دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی 69
جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509
فصل ۶۹ ـ مقاومت حجمی و مقاومت سطحی رزین اپوکسی عایق برق؛ تفاوت مقاومت الکتریکی با استقامت دی‌الکتریک
مقدمه
وقتی درباره یک رزین اپوکسی عایق برق صحبت می‌شود، معمولاً عبارت‌هایی مانند «مقاومت عایقی بالا»، «ولتاژ شکست زیاد» یا «استقامت دی‌الکتریک مناسب» به کار می‌رود. این اصطلاحات به یک موضوع کلی یعنی توانایی ماده در جلوگیری از عبور جریان ناخواسته مربوط هستند، اما از نظر فنی یکسان نیستند. مقاومت حجمی، مقاومت سطحی، مقاومت عایقی، استقامت دی‌الکتریک و ولتاژ شکست هرکدام مفهوم و روش اندازه‌گیری خاص خود را دارند. شناخت این تفاوت‌ها برای طراحی، انتخاب و کنترل کیفیت عایق اهمیت زیادی دارد؛ زیرا ممکن است ماده‌ای مقاومت الکتریکی بالایی داشته باشد، اما در یک شرایط خاص به دلیل تمرکز میدان یا وجود عیب موضعی دچار شکست الکتریکی شود.
برای خرید محصول کلیک کنید
۱. مقاومت الکتریکی عایق یعنی چه؟
مقاومت الکتریکی به زبان ساده نشان می‌دهد عبور جریان از یک مسیر مشخص تا چه اندازه دشوار است. در یک ماده عایق، انتظار می‌رود جریان عبوری در شرایط مشخص بسیار کم باشد. اما مقدار مقاومت فقط به جنس ماده وابسته نیست. ابعاد نمونه، ضخامت، سطح تماس، دما، رطوبت، ولتاژ اعمال‌شده و روش آزمون نیز می‌توانند بر نتیجه اثر بگذارند.
—
۲. مقاومت حجمی چیست؟
مقاومت حجمی یا Volume Resistivity ویژگی‌ای است که مقاومت ماده را نسبت به مسیر عبور جریان در داخل حجم آن توصیف میکند. در این مفهوم تلاش می‌شود اثر ابعاد نمونه از مقدار اندازه‌گیری‌شده جدا شود تا بتوان مواد مختلف را بهتر با یکدیگر مقایسه کرد. واحد متداول مقاومت حجمی، اهم‌متر است.
—
۳. مقاومت سطحی چیست؟
مقاومت سطحی یا Surface Resistivity رفتار الکتریکی سطح ماده را توصیف میکند. در یک قطعه عایق، جریان ممکن است به جای عبور از داخل حجم رزین، روی سطح آن حرکت کند. این موضوع در محیط‌هایی که سطح عایق در معرض رطوبت و آلودگی قرار دارد اهمیت ویژه‌ای پیدا میکند.
—
۴. چرا مقاومت سطحی مهم است؟
سطح یک عایق معمولاً اولین بخشی است که با محیط تماس دارد. گردوغبار، رطوبت، نمک، مواد شیمیایی و سایر آلودگی‌ها می‌توانند وضعیت سطح را تغییر دهند. به همین دلیل ممکن است مقاومت سطحی یک عایق تحت تأثیر محیط بسیار بیشتر از خواص حجمی آن قرار گیرد.
—
۵. تفاوت مقاومت حجمی و سطحی
به صورت ساده می‌توان گفت:
مقاومت حجمی → عبور جریان از داخل ماده
مقاومت سطحی → عبور جریان روی سطح ماده
این دو مسیر می‌توانند هم‌زمان وجود داشته باشند و شرایط محیطی ممکن است یکی را بیشتر از دیگری تحت تأثیر قرار دهد.
—
۶. مقاومت عایقی با مقاومت حجمی یکی نیست
عبارت «مقاومت عایقی» معمولاً برای مقدار مقاومتی که در یک آرایش آزمون مشخص اندازه‌گیری می‌شود به کار می‌رود. این مقدار ممکن است به هندسه نمونه و نحوه اتصال الکترودها وابسته باشد. بنابراین نمی‌توان هر عدد مقاومت عایقی را بدون دانستن روش آزمون به عنوان مقاومت حجمی ذاتی ماده معرفی کرد.
