Galwanizernia działająca w wilgotnym klimacie nadmorskim po wyłączeniu spowodowanym zwarciem doziemnym uruchomiła grzałkę zanurzeniową z PTFE o mocy 4 kW. Powierzchnia osłony była nienaruszona, a testowany element działał normalnie. Jednak na izolatorze końcówek-blok ceramiczny lub polimerowy oddzielający zaciski pod napięciem od uziemionej obudowy-pokazywała ciemną, zwęgloną ścieżkę biegnącą od jednego zacisku do śruby mocującej. Ścieżka była ścieżką przewodzącą, która uformowała się w ciągu miesięcy pracy w wilgotnym środowisku roślinnym.
Śledzenie izolatora końcowego to stopniowy tryb awarii, który często jest błędnie diagnozowany jako problem z grzejnikiem. Sama grzałka jest zdrowa. Awaria występuje na interfejsie elektrycznym, gdzie wilgoć, zanieczyszczenia i napięcie łączą się, tworząc ścieżkę przewodzącą na powierzchni izolatora.
Jak rozwija się śledzenie na izolatorach końcowych
Śledzenie polega na tworzeniu przewodzącej ścieżki węglowej na powierzchni materiału izolacyjnego. Rozpoczyna się od osadzania się wilgoci i zanieczyszczeń na powierzchni izolatora. Zanieczyszczeniem może być pył, cząsteczki metalu lub sole chemiczne ze środowiska procesowego.
Kiedy napięcie zostanie przyłożone do zanieczyszczonej powierzchni, przepływa niewielki prąd upływowy. Prąd generuje ciepło, które wysusza powierzchnię i koncentruje zanieczyszczenia. Skoncentrowane zanieczyszczenia powodują większy prąd upływowy, który generuje więcej ciepła. Cykl trwa do momentu, aż powierzchnia ulegnie zwęgleniu, tworząc trwałą ścieżkę przewodzącą.
| Poziom wilgotności | Źródło zanieczyszczeń | Czas na śledzenie | Prąd upływowy przy 480 V | Poziom ryzyka |
|---|---|---|---|---|
| <40% RH | Czyste środowisko | >5 lat | <1 μA | Bardzo niski |
| 40–60% wilgotności względnej | Lekki pył | 2–5 lat | 1–10 μA | Niski |
| 60–80% wilgotności względnej | Sole procesowe | 6–24 miesiące | 10–100 μA | Umiarkowany |
| >80% wilgotności względnej | Cząstki metali, sole | 2–8 miesięcy | 100–500 μA | Wysoki |
| Kondensacja | Folia przewodząca | 2–8 tygodni | >500 μA | Bardzo wysoki |
Wpływ wilgoci i zanieczyszczeń na śledzenie zacisków grzałki zanurzeniowej PTFE
Dlaczego wilgotne rośliny są szczególnie wrażliwe
Wilgotne rośliny mają kilka cech, które przyspieszają śledzenie. Wysoka wilgotność otoczenia utrzymuje wilgotność powierzchni izolatora przez dłuższy czas. Wilgoć rozpuszcza zanieczyszczenia i tworzy warstwę przewodzącą.
Opary procesowe dodają związki chemiczne do filmu wilgoci. Opary kwasów z kąpieli trawiących lub galwanicznych rozpuszczają się w wilgoci i zwiększają jej przewodność. Cząsteczki metalu powstałe podczas szlifowania, polerowania lub spawania osadzają się na izolatorze i tworzą ścieżki przewodzące.
Cykliczne zmiany temperatury pogłębiają problem. Grzejnik grzeje i chłodzi w każdym cyklu pracy. Izolator rozszerza się i kurczy, a naprężenia termiczne mogą powodować mikropęknięcia, które zatrzymują wilgoć i zanieczyszczenia.
Rola materiału izolacyjnego
Nie wszystkie materiały izolacyjne są jednakowo odporne na śledzenie. Opór śledzenia zależy od odporności materiału na karbonizację i usuwanie zanieczyszczeń.
