، MgO به عنوان یک عایق فوق العاده خوب عمل می کند.

چرا نوک ولتاژ خطرناک است
هر ماده عایق دارای استحکام دی الکتریک محدودی است. این رتبه بندی دی الکتریک حداکثر میدان الکتریکی را که ماده می تواند قبل از وقوع شکست الکتریکی تحمل کند، تعیین می کند.

نکته مهم این است که استحکام دی الکتریک برای موارد زیر درجه بندی می شود:

سطح ولتاژ

شکل موج

فرکانس

مدت زمان

یک رویداد گذرا شدید می تواند به طور چشمگیری از این محدودیت ها فراتر رود.

سنبله ولتاژ یک گلوله بی صدا و نامرئی است که یک زخم دائمی و رسانا در اعماق قلب عایق بخاری بر جای می گذارد.

چگونه اضافه ولتاژ گذرا ایجاد می شود
چندین رویداد صنعتی می تواند باعث ایجاد خمیدگی های مخرب شود:

منبع جهش علت معمولی
رعد و برق{0}}فعالیت صاعقه گذرا در اطراف را القا کرد
افزایش سوئیچ موتور خاموش شدن بار القایی بزرگ
اختلال در شبکه برق نوسانات برق خارجی
رویداد سوئیچینگ SCR انتقال سریع الکترونیک قدرت
سوئیچینگ ترانسفورماتور فروپاشی میدان مغناطیسی
اگرچه این رویدادها ممکن است تنها میکروثانیه ها طول بکشد، ولتاژ اوج می تواند بسیار بالاتر از رتبه کاری معمولی بخاری باشد.

چگونه خرابی MgO رخ می دهد
تشدید میدان الکتریکی
در داخل بخاری، پودر MgO از ذرات میکروسکوپی متراکم تشکیل شده است. حفره های کوچک و شکاف های هوا به طور طبیعی بین آن ذرات وجود دارد.

در شرایط گذرا شدید، میدان الکتریکی در سراسر این شکاف‌های میکروسکوپی می‌تواند به اندازه‌ای شدید شود که هوای به دام افتاده را یونیزه کند.

هنگامی که یونیزاسیون شروع می شود:

قوس موضعی رخ می دهد

کانال های پلاسما تشکیل می شود

خرابی الکتریکی به سرعت منتشر می شود

دمای داخلی فوراً افزایش می یابد

قوس به طور موثر مانند یک رعد و برق مینیاتوری عمل می کند که در داخل خود بخاری رخ می دهد.

تشکیل مسیر کربنیزه شده
قوس موضعی شدید مقادیر کمی از موارد زیر را تبخیر می کند:

مواد MgO

هادی نیکروم

آلاینده های داخلی

این فرآیند یک باقیمانده کربنیزه رسانا بر جای می گذارد که اغلب به عنوان مسیری شبیه گرافیت توصیف می شود.

این مسیر به طور دائم رفتار الکتریکی بخاری را تغییر می دهد.

مسیر آسیب دیده به جای اینکه به عنوان یک عایق عمل کند، اکنون به صورت زیر عمل می کند:

یک اتصال کوتاه دائمی

یک مسیر فعلی-نشتی زیاد

یک کانال خطای زمین جزئی

پس از تشکیل، مسیر رسانا قابل برگشت یا تعمیر نیست.

علائم شکست داخلی MgO
بخاری که در اثر افزایش شدید ولتاژ آسیب دیده است اغلب به طور ناگهانی و کامل از کار می افتد.

علائم معمولی عبارتند از:

خاموش شدن فوری GFCI

آلارم‌های خطای زمین-

سفرهای مزاحم بریکر

مقاومت عایق بسیار کم

تست هیپوت ناموفق

جریان نشتی قابل مشاهده

از آنجایی که خرابی در داخل رخ می دهد، غلاف PTFE ممکن است در طول بازرسی خارجی همچنان از نظر بصری عالی به نظر برسد.

نتایج مگاهم متر و هیپات
آزمایش های تشخیصی معمولاً تخریب فاجعه بار عایق را نشان می دهد.

آزمایش مگاهم متر ممکن است نشان دهد:

مقاومت عایق بسیار کم

قرائت مقاومت ناپایدار

نشانگر زمین شدن فوری

آزمایش مقاومت دی الکتریک اغلب باعث خرابی فوری می شود زیرا مسیر کربنی شده جریان را مستقیماً از طریق سیستم عایق هدایت می کند.

در بسیاری از موارد، بخاری حتی نمی‌تواند تست ولتاژ پایین- را بدون خرابی حفظ کند.

چرا آسیب دائمی است
برخلاف آلودگی رطوبتی یا نشت سطحی، ردیابی قوس کربنیزه به طور دائم ساختار داخلی سیستم عایق را تغییر می دهد.

مسیر رسانا در اعماق لایه MgO فشرده باقی می ماند.

