اپوکسی عایق الکتریکی 92

فصل ۹۲ ـ پیرشدگی الکتریکی بلندمدت رزین اپوکسی عایق برق؛ عوامل کاهش عمر، روش ارزیابی و پیش‌بینی دوام

جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509

مقدمه

پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی یکی از عوامل مهم در تعیین دوام و قابلیت اطمینان سیستم‌های عایقی است. عملکرد مناسب رزین در آزمون‌های اولیه، لزوماً به معنی حفظ همان خواص در طول سال‌های بهره‌برداری نیست. عوامل مختلفی مانند میدان الکتریکی، دما، رطوبت، تخلیه جزئی و سیکل‌های حرارتی می‌توانند به‌تدریج خواص عایق را تغییر دهند. بنابراین، ارزیابی پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی باید علاوه بر عملکرد اولیه، تغییر خواص ماده در طول زمان و شرایط واقعی سرویس را نیز در نظر بگیرد.

برای خرید محصول کلیک کنید

۱. پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی چیست؟

پیرشدگی به مجموعه تغییراتی گفته می‌شود که در اثر گذشت زمان و قرارگرفتن ماده در شرایط سرویس ایجاد می‌شوند. این تغییرات ممکن است ابتدا بسیار کوچک باشند و در ظاهر قابل مشاهده نباشند. اما در صورت ادامه تنش، ممکن است به کاهش مقاومت عایقی، ایجاد تخلیه جزئی، ترک، جداشدگی یا در نهایت شکست منجر شوند.

—

۲. پیرشدگی با شکست ناگهانی تفاوت دارد

شکست دی‌الکتریک ممکن است در یک لحظه رخ دهد. ولی بسیاری از خرابی‌های عایقی نتیجه یک فرآیند تدریجی هستند. برای مثال ممکن است ابتدا یک حفره کوچک یا عیب بین‌سطحی وجود داشته باشد، سپس تخلیه‌های جزئی شکل بگیرند و در طول زمان به تدریج به ساختار عایق آسیب وارد شود.

—

۳. عمر عایقی چیست؟

عمر عایقی را نمی‌توان صرفاً با یک عدد ثابت برای همه شرایط بیان کرد و عمر یک سیستم عایقی به تنش‌هایی که در طول سرویس تجربه می‌کند و همچنین کیفیت ساخت و شرایط محیطی وابسته است. بنابراین عبارت «عمر رزین» بدون مشخص‌کردن شرایط استفاده، مفهوم دقیقی ندارد.

—

۴. عمر انبارداری با عمر کاری متفاوت است

عمر انبارداری مربوط به مدت زمانی است که ماده، در شرایط مشخص نگهداری، قابلیت استفاده مورد انتظار را حفظ می‌کند و عمر کاری مربوط به عملکرد رزین پس از اجرا در تجهیز است. این دو مفهوم نباید با یکدیگر اشتباه شوند.

—

۵. مهم‌ترین عامل؛ میدان الکتریکی

میدان الکتریکی یکی از عوامل اصلی پیرشدگی عایق است. هرچه میدان در یک ناحیه متمرکزتر باشد، احتمال ایجاد تنش شدید موضعی بیشتر می‌شود.

—

۶. تمرکز میدان

گوشه‌های تیز، لبه‌های فلزی، سوراخ‌ها، اتصالات و برخی نواحی هندسی می‌توانند میدان را متمرکز کنند. در نتیجه ممکن است یک نقطه کوچک از عایق تحت تنشی بسیار بیشتر از مقدار متوسط قرار گیرد.

—

۷. حباب‌های داخلی

حباب یا حفره داخلی می‌تواند رفتار متفاوتی نسبت به رزین جامد داشته باشد. این اختلاف می‌تواند میدان را در اطراف حفره تغییر دهد و در شرایط مناسب باعث ایجاد تخلیه جزئی شود.

