دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی50
50
فصل ۵۰/ جریان نشتی سطحی در عایق‌های الکتریکی؛ اثر رطوبت، آلودگی، نمک و کیفیت سطح رزین اپوکسی
در یک عایق الکتریکی سالم، انتظار می‌رود جریان الکتریکی از مسیر طراحی‌شده عبور کند و سطح عایق مانع ایجاد مسیر ناخواسته بین نقاط دارای اختلاف پتانسیل شود. با این حال، در شرایط واقعی، سطح عایق همیشه کاملاً خشک و تمیز نیست.
گردوغبار، نمک، مواد شیمیایی، ذرات صنعتی، رطوبت، شبنم و آلودگی‌های محیطی می‌توانند روی سطح بنشینند. بعضی از این آلودگی‌ها در حالت خشک تأثیر محدودی دارند، اما وقتی با آب یا رطوبت ترکیب می‌شوند، ممکن است یک لایه نسبتاً رسانا روی سطح ایجاد کنند.
در چنین شرایطی، جریان نشتی سطحی افزایش می‌یابد.
این موضوع در مقره‌ها، تابلوهای برق فضای باز، سرکابل‌ها، اتصالات، تجهیزات فشار متوسط و فشار بالا و بسیاری از سیستم‌های عایقی اهمیت دارد.
بنابراین وقتی درباره مقاومت الکتریکی یک رزین اپوکسی صحبت می‌کنیم، نباید فقط به عملکرد نمونه در آزمایشگاه و در شرایط کاملاً خشک توجه کنیم. رفتار سطح عایق در محیط واقعی نیز بخشی از مسئله است.
—
جریان نشتی سطحی چیست؟
جریان نشتی سطحی، جریان الکتریکی ناخواسته‌ای است که روی سطح یک ماده عایق یا در امتداد مسیر سطحی آن ایجاد می‌شود.
عایق ایده‌آل باید جریان بسیار کمی را عبور دهد، اما در عمل هیچ عایقی کاملاً ایده‌آل نیست.
مقدار جریان نشتی به عوامل مختلفی وابسته است:
– جنس عایق،
– مقاومت سطحی،
– رطوبت،
– آلودگی،
– نمک‌های محلول،
– اختلاف پتانسیل،
– فاصله بین الکترودها،
– شکل سطح،
– دما.
—
چرا سطح عایق اهمیت دارد؟
ممکن است حجم داخلی یک رزین از نظر الکتریکی وضعیت مناسبی داشته باشد، اما سطح آن در اثر آلودگی یا رطوبت رفتار متفاوتی نشان دهد.
به عنوان مثال، یک لایه خشک و تمیز رزین ممکن است مقاومت سطحی بالایی داشته باشد.
اگر روی آن گردوغبار حاوی نمک بنشیند و سپس باران یا شبنم سطح را خیس کند، شرایط کاملاً متفاوت می‌شود.
در این حالت، آب می‌تواند مواد محلول موجود در آلودگی را در خود حل کند و یک مسیر رساناتر ایجاد شود.
—
نقش رطوبت
رطوبت یکی از مهم‌ترین عوامل افزایش جریان نشتی سطحی است.
البته خود آب خالص رسانایی بسیار پایینی دارد، اما آب موجود در محیط واقعی معمولاً کاملاً خالص نیست.
آب باران، شبنم یا رطوبت سطح می‌تواند حاوی:
– یون‌ها،
– نمک‌ها،
– ذرات گردوغبار،
– مواد آلاینده،
باشد.
بنابراین مسئله اصلی فقط «خیس شدن سطح» نیست؛ بلکه ترکیب رطوبت + آلودگی اهمیت زیادی دارد.
—
آلودگی سطحی چیست؟
آلودگی سطحی مجموعه موادی است که روی سطح عایق قرار می‌گیرند و می‌توانند رفتار الکتریکی آن را تغییر دهند.