—
۷. قانون اهم در آزمون عایق
در ساده‌ترین حالت، رابطه میان ولتاژ و جریان به صورت:
R = V / I
بیان می‌شود. اما در مواد عایق، به‌ویژه در ولتاژهای بالاتر و شرایط گذرا، رفتار واقعی می‌تواند پیچیده‌تر از یک مقاومت ایده‌آل باشد. جریان ممکن است شامل مؤلفه‌های مختلفی مانند جریان جذب و جریان نشتی باشد.
—
۸. جریان نشتی چیست؟
هیچ عایق واقعی کاملاً جریان صفر ایجاد نمی‌کند. مقدار بسیار کمی جریان می‌تواند از ماده یا سطح آن عبور کند. به این جریان، در بسیاری از کاربردها جریان نشتی گفته می‌شود. افزایش جریان نشتی می‌تواند نشانه تغییر شرایط عایق باشد، ولی تفسیر آن باید با توجه به روش اندازه‌گیری انجام شود.
—
۹. نقش رطوبت
رطوبت یکی از عوامل مهم در رفتار الکتریکی بسیاری از مواد عایق است. رطوبت سطحی می‌تواند مقاومت مسیر سطحی را کاهش دهد. جذب رطوبت در ماده نیز ممکن است خواص الکتریکی و دی‌الکتریک آن را تغییر دهد. به همین دلیل، آزمون خشک و مرطوب می‌تواند نتایج متفاوتی داشته باشد.
—
۱۰. آلودگی سطحی
آلودگی‌هایی مانند نمک و گردوغبار ممکن است در حالت خشک اثر محدودی داشته باشند. اما در حضور رطوبت، این مواد می‌توانند محلول یا نیمه‌محلول شوند و رسانندگی سطح را افزایش دهند. در نتیجه، مقاومت سطحی کاهش پیدا میکند.
—
۱۱. مقاومت سطحی و مسیر خزشی
در تجهیزات ولتاژ بالا، مسیر خزشی اهمیت زیادی دارد. اگر سطح عایق آلوده و مرطوب باشد، جریان نشتی می‌تواند در طول مسیر خزشی حرکت کند. به همین دلیل طراحی مناسب فاصله خزشی و حفظ پاکیزگی سطح اهمیت دارد.
—
۱۲. آیا مقاومت سطحی بالا به معنی ولتاژ شکست بالا است؟
خیر. این دو ویژگی متفاوت هستند. مقاومت سطحی بیشتر درباره دشواری عبور جریان روی سطح در شرایط آزمون مشخص صحبت میکند. ولتاژ شکست به توانایی عایق در تحمل میدان الکتریکی تا پیش از وقوع شکست مربوط است. ممکن است یک ماده مقاومت سطحی بالایی داشته باشد ولی به دلیل عیب داخلی یا تمرکز میدان در ولتاژ مشخصی دچار شکست شود.
—
۱۳. استقامت دی‌الکتریک چیست؟
استقامت دی‌الکتریک معمولاً توانایی ماده برای تحمل میدان الکتریکی بدون شکست را توصیف میکند. در بسیاری از آزمون‌ها، مقدار آن به صورت ولتاژ بر ضخامت بیان می‌شود. با این حال، این عدد یک ویژگی مطلق و مستقل از شرایط نیست. هندسه نمونه، سرعت افزایش ولتاژ، نوع جریان، دما، رطوبت و وجود عیوب می‌توانند بر نتیجه اثر بگذارند.
—
۱۴. ولتاژ شکست چیست؟
ولتاژ شکست ولتاژی است که در شرایط آزمون مشخص، شکست الکتریکی نمونه در آن رخ می‌دهد. بنابراین وقتی گفته می‌شود یک نمونه در ولتاژ معینی دچار شکست شده، باید مشخص باشد:
– نمونه چه ضخامتی داشته؛
– الکترودها چگونه قرار گرفته‌اند؛
– شرایط محیطی چه بوده؛
– نوع ولتاژ چه بوده؛
– و روش آزمون چه بوده است.
