اپوکسی عایق الکتریکی 98
فصل ۹۸ ـ رزین اپوکسی عایق برق در ترمینال‌ها و اتصالات؛ عایق‌کاری محل هادی، کنترل میدان و جلوگیری از خرابی
جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509
مقدمه
در بسیاری از تجهیزات الکتریکی، خود بدنه اصلی عایق مشکل خاصی ندارد؛ نقاطی که بیشتر در معرض تنش قرار می‌گیرند، محل اتصال هادی‌ها، ترمینال‌ها، پیچ‌ها، کابل‌ها و نقاط ورود و خروج رساناها هستند. در این نواحی، چند عامل هم‌زمان وجود دارد: اختلاف پتانسیل، تغییر هندسه، لبه‌های فلزی، امکان ایجاد حفره، تنش مکانیکی، گرمایش ناشی از عبور جریان و گاهی ورود رطوبت. به همین دلیل، اجرای رزین اپوکسی در اطراف یک اتصال الکتریکی صرفاً به معنای «پوشاندن فلز» نیست؛ بلکه باید به عنوان بخشی از طراحی عایقی و مکانیکی تجهیز در نظر گرفته شود. رزین اپوکسی می‌تواند برای پوشش، تثبیت، آب‌بندی نسبی یا ایجاد جداسازی الکتریکی در اطراف برخی اتصالات استفاده شود، اما روش اجرا باید با ساختار واقعی تجهیز و مشخصات فنی محصول سازگار باشد.
۱. چرا ترمینال‌ها نقاط حساس هستند؟
ترمینال معمولاً محل انتقال جریان از یک بخش به بخش دیگر است. در این محل ممکن است هم‌زمان با موارد زیر روبه‌رو باشیم:
– هادی فلزی
– پیچ و مهره
– کابل
– عایق کابل
– بدنه فلزی
– رزین
– فاصله هوایی
– تغییر ناگهانی شکل
این ترکیب، شرایطی ایجاد میکند که از نظر الکتریکی و مکانیکی نیازمند بررسی دقیق است.
—
۲. عایق‌کاری اتصال با عایق‌کاری هادی تفاوت دارد
یک هادی ممکن است در طول مسیر دارای پوشش یکنواخت باشد، اما محل اتصال به دلیل وجود پیچ، سرکابل یا تغییر مقطع، ساختار متفاوتی دارد. بنابراین روش عایق‌کاری قسمت مستقیم کابل را نمی‌توان بدون بررسی به ترمینال تعمیم داد.
—
۳. مهم‌ترین هدف رزین در اطراف اتصال
بسته به طراحی، رزین ممکن است برای یکی یا چند مورد زیر به کار رود:
– ایجاد جداسازی الکتریکی
– جلوگیری از تماس ناخواسته
– تثبیت مکانیکی
– کاهش حرکت اتصال
– محافظت نسبی در برابر رطوبت
– پر کردن فضای اطراف قطعه
– کاهش احتمال ایجاد حفره یا مسیر آلودگی
هدف دقیق باید قبل از اجرا مشخص باشد.
—
۴. رزین نباید مانع عملکرد اتصال شود
یکی از اصول مهم این است که عایق‌کاری نباید عملکرد الکتریکی اتصال را مختل کند. برای مثال، اگر دو قطعه فلزی باید با فشار مشخصی به یکدیگر متصل شوند، اعمال رزین در محل تماس آنها ممکن است اتصال را خراب کند. بنابراین ابتدا اتصال الکتریکی باید طبق طراحی ایجاد و کنترل شود و سپس قسمت‌هایی که نیازمند عایق هستند پوشش داده شوند.
—
۵. اهمیت سطح تماس هادی
در اتصالات جریان بالا، کیفیت تماس فلز با فلز اهمیت زیادی دارد. وجود رنگ، رزین، آلودگی یا اکسید ناخواسته در محل تماس می‌تواند مقاومت تماس را افزایش دهد. افزایش مقاومت تماس نیز می‌تواند موجب تولید گرما شود. بنابراین عایق‌کاری نباید با پوشاندن محل تماس الکتریکی اشتباه گرفته شود.