نمونه‌های رایج عبارت‌اند از:
– گردوغبار،
– خاک،
– دوده،
– نمک،
– ذرات صنعتی،
– روغن،
– بقایای مواد شیمیایی،
– آلودگی‌های شهری.
همه این مواد به یک اندازه خطرناک نیستند.
میزان تأثیر آنها به ترکیب شیمیایی، ضخامت لایه آلودگی و شرایط رطوبتی بستگی دارد.
—
چرا نمک اهمیت ویژه دارد؟
نمک‌های محلول می‌توانند با آب یک محلول یونی ایجاد کنند.
در نتیجه اگر سطح عایق با ذرات نمکی آلوده شده باشد، هنگام مرطوب شدن ممکن است رسانایی سطح افزایش پیدا کند.
این موضوع در مناطق ساحلی، محیط‌های صنعتی و مکان‌هایی که مواد شیمیایی یا نمکی در هوا وجود دارد اهمیت بیشتری پیدا میکند.
—
تشکیل مسیر رسانا روی سطح
فرض کنیم دو قسمت از یک قطعه دارای اختلاف ولتاژ هستند.
اگر سطح کاملاً تمیز باشد، مسیر مستقیم جریان روی عایق بسیار محدود خواهد بود.
اما اگر یک لایه آلوده و مرطوب از یک طرف به طرف دیگر کشیده شود، ممکن است یک مسیر با مقاومت پایین‌تر ایجاد کند.
در این حالت جریان نشتی افزایش می‌یابد.
—
خشک شدن و مرطوب شدن مکرر
یکی از شرایط مهم در محیط‌های واقعی، چرخه:
خشک → مرطوب → خشک
است.
سطح ممکن است شب هنگام با شبنم مرطوب شود و در طول روز خشک گردد.
اگر آلودگی روی سطح باقی بماند، هر چرخه می‌تواند شرایط متفاوتی ایجاد کند.
در درازمدت، این فرآیند ممکن است روی عملکرد سطح عایق اثر بگذارد.
—
جریان نشتی و گرمایش موضعی
جریان نشتی فقط یک عدد الکتریکی نیست.
وقتی جریان روی یک مسیر سطحی آلوده افزایش پیدا میکند، در همان مسیر توان تلف‌شده نیز ایجاد می‌شود.
این مسئله در شرایط خاص می‌تواند باعث گرمایش موضعی شود.
اگر سطح دارای نقاط خشک و مرطوب متفاوت باشد، توزیع جریان نیز ممکن است یکنواخت نباشد.
—
ایجاد نقاط خشک
در برخی شرایط، جریان سطحی می‌تواند موجب گرم شدن موضعی بخش‌هایی از مسیر مرطوب شود.
در نتیجه بخشی از مسیر خشک‌تر از قسمت‌های دیگر می‌شود.
این وضعیت می‌تواند توزیع میدان را تغییر دهد و در شرایط خاص به ایجاد تخلیه‌های سطحی کمک کند.
این پدیده در عایق‌های آلوده و مرطوب از موضوعات مهم طراحی و نگهداری است.
—
تخلیه سطحی و جریان نشتی
جریان نشتی و تخلیه سطحی دو مفهوم یکسان نیستند.
افزایش جریان نشتی می‌تواند نشانه تغییر شرایط سطح باشد، اما الزاماً به معنی وقوع تخلیه سطحی نیست.
در عین حال، در شرایط نامناسب، مسیرهای رسانای سطحی و تمرکز میدان می‌توانند زمینه را برای تخلیه‌های موضعی فراهم کنند.
بنابراین باید این پدیده‌ها به صورت جداگانه اما مرتبط بررسی شوند.
—
اثر شکل سطح
سطح صاف و یکنواخت معمولاً برای کنترل پوشش مناسب‌تر است.
اما سطح دارای:
– شیار،
– سوراخ،
– گوشه،
– برجستگی،
– فرورفتگی،
ممکن است آب و آلودگی را بیشتر در خود نگه دارد.
در نتیجه هندسه سطح نیز بر رفتار عایق در محیط واقعی اثر دارد.
