دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی 63

فصل ۶۳ ـ آزمون و ارزیابی رزین اپوکسی عایق برق پس از اجرا؛ از بازرسی ظاهری تا آزمون‌های الکتریکی

آزمون رزین اپوکسی عایق برق یکی از مراحل مهم کنترل کیفیت پس از اجراست. خشک و سخت شدن سطح رزین به‌تنهایی عملکرد مناسب عایق را تضمین نمی‌کند؛ زیرا ممکن است عیوب داخلی، حباب، تخلخل یا ضعف چسبندگی وجود داشته باشد. بنابراین ارزیابی عایق باید متناسب با کاربرد، شرایط بهره‌برداری و استاندارد مربوط انجام شود.

اجرای یک لایه رزین اپوکسی عایق برق زمانی پایان نمی‌یابد که سطح رزین خشک و سخت شود. در پروژه‌های عادی ممکن است ظاهر مناسب برای پذیرش پوشش کافی به نظر برسد، اما در عایق‌کاری الکتریکی، به‌خصوص در تجهیزات حساس و مدارهای ولتاژ بالا، ظاهر تنها یکی از معیارهای ارزیابی است. یک پوشش ممکن است کاملاً صاف و یکنواخت به نظر برسد، اما در داخل آن حباب، تخلخل، جدایش یا نقصی وجود داشته باشد که با چشم دیده نشود. برعکس، یک تغییر ظاهری جزئی نیز همیشه به معنی کاهش جدی عملکرد الکتریکی نیست. بنابراین ارزیابی عایق باید متناسب با کاربرد انجام شود و میان بازرسی ظاهری، کنترل ابعادی، آزمون مکانیکی، آزمون‌های الکتریکی و آزمون‌های پیرشدگی تفاوت قائل شد.

برای خرید محصول کلیک کنید

۱. چرا آزمون عایق اهمیت دارد؟

وظیفه عایق الکتریکی این است که مسیر ناخواسته جریان را محدود کرده و اختلاف پتانسیل موجود بین قسمت‌های مختلف تجهیز را تحمل کند. اگر این وظیفه به درستی انجام نشود، پیامد آن می‌تواند از افزایش جریان نشتی تا تخلیه، جرقه، شکست دی‌الکتریک و در شرایط خاص آسیب به تجهیز متفاوت باشد. بنابراین آزمون، راهی برای بررسی این موضوع است که آیا سیستم عایق پس از اجرا به سطح عملکرد مورد انتظار رسیده است یا خیر.

—

۲. بازرسی ظاهری؛ ساده اما مهم

اولین مرحله کنترل معمولاً بازرسی چشمی است. در این مرحله سطح رزین از نظر مواردی مانند:

– ترک؛
– حباب؛
– سوراخ؛
– جداشدگی؛
– شره؛
– آلودگی؛
– تغییر رنگ غیرعادی؛
– و ناهماهنگی سطح

بررسی می‌شود. این مرحله ساده است، اما نباید کم‌اهمیت تلقی شود.

—

۳. محدودیت بازرسی چشمی

بازرسی ظاهری نمی‌تواند تمام عیوب داخلی را آشکار کند. ممکن است یک حباب در عمق رزین قرار گرفته باشد یا در فصل مشترک بین رزین و زیرلایه فضای خالی ایجاد شده باشد. چنین عیوبی ممکن است از سطح قابل مشاهده نباشند. به همین دلیل، در کاربردهای حساس باید از روش‌های تکمیلی استفاده شود.

—

۴. بررسی یکنواختی پوشش

یکی از معیارهای مهم، یکنواختی لایه عایق است. قسمت‌های بسیار نازک ممکن است از نظر عایقی با قسمت‌های ضخیم تفاوت داشته باشند. از طرف دیگر، ضخامت بیش از حد نیز در برخی سیستم‌ها می‌تواند فرآیند پخت و دفع گرمای واکنش را دشوار کند. بنابراین هدف، صرفاً «ضخیم‌تر کردن» پوشش نیست؛ بلکه دستیابی به ضخامت مناسب و یکنواخت است.

