Koks yra aukštos{0}}įtampos šuolio poveikis PTFE šildytuvo vidinei MgO izoliacijai?

PTFE panardinamasis šildytuvas gali patikimai veikti daugelį metų agresyvioje dengtoje vonioje, tyliai paversdamas elektros energiją stabilia proceso šiluma. Tada per mikrosekundės dalį per įrenginio laidus prasiskverbia smarki pereinamoji elektros srovė. Perjungimo viršįtampis dėl didelio variklio starterio, elektros tinklo sutrikimas arba netoliese įvykęs žaibo smūgis siunčia trumpą, bet itin didelį viršįtampio impulsą tiesiai į šildytuvo grandinę.

Išorinis šildytuvo PTFE apvalkalas gali atrodyti nepaliestas. Nichromo varžos viela vis tiek gali likti fiziškai nepažeista. Tačiau giliai elemento viduje stiprus elektrinis smaigalys gali sunaikinti sutankintą magnio oksido izoliaciją, supančią šildymo laidą. Tankiuose MgO milteliuose mikroskopinis elektros lankas gali nubrėžti nuolatinį laidų kelią tiesiai į įžemintą šildytuvo šerdį.

Dėl įtampos šuolių MgO izoliacijos PTFE šildytuvo gedimų pasaulyje žala dažnai būna akimirksniu, nematoma ir negrįžtama.

MgO vaidmuo PTFE šildytuvo viduje
Magnio oksidas, paprastai vadinamas MgO, sudaro pagrindinę vidinę elektros izoliacijos sistemą daugelyje panardinamųjų šildytuvų.

Medžiaga vienu metu atlieka keletą svarbių funkcijų:

Elektriškai izoliuoja nichromo šildymo laidą

Efektyviai praleidžia šilumą link apvalkalo

Išlaiko mechaninę laidininko atramą

Atsparus aukštai darbo temperatūrai

Šildytuvo viduje sutankinti MgO milteliai tankiai supa varžos laidą, sukurdami labai efektyvų šiluminį kelią, tuo pačiu užkertant kelią elektriniam kontaktui tarp maitinimo laidininko ir įžemintos metalinės šerdies konstrukcijos.

Esant normaliai darbo įtampai, MgO puikiai veikia kaip izoliatorius.

Kodėl įtampos šuoliai yra pavojingi
Kiekviena izoliacinė medžiaga turi ribotą dielektrinį stiprumą. Ši dielektrinė vertė apibrėžia didžiausią elektrinį lauką, kurį medžiaga gali atlaikyti prieš įvykstant elektros gedimui.

Svarbu tai, kad dielektrinis stiprumas yra įvertintas konkrečiai:

Įtampos lygis

Bangos formos forma

Dažnis

Trukmė

Sunkus trumpalaikis įvykis gali smarkiai viršyti šias ribas.

Įtampos smaigalys yra tyli, nematoma kulka, kuri palieka nuolatinį laidų randą giliai šildytuvo izoliacinėje širdyje.

Kaip vystosi pereinamasis viršįtampis
Kai kurie pramoniniai įvykiai gali sukelti žalingus šuolius:

Viršįtampio šaltinis Tipinė priežastis
Žaibo{0}}sukelta trumpalaikė žaibo veikla netoliese
Variklio perjungimo viršįtampis Didelis indukcinės apkrovos išjungimas
Komunalinio tinklo sutrikimas Išorinis galios svyravimas
SCR perjungimo įvykis Greitas galios elektronikos perėjimas
Transformatoriaus perjungimas Magnetinio lauko žlugimas
Nors šie įvykiai gali trukti tik mikrosekundes, didžiausia įtampa gali pakilti gerokai virš įprasto šildytuvo veikimo.

Kaip vyksta MgO gedimas
Elektros lauko intensyvinimas
Šildytuvo viduje MgO milteliai susideda iš tankiai sutankintų mikroskopinių dalelių. Tarp šių dalelių natūraliai yra mažytės tuštumos ir oro tarpai.

Esant stipriam pereinamajam veiksniui, elektrinis laukas per tuos mikroskopinius tarpus gali tapti pakankamai intensyvus, kad jonizuotų įstrigusią orą.

Prasidėjus jonizacijai:

Atsiranda lokalus lankas

Susidaro plazmos kanalai

Elektros gedimas greitai plinta

Vidaus temperatūra iš karto pakyla

Lankas efektyviai elgiasi kaip miniatiūrinis žaibo trenksmas pačiame šildytuvo viduje.

Karbonizuoto tako formavimas
Intensyvus lokalus lankas išgarina nedidelį kiekį:

MgO medžiaga

Nichromo laidininkas

Vidiniai teršalai

Dėl šio proceso lieka laidžios karbonizuotos liekanos, dažnai apibūdinamos kaip grafitą{0}}panašus takelis.

Šis takelis visam laikui keičia elektrinį šildytuvo elgesį.

Užuot veikęs kaip izoliatorius, pažeistas kelias dabar elgiasi taip:

Nuolatinis trumpasis jungimas

Didelis{0}}nuotėkio srovės kelias

Dalinis įžeminimo kanalas

Suformavus laidus takelį negalima pakeisti ar taisyti.

Vidinio MgO gedimo simptomai
Šildytuvas, sugadintas dėl didelio įtampos šuolių, dažnai staiga ir visiškai sugenda.

Tipiški simptomai yra šie:

Momentinis GFCI išjungimas

Įžeminimo{0}}gedimų signalai

Triukšmingos kelionės

Itin mažas izoliacijos atsparumas

Nepavyko atlikti hipoto testavimo

Matoma nuotėkio srovė

Kadangi gedimas atsiranda viduje, išorinės apžiūros metu PTFE apvalkalas vis tiek gali atrodyti tobulas.