—
اهمیت آب‌گریزی سطح
آب‌گریزی به تمایل کمتر سطح به نگه‌داشتن آب مربوط است.
سطحی که قطرات آب را کمتر روی خود نگه می‌دارد، ممکن است در برخی شرایط آلودگی و آب کمتری را به شکل یک فیلم پیوسته حفظ کند.
اما آب‌گریزی را نباید با عایق بودن یکی دانست.
یک ماده می‌تواند از نظر الکتریکی عایق باشد ولی سطح آن الزاماً آب‌گریز مطلوبی نداشته باشد.
—
آیا آب‌گریزی به تنهایی کافی است؟
خیر.
حتی یک سطح آب‌گریز نیز ممکن است در اثر:
– آلودگی شدید،
– مواد شیمیایی،
– پیرشدگی،
– تابش خورشید،
– سایش،
– رطوبت مداوم،
رفتار اولیه خود را تغییر دهد.
بنابراین در تجهیزات فضای باز، آب‌گریزی فقط یکی از عوامل طراحی است.
—
نقش زبری سطح
زبری سطح نیز می‌تواند در تجمع آب و آلودگی مؤثر باشد.
اگر سطح دارای فرورفتگی‌های متعدد باشد، آب ممکن است در نقاطی باقی بماند.
در مقابل، یک سطح مناسب و یکنواخت می‌تواند تمیزکاری و کنترل شرایط سطح را ساده‌تر کند.
البته «صاف‌تر بودن» به تنهایی معیار کافی برای انتخاب یک سیستم عایقی نیست؛ خواص چسبندگی و سایر ویژگی‌ها نیز باید حفظ شوند.
—
اثر روغن و مواد آلی
آلودگی سطح فقط گردوغبار و نمک نیست.
روغن و مواد چرب می‌توانند سطح را تغییر دهند و باعث چسبیدن بیشتر گردوغبار شوند.
در هنگام تعمیر تجهیزات، وجود چربی روی سطح یکی از عواملی است که باید پیش از اجرای رزین یا هر پوشش عایقی برطرف شود.
—
آلودگی صنعتی
در محیط‌های صنعتی ممکن است مواد مختلفی در هوا وجود داشته باشد.
ترکیب این مواد با رطوبت می‌تواند خواص سطحی عایق را تغییر دهد.
به همین دلیل یک تجهیز ممکن است در محیط تمیز صنعتی رفتار متفاوتی نسبت به همان تجهیز در محیط دارای گردوغبار، دود یا مواد شیمیایی داشته باشد.
—
محیط ساحلی و نمک
در مناطق نزدیک دریا، ذرات نمکی می‌توانند روی تجهیزات فضای باز بنشینند.
اگر این آلودگی با رطوبت ترکیب شود، احتمال افزایش جریان نشتی سطحی بیشتر می‌شود.
این موضوع در طراحی و نگهداری تجهیزات برق فضای باز باید در نظر گرفته شود.
—
چرا شست‌وشوی عایق اهمیت دارد؟
در برخی تجهیزات، تمیزکاری دوره‌ای می‌تواند به کاهش آلودگی سطح کمک کند.
اما روش شست‌وشو باید با نوع تجهیز و شرایط ایمنی آن سازگار باشد.
نباید بدون رعایت دستورالعمل‌های ایمنی، تجهیزات برق‌دار را با آب یا مواد شوینده شست‌وشو داد.
همچنین ماده شوینده نباید خودش روی سطح عایق باقی بماند و مشکل جدیدی ایجاد کند.
—
تمیز بودن سطح قبل از اجرای رزین
در اجرای رزین اپوکسی عایق برق، تمیزی سطح اهمیت دوگانه دارد.
از یک طرف آلودگی می‌تواند چسبندگی را کاهش دهد.
از طرف دیگر، وجود آلودگی در مرز رزین و زیرلایه می‌تواند یک ناحیه ضعیف ایجاد کند.
بنابراین آماده‌سازی سطح بخش مهمی از فرآیند عایق‌کاری است.