—
۶. گرمایش اتصال
اتصال الکتریکی در اثر عبور جریان ممکن است گرم شود. مقدار گرما به جریان، مقاومت تماس و شرایط انتقال حرارت بستگی دارد. اگر رزین اطراف اتصال قرار گیرد، باید اثر آن بر انتقال حرارت و دمای کاری واقعی نیز در طراحی بررسی شود.
—
۷. رزین و نقاط داغ
وجود یک نقطه داغ در اتصال می‌تواند بر خواص رزین اطراف آن اثر بگذارد. اگر دمای موضعی برای مدت طولانی بالا باشد، احتمال پیرشدگی حرارتی افزایش می‌یابد. به همین دلیل در اتصالات جریان بالا، انتخاب رزین تنها بر اساس ویژگی عایقی کافی نیست و رفتار حرارتی نیز باید بررسی شود.
—
۸. اختلاف انبساط حرارتی
فلز و رزین معمولاً ضریب انبساط حرارتی یکسانی ندارند. با افزایش و کاهش دما، هر ماده به میزان متفاوتی منبسط و منقبض می‌شود. اگر اتصال به گونه‌ای باشد که این حرکت‌ها محدود شوند، تنش در فصل مشترک ایجاد می‌شود. تکرار این فرآیند می‌تواند به ترک یا جداشدگی منجر شود.
—
۹. چرخه‌های حرارتی در ترمینال
در تجهیزاتی که جریان متغیر دارند، ممکن است دمای اتصال دائماً بالا و پایین شود. این چرخه‌ها در طول هزاران بار تکرار می‌توانند اثر تجمعی ایجاد کنند. به همین دلیل، ارزیابی یک اتصال فقط در دمای محیط ممکن است برای پیش‌بینی عملکرد بلندمدت کافی نباشد.
—
۱۰. لبه فلزی ترمینال
لبه‌های تیز فلزی می‌توانند موجب تمرکز میدان الکتریکی شوند. اگر این لبه در مجاورت رزین قرار داشته باشد، توزیع میدان در آن ناحیه اهمیت پیدا میکند. در طراحی‌های حساس، اصلاح هندسه فلز ممکن است از افزایش ساده ضخامت رزین مؤثرتر باشد.
—
۱۱. شعاع گوشه‌ها
افزایش شعاع انحنای گوشه‌ها می‌تواند میدان را یکنواخت‌تر کند. به همین دلیل در برخی ساختارهای ولتاژ متوسط و بالا، شکل هندسی انتهای هادی و ترمینال بخشی از طراحی عایقی محسوب می‌شود. رزین نمی‌تواند همیشه یک گوشه فلزی بسیار تیز را با ضخامت بیشتر به یک هندسه ایده‌آل تبدیل کند.
—
۱۲. محل ورود کابل
محل ورود کابل به محفظه یا بدنه، یکی دیگر از نقاط حساس است. در این قسمت ممکن است هم‌زمان به:
– عایق الکتریکی
– مهار مکانیکی
– آب‌بندی
– جلوگیری از کشش کابل
نیاز باشد. استفاده از رزین برای یکی از این اهداف نباید بدون بررسی به معنای تأمین همه اهداف تلقی شود.
—
۱۳. تنش مکانیکی کابل
کابل ممکن است در اثر وزن، کشش، خم‌شدن یا لرزش، نیرویی به محل اتصال وارد کند. اگر رزین در این ناحیه به صورت سخت و غیرقابل انعطاف قرار گرفته باشد، ممکن است بخشی از این نیرو به فصل مشترک رزین و کابل منتقل شود. در نتیجه، مهار مکانیکی کابل باید جداگانه مورد توجه قرار گیرد.
—
۱۴. رزین سخت و کابل انعطاف‌پذیر
یکی از چالش‌های مهم این است که رزین اپوکسی پس از پخت معمولاً بسیار سخت‌تر از کابل‌های انعطاف‌پذیر است. اگر انتقال نیرو بین این دو کنترل نشده باشد، خم‌شدن کابل می‌تواند تنش زیادی در محل خروج ایجاد کند. بنابراین در چنین کاربردهایی باید طراحی مکانیکی و عایقی هم‌زمان بررسی شود.