عملیات گرمایش پس از حادثه عموماً آسیب را بدتر می کند زیرا:

جریان از طریق ناحیه آسیب دیده متمرکز می شود

گرمایش موضعی افزایش می یابد

کربن سازی اضافی ایجاد می شود

جریان نشتی به تدریج افزایش می یابد

به همین دلیل، هیچ تعمیر میدانی عملی برای آسیب قوس داخلی MgO وجود ندارد.

بخاری که خرابی داخلی تایید شده را نشان می دهد باید از سرویس خارج شود و به طور کامل جایگزین شود.

نقش دستگاه های حفاظت از نوسانات
از آنجایی که مکانیسم خرابی ناشی از اضافه ولتاژ گذرا است، پیشگیری در درجه اول به حفاظت از نوسانات خارجی بستگی دارد.

چگونه SPD ها از بخاری محافظت می کنند
یک دستگاه محافظ برق (SPD) که به درستی نصب شده باشد، ولتاژ گذرا را قبل از رسیدن به مدار گرمکن محدود می کند.

SPD های نوع 1 و نوع 2 معمولاً برای طرح های حفاظت صنعتی استفاده می شوند.

عملکرد این دستگاه ها به شرح زیر است:

تشخیص شرایط اضافه ولتاژ

بستن سنبله گذرا

انتقال ایمن انرژی موج به زمین

محدود کردن قرار گرفتن در معرض اوج ولتاژ

بدون سرکوب ولتاژ، حتی یک بخاری{0}}که به خوبی طراحی شده باشد در برابر رویدادهای الکتریکی که از جاهای دیگر در سیستم برق تاسیسات منشا می‌گیرند آسیب‌پذیر می‌ماند.

مکان های حفاظتی معمولی
سیستم های بخاری صنعتی معمولا SPD ها را در موارد زیر قرار می دهند:

عملکرد حفاظت از مکان نصب
ورودی سرویس اصلی ساختمان-میزان حفاظت از نوسانات
پانل توزیع سرکوب گذرا موضعی
کابینت کنترل بخاری حفاظت از تجهیزات نهایی
مدارهای کنترل حساس حفاظت الکترونیک
حفاظت از نوسانات لایه ای بالاترین قابلیت اطمینان را برای تجهیزات گرمایش فرآیند حیاتی فراهم می کند.

چرا حفاظت شیمیایی به تنهایی کافی نیست؟
بخاری های غوطه وری PTFE اغلب به دلیل مقاومت شیمیایی فوق العاده آنها به طور خاص انتخاب می شوند.

با این حال، دوام شیمیایی سیستم عایق الکتریکی داخلی را در برابر تغییرات گذرا محافظت نمی کند.

بخاری ممکن است زنده بماند:

اسیدهای قوی

شیمی آبکاری خورنده

درجه حرارت بالا

سرویس غوطه وری مداوم

با این حال، هنوز فوراً از یک جهش ولتاژ کنترل نشده، از کار می افتد.

این آسیب پذیری نه در سطح غلاف، بلکه در عمق ساختار عایق داخلی بخاری وجود دارد.

نتیجه گیری
گذرا ولتاژ بالا یکی از مخرب ترین مکانیسم های خرابی را نشان می دهد که بر سیستم عایق داخلی MgO یک بخاری غوطه وری PTFE تأثیر می گذارد. هنگامی که ولتاژ گذرا از قدرت دی الکتریک عایق فشرده اکسید منیزیم فراتر رود، قوس داخلی میکروسکوپی می تواند بین هادی برق دار و اجزای زمین شده در داخل بخاری رخ دهد.

این قوس یک مسیر رسانای کربنی شده دائمی ایجاد می کند که سیستم عایق را به یک مسیر نشتی یا مدار کوتاه- تبدیل می کند. خرابی ناشی از آن معمولاً فوری و غیرقابل برگشت است و اغلب باعث قطع فوری GFCI، خطاهای شکن و از دست دادن مقاومت عایق فاجعه‌بار می‌شود.

از آنجایی که آسیب قوس داخلی MgO قابل ترمیم نیست، پیشگیری بسیار مهم است. دستگاه‌های محافظ برق نوع 1 یا نوع 2 که به درستی نصب شده‌اند، با بستن ولتاژهای گذرای خطرناک قبل از رسیدن به مدار گرمکن، دفاع اولیه را فراهم می‌کنند.

بخاری های غوطه ور صنعتی باید نه تنها در برابر شیمی تهاجمی و تنش حرارتی، بلکه از اختلالات الکتریکی خشونت آمیز پنهان در سیستم های قدرت مدرن نیز جان سالم به در ببرند. محافظت از بخاری در برابر خوردگی به تنهایی دیگر کافی نیست. ولتاژهای نامرئی که از طریق شبکه الکتریکی عبور می کنند نیز باید قبل از اینکه عایق مدفون شده در اعماق هسته بخاری را زخمی کنند متوقف شوند.