—

۵. اندازه‌گیری ضخامت

در صورت امکان، ضخامت لایه باید با ابزار مناسب اندازه‌گیری شود. روش اندازه‌گیری به جنس زیرلایه و نوع پوشش بستگی دارد. در قطعات فلزی، برخی روش‌های اندازه‌گیری ضخامت پوشش می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. در پروژه‌های حساس، ثبت ضخامت نقاط مختلف می‌تواند برای کنترل کیفیت مفید باشد.

—

۶. چرا ضخامت واقعی مهم‌تر از ضخامت اسمی است؟

ممکن است در دستور اجرای یک پروژه، ضخامت مشخصی در نظر گرفته شده باشد، اما پس از اجرا ضخامت واقعی در همه نقاط دقیقاً یکسان نباشد. تفاوت ضخامت می‌تواند ناشی از:

– روش اعمال؛
– هندسه قطعه؛
– ویسکوزیته؛
– جریان رزین؛
– شره؛
– یا روش پخت

باشد. بنابراین ضخامت طراحی‌شده باید با ضخامت واقعی مقایسه شود.

—

۷. آزمون چسبندگی

یکی دیگر از آزمون‌های مهم، بررسی چسبندگی رزین به زیرلایه است. هدف این است که مشخص شود آیا پوشش می‌تواند تنش‌های واردشده را بدون جداشدن تحمل کند یا خیر. روش آزمون باید بر اساس نوع پوشش و زیرلایه انتخاب شود.

—

۸. شکست چسبنده و شکست درون رزین

در آزمون چسبندگی، محل شکست اهمیت دارد. اگر جدایش دقیقاً در فصل مشترک رزین و زیرلایه رخ دهد، اطلاعاتی درباره اتصال بین این دو ماده به دست می‌آید. اگر شکست داخل خود رزین اتفاق بیفتد، وضعیت متفاوت است. بنابراین تنها عدد نیروی جداشدن همیشه کافی نیست؛ نوع شکست نیز باید بررسی شود.

—

۹. آزمون مقاومت عایقی

یکی از آزمون‌های مهم در سیستم‌های الکتریکی، اندازه‌گیری مقاومت عایقی است. این آزمون نشان می‌دهد که عایق تا چه حد در برابر عبور جریان بسیار کم مقاومت می‌کند. اما مقاومت عایقی با ولتاژ شکست یکسان نیست. ممکن است یک ماده مقاومت عایقی بالایی داشته باشد، اما این موضوع به تنهایی مشخص نمی‌کند که در یک ولتاژ مشخص حتماً دچار شکست نمی‌شود.

—

۱۰. مقاومت حجمی و سطحی

در بررسی خواص الکتریکی مواد عایق، می‌توان مقاومت را از دو دیدگاه بررسی کرد: مقاومت حجمی و مقاومت سطحی. مقاومت حجمی بیشتر به مسیر عبور جریان از داخل ماده مربوط است. مقاومت سطحی رفتار جریان در امتداد سطح را بررسی می‌کند .در محیط‌های مرطوب یا آلوده، مقاومت سطحی می‌تواند اهمیت ویژه‌ای پیدا کند.

—

۱۱. آزمون ولتاژ تحمل

در این آزمون، عایق در معرض ولتاژ مشخصی برای مدت تعیین‌شده قرار می‌گیرد و بررسی می‌شود که آیا شکست یا تخلیه غیرمجاز رخ می‌دهد یا خیر. مقدار ولتاژ، مدت زمان، نوع ولتاژ و شرایط آزمون باید بر اساس استاندارد یا مشخصات فنی مربوط به کاربرد تعیین شود.

—

۱۲. ولتاژ تحمل با ولتاژ شکست فرق دارد

این دو اصطلاح نباید با یکدیگر اشتباه شوند. ولتاژ شکست به ولتاژی اشاره دارد که در آن نمونه تحت شرایط آزمون دچار شکست الکتریکی می‌شود. اما ولتاژ تحمل یک سطح آزمون مشخص است که نمونه باید برای مدت معین آن را بدون شکست تحمل کند. بنابراین اگر یک نمونه در ولتاژ بالاتری دچار شکست شود، این موضوع به معنی آن نیست که آن ولتاژ، ولتاژ کاری مجاز تجهیز است.

