Kaip žemo įtampos izoliatorius apsaugo elektros įrangą

Dielektrinė stiprybė ir medžiagos standumas: žemo įtampos izoliatoriaus pagrindinės apsaugos mechanizmai

Kaip dielektrinė stiprybė neleidžia elektros pratekėjimui esant nustatytiems žemo įtampos režimams

Medžiagos elektrinės skvarbos stiprumas, matuojamas kilovoltais milimetru (kV/mm), parodo, kokią elektrinę įtampą izoliatorius gali išlaikyti, kol visiškai pradeda laiduoti. Žemos įtampos grandinėms (mažiau nei 1 kV) geriausiai tinka medžiagos su aukštomis dielektrinėmis savybėmis. Keraminės medžiagos paprastai pasižymi 12–20 kV/mm stiprumu, o stiklo pluoštu sustiprintos plastmasės – apie 10–15 kV/mm. Šios medžiagos puikiai apsaugo nuo elektros srovės net tada, kai atsiranda staigūs įtampos šuoliai, siekiantys apie 150 % normalaus lygio, kaip nustatyta standartuose, pvz., IEC 60664-1. Tačiau drėgmė kelia tikrą problemą: drėgmė gali sumažinti šių izoliatorių efektyvumą nuo 15 iki 30 %, ypač medžiagose su mažyčiais poromis. Todėl inžinieriai dažnai nurodo paviršiaus užsandarinamus kompozitus, kad būtų užtikrintas patikimas ilgalaikis veikimas. Kai izoliacija žlunga dėl nepakankamos varžos, įvyksta pavojingas laidumo kelio susidarymas („tracking“). Tai sukelia anglies takus medžiagos paviršiuje, kurie niekada nepradingsta ir laikui bėgant palaipsniui sunaikina izoliacinės medžiagos apsauginines savybes.

Kodėl mechaninė standumas užtikrina ilgalaikę stabilumą šiluminio ciklinimo ir virpesių metu

Mechaninis komponentų standumas yra labai svarbus siekiant išvengti laipsniško nusidėvėjimo, kurį sukelia šilumos įtempimas ir vibracijos, kurios yra pagrindiniai izoliacijos sistemos gedimų priežastys. Kai medžiagos, kurių temperatūra viršija 50 laipsnių Celsijaus, patiria šilumos ciklą, jos nuolat išsiplėčia ir susitraukia, sukuriant mažas plyšius, kurie lėtai pablogina jų elektros savybes. Stipios kompozitinės medžiagos, tokios kaip mineraliniu būdu užpildytos epoxijos, kurių šiluminio išsiplėtimo koeficientas yra mažesnis nei 30 dalių milijonui laipsnio Celsijaus, paprastai išlieka dimensiškai stabilios ir neleidžia šiems plyšimams toliau plisti. Vibracijos atsparumas yra toks pat svarbus, ypač įrenginiams, kurie yra išbandyti pagal tokius standartus kaip IEC 60068-2-6. Pramoninėje aplinkoje dažnai yra 5-200 hercų vibracijų, tačiau kietieji projektai gali valdyti pagreitimus iki 10 G jėgų be sulenkimo ar iškraipymo, išlaikant saugius nusileidimo atstumus ir bendrą konstrukcinį tvirtumą. Tokiu būdu pagamintos dalys paprastai tarnauja gerokai ilgiau nei 100 000 veikimo ciklų net sudėtingose sąlygomis, esančiose variklių valdymo centruose visoje gamybos įmonėje.