—
۱۵. آب‌بندی محل ورود کابل
اگر رزین برای آب‌بندی استفاده شود، باید مشخص باشد که چه سطحی از حفاظت در برابر نفوذ آب مورد انتظار است. نباید صرفاً با مشاهده پر شدن فضای اطراف کابل نتیجه گرفت که سیستم کاملاً ضدآب است. آزمون آب‌بندی مناسب باید بر اساس کاربرد واقعی تعریف شود.
—
۱۶. رطوبت در محل اتصال
محل اتصال می‌تواند در صورت وجود فضای خالی، مسیر ورود رطوبت باشد. رطوبت ممکن است روی:
– مقاومت سطحی
– جریان نشتی
– چسبندگی
– خوردگی فلز
– تخلیه جزئی
اثر بگذارد. به همین دلیل، حذف فضاهای خالی و کنترل آب‌بندی در کاربردهای مرطوب اهمیت زیادی دارد.
—
۱۷. حباب در اطراف ترمینال
حباب در یک پوشش ساده نیز مطلوب نیست، اما در نزدیکی ترمینال ممکن است اهمیت بیشتری داشته باشد. هندسه پیچیده اتصال می‌تواند موجب محبوس شدن هوا در گوشه‌ها و فضاهای باریک شود. این حباب‌ها می‌توانند به نقاطی با میدان الکتریکی متفاوت تبدیل شوند.
—
۱۸. پیچ و مهره
پیچ‌های فلزی دارای لبه، رزوه و تغییر شکل‌های متعدد هستند. در صورت وجود اختلاف پتانسیل، این هندسه‌ها می‌توانند میدان الکتریکی را در برخی نقاط متمرکز کنند. بنابراین در طراحی عایقی باید موقعیت پیچ نسبت به سایر هادی‌ها بررسی شود.
—
۱۹. عایق‌کاری روی پیچ
پوشاندن پیچ با رزین ممکن است در بعضی کاربردها مناسب باشد و در برخی دیگر مشکل ایجاد کند. اگر پیچ برای باز و بسته کردن دوره‌ای یا تنظیم اتصال طراحی شده باشد، پوشش دائمی می‌تواند تعمیرات بعدی را دشوار کند. بنابراین قابلیت نگهداری نیز باید هنگام طراحی در نظر گرفته شود.
—
۲۰. قابلیت تعمیر
یکی از پرسش‌های مهم پیش از اجرای رزین این است: اگر اتصال در آینده نیاز به تعمیر داشته باشد، آیا دسترسی به آن امکان‌پذیر خواهد بود؟ در برخی تجهیزات، عایق‌کاری دائمی اتصال ممکن است هزینه تعمیر را بسیار افزایش دهد. بنابراین بین عایق‌کاری کامل و قابلیت سرویس‌پذیری باید تعادل برقرار شود.
—
۲۱. اتصالات قابل بازشدن
اگر یک ترمینال قرار است در طول عمر تجهیز چند بار باز شود، استفاده از سیستم عایقی دائمی باید با احتیاط بررسی شود. ممکن است استفاده از قطعه عایقی قابل تعویض، روکش یا طراحی مکانیکی مناسب‌تر از ریخته‌گری دائمی باشد.
—
۲۲. اتصالات دائمی
در مقابل، در برخی تجهیزات که اتصال قرار نیست باز شود، Potting یا ریخته‌گری رزینی می‌تواند گزینه مناسبی باشد. در این حالت کنترل حباب، گرمای واکنش، پخت و تنش داخلی اهمیت بیشتری پیدا میکند.
—
۲۳. Potting اطراف اتصال
در فرآیند Potting، رزین فضای اطراف قطعات را پر میکند. این روش می‌تواند مزایایی مانند تثبیت مکانیکی و ایجاد عایق جامد داشته باشد، اما کیفیت آن به شدت به فرآیند پر شدن و حذف حباب وابسته است.
—
۲۴. طراحی مسیر پر شدن رزین
در قطعات پیچیده، رزین ممکن است نتواند به راحتی تمام فضاها را پر کند. گوشه‌های کور، شیارها و فضای باریک بین قطعات می‌توانند محل باقی ماندن هوا باشند. به همین دلیل، هندسه قالب و مسیر ورود رزین باید در صورت استفاده از Potting بررسی شود.