—
جریان نشتی در مقره‌ها
مقره‌ها یکی از شناخته‌شده‌ترین نمونه‌های در معرض جریان نشتی سطحی هستند.
مقره فضای باز ممکن است در معرض:
– باران،
– گردوغبار،
– نمک،
– دود،
– شبنم،
– تابش خورشید،
قرار گیرد.
بنابراین عملکرد آن فقط به مقاومت حجمی ماده وابسته نیست.
—
جریان نشتی در سرکابل
سرکابل‌ها نیز به دلیل اختلاف پتانسیل بالا و وجود سطح عایق، باید از نظر کنترل مسیرهای سطحی به دقت طراحی و اجرا شوند.
هرگونه آلودگی، رطوبت یا نقص در سطح می‌تواند شرایط الکتریکی را تغییر دهد.
به همین دلیل اجرای یکنواخت و کنترل کیفیت سرکابل اهمیت زیادی دارد.
—
تابلوهای برق فضای باز
در تابلوهای فضای باز، ترکیب رطوبت و آلودگی می‌تواند اهمیت بیشتری پیدا کند.
اگر گردوغبار روی سطح عایق جمع شود و سپس رطوبت وارد شود، جریان سطحی می‌تواند افزایش یابد.
در این کاربردها، طراحی محفظه، آب‌بندی، تهویه مناسب و نگهداری منظم در کنار انتخاب ماده عایق اهمیت دارند.
—
نقش رزین اپوکسی
رزین اپوکسی می‌تواند یک لایه جامد و پیوسته روی سطح ایجاد کند و در صورت انتخاب و اجرای صحیح، سطح زیرین را از تماس مستقیم با محیط تا حدی محافظت کند.
اما نتیجه نهایی به کیفیت پوشش وابسته است.
یک پوشش دارای:
– ترک،
– حباب،
– جداشدگی،
– ضخامت نامناسب،
ممکن است در عمل عملکرد متفاوتی نسبت به یک پوشش سالم داشته باشد.
—
ترک سطحی و جریان نشتی
ترک می‌تواند به عنوان یک ناحیه آسیب‌دیده در سطح عمل کند.
اگر رطوبت یا آلودگی وارد ترک شود، شرایط سطحی اطراف آن ممکن است تغییر کند.
در محیط‌های مرطوب، ترک‌های کوچک نیز باید جدی گرفته شوند، به‌خصوص اگر در نزدیکی نواحی با اختلاف پتانسیل زیاد قرار داشته باشند.
—
جداشدگی پوشش
اگر رزین از زیرلایه جدا شود، یک فضای مرزی ایجاد می‌شود.
این فضا می‌تواند محل تجمع رطوبت یا آلودگی باشد.
در نتیجه جداشدگی فقط یک نقص ظاهری نیست و ممکن است عملکرد الکتریکی و دوام پوشش را نیز تحت تأثیر قرار دهد.
—
اثر تابش خورشید
در کاربردهای فضای باز، تابش فرابنفش نیز باید در نظر گرفته شود.
مقاومت UV به فرمولاسیون ماده بستگی دارد.
بنابراین صرفاً عنوان «رزین اپوکسی» نمی‌تواند مقاومت مشخصی در برابر تابش خورشید را تضمین کند.
اگر پوشش مستقیماً در معرض آفتاب قرار دارد، باید مقاومت جوی و UV سیستم مورد استفاده بررسی شود.
—
اثر دما بر جریان نشتی
دما می‌تواند خواص الکتریکی و سطحی مواد را تغییر دهد.
افزایش دما ممکن است مقاومت برخی مواد را کاهش دهد و در کنار رطوبت و آلودگی، شرایط جریان نشتی را تغییر دهد.
بنابراین آزمون‌های محیطی برای تجهیزات حساس بهتر است دما را نیز در نظر بگیرند.
—
اهمیت فاصله خزشی
فاصله خزشی، مسیر سطحی بین دو نقطه با اختلاف پتانسیل است.
