Bên trong vùng lạnh của lò sưởi ngâm PTFE điện áp cao, khuất khỏi tầm nhìn, một hiện tượng được gọi là phóng điện cục bộ có thể âm thầm ăn mòn lớp cách điện. Đây không phải là những vòng cung ấn tượng mà là sự sủi bọt điện liên tục, mờ nhạt trong các túi khí cực nhỏ làm xói mòn vật liệu từ từ giống như một dung môi hóa học. Đối với máy sưởi hoạt động ở điện áp cao-thường là 480 VAC, 600 VAC trở lên-phóng điện một phần Corona PTFE nóng điện áp caomôi trường đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi cơ chế xuống cấp tiềm ẩn này, điều này có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ sử dụng và dẫn đến hỏng hóc không mong muốn.
Tìm hiểu về phóng điện cục bộ trong thiết bị sưởi cách điện bằng MgO
Hầu hết các lò sưởi ngâm PTFE công suất cao đều sử dụng bột magie oxit (MgO) nén chặt làm chất cách điện chính giữa dây điện trở bên trong và vỏ kim loại bên ngoài (hoặc trực tiếp xung quanh dây trong vùng lạnh). MgO là chất dẫn nhiệt và điện môi tuyệt vời khi được nén đúng cách. Tuy nhiên, không có quy trình nén nào tạo ra một cấu trúc hoàn toàn không có khoảng trống. Những khoảng trống chứa đầy không khí cực nhỏ-thường nhỏ hơn 0,1 mm-vẫn còn trong ma trận MgO.
Khi đặt một điện áp xoay chiều đủ cao lên lớp cách điện, cường độ điện trường bên trong những khoảng trống nhỏ này có thể vượt quá cường độ điện môi của không khí (khoảng 3 kV/mm). Sau đó, không khí trong khoảng trống sẽ bị ion hóa, tạo ra sự phóng điện cục bộ, không liên tục. Đây là hiện tượng phóng điện cục bộ (còn gọi là vầng quang khi xảy ra ở các khe hở không khí). Không giống như hồ quang điện hoàn toàn, phóng điện một phần không làm chập mạch bộ sưởi ngay lập tức. Thay vào đó, nó tạo ra một loạt tia lửa năng lượng thấp bên trong khoảng trống.
Cuộc tấn công hóa học: Từ Ozone đến dấu vết cacbon hóa
Những tia lửa nhỏ, im lặng là căn bệnh ung thư diễn ra chậm đối với lớp cách nhiệt. Mỗi sự kiện phóng điện cục bộ tạo ra một số sản phẩm phụ có tính tích cực:
Ôzôn (O₃)- Là chất oxy hóa có hoạt tính cao.
Oxit nitơ (NOₓ)– Được hình thành từ nitơ và oxy trong không khí bị mắc kẹt.
Nhiệt- Nhiệt độ tăng đột biến cục bộ.
Các sản phẩm này tấn công hóa học vào lớp cách điện MgO và bề mặt của dây điện trở hoặc thành vỏ bọc bên trong. Ozone và NOₓ chuyển đổi MgO thành magie nitrat hoặc các hợp chất hòa tan khác, tiêu hao dần chất cách điện rắn. Đồng thời, chất kết dính hữu cơ hoặc chất gây ô nhiễm trong MgO có thể bị cacbon hóa do phóng điện, tạo thành đường dẫn điện mờ, tối-thường được gọi là rãnh cacbon.
Qua nhiều tháng hoạt động liên tục, vết carbon ngày càng phát triển. Mỗi lần phóng điện cục bộ sẽ lắng đọng một lượng nhỏ vật liệu dẫn điện, từ từ thu hẹp khoảng cách giữa dây mang điện và vỏ bọc nối đất. Khi đường ray trở nên liên tục, sự cố điện hoàn toàn sẽ xảy ra: đoản mạch đột ngột, thảm khốc thường làm ngắt mạch và phá hủy lò sưởi. Bởi vì hư hỏng mang tính chất tích lũy và không thể khắc phục được nên không thể sửa chữa được máy sưởi có biểu hiện xuống cấp do phóng điện một phần.
Tại sao điện áp là yếu tố quan trọng
Nguy cơ phóng điện cục bộ tỷ lệ phi tuyến tính với điện áp đặt vào. Bộ sưởi được thiết kế cho 240 VAC có thể có điện áp khởi động phóng điện một phần (PDIV) là 400–500 V-có nghĩa là không xảy ra hiện tượng phóng điện khi hoạt động bình thường. Tuy nhiên, lò sưởi được định mức 480 VAC hoặc 600 VAC có ứng suất điện trường cao gần gấp đôi. Nếu chất lượng nén MgO không đủ, PDIV có thể ở dưới điện áp hoạt động, đảm bảo phóng điện cục bộ liên tục kể từ lần bật nguồn đầu tiên.