—
۲۵. گرمای واکنش در Potting
اگر حجم زیادی رزین در اطراف اتصال ریخته شود، گرمای ناشی از واکنش پخت ممکن است افزایش یابد. این گرما می‌تواند بر:
– خود رزین
– کابل
– عایق کابل
– قطعات پلاستیکی
– چسب‌ها
– اتصالات
اثر بگذارد. بنابراین حجم ریخته‌گری و شرایط پخت باید مطابق طراحی باشد.
۲۶. تفاوت پوشش و ریخته‌گری
در پوشش، ضخامت معمولاً نسبتاً محدود است و رزین روی سطح اعمال می‌شود. در Potting، حجم ماده می‌تواند بسیار بیشتر باشد و رزین فضای اطراف قطعه را پر کند و در نتیجه، مسائل حرارتی، حباب و تنش داخلی در Potting معمولاً اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
—
۲۷. چسبندگی رزین به کابل
سطح خارجی کابل ممکن است از مواد مختلفی مانند پلیمرها یا الاستومرها تشکیل شده باشد. چسبندگی اپوکسی به این مواد الزاماً مانند چسبندگی به فلز نیست. بنابراین پیش از اجرای رزین روی عایق کابل باید سازگاری و چسبندگی بررسی شود.
—
۲۸. مواد عایق کابل
عایق کابل ممکن است در اثر دما، مواد شیمیایی یا رزین تغییر کند. همچنین برخی مواد ممکن است مواد افزودنی یا نرم‌کننده‌هایی داشته باشند که در تماس طولانی با رزین رفتار متفاوتی ایجاد کنند. بنابراین آزمون سازگاری در کاربردهای حساس اهمیت دارد.
—
۲۹. مهاجرت مواد
در برخی سیستم‌های پلیمری، امکان انتقال بعضی مواد از یک پلیمر به پلیمر دیگر وجود دارد. این فرآیند می‌تواند در طول زمان خواص فصل مشترک را تغییر دهد. به همین دلیل، سازگاری بلندمدت رزین و روکش کابل باید در کاربردهای حساس بررسی شود.
—
۳۰. هادی مسی
مس یکی از هادی‌های متداول در تجهیزات الکتریکی است. اکسیدهای سطحی، آلودگی و وضعیت سطح مس می‌توانند بر چسبندگی اثر بگذارند. روش آماده‌سازی سطح باید به گونه‌ای باشد که هم الزامات عایق‌کاری و هم الزامات اتصال الکتریکی حفظ شوند.
—
۳۱. هادی آلومینیومی
آلومینیوم رفتار سطحی متفاوتی نسبت به مس دارد و لایه اکسیدی آن باید در فرآیند آماده‌سازی مورد توجه قرار گیرد. بنابراین روش آماده‌سازی مناسب برای مس را نباید بدون بررسی به آلومینیوم تعمیم داد.
—
۳۲. ترمینال‌های فولادی
در قطعات فولادی، وضعیت خوردگی و آماده‌سازی سطح اهمیت ویژه‌ای دارد. اگر زیر رزین زنگ‌زدگی یا آلودگی باقی بماند، چسبندگی ممکن است در طول زمان کاهش یابد.
—
۳۳. فصل مشترک چند ماده
در یک ترمینال ممکن است رزین هم‌زمان با فلز، عایق کابل و یک قطعه پلاستیکی تماس داشته باشد. این یعنی یک فصل مشترک ساده نداریم، بلکه چند ماده با خواص متفاوت در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. هرچه تعداد مواد بیشتر شود، ارزیابی سازگاری اهمیت بیشتری پیدا میکند.
—
۳۴. تمرکز میدان در ترمینال
ترمینال معمولاً دارای تغییر مقطع و شکل است. این تغییرات می‌توانند میدان الکتریکی را در برخی نقاط متمرکز کنند. در کاربردهای ولتاژ بالاتر، تحلیل میدان می‌تواند برای شناسایی نقاط بحرانی مفید باشد.
—
۳۵. فاصله ترمینال تا بدنه
فاصله بین ترمینال و بدنه زمین‌شده باید بر اساس سطح ولتاژ و شرایط کاربرد بررسی شود. وجود رزین ممکن است مسیر جامد عایقی ایجاد کند، اما فاصله‌های هوایی و خزشی همچنان ممکن است اهمیت داشته باشند.