—

۱۳. آزمون ولتاژ شکست

آزمون ولتاژ شکست می‌تواند برای مقایسه نمونه‌های عایقی و بررسی کیفیت ماده مفید باشد. اما نتیجه آن به شرایط آزمون وابسته است. پارامترهایی مانند:

– ضخامت؛
– شکل الکترود؛
– نوع ولتاژ؛
– سرعت افزایش ولتاژ؛
– دما؛
– رطوبت؛
– و وجود عیوب

می‌توانند بر نتیجه اثر بگذارند.

—

۱۴. آزمون روی نمونه کوچک

گاهی آزمایشگاه نمونه کوچکی از رزین را آزمایش می‌کند. این کار برای بررسی خواص ماده مفید است، اما نتیجه آن لزوماً عملکرد کل تجهیز را نشان نمی‌دهد. زیرا تجهیز واقعی ممکن است دارای هندسه پیچیده، اتصالات، لبه‌ها و فصل مشترک‌های متعدد باشد.

—

۱۵. اهمیت هندسه الکترود

در آزمون‌های الکتریکی، شکل الکترود بسیار مهم است. اگر یک الکترود دارای لبه تیز باشد، ممکن است میدان الکتریکی در اطراف آن افزایش پیدا کند. در نتیجه، نتیجه آزمایش تحت تأثیر هندسه قرار می‌گیرد. به همین دلیل روش آزمون باید استاندارد و قابل تکرار باشد.

—

۱۶. آزمون تخلیه جزئی

در تجهیزات ولتاژ بالا، یکی از آزمون‌های تخصصی، اندازه‌گیری تخلیه جزئی است. تخلیه جزئی می‌تواند در نواحی دارای:

– حفره؛
– ترک؛
– فصل مشترک نامناسب؛
– یا تمرکز میدان

رخ دهد. این آزمون برای ارزیابی عایق‌های حساس اهمیت زیادی دارد.

—

۱۷. چرا تخلیه جزئی مهم است؟

ممکن است یک عایق در یک آزمون کوتاه‌مدت ولتاژ را تحمل کند، اما درون آن تخلیه‌های کوچک و تکرارشونده وجود داشته باشد. تداوم این پدیده در شرایط خاص می‌تواند به تدریج ساختار عایق را تخریب کند. بنابراین آزمون تخلیه جزئی در کاربردهای خاص می‌تواند اطلاعاتی فراتر از یک آزمون ساده تحمل ولتاژ ارائه دهد.

—

۱۸. آزمون رطوبتی

اگر عایق در محیط مرطوب کار می‌کند، آزمون در شرایط خشک به تنهایی کافی نیست. ممکن است نمونه خشک عملکرد مناسبی داشته باشد، اما پس از جذب رطوبت خواص آن تغییر کند. به همین دلیل، آزمون رطوبتی یا قرار دادن نمونه در شرایط محیطی مشخص می‌تواند برای ارزیابی دوام مفید باشد.

۱۹. آب و آلودگی

آب کاملاً خالص و آب حاوی نمک و آلودگی‌های مختلف، از نظر هدایت الکتریکی رفتار یکسانی ندارند. در محیط واقعی، رطوبت سطح ممکن است با گردوغبار، نمک یا مواد صنعتی ترکیب شود. این ترکیب می‌تواند جریان نشتی سطحی را افزایش دهد. بنابراین شرایط واقعی محیط باید در طراحی آزمون لحاظ شود.

برای خرید محصول کلیک کنید

۲۰. آزمون سیکل حرارتی

عایق در بسیاری از تجهیزات تحت تغییرات دما قرار می‌گیرد. انبساط و انقباض متفاوت رزین و زیرلایه می‌تواند تنش‌هایی در فصل مشترک ایجاد کند. با تکرار سیکل‌های حرارتی، احتمال ایجاد ترک یا کاهش چسبندگی ممکن است افزایش یابد. به همین دلیل آزمون سیکل حرارتی می‌تواند برای ارزیابی دوام سیستم مفید باشد.