بدون این اطلاعات، مقایسه دقیق دشوار می‌شود.
—
۱۵. چرا مقاومت بالا تضمین‌کننده شکست‌ناپذیری نیست؟
مقاومت الکتریکی و استقامت دی‌الکتریک دو جنبه متفاوت از عملکرد عایق هستند. ماده‌ای ممکن است در ولتاژ پایین جریان بسیار کمی عبور دهد و مقاومت بالایی داشته باشد، اما با افزایش میدان الکتریکی در نقطه‌ای مشخص دچار شکست شود. این رفتار با مفهوم ولتاژ شکست مرتبط است.
—
۱۶. اثر ضخامت بر مقاومت اندازه‌گیری‌شده
اگر مسیر عبور جریان درون ماده طولانی‌تر شود، در یک مدل ساده مقاومت افزایش پیدا میکند. در مورد یک نمونه یکنواخت می‌توان رابطه‌ای مانند:
R = ρL/A
را در نظر گرفت. در این رابطه، ρ مقاومت ویژه، L طول مسیر جریان و A سطح مقطع مسیر است. این رابطه نشان می‌دهد که مقاومت اندازه‌گیری‌شده به هندسه نیز وابسته است.
—
۱۷. چرا مقاومت ویژه مفید است؟
مقاومت ویژه کمک میکند تأثیر ابعاد نمونه از ویژگی ماده جدا شود. به همین دلیل برای مقایسه مواد مختلف، مقاومت ویژه اطلاعات مفیدتری از مقاومت خام یک نمونه ارائه می‌دهد. البته شرایط آزمون همچنان باید مشخص باشد.
—
۱۸. اثر دما
افزایش دما می‌تواند رفتار الکتریکی پلیمر را تغییر دهد. حرکت حامل‌های بار و سازوکارهای قطبش در دماهای مختلف یکسان نیستند. بنابراین عدد مقاومت الکتریکی یک رزین بدون ذکر دمای آزمون ممکن است برای مقایسه دقیق کافی نباشد.
—
۱۹. اثر رطوبت و دما به صورت هم‌زمان
در برخی کاربردها، عایق هم‌زمان در معرض دما و رطوبت قرار دارد. این شرایط می‌تواند رفتار ماده را با حالت خشک و دمای اتاق متفاوت کند. به همین دلیل آزمون‌های هیدروترمال یا شرایط ترکیبی برای برخی تجهیزات ارزشمند هستند.
—
۲۰. قطبش و جریان جذب
هنگامی که ولتاژ به یک ماده عایق اعمال می‌شود، جریان اندازه‌گیری‌شده لزوماً فقط جریان نشتی دائمی نیست. در ابتدای اعمال ولتاژ، فرآیندهای قطبش و جذب نیز می‌توانند باعث ایجاد جریان شوند. با گذشت زمان، این مؤلفه‌ها ممکن است کاهش پیدا کنند. بنابراین زمان اندازه‌گیری اهمیت دارد.
—
۲۱. مقاومت عایقی وابسته به زمان
در برخی آزمون‌ها، مقاومت بلافاصله پس از اعمال ولتاژ با مقاومت پس از گذشت زمان متفاوت است. به همین دلیل در استانداردها و روش‌های آزمون، زمان مشخصی برای اندازه‌گیری تعیین می‌شود. ثبت زمان آزمون برای مقایسه نتایج ضروری است.
—
۲۲. اثر ضخامت و عیوب داخلی
افزایش ضخامت اسمی رزین می‌تواند مسیر عبور جریان را طولانی‌تر کند. اما اگر با افزایش ضخامت، حباب، تخلخل یا ترک ایجاد شود، نتیجه ممکن است کاملاً متفاوت باشد. در عایق الکتریکی، کیفیت ساختار داخلی به اندازه ضخامت اهمیت دارد.
—
۲۳. حباب و تخلخل
حباب هوا درون رزین از نظر الکتریکی با خود رزین یکسان نیست. در حضور میدان الکتریکی، این تفاوت می‌تواند موجب تمرکز میدان در اطراف حفره شود. بنابراین کنترل حباب فقط برای زیبایی یا استحکام مکانیکی نیست؛ بلکه بخشی از کنترل کیفیت عایق الکتریکی محسوب می‌شود.