Elektrinės izoliacijos projektavimas: šliaužimo kelio, oro tarpų ir nuotėkio kontrolė žemo įtampos izoliatoriuje

Šliaužimo kelio optimizavimas, kad būtų pasipriešinta paviršiaus peršokimui drėgnoje ar užterštoje aplinkoje

Krekingo atstumas - tai trumpiausias kelias per izolatoriaus paviršių, kuriuo gali judėti elektra. Šis matavimas yra labai svarbus bandant išvengti paviršiaus sekimo problemų drėgnose ar purvinose vietose. Kai pakrantės jūros druska sumaišoma su dulkėmis ir cheminėmis medžiagomis, ant paviršiaus susidaro laidų, leidžiančių duoti šviesą. Labai drėgnomis sąlygomis tai gali labai padidinti nutekėjimo srovę, kartais net 60%. Todėl pramonės gairės nustato tam tikras minimalų atstumą. Paprastai įprastoms aplinkoms rekomenduojama nuo 20 iki 25 mm/kV. Tačiau jei vietovėje yra didelių taršos problemų, šis skaičius pakyla iki maždaug 31-40 mm/kV. Gamintojai dažnai projektuoja komponentus su ribotu arba banginiu paviršiumi, kad prailgintų šį kelią ir užkirstų kelią teršalams susidarant tiltus. Kai kurios medžiagos, pavyzdžiui, silikoninė guma, turi savybes, kurios iš tikrųjų atmeta drėgmę, todėl jos yra ypač geri pasirinkimai mažos įtampos įrenginiams, naudojamiems lauke arba pramoninėse aplinkose, kur neišvengiamas poveikis šiurkščiams elementams.

Atstumas iki izoliacijos pažeidimo ir atstumas palei izoliacinę medžiagą: kaip abu parametrai kartu neleidžia iškilti lankui ir nuotėkio srovei

Terminai „tarpas“ ir „šliaužimo atstumas“ apibūdina dvi skirtingas, bet susijusias saugos priemones elektros sistemose. Tarpas – tai minimalus atstumas oru tarp laidžiųjų detalių, o šliaužimo atstumas – trumpiausias atstumas palei izoliacinės medžiagos paviršių. Šie atstumai yra svarbūs, nes tarpas neleidžia iškilti žybsniams per tarpus, kai įtampa staigiai pakyla, o šliaužimo atstumas neleidžia srovei tekėti užterštais paviršiais, pvz., dulkėtais ar drėgnais. Pavyzdžiui, sistema, veikianti 600 V įtampa. Jei tarpas nepakankamas, nedelsiant kyla pavojingi žybsniai. Nepakankamas šliaužimo atstumas ilgainiui sukelia dar blogesnę problemą – palaipsniui susidaro anglies takeliai, kol galiausiai susiformuoja laidusis kelias. Dauguma pramonės standartų reikalauja maždaug 5–8 mm tarpo ir apie 15 mm šliaužimo atstumo kiekvienam kilovoltui. Praktinė patirtis rodo, kad abiejų šių matavimų tikslus laikymasis drėgnoje aplinkoje sumažina trumpojo jungimo atvejų skaičių maždaug keturis kartus. Šis dvigubos apsaugos požiūris iš tiesų lemia viską, kai kalbama apie žemos įtampos izoliacijos patikimumą realiomis sąlygomis.

Pritaikytų žemosios įtampos izoliatorių tipai ir jų apsauginės funkcijos

Žemosios įtampos izoliatoriai yra sukurti tiksliai numatytiems eksploatacijos aplinkos sąlygoms, kad būtų išvengta elektros gedimų. Skirtingi izoliatorių tipai sprendžia unikalius iššūkius įvairiose srityse, užtikrindami patikimą įrangos apsaugą specializuotais konstrukciniais sprendimais.

Atstumo izoliatoriai: gyvybiškai svarbių dalių izoliavimas jungiklių įrenginiuose ir valdymo skyduose

Atsparumo izoliacijos sluoksnis yra fizinės kliūtys tarp elektros laidų ir įžemintų dalių jungiklio ir valdymo plokštėse. Šie ilgos keramikos ar polimerinių komponentų gamina reikiamas erdvės spragas, kurios sustabdo pavojingus lankus, kai įtampos netikėtai pakyla. Dauguma stabdymo modelių gali atlaikyti temperatūrą, pasiekiančią apie 120 laipsnių Celsijaus, nesuderinant. Jie taip pat užkerta kelią nepageidaujamam srovės nutekėjimui ir išlieka tvirti net ir esant stipriai trumpai sukonkurtuotiems jėgoms. Ši stiprybė yra labai svarbi, nes ji išlaiko laidą, nepaisant vibracijų ar stiprų magnetinių impulsų, kurie kitaip gali išstumti juos iš vietos. Papildomas stabilumas reiškia, kad mažiau atsitiktinių kontaktų susidaro perpildytuose valdymo skydelyje, kur erdvė yra labai maža.