—

۸. تأثیر تخلیه جزئی بر پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی

تخلیه جزئی را می‌توان یکی از عوامل مهم در برخی سازوکارهای پیرشدگی عایق دانست. تکرار این تخلیه‌ها ممکن است به مرور باعث فرسایش موضعی، تولید محصولات تخریب و گسترش آسیب شود.

—

۹. مسیر تخریب

در برخی شرایط، آسیب می‌تواند از یک حفره یا نقطه ضعیف شروع شود و به تدریج به بخش‌های دیگر گسترش پیدا کند. این فرآیند در همه رزین‌ها و همه تجهیزات یکسان نیست و به ساختار و شرایط کاربرد وابسته است.

—

۱۰. پیرشدگی حرارتی

دما می‌تواند سرعت بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی را افزایش دهد. اگر تجهیز برای مدت طولانی در دمای بالا کار کند، احتمال تغییر خواص رزین افزایش می‌یابد. پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی در دماهای بالا می‌تواند با تغییرات شیمیایی و حرارتی ماده همراه باشد.

—

۱۱. دمای بالا و پخت رزین

رزین کاملاً پخته‌شده با رزین نیمه‌پخته رفتار یکسانی ندارد. پخت نامناسب می‌تواند باعث شود ماده از ابتدا در شرایط نامطلوب وارد سرویس شود و در ادامه حساسیت بیشتری نسبت به عوامل محیطی نشان دهد.

—

۱۲. سیکل حرارتی

حتی اگر حداکثر دما خیلی بالا نباشد، تکرار گرم و سردشدن می‌تواند اهمیت داشته باشد. رزین و زیرلایه در اثر تغییر دما منبسط و منقبض می‌شوند.

—

۱۳. اختلاف ضریب انبساط

فلز، سرامیک و رزین معمولاً ضریب انبساط حرارتی یکسانی ندارند. تکرار سیکل‌های حرارتی می‌تواند در فصل مشترک تنش ایجاد کند.

—

۱۴. ترک‌های ریز

ترک‌های اولیه ممکن است بسیار کوچک باشند و در بازرسی معمولی دیده نشوند. اما ترک می‌تواند مسیر مناسبی برای نفوذ رطوبت ایجاد کند و در عین حال میدان الکتریکی را نیز در اطراف خود تغییر دهد.

—

۱۵. رطوبت و پیرشدگی

رطوبت یکی از عوامل مهم در بسیاری از سیستم‌های عایقی است و رطوبت سطحی می‌تواند جریان نشتی را افزایش دهد و نفوذ رطوبت به ساختار نیز ممکن است خواص ماده یا چسبندگی فصل مشترک را تغییر دهد.

—

۱۶. رطوبت و تخلیه جزئی

اگر رطوبت در نزدیکی یک حفره یا فصل مشترک وجود داشته باشد، شرایط الکتریکی و فیزیکی آن ناحیه می‌تواند تغییر کند. به همین دلیل پیرشدگی الکتریکی و رطوبتی در برخی کاربردها باید به‌صورت هم‌زمان بررسی شوند.

—

۱۷. آلودگی سطحی

گردوغبار، نمک و آلاینده‌های صنعتی می‌توانند روی سطح عایق قرار بگیرند. در حضور رطوبت، این آلودگی‌ها ممکن است مسیر هدایت سطحی ایجاد کنند.

—

۱۸. جریان نشتی

افزایش جریان نشتی سطحی می‌تواند یکی از نشانه‌های نامطلوب در برخی سیستم‌های عایقی باشد. با افزایش جریان نشتی، گرمایش موضعی نیز ممکن است ایجاد شود و یک چرخه نامطلوب شکل گیرد.