—
۲۴. اثر فصل مشترک رزین و فلز
در پوشش‌های عایق، سطح مشترک رزین و فلز اهمیت زیادی دارد. اگر چسبندگی ضعیف باشد یا فضای خالی ایجاد شود، ممکن است جریان‌های ناخواسته یا تخلیه‌های موضعی شکل بگیرند. به همین دلیل آماده‌سازی سطح فلز و کیفیت اتصال رزین اهمیت دارد.
برای خرید محصول کلیک کنید
۲۵. مقاومت سطحی پس از آلودگی
یک نمونه تمیز و خشک ممکن است مقاومت سطحی بسیار بالایی داشته باشد. اگر همان سطح با محلول نمکی مرطوب شود، شرایط تغییر میکند. از این رو، آزمون سطح تمیز به تنهایی برای پیش‌بینی رفتار تمام محیط‌های بهره‌برداری کافی نیست.
—
۲۶. آزمون خشک و مرطوب
مقایسه عملکرد نمونه در حالت خشک و مرطوب می‌تواند اطلاعات مفیدی درباره حساسیت سیستم عایق نسبت به آب و رطوبت ارائه کند. اما نتیجه چنین آزمونی فقط برای شرایط و روش آزمون مربوطه قابل تفسیر است. نباید یک عدد حاصل از آزمون مرطوب را بدون توجه به شرایط آن به تمام محیط‌های کاری تعمیم داد.
—
۲۷. داده‌های آزمون پادنار 8119
بر اساس داده‌های آزمون ارائه‌شده برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، نمونه‌ای با ضخامت ۱ میلی‌متر روی مقره چرخی در شرایط خشک، ولتاژ شکست ۲۱,۰۰۰ ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۳,۵۰۰ ولت داشته است. در شرایط مرطوب، برای همان اطلاعات آزمون، ولتاژ شکست ۱۴,۰۰۰ ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۲,۵۰۰ ولت اعلام شده است. این اعداد باید دقیقاً به عنوان نتایج آزمون نمونه در شرایط اعلام‌شده بیان شوند و نباید بدون اطلاعات تکمیلی به یک رتبه‌بندی عمومی مانند «۲۱ کیلوولت بر میلی‌متر» یا ولتاژ کاری دائم تجهیز تبدیل شوند.
—
۲۸. تفاوت ولتاژ تحمل و ولتاژ شکست
در داده‌های فوق نیز باید میان دو مفهوم تفاوت گذاشت.پولتاژ شکست یعنی نمونه در آن شرایط دچار شکست شده است. اما ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای مربوط به آزمونی است که در آن نمونه باید برای مدت مشخص، ولتاژ تعیین‌شده را بدون شکست تحمل کند. این دو عدد کاربرد یکسانی ندارند.
—
۲۹. چرا ولتاژ کاری را نمی‌توان از ولتاژ شکست استخراج کرد؟
ولتاژ کاری واقعی یک تجهیز فقط به رزین وابسته نیست. مواردی مانند:
– شکل قطعه؛
– هندسه میدان؛
– فاصله‌ها؛
– نوع ولتاژ؛
– اضافه‌ولتاژها؛
– دما؛
– رطوبت؛
– آلودگی؛
– تخلیه جزئی؛
– و الزامات هماهنگی عایقی
باید در طراحی بررسی شوند. بنابراین ولتاژ شکست آزمایشگاهی مستقیماً معادل ولتاژ کاری مجاز نیست.
—
۳۰. اندازه‌گیری مقاومت سطحی
برای اندازه‌گیری مقاومت سطحی معمولاً از آرایش الکترودی مشخص استفاده می‌شود. هدف آن است که مسیر جریان روی سطح نمونه تعریف شود. نوع الکترود، فشار تماس، ابعاد نمونه، زمان آزمون، دما و رطوبت می‌توانند روی نتیجه اثر بگذارند. بنابراین روش آزمون باید همراه عدد گزارش شود.