—
۳۶. چند ترمینال کنار یکدیگر
وقتی چند ترمینال در فاصله نزدیک قرار دارند، میدان هر ترمینال بر دیگری اثر می‌گذارد. بنابراین فاصله بین آنها و شکل هندسی باید در طراحی لحاظ شود. پوشاندن همه آنها با یک توده رزین بدون تحلیل میدان الزاماً بهترین راه‌حل نیست.
—
۳۷. تخلیه جزئی در محل اتصال
فضاهای خالی در اطراف ترمینال می‌توانند محل وقوع تخلیه جزئی باشند. اگر تخلیه در طول زمان تکرار شود، ممکن است به تخریب تدریجی رزین یا سایر مواد عایقی منجر شود. از این رو در تجهیزات حساس، کیفیت پرشدن اطراف ترمینال اهمیت زیادی دارد.
—
۳۸. آزمون پس از عایق‌کاری
بعد از عایق‌کاری یک اتصال، بسته به کاربرد می‌توان آزمون‌های مناسب انجام داد. از جمله:
– بازرسی ظاهری
– کنترل ضخامت
– بررسی چسبندگی
– مقاومت عایقی
– ولتاژ تحمل
– تخلیه جزئی
– آزمون حرارتی
– آزمون آب‌بندی
البته انتخاب آزمون باید بر اساس نوع تجهیز و الزامات پروژه باشد.
—
۳۹. آزمون حرارتی اتصال
اگر اتصال جریان زیادی عبور می‌دهد، آزمون حرارتی می‌تواند برای بررسی نقاط داغ مفید باشد. در چنین آزمونی می‌توان دمای اتصال را در شرایط بار مشخص بررسی کرد. این آزمون در صورت طراحی مناسب می‌تواند اطلاعاتی درباره رفتار واقعی سیستم عایق و اتصال ارائه دهد.
۴۰. کنترل گشتاور پیچ
در اتصالات پیچی، گشتاور بستن می‌تواند بر کیفیت تماس اثر بگذارد. گشتاور کمتر از مقدار مورد نیاز ممکن است تماس را ضعیف کند و گشتاور بیش از حد نیز می‌تواند به قطعات آسیب بزند. بنابراین بهتر است کنترل گشتاور پیش از عایق‌کاری دائمی انجام شود.
—
۴۱. ترتیب صحیح عملیات
در یک فرآیند نمونه می‌توان چنین ترتیبی را در نظر گرفت:
آماده‌سازی قطعات → ایجاد اتصال → کنترل مکانیکی → کنترل الکتریکی اتصال → آماده‌سازی عایقی → اعمال رزین → پخت → آزمون نهایی
این ترتیب باید با طراحی واقعی تجهیز و دستورالعمل محصول تطبیق داده شود.
—
۴۲. چرا کنترل اتصال قبل از رزین مهم است؟
اگر اتصال پس از اجرای رزین قابل دسترسی نباشد، تشخیص یک اتصال ضعیف بسیار دشوارتر خواهد شد. بنابراین بهتر است تمام کنترل‌های لازم پیش از پوشاندن دائمی اتصال انجام شوند.
—
۴۳. رزین و تعمیرات آینده
در طراحی سیستم عایقی باید از ابتدا مشخص شود که کدام قسمت‌ها دائمی و کدام قسمت‌ها قابل سرویس هستند. ریخته‌گری رزین روی یک اتصال قابل تعمیر، بدون در نظر گرفتن این مسئله، می‌تواند هزینه نگهداری را افزایش دهد.
—
۴۴. نکات مهم برای اجرای میدانی
در اجرای کارگاهی یا میدانی باید شرایط محیطی نیز در نظر گرفته شود.ذگردوغبار، رطوبت، دمای پایین یا بالا و محدودیت تجهیزات می‌توانند کیفیت اجرا را کاهش دهند. در محیط نامناسب، گاهی بهتر است عملیات تا ایجاد شرایط مناسب به تعویق بیفتد.