—

۱۹. گرمایش ناشی از جریان نشتی

اگر جریان نشتی در یک ناحیه کوچک متمرکز شود، گرمایش موضعی ایجاد می‌شود. افزایش دما نیز می‌تواند بر خواص عایق اثر بگذارد. بنابراین در بعضی شرایط، یک فرآیند چندمرحله‌ای شکل می‌گیرد:

آلودگی → رطوبت → جریان نشتی → گرمایش → تخریب سطح → افزایش بیشتر جریان نشتی

—

۲۰. اضافه‌ولتاژهای تکرارشونده

گاهی عایق فقط با ولتاژ نامی مواجه نیست. اضافه‌ولتاژهای ناشی از کلیدزنی یا سایر رخدادهای شبکه ممکن است به‌صورت تکراری اتفاق بیفتند.

—

۲۱. پالس‌های سریع

تنش‌های پالسی می‌توانند رفتار متفاوتی نسبت به ولتاژ سینوسی معمولی داشته باشند. سرعت افزایش ولتاژ و شکل موج در ارزیابی این نوع تنش‌ها اهمیت دارد.

—

۲۲. AC و DC

سازوکارهای پیرشدگی در سیستم‌های AC و DC الزاماً یکسان نیستند. در DC، حرکت و تجمع بارهای فضایی می‌تواند در برخی مواد و ساختارها اهمیت پیدا کند. در AC نیز قطبش و تلفات دی‌الکتریک در طول زمان مطرح هستند.

—

۲۳. فرکانس

تغییر فرکانس می‌تواند روی رفتار دی‌الکتریک و میزان تلفات اثر بگذارد. در کاربردهایی که فرکانس از شرایط معمول شبکه متفاوت است، بهتر است آزمون در شرایط نزدیک به سرویس انجام شود.

—

۲۴. ناخالصی‌های یونی

وجود برخی ناخالصی‌های یونی می‌تواند در حضور رطوبت بر جریان نشتی و مقاومت عایقی اثر بگذارد. به همین دلیل خلوص مواد اولیه، فیلرها، رنگدانه‌ها و حتی آب یا مواد مورد استفاده در فرآیند اهمیت دارد.

—

۲۵. حلال‌ها و مواد فرار

باقی‌ماندن مواد فرار در یک ساختار رزینی می‌تواند باعث ایجاد حفره یا تغییر خواص شود. این مسئله در پوشش‌های ضخیم و ساختارهای محصور اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

برای خرید محصول کلیک کنید

۲۶. اثر پخت ناقص بر عمر

پخت ناقص فقط یک مشکل اولیه نیست. ساختار ناقص پلیمری می‌تواند در طول سرویس نسبت به دما، رطوبت و تنش‌های الکتریکی رفتار متفاوتی داشته باشد. بنابراین کنترل پخت یکی از مراحل مهم افزایش قابلیت اطمینان عایق است.

—

۲۷. پیرشدگی مکانیکی و الکتریکی

در تجهیزات دارای ارتعاش، ترک‌های مکانیکی می‌توانند به نقاط تمرکز میدان تبدیل شوند. در نتیجه یک عیب مکانیکی ممکن است به‌مرور به مسئله‌ای الکتریکی تبدیل شود.

۲۸. پیرشدگی ترکیبی

واقعیت سرویس معمولاً یک عامل منفرد نیست. ممکن است رزین هم‌زمان تحت:

– میدان الکتریکی؛
– دمای بالا؛
– رطوبت؛
– ارتعاش؛
– آلودگی؛
– و سیکل حرارتی

قرار داشته باشد. این وضعیت را می‌توان پیرشدگی چندعاملی یا ترکیبی دانست. به همین دلیل، بررسی پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی باید اثر هم‌زمان عوامل مختلف را نیز پوشش دهد.

—

۲۹. چرا آزمون یک‌عاملی همیشه کافی نیست؟

ممکن است یک رزین در برابر حرارت نتیجه مناسبی داشته باشد، اما ترکیب حرارت و رطوبت رفتار متفاوتی ایجاد کند. همچنین نتیجه آزمون الکتریکی خشک الزاماً رفتار عایق در شرایط مرطوب و آلوده را مشخص نمی‌کند.