—
۳۱. اندازه‌گیری مقاومت حجمی
در آزمون مقاومت حجمی نیز آرایش الکترودها باید به گونه‌ای باشد که جریان از حجم مشخصی از نمونه عبور کند. سپس با توجه به ابعاد نمونه می‌توان مقاومت ویژه را محاسبه کرد. در مواد عایق با مقاومت بسیار بالا، تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل شرایط آزمون اهمیت زیادی دارند.
—
۳۲. اهمیت تمیزی الکترودها
در اندازه‌گیری مقاومت‌های بسیار بالا، آلودگی سطح الکترود یا نمونه می‌تواند نتیجه را تغییر دهد. رطوبت، چربی و ذرات گردوغبار ممکن است مسیرهای ناخواسته ایجاد کنند. به همین دلیل آماده‌سازی نمونه و تجهیزات بخشی از فرآیند آزمون است.
—
۳۳. نقش محافظ یا Guard
در برخی اندازه‌گیری‌های مقاومت بالا، برای کاهش اثر جریان‌های سطحی ناخواسته از آرایش‌های محافظ استفاده می‌شود. این روش کمک میکند مسیر جریان موردنظر دقیق‌تر تعریف شود. جزئیات آن به روش استاندارد و نوع اندازه‌گیری بستگی دارد.
—
۳۴. مقاومت سطحی در محیط واقعی
حتی اگر مقاومت سطحی رزین در آزمایشگاه بالا باشد، ممکن است در محیط واقعی تحت تأثیر آلودگی و رطوبت قرار گیرد. بنابراین طراحی عایق بیرونی باید علاوه بر ویژگی ذاتی ماده، شرایط سطح را نیز در نظر بگیرد. این موضوع به‌خصوص در مناطق آلوده یا ساحلی اهمیت دارد.
—
۳۵. مقاومت الکتریکی و تخلیه جزئی
مقاومت بالا مانع از آن نمی‌شود که در یک حفره داخلی تخلیه جزئی رخ دهد. تخلیه جزئی بیشتر به ساختار داخلی، میدان موضعی و شرایط حفره مربوط است. به همین دلیل، آزمون مقاومت عایقی و آزمون تخلیه جزئی می‌توانند اطلاعات متفاوتی ارائه کنند.
—
۳۶. مقاومت سطحی و Tracking
اگر سطح عایق در شرایط مرطوب و آلوده قرار گیرد، جریان نشتی سطحی می‌تواند افزایش یابد. در شرایط شدید، این مسئله می‌تواند زمینه ایجاد مسیرهای هادی و تخریب سطحی را فراهم کند. بنابراین مقاومت سطحی با موضوع Tracking ارتباط دارد، اما این دو مفهوم یکسان نیستند.
—
۳۷. آزمون‌های ترکیبی
برای یک سیستم عایق حساس، بهتر است ارزیابی فقط بر اساس یک عدد انجام نشود. ممکن است مجموعه‌ای از آزمون‌ها مانند:
– مقاومت عایقی؛
– مقاومت سطحی؛
– مقاومت حجمی؛
– استقامت دی‌الکتریک؛
– تخلیه جزئی؛
– رطوبت؛
– و پیرسازی
تصویر کامل‌تری از عملکرد سیستم ارائه دهد.
—
۳۸. کنترل کیفیت در تولید
اگر رزین اپوکسی به صورت محصول صنعتی تولید شود، یکنواختی بچ‌های مختلف اهمیت دارد. تغییر در مواد اولیه، نسبت اجزا، میزان رطوبت، فرآیند پخت یا آلودگی می‌تواند خواص الکتریکی را تغییر دهد. بنابراین در صورت اهمیت کاربرد، برنامه کنترل کیفیت باید مشخص باشد.
—
۳۹. اهمیت نمونه شاهد
نگهداری یک نمونه شاهد از هر سری تولید یا اجرای مهم می‌تواند برای مقایسه‌های بعدی مفید باشد. اگر پس از مدتی عملکرد تجهیز تغییر کند، نمونه اولیه می‌تواند در بررسی علت تغییر کمک کند. این کار به‌خصوص در پروژه‌های حساس صنعتی ارزشمند است.