اگر سطح عایق آلوده و مرطوب شود، همین مسیر می‌تواند به مسیر جریان نشتی تبدیل شود.
بنابراین طراحی فاصله خزشی مناسب، بخشی از طراحی عایق است.
—
پوشش رزینی و فاصله خزشی
پوشش رزینی ممکن است شکل سطح را تغییر دهد.
اما نباید فرض کرد که هر پوشش ضخیمی به صورت خودکار فاصله خزشی مناسب ایجاد میکند.
طراحی فاصله‌ها باید با توجه به ولتاژ، محیط، هندسه تجهیز و استاندارد یا مشخصات فنی مربوط به همان تجهیز انجام شود.
—
جریان نشتی و پیرشدگی
اگر یک سیستم عایقی برای مدت طولانی در شرایط مرطوب و آلوده کار کند، ممکن است به تدریج دچار پیرشدگی شود.
ترک‌های ریز، تغییرات سطح، تغییر رنگ، کاهش آب‌گریزی یا جداشدگی برخی لایه‌ها می‌توانند از نشانه‌های نیاز به بررسی باشند.
بنابراین نگهداری دوره‌ای فقط برای تمیزکاری نیست؛ بلکه فرصتی برای شناسایی زودهنگام آسیب نیز محسوب می‌شود.
—
روش‌های کنترل جریان نشتی
برای کاهش احتمال مشکلات سطحی می‌توان از مجموعه‌ای از اقدامات استفاده کرد:
1. طراحی مناسب فاصله خزشی.
2. انتخاب ماده مناسب محیط.
3. آماده‌سازی دقیق سطح.
4. جلوگیری از آلودگی هنگام اجرا.
5. کنترل حباب و ترک.
6. اجرای یکنواخت پوشش.
7. کنترل رطوبت.
8. تمیزکاری دوره‌ای در صورت نیاز.
9. بررسی اتصالات و نقاط حساس.
10. انجام آزمون‌های مناسب در پروژه‌های مهم.
هیچ‌کدام از این موارد به تنهایی جایگزین دیگری نیست.
—
آیا افزایش ضخامت رزین جریان نشتی را کاهش می‌دهد؟
نه لزوماً.
افزایش ضخامت ممکن است فاصله عایقی را در بعضی ساختارها افزایش دهد، اما جریان نشتی سطحی بیشتر به وضعیت سطح، آلودگی، رطوبت، فاصله و خواص سطحی وابسته است.
اگر سطح آلوده باشد، اضافه کردن ضخامت در بخش داخلی پوشش الزاماً مشکل جریان سطحی را حل نمی‌کند.
—
آزمون خشک و مرطوب
تفاوت بین شرایط خشک و مرطوب می‌تواند بسیار مهم باشد.
برای نمونه، طبق اطلاعات مرجع ارائه‌شده برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، آزمون نمونه یک‌میلی‌متری روی مقره چرخی نتایج زیر را نشان داده است:
شرایط آزمون| ولتاژ شکست| تحمل یک‌دقیقه‌ای
خشک| ۲۱ کیلوولت| ۳۵۰۰ ولت
مرطوب| ۱۴ کیلوولت| ۲۵۰۰ ولت
این تفاوت نشان می‌دهد که شرایط محیطی می‌تواند در ارزیابی عایق اهمیت داشته باشد.
البته این اعداد مربوط به شرایط و نمونه آزمون اعلام‌شده هستند و نباید به عنوان ولتاژ کاری مجاز عمومی یا نتیجه قطعی برای تمام هندسه‌ها و کاربردها تفسیر شوند.
—
اهمیت آزمون روی سیستم واقعی
اگر رزین روی یک قطعه واقعی اجرا شده باشد، بهتر است در پروژه‌های حساس عملکرد سیستم کامل نیز بررسی شود.
زیرا ممکن است شرایط واقعی شامل موارد زیر باشد:
– فلز،
– پرایمر،
– رزین،
– پیچ و اتصالات،
– رطوبت،
– آلودگی،
– سیکل حرارتی.