Skaitmeninės energijos kombinuotojo įrenginio dėžutėse esančios strypo izoliacinės dalys: prevencija nuo dalinio iškrovimo ir užterštumo sukeltų gedimų

Saulės energijos kombinuotojuose naudojami izoliaciniai elementai turi spręsti tam tikrus iššūkius, susijusius su fotovoltinėmis sistemomis. Pagalvokite apie tokius dalykus kaip nuolatinė UV spinduliuotės ekspozicija, dramatiški temperatūros pokyčiai nuo dienos iki nakties ir visi tie drėgmės kaupimosi, kai susidaro rūsys. Štai kodėl mes matome užsakomomis pagamintas šonines izoliacijas su specialiais hidrofobiška silikono danga. Šie danginiai iš esmės atbaidžia vandenį ir neleidžia dulkėms lipti, todėl jie gali išlaikyti gerą elektrinį atsparumą net ir po kelių mėnesių lauke. Pats dizainas taip pat yra įdomus - šie žarnų paviršiaus ribos iš tikrųjų sukuria apie 40% daugiau nusileidimo atstumo nei įprasti sklandūs dizainai. Dėl papildomos erdvės tarp laidinių dalių, pradėti veikti daliniams iškrovimams tampa daug sunkiau, o tai gali sukelti didesnių problemų. Kai nuolatiniai laidininkai tinkamai uždengiami, jie vengia tų piktų nuotėkio takų, kuriuos sukelia rūsys. Moksliniai tyrimai rodo, kad apie 23% kombinuotojų dėžių gedimų yra dėl tokio pobūdžio problemų. Kalbant apie našumo rodiklius, šie specializuoti izoliaciniai aparatai išlaiko izoliacinį atsparumą gerokai virš 1000 megaomų net per pakartotus šildymo ir aušinimo ciklus.

Neįvykdymo būdai ir jų poveikis įrangos patikimumui

Siekiant išlaikyti elektrinės sistemos patikimumą, būtina suprasti mažos įtampos izoliacijų gedimo būdus. Paprastai kyla klausimų:

• Plokštės sekimas , sukuriamas drėgmės ar teršalų, sukuria laidinius anglies keliuose, kurie leidžia nuolatinių nutekėjimo srovės ir progresyvią izoliacijos degradaciją
• Mechaniniai lūžiai , sukeltas šilumos ciklo ar vibracijos, pažeisti struktūrinį tęstinumą ir paspartinti dielektrinį suskaidymą
• Dalis biudžeto įvykdymo patvirtinimo , atsirandantis tuštumos arba sąsajų vietoje, mikrotechniniu būdu erozija medžiagą, kai ji pakartotinai sukuria lokalizuotą lanką.

Kai šie mechanizmai sugenda, visos įrenginiai, esančios apačioje, patiria pavojus, pavyzdžiui, trumpas jungtis, pavojingas lankas ir net gaisrai, keliantys pavojų darbuotojams ir visiškai sutrikdančius operacijas. Jei izoliacijos pradeda susilpnėti ir niekas to nepastebėtų, problemos gali plisti į visą sistemą, o tai lemia netikėtus išjungimus ir brangiai kainuojančius remonto darbus. Remiantis pramonės ataskaitomis, apie 35% ar daugiau jungiklių gamyklose susidarančių problemų kyla dėl izoliacijos problemų. Štai kodėl taip svarbu pasirinkti tinkamus izoliacinius elementus. Ieškokite tokių, kurie atitiktų aplinkos rūšį, kurioje jie dirbs, taršos lygį, ekstremalias temperatūras, vibracijas ir tt.