Megommetro ir Hipoto rezultatai
Diagnostikos bandymai paprastai atskleidžia katastrofišką izoliacijos pablogėjimą.

Megommetro testas gali parodyti:

Labai mažas izoliacijos atsparumas

Nestabilūs pasipriešinimo rodmenys

Greitas įžeminimo indikatorius

Dielektrinio atsparumo bandymas dažnai sukelia tiesioginį gedimą, nes karbonizuotas kelias praleidžia srovę tiesiai per izoliacijos sistemą.

Daugeliu atvejų šildytuvas net negali atlaikyti žemos{0}}įtampos bandymo be gedimo.

Kodėl žala yra nuolatinė
Skirtingai nuo drėgmės užteršimo ar paviršiaus nutekėjimo, karbonizuotas lankas visam laikui pakeičia vidinę izoliacijos sistemos struktūrą.

Laidus kelias lieka giliai įterptas į sutankintą MgO sluoksnį.

Šildymo operacija po įvykio paprastai padidina žalą, nes:

Srovė koncentruojasi per pažeistą vietą

Padidėja vietinis šildymas

Vystosi papildoma karbonizacija

Nuotėkio srovė palaipsniui didėja

Dėl šios priežasties nėra jokio praktinio lauko MgO lanko pažeidimo pataisymo.

Šildytuvas, kurio vidinis gedimas patvirtintas, turi būti pašalintas ir visiškai pakeistas.

Apsaugos nuo viršįtampių prietaisų vaidmuo
Kadangi gedimo mechanizmas atsiranda dėl trumpalaikio viršįtampio, prevencija pirmiausia priklauso nuo išorinės apsaugos nuo viršįtampių.

Kaip SPD apsaugo šildytuvą
Tinkamai įrengtas apsaugos nuo viršįtampių įtaisas (SPD) apriboja pereinamąją įtampą, kol ji pasiekia šildytuvo grandinę.

1 ir 2 tipo BPD dažniausiai naudojami pramoninės apsaugos schemoms.

Šie įrenginiai veikia taip:

Viršįtampio sąlygų aptikimas

Laikinojo smaigalio užveržimas

Saugus viršįtampio energijos nukreipimas į žemę

Didžiausios įtampos ekspozicijos ribojimas

Be viršįtampių slopinimo net ir gerai suprojektuotas{0}}šildytuvas išlieka pažeidžiamas elektros įvykių, kylančių kitur įrenginio elektros sistemoje.

Tipiškos apsaugos vietos
Pramoninių šildytuvų sistemose SPD paprastai pateikiami:

Diegimo vietos apsaugos funkcija
Pagrindinis aptarnavimo įėjimas Pastato{0}}apsauga nuo viršįtampių
Paskirstymo skydelis Lokalizuotas pereinamojo laikotarpio slopinimas
Šildytuvo valdymo spinta Galutinė įrangos apsauga
Jautrios valdymo grandinės Elektronikos apsauga
Sluoksniuota apsauga nuo viršįtampių užtikrina didžiausią kritinių procesų šildymo įrangos patikimumą.

Kodėl vien cheminės apsaugos nepakanka
PTFE panardinami šildytuvai dažnai parenkami specialiai dėl jų išskirtinio cheminio atsparumo.

Tačiau cheminis patvarumas neapsaugo vidinės elektros izoliacijos sistemos nuo elektros pereinamųjų procesų.

Šildytuvas gali išgyventi:

Stiprios rūgštys

Korozinė dengimo chemija

Padidėjusios temperatūros

Nuolatinė panardinimo paslauga

Tačiau vis tiek akimirksniu sugenda dėl vieno nekontroliuojamo įtampos šuolio.

Pažeidžiamumas yra ne apvalkalo paviršiuje, o giliai šildytuvo vidinės izoliacinės konstrukcijos viduje.

Išvada
Aukštos{0}}įtampos pereinamasis veiksnys yra vienas iš žalingiausių gedimo mechanizmų, turinčių įtakos PTFE panardinamojo šildytuvo vidinei MgO izoliacijos sistemai. Kai pereinamoji įtampa viršija sutankintos magnio oksido izoliacijos dielektrinį stiprumą, gali atsirasti mikroskopinis vidinis lankas tarp maitinamo laidininko ir įžemintų komponentų šildytuvo viduje.

Šis lankas sukuria nuolatinį karbonizuotą laidų kelią, kuris izoliacijos sistemą paverčia nuotėkio ar trumpojo{0} jungimo keliu. Atsiradęs gedimas paprastai yra tiesioginis ir negrįžtamas, dažnai sukeliantis momentinius GFCI išjungimus, pertraukiklio gedimus ir katastrofišką izoliacijos atsparumo praradimą.

Kadangi vidinio MgO lanko pažeidimo negalima pataisyti, prevencija tampa itin svarbi. Tinkamai sumontuoti 1 arba 2 tipo apsaugos nuo viršįtampių įtaisai užtikrina pirminę apsaugą, užfiksuodami pavojingos įtampos pereinamuosius veiksnius, kol jie pasiekia šildytuvo grandinę.

Pramoniniai panardinamieji šildytuvai turi atlaikyti ne tik agresyvią cheminę ir šiluminę įtampą, bet ir smarkius elektros trikdžius, paslėptus šiuolaikinėse elektros energijos sistemose. Vien apsaugoti šildytuvą nuo korozijos nebepakanka; nematomi šuoliai, sklindantys per elektros tinklą, taip pat turi būti sustabdyti, kol jie nepakenks izoliacijai, palaidotai giliai šildytuvo šerdyje.