—

۲۱. آزمون پیرشدگی

اگر هدف بررسی عملکرد بلندمدت باشد، ممکن است از آزمون‌های پیرشدگی استفاده شود. نمونه در شرایط کنترل‌شده برای مدت مشخص قرار می‌گیرد و سپس خواص آن بررسی می‌شود. پیرشدگی می‌تواند تحت تأثیر عواملی مانند:

– دما؛
– رطوبت؛
– تابش؛
– میدان الکتریکی؛
– مواد شیمیایی؛
– و تنش مکانیکی

باشد.

—

۲۲. آزمون‌های ترکیبی

در دنیای واقعی، عوامل مختلف معمولاً به صورت هم‌زمان وجود دارند. برای مثال تجهیز ممکن است هم‌زمان تحت:

ولتاژ + دما + رطوبت + ارتعاش

قرار داشته باشد. بنابراین در پروژه‌های بسیار حساس، آزمون‌های ترکیبی می‌توانند اطلاعات بیشتری نسبت به آزمون یک عامل منفرد ارائه دهند.

—

۲۳. آزمون مقاومت در برابر مواد شیمیایی

اگر تجهیز در محیط صنعتی قرار دارد، تماس با روغن، مواد شوینده، حلال‌ها یا مواد خورنده باید بررسی شود. این آزمون می‌تواند مشخص کند آیا ماده پس از تماس با محیط شیمیایی دچار:

– نرم‌شدن؛
– تورم؛
– ترک؛
– تغییر وزن؛
– یا کاهش چسبندگی

می‌شود یا خیر.

—

۲۴. آزمون ضربه و تنش مکانیکی

رزین عایق ممکن است در هنگام حمل، نصب یا بهره‌برداری تحت ضربه و ارتعاش قرار گیرد. اگر عایق ترک بخورد، عملکرد الکتریکی آن نیز ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد. بنابراین در تجهیزات متحرک یا دارای ارتعاش، بررسی مکانیکی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

—

۲۵. بررسی سطح پس از آزمون

گاهی لازم است پس از آزمون، سطح نمونه دوباره بررسی شود. ممکن است تغییرات ظاهری مانند:

– ترک‌های ریز؛
– تغییر رنگ؛
– تاول؛
– سفیدشدگی؛
– یا جداشدگی

ایجاد شده باشد. این تغییرات می‌توانند سرنخ‌هایی درباره نوع تخریب فراهم کنند.

—

۲۶. آزمون مخرب و غیرمخرب

برخی آزمون‌ها نمونه را تخریب نمی‌کنند و می‌توان پس از آزمایش همچنان از قطعه استفاده کرد. برخی آزمون‌های دیگر، مانند آزمون ولتاژ شکست، ماهیت مخرب دارند. بنابراین پیش از انتخاب آزمون باید مشخص شود که هدف:

– کنترل کیفیت تولید؛
– تأیید طراحی؛
– تحقیق و توسعه؛
– یا بررسی خرابی

است.

—

۲۷. آزمون نوعی و آزمون روتین

در تولید صنعتی، همه آزمون‌ها برای تک‌تک قطعات انجام نمی‌شوند. برخی آزمون‌ها ممکن است در مرحله تأیید طراحی یا تأیید نوع محصول انجام شوند. برخی دیگر می‌توانند به عنوان کنترل روتین تولید استفاده شوند. نوع آزمون باید بر اساس استاندارد، کاربرد و سطح اطمینان موردنیاز تعیین شود.

—

۲۸. نمونه مرجع

داشتن نمونه‌ای که عملکرد آن قبلاً تأیید شده است، می‌تواند برای مقایسه مفید باشد. اگر نمونه جدید از نظر ظاهر، چسبندگی یا خواص الکتریکی تفاوت قابل توجهی با نمونه مرجع داشته باشد، می‌توان موضوع را بررسی کرد. این روش در کنترل کیفیت تولید می‌تواند کاربرد زیادی داشته باشد.

—

۲۹. ثبت نتایج آزمون

هر آزمون باید تا حد امکان همراه با شرایط آن ثبت شود. اطلاعاتی مانند:

– تاریخ آزمون؛
– شماره نمونه؛
– ضخامت؛
– دما؛
– رطوبت؛
– نوع ولتاژ؛
– مدت آزمون؛
– شکل الکترود؛
– و نتیجه

برای تفسیر بعدی اهمیت دارند. یک عدد بدون شرایط آزمون ارزش فنی محدودی دارد.

