Kõrgepinge PTFE sukelsoojendi külmas tsoonis, mis on varjatud silmist eemal, võib osalise tühjenemisena tuntud nähtus isolatsiooni vaikselt ära süüa. Need ei ole dramaatilised kaared, vaid nõrk, pidev elektriline kihisemine mikroskoopilistes õhutaskutes, mis kulutab materjali aeglaselt nagu keemiline lahusti. Kõrgendatud pingega -tavaliselt 480 VAC, 600 VAC või kõrgemal töötavatele kütteseadmetele-osalise tühjenemise koroona PTFE küttekeha kõrgepingekeskkonnad on sellele varjatud lagunemismehhanismile eriti vastuvõtlikud, mis võib järsult lühendada kasutusiga ja põhjustada ootamatuid rikkeid.
MgO-isolatsiooniga küttekehade osalise tühjenemise mõistmine
Enamik suure võimsusega PTFE sukelküttekehasid kasutavad tihendatud magneesiumoksiidi (MgO) pulbrit peamise elektriisolatsioonina sisemise takistusjuhtme ja välimise metallkesta vahel (või otse traadi ümber külmas tsoonis). MgO on korraliku tihendamise korral suurepärane dielektrik ja soojusjuht. Ükski tihendusprotsess ei loo aga täiesti tühimiketa struktuuri. MgO maatriksisse jäävad mikroskoopilised õhuga täidetud tühimikud, -sageli väiksemad kui 0,1 mm-.
Kui isolatsioonile rakendatakse piisavalt kõrge vahelduvpinge, võib elektrivälja tugevus nendes väikestes tühimikes ületada õhu dielektritugevust (umbes 3 kV/mm). Seejärel tühimikus olev õhk ioniseerub, tekitades lokaalse, mittepüsiva elektrilahenduse. See on osaline tühjenemine (tuntud ka kui koroona, kui see esineb õhulõhedes). Erinevalt täielikust kaarekaarest ei lühista osaline tühjendus kütteseadet kohe. Selle asemel tekitab see tühjuses rea madala energiatarbega sädemeid.
Keemiline rünnak: osoonist karboniseerunud rööbasteni
Pisikesed vaiksed sädemed on isolatsiooni jaoks aeglase toimega vähk. Iga osalise tühjenemise sündmus tekitab mitmeid agressiivseid kõrvalsaadusi:
Osoon (O₃)– Väga reaktsioonivõimeline oksüdeerija.
Lämmastikoksiidid (NOₓ)– Moodustub kinnipeetud õhus olevast lämmastikust ja hapnikust.
Kuumus– lokaalsed temperatuuri hüpped.
Need tooted ründavad keemiliselt MgO isolatsiooni ja takistustraadi pinda või siseseina. Osoon ja NOₓ muudavad MgO magneesiumnitraadiks või muudeks lahustuvateks ühenditeks, kulutades järk-järgult tahke isolatsiooni. Samal ajal võivad MgO orgaanilised sideained või saasteained eralduda, moodustades nõrga, tumeda juhtiva tee, mida sageli nimetatakse süsiniku rajaks.
Kuude pideva töötamise jooksul kasvab süsinikurada järk-järgult. Iga osalise tühjenemise sündmus ladestab minutise koguse juhtivat materjali, sillutades aeglaselt pinge all oleva juhtme ja maandatud kesta vahel. Kui rööbastee muutub pidevaks, tekib täielik elektrikatkestus: ootamatu katastroofiline lühis, mis tavaliselt käivitab kaitselüliti ja hävitab kütteseadme. Kuna kahjustused on kumulatiivsed ja pöördumatud, ei saa kütteseadet, millel on osalise tühjenemise halvenemine, parandada.
Miks pinge on kriitiline tegur
Osalise tühjenemise oht kattub rakendatud pingega mittelineaarselt. 240 V vahelduvvoolu jaoks kavandatud küttekeha osalise tühjenemise alguspinge (PDIV) võib olla 400–500 V-, mis tähendab, et normaalsel tööl tühjendust ei toimu. 480 VAC või 600 V vahelduvvoolu jaoks mõeldud küttekeha elektrivälja pinged on aga peaaegu kaks korda suuremad. Kui MgO tihenduskvaliteet on ebapiisav, võib PDIV olla alla tööpinge, mis tagab pideva osalise tühjenemise esimesest sisselülitamisest.
