Aukštos įtampos PTFE panardinamojo šildytuvo šaltoje zonoje, paslėptoje nuo akių, reiškinys, vadinamas daliniu iškrovimu, gali tyliai sunaikinti izoliaciją. Tai ne dramatiški lankai, o silpnas, nuolatinis elektros šnypštimas mikroskopinėse oro kišenėse, kurios lėtai ardo medžiagą kaip cheminis tirpiklis. Šildytuvams, veikiantiems esant aukštesnei įtampai -paprastai 480 VAC, 600 VAC ar aukštesnei-dalinio iškrovimo korona PTFE šildytuvas aukštos įtamposaplinka yra ypač jautri šiam paslėptam degradacijos mechanizmui, kuris gali smarkiai sutrumpinti tarnavimo laiką ir sukelti netikėtą gedimą.
MgO izoliuotų šildytuvų dalinio iškrovimo supratimas
Daugumoje didelės galios PTFE panardinamųjų šildytuvų naudojami sutankinti magnio oksido (MgO) milteliai kaip pagrindinė elektros izoliacija tarp vidinės varžos laido ir išorinio metalinio apvalkalo (arba tiesiai aplink laidą šaltoje zonoje). Tinkamai sutankintas MgO yra puikus dielektrikas ir šilumos laidininkas. Tačiau joks sutankinimo procesas nesukuria tobulos struktūros be tuštumų. MgO matricoje lieka mikroskopiniai oro užpildyti tarpai, -dažnai mažesni nei 0,1 mm{5}}.
Kai izoliacijai taikoma pakankamai aukšta kintamoji įtampa, elektrinio lauko stipris šiose mažose tuštumose gali viršyti oro dielektrinį stiprumą (apie 3 kV/mm). Tada tuštumoje esantis oras jonizuojasi, sukurdamas vietinę, nepatvarią elektros iškrovą. Tai dalinis iškrovimas (taip pat žinomas kaip korona, kai atsiranda oro tarpuose). Skirtingai nuo visiško lanko, dalinis iškrovimas iš karto neužtrumpina šildytuvo. Vietoj to, tuštumos viduje susidaro daug mažai energijos naudojančių kibirkščių.
Cheminė ataka: nuo ozono iki karbonizuotų pėdsakų
Mažos, tylios kibirkštėlės yra lėtai veikiantis izoliacijos vėžys. Kiekvienas dalinio iškrovimo įvykis sukuria keletą agresyvių šalutinių produktų:
Ozonas (O₃)– Labai reaktyvus oksidatorius.
Azoto oksidai (NOₓ)– Susidaro iš azoto ir deguonies sulaikytame ore.
Šiluma– Lokalūs temperatūros šuoliai.
Šie gaminiai chemiškai atakuoja MgO izoliaciją ir varžos laido paviršių arba vidinę apvalkalo sienelę. Ozonas ir NOₓ paverčia MgO į magnio nitratą ar kitus tirpius junginius, palaipsniui sunaudodami kietą izoliaciją. Tuo pačiu metu MgO esantys organiniai rišikliai arba teršalai gali būti karbonizuoti dėl iškrovos, sudarydami silpną, tamsų laidų kelią-, dažnai vadinamą anglies takeliu.
Per kelis mėnesius nepertraukiamo veikimo anglies takelis laipsniškai auga. Kiekvienas dalinio iškrovimo įvykis nusėda šiek tiek laidžios medžiagos, lėtai užpildydamas tarpą tarp įtampą turinčio laido ir įžeminto apvalkalo. Kai takelis tampa nenutrūkstamas, įvyksta visiškas elektros gedimas: staigus, katastrofiškas trumpasis jungimas, kuris paprastai išjungia grandinės pertraukiklį ir sunaikina šildytuvą. Kadangi žala yra kaupiamoji ir negrįžtama, šildytuvo, kurio iškrovimas iš dalies pablogėjo, taisyti negalima.
Kodėl įtampa yra kritinis veiksnys
Dalinio iškrovimo rizika netiesiškai didėja esant įtampai. Šildytuvo, skirto 240 V kintamajai įtampai, dalinio iškrovimo pradžios įtampa (PDIV) gali būti 400–500 V-, o tai reiškia, kad normaliai veikiant iškrova nevyksta. Tačiau šildytuvas, skirtas 480 VAC arba 600 VAC, patiria beveik dvigubai didesnį elektrinio lauko įtempį. Jei MgO sutankinimo kokybė yra nepakankama, PDIV gali būti žemesnė už darbinę įtampą, užtikrinant nuolatinį dalinį iškrovimą po pirmojo įjungimo.