—

۳۰. آزمون تسریع‌شده پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی

برای کاهش زمان ارزیابی، در آزمایشگاه می‌توان نمونه را تحت تنش شدیدتر از شرایط عادی قرار داد. هدف این است که تغییرات ایجادشده در مدت کوتاه‌تری قابل مشاهده شوند.

—

۳۱. خطر تفسیر نادرست آزمون تسریع‌شده

افزایش دما یا ولتاژ همیشه به این معنی نیست که همان سازوکار تخریب در شرایط عادی رخ خواهد داد. اگر مکانیزم شکست در آزمون تسریع‌شده با مکانیزم سرویس واقعی متفاوت باشد، پیش‌بینی عمر می‌تواند گمراه‌کننده شود.

—

۳۲. رابطه دما و سرعت پیرشدگی

در برخی مطالعات پیرشدگی حرارتی از روابط تجربی مانند مدل آرنیوس استفاده می‌شود. این مدل‌ها می‌توانند برای برخی سازوکارهای مشخص مفید باشند، اما استفاده از آنها نیازمند داده‌های کافی و اطمینان از سازوکار تخریب است.

—

۳۳. پیرشدگی تحت میدان الکتریکی

در ارزیابی عمر الکتریکی، معمولاً نمونه‌ها تحت میدان‌های مختلف قرار می‌گیرند و زمان تا وقوع یک معیار شکست اندازه‌گیری می‌شود. با افزایش تنش، ممکن است زمان شکست کاهش یابد. اما شکل دقیق این رابطه باید از داده‌های آزمایشگاهی به دست آید.

—

۳۴. توزیع آماری شکست

شکست عایق یک پدیده کاملاً قطعی و یکسان برای تمام نمونه‌ها نیست. وجود عیوب کوچک و تفاوت‌های ساختاری باعث می‌شود زمان شکست نمونه‌ها متفاوت باشد. به همین دلیل تحلیل آماری در مطالعات عمر عایقی اهمیت پیدا می‌کند.

—

۳۵. توزیع Weibull

در مطالعات قابلیت اطمینان عایق‌ها، تحلیل Weibull می‌تواند برای بررسی پراکندگی زمان یا تنش شکست مورد استفاده قرار گیرد. این روش کمک می‌کند به‌جای تکیه بر یک نمونه، رفتار مجموعه‌ای از نمونه‌ها بررسی شود.

—

۳۶. تعداد نمونه‌ها

هرچه نتیجه قرار است برای تصمیم مهم‌تری استفاده شود، تعداد نمونه و کیفیت طراحی آزمون اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. یک نتیجه حاصل از یک نمونه را نباید بدون احتیاط به کل تولید تعمیم داد.

—

۳۷. شرایط اولیه نمونه‌ها

پیش از آزمون عمر، باید مشخص باشد نمونه‌ها چگونه:

– ساخته شده‌اند؛
– پخته شده‌اند؛
– نگهداری شده‌اند؛
– و تحت چه شرایطی آماده آزمون شده‌اند.

—

۳۸. ضخامت نمونه

ضخامت نیز باید در گزارش آزمون ثبت شود. نتیجه یک نمونه نازک را نمی‌توان بدون بررسی به یک ساختار بسیار ضخیم تعمیم داد.

—

۳۹. هندسه الکترود

هندسه الکترود می‌تواند میدان را تغییر دهد. بنابراین آزمون عمر الکتریکی باید تا حد امکان با شرایط واقعی کاربرد ارتباط داشته باشد.

—

۴۰. معیار پایان عمر

پایان عمر همیشه به معنی شکست کامل و ناگهانی نیست. در بعضی مطالعات، افزایش جریان نشتی، کاهش مقاومت عایقی، افزایش تخلیه جزئی یا تغییر یک مشخصه مشخص می‌تواند معیار پایان عمر باشد.