Trong thực tế, bộ gia nhiệt PTFE được định mức cho điện áp cao hơn (ví dụ: 600 V) được sản xuất với lớp MgO dày hơn, được nén chặt hơn so với thiết bị điện áp thấp. Mật độ tăng làm giảm kích thước và số lượng lỗ rỗng, nâng cao PDIV. Ngoài ra, khu vực kết thúc vùng lạnh-nơi dây bên trong kết nối với dây dẫn điện bên ngoài-được gia cố bằng các hạt gốm hoặc ống bọc gốm để ngăn chặn quầng sáng hơn nữa.
Phát hiện trong quá trình sản xuất
Phóng điện cục bộ có thể được phát hiện bằng thiết bị kiểm tra chuyên dụng. Trong quá trình kiểm soát chất lượng, bộ gia nhiệt phải chịu điện áp cao hơn giá trị định mức một chút (ví dụ: điện áp định mức 1,2 ×) trong khi máy dò phóng điện cục bộ đo các xung điện tích được tạo ra bởi mỗi sự kiện phóng điện. Các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60335‑2‑73 hoặc thông số kỹ thuật dành riêng cho khách hàng thường áp đặt mức phóng điện cục bộ tối đa cho phép (ví dụ: 10 picoCoulon) đối với thiết bị sưởi ngâm trong điện áp cao. Lò sưởi vượt quá giới hạn này sẽ bị loại bỏ vì khoảng trống bên trong của nó quá lớn hoặc quá nhiều.
Phòng ngừa trong dịch vụ
Sau khi lắp đặt bộ gia nhiệt PTFE, hai hành động chính sẽ ngăn chặn sự cố do phóng điện cục bộ:
Vận hành nghiêm ngặt ở điện áp định mức– Áp dụng điện áp cao hơn định mức trên bảng tên (ví dụ: 600 V cho lò sưởi 480 V) làm tăng đáng kể ứng suất điện trường và đảm bảo vầng quang. Cần tránh ngay cả tình trạng quá điện áp nhất thời do chất lượng điện năng kém.
Giữ cho các cực của vùng lạnh khô ráo tuyệt đối– Độ ẩm trên bề mặt thiết bị đầu cuối có thể tạo ra quầng hào quang bên ngoài, nhưng nghiêm trọng hơn, nước có thể thấm vào MgO thông qua các vết nứt cực nhỏ, làm giảm độ bền điện môi và làm giảm PDIV. Các thiết bị đầu cuối phải được đặt trong hộp nối chịu được thời tiết với lớp bịt kín thích hợp (ví dụ: miếng đệm hoặc hợp chất bầu).
Các thiết bị gia nhiệt đã bị hơi ẩm xâm nhập hoặc bị sốc cơ học (có thể tạo ra các khoảng trống mới do làm nứt MgO) phải được thử nghiệm megger và, nếu có thể, hãy thử nghiệm phóng điện một phần trước khi đưa trở lại sử dụng.
Hậu quả của việc bỏ qua việc phóng điện một phần
Máy sưởi bị phóng điện cục bộ liên tục có thể hoạt động trong nhiều tháng mà không có triệu chứng rõ ràng. Dấu hiệu duy nhất có thể phát hiện được có thể là âm thanh vo ve mờ nhạt, ngắt quãng từ vùng lạnh (“tiếng xì xì” của vầng hào quang) hoặc dòng điện rò rỉ tăng nhẹ được đo bằng bộ ngắt mạch sự cố nối đất. Tuy nhiên, một khi đường carbon đã hoàn tất, sự cố sẽ xảy ra đột ngột và thường là bất ngờ. Đối với các quy trình quan trọng, thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến này có thể cực kỳ tốn kém. Do đó, việc chỉ định bộ gia nhiệt chất lượng cao có mức phóng điện cục bộ thấp đã được chứng minh là cần thiết cho các ứng dụng 480 V và 600 V.
Phần kết luận
Phóng điện cục bộ là cơ chế hư hỏng điện áp cao, tinh vi có thể được ngăn ngừa bằng chất lượng sản xuất phù hợp và tuân thủ nghiêm ngặt định mức điện áp. cácphóng điện một phần Corona PTFE nóng điện áp caoHiện tượng xảy ra khi các khoảng trống cực nhỏ trong lớp cách nhiệt MgO bị ion hóa, tạo ra các khí phản ứng làm ăn mòn lớp cách nhiệt về mặt hóa học và tạo thành các rãnh cacbon dẫn điện. Theo thời gian, những đường ray này gây ra hiện tượng đoản mạch đột ngột. Lựa chọn máy sưởi có điện áp khởi động phóng điện cục bộ cao đã được xác minh, giữ cho vùng lạnh khô ráo và không bao giờ vượt quá điện áp định mức là những biện pháp bảo vệ hiệu quả nhất. Các ứng suất điện không nhìn thấy được bên trong lò sưởi cũng nguy hiểm như các cuộc tấn công hóa học trên bề mặt bên ngoài của nó-và cả hai đều phải được quản lý để đạt được thời gian sử dụng lâu dài và đáng tin cậy.