Praktikas valmistatakse kõrgema pinge (nt 600 V) jaoks mõeldud PTFE-küttekeha paksema, tihedamalt tihendatud MgO-kihiga võrreldes madalpingeseadmega. Suurenenud tihedus vähendab tühimike suurust ja arvu, suurendades PDIV-i. Lisaks on külmatsooni lõpp-ala -kus sisemine juhe ühendub väliste toitejuhtmetega-tugevdatud keraamiliste helmeste või hülssidega, et veelgi rohkem koroona maha suruda.
Tuvastamine tootmise ajal
Osalist tühjenemist saab tuvastada spetsiaalsete katseseadmete abil. Kvaliteedikontrolli ajal rakendatakse kütteseadmele pinget, mis on veidi üle selle nimiväärtuse (nt 1,2 × nimipinge), samal ajal kui osalise tühjenemise detektor mõõdab iga tühjenemise sündmuse tekitatud laadimisimpulsse. Rahvusvahelised standardid, nagu IEC 60335-2-73 või kliendispetsiifilised spetsifikatsioonid, kehtestavad kõrgepinge sukelsoojendite jaoks sageli maksimaalse lubatud osalise tühjenemise taseme (nt 10 pikokulombi). Seda piiri ületav kütteseade lükatakse tagasi, kuna selle sisemised tühimikud on liiga suured või liiga palju.
Ennetamine teeninduses
Kui PTFE-kütteseade on paigaldatud, väldivad kaks peamist toimingut osalise tühjenemise põhjustatud rikkeid:
Töötage rangelt nimipingel– Andmesildil ettenähtust kõrgema pinge (nt 600 V kuni 480 V küttekeha) rakendamine suurendab järsult elektrivälja pinget ja tagab koroona. Vältida tuleks isegi halvast toitekvaliteedist tingitud mööduvaid liigpingeid.
Hoidke külmatsooni klemmid täiesti kuivad- Niiskus terminali pinnal võib tekitada välist koroonat, kuid veelgi kriitilisem on see, et vesi võib tungida MgO-sse läbi mikroskoopiliste pragude, vähendades selle dielektrilist tugevust ja alandades PDIV-i. Klemmid tuleb sulgeda ilmastikukindlasse ühenduskarpi, millel on sobiv tihend (nt tihendid või segu).
Küttekehasid, mis on saanud niiskuse sissetungimise või mehaanilise šoki (mis võivad MgO lõhenemise tõttu tekitada uusi tühimikke), tuleks enne kasutuselevõttu uuesti katsetada ja võimaluse korral osalise tühjenemise katsega.
Osalise tühjenemise ignoreerimise tagajärjed
Pideva osalise tühjenemise all kannatav kütteseade võib töötada kuid ilma ilmsete sümptomiteta. Ainsad tuvastatavad märgid võivad olla nõrk, vahelduv sumin külmast tsoonist (koroona "virisemine") või lekkevoolu kerge suurenemine, mida mõõdetakse maanduslülitiga. Kui süsinikurada on aga valmis, on rike ootamatu ja sageli ootamatu. Kriitiliste protsesside jaoks võib see planeerimata seisakuaeg olla äärmiselt kulukas. Seetõttu on 480 V ja 600 V rakenduste jaoks hädavajalik määrata kvaliteetsed kütteseadmed, millel on tõestatud madal osalahendus.
Järeldus
Osaline tühjenemine on peen kõrgepinge rikkemehhanism, mida saab ennetada korraliku tootmiskvaliteedi ja pinge nimipinge range järgimisega. Theosalise tühjenemise koroona PTFE küttekeha kõrgepingeSee nähtus ilmneb siis, kui MgO isolatsioonis olevad mikroskoopilised tühimikud ioniseeruvad, tekitades reaktiivseid gaase, mis keemiliselt erodeerivad isolatsiooni ja moodustavad juhtivaid süsinikujälgi. Aja jooksul põhjustavad need rajad ootamatu lühise. Kontrollitud kõrge osalise tühjenemise algpingega küttekehade valimine, külma tsooni kuivana hoidmine ja nimipinge mitte kunagi ületamine on kõige tõhusamad kaitsemeetmed. Soojendi sees olevad nähtamatud elektrilised pinged on sama ohtlikud kui keemilised rünnakud selle välispinnale-ja pika ja usaldusväärse kasutusea saavutamiseks tuleb mõlemaga toime tulla.