Praktiškai PTFE šildytuvas, skirtas aukštesnei įtampai (pvz., 600 V), gaminamas su storesniu, sandariau sutankintu MgO sluoksniu, palyginti su žemos įtampos įrenginiu. Padidėjęs tankis sumažina tuštumų dydį ir skaičių, padidindamas PDIV. Be to, šaltosios zonos užbaigimo sritis-, kurioje vidinis laidas jungiasi prie išorinių maitinimo laidų-, yra sutvirtinta keraminėmis karoliukais arba įvorėmis, kad būtų dar labiau slopinama korona.
Aptikimas gamybos metu
Dalinį iškrovimą galima nustatyti naudojant specializuotą bandymo įrangą. Kokybės kontrolės metu šildytuve veikiama įtampa, šiek tiek didesnė už jo vardinę vertę (pvz., 1,2 × vardinė įtampa), o dalinio iškrovimo detektorius matuoja kiekvieno iškrovimo įvykio generuojamus įkrovimo impulsus. Tarptautiniai standartai, tokie kaip IEC 60335-2-73 arba kliento specifinės specifikacijos, dažnai nustato didžiausią leistiną dalinės iškrovos lygį (pvz., 10 pikokulonų) aukštos įtampos panardinamiesiems šildytuvams. Šią ribą viršijantis šildytuvas atmetamas, nes jo vidinės tuštumos yra per didelės arba per daug.
Prevencija tarnyboje
Sumontavus PTFE šildytuvą, du pagrindiniai veiksmai apsaugo nuo dalinio iškrovimo sukelto gedimo:
Dirbkite griežtai esant vardinei įtampai– Taikant didesnę nei vardinėje lentelėje nurodytą įtampą (pvz., 600 V į 480 V šildytuvą), smarkiai padidėja elektrinio lauko įtempis ir garantuojama vainika. Reikėtų vengti net trumpalaikių viršįtampių dėl prastos energijos kokybės.
Laikykite šaltosios zonos gnybtus visiškai sausus– Drėgmė ant terminalo paviršiaus gali sukurti išorinę vainiką, bet dar svarbiau, vanduo gali patekti į MgO per mikroskopinius įtrūkimus, sumažindamas jo dielektrinį stiprumą ir sumažindamas PDIV. Gnybtai turi būti įkišti į oro sąlygoms atsparią jungiamąją dėžę su atitinkamu sandarinimu (pvz., tarpikliais arba mišiniu).
Šildytuvai, kurie buvo paveikti drėgmės arba mechaninio smūgio (dėl kurių gali susidaryti naujų tuštumų dėl MgO įtrūkimų), prieš grąžinant juos į eksploataciją, turi būti išbandyti ir, jei įmanoma, iš dalies iškrauti.
Dalinio iškrovimo ignoravimo pasekmės
Šildytuvas, kenčiantis nuo nuolatinio dalinio iškrovimo, gali veikti mėnesius be akivaizdžių simptomų. Vieninteliai aptinkami požymiai gali būti silpnas, pertraukiamas zvimbimas iš šaltosios zonos (koronos „šnibždėjimas“) arba nedidelis nuotėkio srovės padidėjimas, išmatuotas įžeminimo grandinės pertraukikliu. Tačiau užbaigus anglies trasą, gedimas būna staigus ir dažnai netikėtas. Kritinių procesų atveju šios neplanuotos prastovos gali būti labai brangios. Todėl 480 V ir 600 V įrenginiuose būtina nurodyti aukštos kokybės šildytuvus su įrodytu žemu dalinio iškrovimo lygiu.
Išvada
Dalinis iškrovimas yra subtilus aukštos įtampos gedimo mechanizmas, kurio galima išvengti tinkamai pagaminus ir griežtai laikantis nominalios įtampos. Thedalinio iškrovimo korona PTFE šildytuvas aukštos įtamposreiškinys atsiranda, kai mikroskopinės tuštumos MgO izoliacijoje jonizuojasi, gamindamos reaktyviąsias dujas, kurios chemiškai ardo izoliaciją ir sudaro laidžius anglies takelius. Laikui bėgant šie takeliai sukelia staigų trumpąjį jungimą. Veiksmingiausios apsaugos priemonės yra pasirinkti šildytuvus su patikrinta aukšta dalinio iškrovimo pradine įtampa, išlaikyti šaltą zoną sausą ir niekada neviršyti vardinės įtampos. Nepastebimas elektrinis įtempis šildytuvo viduje yra toks pat pavojingas kaip ir cheminis poveikis išoriniam paviršiui,-ir abu turi būti valdomi, kad būtų pasiektas ilgas ir patikimas tarnavimo laikas.