—
۴۵. داده‌های آزمون رزین پادنار 8119
طبق اطلاعات فنی ارائه‌شده برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، در نمونه‌ای با ضخامت ۱ میلی‌متر، ولتاژ شکست در شرایط خشک ۲۱,۰۰۰ ولت و در شرایط مرطوب ۱۴,۰۰۰ ولت اعلام شده است. همچنین ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای برای شرایط خشک ۳,۵۰۰ ولت و برای شرایط مرطوب ۲,۵۰۰ ولت گزارش شده است. این داده‌ها مربوط به شرایط همان آزمون هستند و به تنهایی نمی‌توانند ولتاژ کاری مجاز یک ترمینال، کابل یا تجهیز خاص را تعیین کنند.
—
۴۶. استفاده از 8119 در اطراف ترمینال
در صورت استفاده از 8119 برای عایق‌کاری ترمینال یا اتصال، ابتدا باید مشخص شود که این کاربرد با مشخصات رسمی محصول سازگار است. همچنین باید شرایط واقعی شامل ولتاژ، دما، نوع هادی، جنس زیرلایه، هندسه، ضخامت و محیط بررسی شود. استفاده از نتیجه یک نمونه آزمایشگاهی به جای طراحی اختصاصی تجهیز، روش مناسبی برای تعیین ظرفیت عایقی نیست.
—
۴۷. سه اصل مهم در عایق‌کاری ترمینال
در عمل می‌توان سه اصل را همیشه مدنظر داشت:
اول: اتصال الکتریکی را قبل از عایق‌کاری کنترل کنید.
دوم: هندسه و فاصله‌های عایقی را پس از اجرای رزین نیز بررسی کنید.
سوم: از ایجاد حباب، رطوبت و فصل مشترک‌های ضعیف جلوگیری کنید.
رعایت همین سه اصل می‌تواند بخش مهمی از ریسک‌های اجرایی را کاهش دهد.
—
۴۸. اشتباهات متداول
از جمله اشتباهات رایج می‌توان به این موارد اشاره کرد:
– پوشاندن محل تماس الکتریکی با رزین
– عایق‌کاری بدون کنترل اتصال
– پوشاندن اتصال زمین
– بی‌توجهی به لبه‌های تیز
– ایجاد حباب در اطراف ترمینال
– اعمال رزین روی سطح مرطوب
– استفاده از رزین ناسازگار با عایق کابل
– نادیده گرفتن گرمای اتصال
– غیرقابل‌تعمیر کردن یک اتصال سرویس‌پذیر
– تعیین ولتاژ کاری صرفاً بر اساس ولتاژ شکست نمونه
—
۴۹. جمع‌بندی
ترمینال‌ها و اتصالات از حساس‌ترین نقاط در بسیاری از تجهیزات الکتریکی هستند، زیرا در آنها مسائل الکتریکی، حرارتی و مکانیکی هم‌زمان با یکدیگر روبه‌رو می‌شوند. رزین اپوکسی می‌تواند در این نقاط برای ایجاد جداسازی الکتریکی، تثبیت مکانیکی یا پر کردن فضاهای مشخص مورد استفاده قرار گیرد، اما موفقیت آن وابسته به طراحی صحیح و اجرای کنترل‌شده است. پیش از اجرای رزین باید اتصال الکتریکی، گشتاور و وضعیت مکانیکی آن کنترل شود. سپس باید فاصله‌های عایقی، هندسه هادی، رطوبت، حباب، ضخامت و شرایط پخت مورد توجه قرار گیرند.
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز نتایج اعلام‌شده آزمایشگاهی، یعنی شکست ۲۱ کیلوولت در شرایط خشک و ۱۴ کیلوولت در شرایط مرطوب برای نمونه ۱ میلی‌متری، اطلاعاتی درباره عملکرد همان نمونه در شرایط آزمون ارائه می‌کنند؛ اما برای تعیین کاربرد دقیق آن در ترمینال‌ها و اتصالات باید شرایط واقعی تجهیز و آزمون‌های متناسب با آن بررسی شود. در نهایت، عایق‌کاری موفق یک ترمینال فقط به پوشاندن فلز با رزین محدود نمی‌شود؛ اتصال باید از نظر الکتریکی درست، از نظر مکانیکی پایدار و از نظر عایقی به‌درستی طراحی و اجرا شده باشد.
۰ دیدگاه