—

۴۱. بازرسی ظاهری

ترک، تغییر رنگ، جداشدگی، تورم یا آسیب سطحی می‌تواند نشانه‌ای برای بررسی بیشتر باشد. اما نبودن عیب ظاهری به معنی سالم‌بودن کامل ساختار داخلی نیست.

—

۴۲. آزمون مقاومت عایقی

مقایسه مقاومت عایقی قبل و بعد از پیرشدگی می‌تواند اطلاعات مفیدی درباره تغییر عملکرد فراهم کند. این آزمون باید با روش و شرایط ثابت انجام شود تا مقایسه معتبرتر باشد.

—

۴۳. آزمون ولتاژ تحمل

پس از پیرشدگی می‌توان بررسی کرد که نمونه هنوز توانایی تحمل سطح ولتاژ تعیین‌شده در آزمون را دارد یا خیر.

—

۴۴. آزمون تخلیه جزئی

در تجهیزات حساس، بررسی تخلیه جزئی قبل و بعد از پیرشدگی می‌تواند اطلاعات مهمی درباره ایجاد یا رشد عیوب داخلی ارائه کند.

—

۴۵. آزمون‌های ترکیبی

برای برخی کاربردها، آزمون ترکیبی مانند:

حرارت + رطوبت + ولتاژ

یا

سیکل حرارتی + تنش الکتریکی

می‌تواند از آزمون تک‌عاملی به شرایط واقعی نزدیک‌تر باشد.

—

۴۶. پایش در طول آزمون

بهتر است فقط زمان شروع و پایان آزمون ثبت نشود. اندازه‌گیری‌های دوره‌ای می‌توانند نشان دهند که آیا تغییرات تدریجی در مقاومت، جریان نشتی یا تخلیه جزئی ایجاد شده است یا خیر.

—

۴۷. پیش‌بینی عمر و دوام رزین اپوکسی عایق برق

تبدیل مستقیم مثلاً چند ساعت آزمون آزمایشگاهی به چند سال عمر واقعی، بدون مدل معتبر و داده کافی، قابل اتکا نیست. عمر واقعی به شرایط سرویس وابسته است.

—

۴۸. نقش کیفیت اجرا

حتی بهترین رزین نیز اگر با نسبت اختلاط اشتباه، پخت ناقص، حباب زیاد یا آماده‌سازی نامناسب سطح اجرا شود، الزاماً عمر مورد انتظار را نخواهد داشت. بنابراین عمر عایق حاصل جمع کیفیت ماده + طراحی + اجرا + شرایط سرویس است.

—

۴۹. رزین اپوکسی پادنار 8119 و موضوع عمر

برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، داده‌های ارائه‌شده شامل نتایج آزمون یک نمونه یک میلی‌متری در شرایط خشک و مرطوب است. در حالت خشک، ولتاژ شکست ۲۱ هزار ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۳۵۰۰ ولت گزارش شده و در حالت مرطوب نیز به‌ترتیب ۱۴ هزار ولت و ۲۵۰۰ ولت اعلام شده است. این نتایج عملکرد نمونه را در شرایط آزمون مشخص نشان می‌دهند، اما به‌تنهایی آزمون عمر بلندمدت محسوب نمی‌شوند. بنابراین از این داده‌ها نمی‌توان بدون انجام مطالعات پیرشدگی، عمر مثلاً ۱۰، ۲۰ یا ۳۰ ساله برای محصول تعیین کرد.

—

۵۰. چه زمانی می‌توان درباره عمر یک عایق با اطمینان بیشتری صحبت کرد؟

برای ارائه یک ادعای مهندسی درباره عمر عایقی، بهتر است مجموعه‌ای از اطلاعات در دسترس باشد، از جمله:

– شرایط واقعی سرویس؛
– سطح تنش الکتریکی؛
– دمای کاری؛
– رطوبت؛
– تعداد و نوع سیکل‌های حرارتی؛
– کیفیت ساخت نمونه؛
– ضخامت؛
– هندسه؛
– روش آزمون؛
– تعداد نمونه‌ها؛
– معیار پایان عمر؛
– و نتایج آماری.