—

۳۰. اهمیت تکرارپذیری

اگر آزمونی چند بار انجام شود و نتایج آن اختلاف زیادی داشته باشند، باید علت بررسی شود. ممکن است مشکل از:

– آماده‌سازی نمونه؛
– ضخامت؛
– شرایط محیطی؛
– روش اعمال ولتاژ؛
– یا نقص آزمایش

باشد. نتیجه قابل اعتماد نیازمند روش آزمون قابل تکرار است.

—

۳۱. آزمون قبل و بعد از پیرشدگی

یکی از روش‌های مناسب برای ارزیابی دوام، مقایسه عملکرد نمونه قبل و بعد از یک فرآیند پیرشدگی مشخص است. برای مثال می‌توان یک ویژگی الکتریکی یا مکانیکی را پیش از پیرسازی اندازه‌گیری و سپس بعد از آن دوباره بررسی کرد. تغییرات به دست آمده می‌تواند اطلاعاتی درباره پایداری سیستم ارائه دهد.

—

۳۲. آزمون در حالت خشک و مرطوب

برای برخی عایق‌ها، مقایسه شرایط خشک و مرطوب اطلاعات ارزشمندی فراهم می‌کند. اما باید شرایط هر دو آزمون دقیقاً ثبت شود. تفاوت میان نتایج خشک و مرطوب لزوماً به معنی ضعف مطلق ماده نیست؛ بلکه نشان‌دهنده حساسیت عملکرد نمونه به شرایط محیطی نیز هست.

—

۳۳. داده‌های آزمون رزین پادنار 8119

طبق داده‌های فنی ارائه‌شده برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، نمونه‌ای با ضخامت ۱ میلی‌متر روی مقره چرخی آزمایش شده است. در شرایط خشک، ولتاژ شکست نمونه ۲۱٬۰۰۰ ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۳٬۵۰۰ ولت اعلام شده است. برای شرایط مرطوب، ولتاژ شکست ۱۴٬۰۰۰ ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۲٬۵۰۰ ولت اعلام شده است. این اعداد باید دقیقاً به عنوان نتایج همان نمونه و شرایط آزمون تفسیر شوند و نباید بدون اطلاعات تکمیلی به عنوان ولتاژ کاری مجاز یا رتبه‌بندی عمومی رزین در تمام کاربردها استفاده شوند.

—

۳۴. چرا نتیجه یک آزمایش کافی نیست؟

حتی یک نتیجه بسیار خوب در آزمون ولتاژ شکست، تمام ویژگی‌های موردنیاز یک عایق را مشخص نمی‌کند. برای ارزیابی جامع ممکن است موارد دیگری نیز اهمیت داشته باشند:

– مقاومت عایقی؛
– تخلیه جزئی؛
– چسبندگی؛
– مقاومت حرارتی؛
– مقاومت رطوبتی؛
– مقاومت مکانیکی؛
– و پایداری بلندمدت.

بنابراین کیفیت عایق را باید مجموعه‌ای از پارامترها دانست.

—

۳۵. آزمون باید با کاربرد هماهنگ باشد

برای یک پوشش ساده ممکن است بازرسی ظاهری و کنترل ضخامت اهمیت اصلی را داشته باشد. اما برای تجهیز ولتاژ بالا، ممکن است آزمون‌های تخصصی‌تری مورد نیاز باشد. بنابراین نمی‌توان یک بسته آزمون یکسان را برای تمام کاربردهای رزین اپوکسی پیشنهاد کرد.

—

۳۶. آزمون در آزمایشگاه معتبر

در آزمون‌هایی که نتیجه آنها برای طراحی یا تأیید عملکرد تجهیز اهمیت دارد، استفاده از آزمایشگاه دارای تجهیزات و روش آزمون مناسب اهمیت زیادی دارد. به‌خصوص در آزمون‌های ولتاژ بالا، ایمنی اپراتور و صحت روش آزمون باید جدی گرفته شود.