آزمون رزین به تنهایی تمام این شرایط را بازسازی نمی‌کند.
—
تفاوت جریان نشتی با ولتاژ شکست
این دو شاخص را نباید یکی دانست.
ولتاژ شکست نشان می‌دهد نمونه در یک شرایط مشخص در چه ولتاژی دچار شکست شده است.
جریان نشتی نشان‌دهنده میزان عبور جریان ناخواسته در شرایط مشخص است.
ممکن است یک عایق قبل از رسیدن به شکست، جریان نشتی قابل اندازه‌گیری داشته باشد.
در طراحی سیستم عایقی، هر دو موضوع می‌توانند اهمیت داشته باشند.
—
جریان نشتی و تعمیر عایق
اگر جریان نشتی یک تجهیز افزایش یافته باشد، نباید بلافاصله نتیجه گرفت که فقط یک لایه رزین جدید لازم است.
ابتدا باید علت بررسی شود.
ممکن است علت:
– آلودگی،
– رطوبت،
– ترک،
– جداشدگی،
– خرابی زیرلایه،
– کاهش فاصله سطحی،
– مشکل در اتصال،
باشد.
اگر علت اصلی مشخص نشود، پوشش جدید ممکن است فقط مشکل را موقتاً پنهان کند.
—
یک رویکرد کاربردی برای تعمیر
در تعمیر عایق می‌توان ابتدا وضعیت موجود را بررسی کرد.
سپس:
تمیزکاری → خشک‌کردن → شناسایی آسیب → اصلاح سطح → آماده‌سازی → اجرای رزین → پخت → کنترل نهایی
انجام شود.
ترتیب دقیق و روش هر مرحله باید با نوع تجهیز و ماده مورد استفاده تطبیق داده شود.
—
رزین اپوکسی در محیط‌های صنعتی
در محیط صنعتی، انتخاب رزین باید با توجه به مواد موجود در محیط انجام شود.
اگر احتمال تماس با روغن، اسید، قلیا یا مواد شیمیایی خاص وجود دارد، مقاومت شیمیایی سیستم باید بررسی شود.
همچنین اگر آلودگی محیط زیاد است، طراحی و نگهداری سطح اهمیت بیشتری پیدا میکند.
—
جمع‌بندی فصل
جریان نشتی سطحی یکی از موضوعاتی است که نشان می‌دهد عملکرد واقعی یک عایق فقط به ساختار داخلی ماده محدود نمی‌شود.
رطوبت، نمک، گردوغبار، مواد شیمیایی، زبری سطح، ترک، جداشدگی و هندسه همگی می‌توانند بر رفتار سطحی اثر بگذارند.
در تجهیزات فضای باز، این موضوع اهمیت بیشتری پیدا میکند؛ زیرا سطح عایق به طور طبیعی با محیط در تماس است.
رزین اپوکسی می‌تواند با ایجاد یک پوشش پیوسته و چسبنده، بخشی از این مشکلات را کنترل کند، اما نتیجه نهایی به آماده‌سازی سطح، فرمولاسیون، ضخامت، پخت، شرایط محیطی و طراحی کلی سیستم وابسته است.
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز داده‌های اعلام‌شده شامل ۲۱ کیلوولت ولتاژ شکست در شرایط خشک و ۱۴ کیلوولت در شرایط مرطوب برای نمونه یک میلی‌متری روی مقره چرخی است. این اطلاعات باید در چارچوب همان آزمون تفسیر شوند و به معنی تعیین مستقیم ولتاژ کاری مجاز برای تجهیزات مختلف نیستند.
در نهایت، کنترل جریان نشتی یک فرآیند سیستمی است؛ یعنی ماده، سطح، هندسه، رطوبت، آلودگی، فاصله‌های عایقی و شرایط بهره‌برداری باید در کنار یکدیگر دیده شوند.
تلفن مشاوره فنی رزین اپوکسی عایق برق پادنار: ۰۹۲۲۱۶۰۹۵۰۹
۰ دیدگاه