هرچه این اطلاعات کامل‌تر باشند، نتیجه قابلیت اتکای بیشتری خواهد داشت.

—

۵۱. مفهوم «عمر نامحدود» برای عایق

هیچ ماده‌ای را نباید صرفاً بر اساس یک آزمون اولیه «دارای عمر نامحدود» معرفی کرد. حتی اگر رزین در یک آزمون الکتریکی بسیار خوب عمل کند، شرایط محیطی و تنش‌های طولانی‌مدت می‌توانند رفتار آن را تغییر دهند.

—

۵۲. آزمون اولیه در برابر آزمون دوام

آزمون ولتاژ شکست پاسخ این سؤال را می‌دهد که نمونه در شرایط آزمون تا چه سطحی از تنش پیش از شکست مقاومت کرده است. اما آزمون دوام سؤال دیگری را مطرح می‌کند: نمونه در یک تنش مشخص، برای چه مدت و با چه میزان تغییر خواص می‌تواند عملکرد قابل قبول داشته باشد؟ این دو پرسش نباید با یکدیگر مخلوط شوند. بنابراین ارزیابی پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی باید از آزمون اولیه ولتاژ شکست فراتر برود.

—

۵۳. طراحی بر اساس بدترین شرایط منطقی

برای تجهیزات حساس، بهتر است طراحی فقط بر اساس شرایط ایده‌آل انجام نشود. شرایط نامطلوب اما محتمل مانند رطوبت، افزایش دما، آلودگی، تغییرات ولتاژ و افت تدریجی خواص باید در صورت ارتباط با کاربرد در نظر گرفته شوند.

—

۵۴. ثبت سوابق

ثبت اطلاعات تولید و اجرای عایق می‌تواند در آینده برای بررسی خرابی بسیار ارزشمند باشد. شماره بچ، تاریخ اجرا، نسبت اختلاط، شرایط محیطی، ضخامت، زمان پخت و نتایج آزمون‌ها بهتر است ثبت شوند.

—

۵۵. نگهداری و پایش

عمر عایق فقط در زمان تولید تعیین نمی‌شود. بازرسی دوره‌ای، پاک‌سازی مناسب، کنترل شرایط محیطی و بررسی علائم اولیه خرابی می‌تواند در افزایش قابلیت اطمینان سیستم مؤثر باشد.

—

۵۶. جمع‌بندی

پیرشدگی الکتریکی رزین اپوکسی یک فرآیند وابسته به زمان است که می‌تواند تحت تأثیر میدان الکتریکی، تخلیه جزئی، دما، رطوبت، آلودگی، سیکل حرارتی، تنش مکانیکی و کیفیت اجرای عایق قرار گیرد. به همین دلیل نمی‌توان صرفاً از روی یک عدد ولتاژ شکست، عمر کاری رزین را تعیین کرد. برای پیش‌بینی دوام، باید آزمون‌های طولانی‌مدت یا تسریع‌شده با روش مناسب، تعداد نمونه کافی، شرایط مشخص و معیار پایان عمر تعریف‌شده انجام شوند.

در کاربردهای حساس، آزمون ترکیبی نیز می‌تواند اطلاعات نزدیک‌تری به شرایط واقعی ارائه کند. در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز نتایج اعلام‌شده برای نمونه یک میلی‌متری، اطلاعات مشخصی درباره عملکرد الکتریکی آن در شرایط آزمون فراهم می‌کنند؛ اما برای ادعای عمر بلندمدت، به داده‌های اختصاصی پیرشدگی و دوام نیاز است. عایق خوب فقط عایقی نیست که امروز ولتاژ بالایی را تحمل کند؛ عایق قابل اعتماد باید بتواند عملکرد مورد انتظار خود را در برابر تنش‌های واقعی و در طول زمان حفظ کند.

برای خرید محصول کلیک کنید