Izolatory ceramiczne mają wysoką rezystancję śledzenia, ponieważ nie karbonizują. Są jednak kruche i mogą pękać pod wpływem naprężeń termicznych. Izolatory polimerowe-takie jak PTFE, PPS lub fenolowe-są trwalsze, ale mogą ulegać zwęgleniu, jeśli powierzchnia zostanie zanieczyszczona.
Najlepszym izolatorem w wilgotnym, zanieczyszczonym środowisku jest materiał o dużej odporności na śledzenie, dobrym odprowadzaniu zanieczyszczeń i odporności na cykle termiczne. PTFE i PPS są powszechnym wyborem. Izolatory fenolowe są mniej odpowiednie, ponieważ łatwo ulegają karbonizacji.
| Materiał izolacyjny | Śledzenie oporu | Usuwanie zanieczyszczeń | Trwałość termiczna | Najlepsza aplikacja |
|---|---|---|---|---|
| Ceramiczny | Doskonały | Słaby | Umiarkowany | Czyste i suche środowisko |
| PTFE | Doskonały | Doskonały | Dobry | Wilgotny, zanieczyszczony |
| PPS | Bardzo dobry | Dobry | Dobry | Najbardziej industrialny |
| Fenolowy | Słaby | Umiarkowany | Umiarkowany | Suche i czyste środowisko |
| Epoksyd | Umiarkowany | Umiarkowany | Dobry | Umiarkowane środowiska |
Właściwości materiału izolacyjnego dla wilgotnych środowisk roślinnych
Zapobieganie śledzeniu izolatora końcowego
Najskuteczniejszym środkiem zapobiegawczym jest uszczelnienie obudowy zacisków i utrzymywanie izolatora w stanie suchym. Szczelna obudowa z odpowiednią uszczelką i dławikiem kablowym zapobiega przedostawaniu się wilgoci i zanieczyszczeń do izolatora.
Regularne czyszczenie usuwa zanieczyszczenia, zanim się zgromadzą. Izolator należy czyścić podczas każdej konserwacji. Suchy, czysty izolator nie śledzi.
Element wydłużający prąd pełzający-żebrowana lub wydłużona powierzchnia izolatora-zwiększa długość ścieżki między zaciskami a ziemią. Dłuższa ścieżka ma większą odporność na śledzenie.
| Środek zapobiegawczy | Wpływ na śledzenie | Realizacja | Koszt |
|---|---|---|---|
| Uszczelniona obudowa | Zapobiega wnikaniu wilgoci | Uszczelka i dławik | Niski – umiarkowany |
| Regularne czyszczenie | Usuwa zanieczyszczenia | Harmonogram konserwacji | Niski |
| Przedłużacz pełzania | Dłuższa ścieżka | Konstrukcja izolatora | Umiarkowany |
| Powłoka zapobiegająca-śledzeniu | Zmniejsza przewodność powierzchniową | Aplikacja powłoki | Umiarkowany |
Środki zapobiegawcze w celu śledzenia izolatora końcowego
Gdy śledzenie wskazuje na większy problem
Izolator końcówki, który działa pomimo szczelnej obudowy i regularnego czyszczenia, wskazuje, że wilgoć przedostaje się do obszaru zacisków z wnętrza grzejnika. Może to być spowodowane pęknięciem osłony lub uszkodzeniem uszczelnienia-zimnej strefy. Grzejnik należy sprawdzić pod kątem rezystancji izolacji i sprawdzić pod kątem uszkodzeń powłoki.
Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z uszczelnioną obudową zacisków, izolatorem-śledzącym-o wysokiej rezystancji i przedłużaczem prądu pełzającego eliminuje pierwotną przyczynę śledzenia. Proces specyfikacji wymaga wilgotności otoczenia, źródeł zanieczyszczeń, parametrów obudowy zacisków i napięcia roboczego. W przypadku obiektów w wilgotnym klimacie to-podejście specyficzne dla aplikacji ogranicza śledzenie terminali i wydłuża żywotność grzejnika.