—
۴۰. گزارش صحیح نتایج
یک گزارش فنی مناسب بهتر است فقط یک عدد ارائه نکند. حداقل باید مشخص شود:
– ماده مورد آزمایش؛
– ضخامت؛
– هندسه نمونه؛
– شرایط محیطی؛
– نوع ولتاژ؛
– روش آزمون؛
– مدت آزمون؛
– و نتیجه
چه بوده است. این اطلاعات امکان مقایسه صحیح را فراهم می‌کنند.
—
۴۱. اشتباهات رایج در تبلیغات عایق
یکی از خطاهای رایج این است که عدد حاصل از یک آزمون به عنوان یک ویژگی مطلق و عمومی محصول معرفی شود. برای مثال، اگر نمونه‌ای در شرایط خاص در ولتاژ مشخصی دچار شکست شده باشد، نمی‌توان بدون اطلاعات بیشتر گفت محصول برای تمام تجهیزات با همان ولتاژ مناسب است. همچنین نمی‌توان از یک آزمون مقاومت عایقی، به تنهایی عمر یا ولتاژ کاری دائم را نتیجه گرفت.
—
۴۲. جایگاه مقاومت الکتریکی در طراحی عایق
مقاومت الکتریکی یکی از پارامترهای مهم سیستم عایق است، اما تنها پارامتر نیست. یک طراحی مناسب باید مجموعه‌ای از عوامل را در نظر بگیرد: ماده + هندسه + ضخامت + فاصله عایقی + فاصله خزشی + محیط + فرآیند اجرا + آزمون
اگر یکی از این عوامل نادیده گرفته شود، ممکن است نتیجه عملی با نتیجه آزمایشگاهی متفاوت باشد.
—
۴۳. یک چارچوب ساده برای ارزیابی
برای ارزیابی یک رزین عایق می‌توان این ترتیب را در نظر گرفت:
مرحله اول: بررسی مقاومت حجمی و سطحی
دوم: بررسی استقامت دی‌الکتریک
مرحله سوم: بررسی مقاومت در شرایط مرطوب
چهارم: بررسی تخلیه جزئی در کاربردهای حساس
مرحله پنجم: بررسی پیرسازی
ششم: ارزیابی روی هندسه واقعی تجهیز
این روش به جای تمرکز روی یک عدد، عملکرد سیستم را بررسی میکند.
—
۴۴. جمع‌بندی
مقاومت حجمی، مقاومت سطحی، مقاومت عایقی، استقامت دی‌الکتریک و ولتاژ شکست، اصطلاحاتی نزدیک به یکدیگر هستند اما نباید به جای هم استفاده شوند. مقاومت حجمی رفتار عبور جریان از داخل ماده را توصیف میکند و مقاومت سطحی به مسیر روی سطح مربوط است. در مقابل، استقامت دی‌الکتریک و ولتاژ شکست بیشتر به توانایی عایق در تحمل میدان الکتریکی پیش از وقوع شکست مربوط می‌شوند. رطوبت، دما، آلودگی، ضخامت، حباب، کیفیت پخت، هندسه و فصل مشترک رزین با زیرلایه می‌توانند نتیجه هرکدام از این ارزیابی‌ها را تحت تأثیر قرار دهند. در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز نتایج اعلام‌شده برای نمونه ۱ میلی‌متری در شرایط خشک و مرطوب، باید دقیقاً در چارچوب همان آزمون تفسیر شوند. چنین نتایجی ارزش فنی دارند، اما نباید بدون اطلاعات طراحی و آزمون‌های تکمیلی به عنوان ولتاژ کاری دائم یا رتبه‌بندی عمومی محصول استفاده شوند. در نهایت، عایق خوب ماده‌ای نیست که فقط یک عدد بزرگ در برگه آزمون داشته باشد؛ عایق خوب سیستمی است که مقاومت الکتریکی، استقامت دی‌الکتریک، ساختار داخلی، سطح، هندسه و شرایط بهره‌برداری آن با یکدیگر سازگار باشند.
۰ دیدگاه