—

۳۷. تفسیر محافظه‌کارانه نتایج

یکی از اصول مهم در مهندسی عایق این است که نتیجه آزمون بیش از محدوده واقعی آن تفسیر نشود. اگر نمونه‌ای در یک شرایط مشخص ولتاژ معینی را تحمل کرده است، این نتیجه به تنهایی نمی‌گوید که تمام نمونه‌های مشابه در تمام شرایط همان رفتار را خواهند داشت. تغییر ضخامت، هندسه، رطوبت، دما و روش اجرا می‌تواند نتیجه را تغییر دهد.

—

۳۸. آزمون و تضمین کیفیت

آزمون زمانی بیشترین ارزش را دارد که با معیار پذیرش مشخص همراه باشد. مثلاً باید از قبل مشخص شود:

– چه ضخامت حداقلی قابل قبول است؟

چه مقدار چسبندگی مورد انتظار است؟
>- مدت آزمون چقدر است؟
>- و معیار قبولی چیست؟

چه نوع عیبی مردود است؟

بدون معیار پذیرش، نتیجه آزمون ممکن است فقط یک عدد بدون کاربرد تصمیم‌گیری باشد.

—

۳۹. چک‌لیست کنترل نهایی

برای یک سیستم عایق اپوکسی می‌توان چک‌لیست زیر را در نظر گرفت: مرحله اول: بررسی ظاهری -مرحله دوم: کنترل ضخامت مرحله سوم: بررسی چسبندگی در صورت نیاز -مرحله چهارم: کنترل شرایط پخت مرحله پنجم: آزمون مقاومت عایقی یا آزمون‌های الکتریکی متناسب -مرحله ششم: آزمون تحمل ولتاژ در صورت نیاز مرحله هفتم: آزمون‌های تخصصی مانند تخلیه جزئی برای کاربردهای حساس -مرحله هشتم: ثبت و مستندسازی نتایج

—

۴۰. چه زمانی آزمون‌های بیشتری لازم است؟

هرچه یکی از شرایط زیر وجود داشته باشد، نیاز به ارزیابی دقیق‌تر بیشتر می‌شود:

– ولتاژ بالاتر؛
– اهمیت بالاتر تجهیز؛
– محیط مرطوب؛
– دمای بالا؛
– آلودگی صنعتی؛
– ضخامت زیاد؛
– هندسه پیچیده؛
– وجود چند ماده در کنار هم؛
– یا هزینه بالای خرابی.

—

۴۱. آزمون بخشی از طراحی است، نه مرحله پایانی صرف

بهترین روش این است که آزمون از ابتدا در فرآیند طراحی دیده شود. ابتدا نیازهای تجهیز مشخص می‌شوند، سپس سیستم عایق انتخاب می‌شود و در ادامه روش آزمون برای تأیید آن تعیین می‌گردد. در این روش، اگر نمونه اولیه نتیجه مناسبی نداشته باشد، می‌توان قبل از تولید نهایی طراحی را اصلاح کرد.

—

۴۲. جمع‌بندی

ارزیابی رزین اپوکسی عایق برق پس از اجرا باید متناسب با اهمیت کاربرد انجام شود. بازرسی چشمی برای پیدا کردن عیوب آشکار ضروری است، اما برای تشخیص تمام مشکلات کافی نیست. کنترل ضخامت، چسبندگی، مقاومت عایقی، تحمل ولتاژ، ولتاژ شکست، تخلیه جزئی، مقاومت رطوبتی، سیکل حرارتی و آزمون‌های پیرشدگی هرکدام اطلاعات متفاوتی درباره عملکرد سیستم ارائه می‌کنند.

در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز نتایج اعلام‌شده برای نمونه ۱ میلی‌متری روی مقره چرخی می‌تواند به عنوان داده آزمون همان نمونه مورد استفاده قرار گیرد؛ اما نباید بدون توجه به شرایط آزمون، آن را معادل ولتاژ کاری مجاز یا یک مشخصه عمومی برای تمام تجهیزات دانست. اصل مهم این است:

یک عدد آزمایشگاهی به تنهایی کیفیت یک سیستم عایق را تعریف نمی‌کند؛ کیفیت واقعی زمانی مشخص می‌شود که ماده، ضخامت، هندسه، فرآیند اجرا و شرایط بهره‌برداری در کنار یکدیگر ارزیابی شوند.

برای خرید محصول کلیک کنید