השפעת הצלילה ארוכת טווח על מותגי הזרם הנמוך המבודדים באפוקסי
1 מבוא
מגנטומטרים נמוכי מתח לשנייה, עם מבנה אפוקסי מסוג "דרך ליבה", בשימוש נרחב בפריטי התפוצה של טרנספורטורים ובצריכת חשמל בתעשייה ומסחר קטנים עד בינוניים. כמדדי טווח עבור מדידת אנרגיה חשמלית, הביצועים שלהם קשורים ישירות לבטיחות צריכת החשמל ולדיוק בהערכות המסחר של המשתמשים. מחקר השפעת הטבילה ממושכת על המגנטומטרים הללו הוא בעל חשיבות מעשית לקביעת איכות מגנטומטרים נמוכי מתח רבים שניזוקו מהצפות קשות ומגשם קיצוני.
מחקרי ספיגת לחות במגנטומטרים מתבצעים כבר זמן רב. תוצאות קיימות לא כיסו את תנאי הטבילה ממושכת, והטבילה ממושכת גורמת להיווצרות נזקים חמורים יותר מאשר ספיגת לחות. במבחן הסטנדרטי לאישור מגנטומטרי שנייה, רמת ההגנה של המגנטומטרים בתוך הבית היא IP20 ואלה בחוץ הם IP44; התקנים הטכניים של תעשיית החשמל וחברות הספק לא קבעו זאת. כדי לקבוע אם ניתן להשתמש במגנטומטרים שנדלפו, מאמר זה מבצע מבחן סימולציה לטבילה, מנתח שינויים בביצועים לאחר הטבילה ומציע הצעות פיקוח איכות לשיפור הגנה מפני מים במגנטומטרים.
2 ניתוח תיאורטי של מאפייני הטבילה של המגנטומטר
המאפיינים העיקריים של מגנטומטרי שנייה נמוכי מתח הם מאפייני מבודד ומאפייני מדידה. מאפייני המבודד כוללים בעיקר עמידות מבודדת ועמידות מתח בתדר הספק, ומאפייני המדידה משקפים את השגיאה הבסיסית. מאפייני הטבילה מתייחסים לשינויים בעמידות המבודד, עמידות מתח בתדר הספק ושגיאות בסיסיות של המגנטומטר לפני הטבילה ולאחר הטבילה והיבש.
2.1 עמידות מבודדת
העמידות המבודדת R מורכבת מהתנגדות נפח Rv והתנגדות פנים Rs, כפי שמוצג בנוסחה (1). הצפיפות הנפחית ρv והצפיפות הפנים ρs מוצגות בנוסחות (2) ו-(3).
בנוסחה, EV הוא עוצמת השדה החשמלי הקבוע בפנים של חומר המבודד; JV הוא צפיפות הזרם יציבה; ES הוא עוצמת השדה החשמלי הקבוע; α היא צפיפות הזרם הליניארית.
עמידות המבודד מושפעת מאוד מרמות לחות. מכיוון שהנשאיות החשמלית של המים גבוהה משמעותית מזו של חומרי מבודדים אפוקסיים, והמים יש להם קבוע דיאלקטרי גבוה, שיכול להפחית את אנרגיית האיוניזציה של היונים. לכן, כאשר חומר המבודד מוצף במים, העמידות הפנים יורדת במהירות, בעוד שהעמידות הנפחית משתנה מעט; כאשר החומר המוצף יובש, אם עמידות המים של חומר התווך היא ממוצעת או שיש בו פגמים בתוך הגוף המוצק, העמידות הפנים מתחדשת במהירות, אך העמידות הנפחית יורדת משמעותית ולא יכולה להתאושש בצורה יעילה.
2.2 עמידות מתח בתדר הספק
מתח המבחן לעמידות מתח בתדר הספק מופעל בין הנתק המשני, הדף התחתון והקרקע. כאשר נמצא בשדה חשמלי לא אחיד, עוצמת השבר של התווך יכולה להיות מוערכת באופן מקורב לפי נוסחה (4).
בנוסחה, EBD היא עוצמת השבר (ערך שיא) בין שני האלקטרודות של חומר המבודד; UBD היא מתח השבר של הדיילקטריק (ערך יעיל); s הוא מרחק השבר, ו-η הוא מקדם שימוש בשדה החשמלי.
2.3 שגיאה בסיסית
שגיאות הבסיס של מגנטומטר שנייה כוללות שגיאת יחס ושגיאת פאזה. ללא קשר לתנאי העבודה, השגיאה הבסיסית אינה יכולה לעבור את גבול השגיאה המתאים לרמה של דיוק המוגדרת בתקן לפני שהיא יכולה לשמש.
3 תנאי מבחן
3.1 בחירת דגימות למבחן
בחירת מגנטומטרי שנייה נמוכי מתח מבודדים באפוקסי באופן אקראי, ולביצוע שתי קבוצות מבחנים ברציפות. קבוצות המבחן והפרמטרים של הדגימות מוצגים בטבלה 1.
3.2 ציוד מבחן
הציוד והפרמטרים המשמשים במבחן מוצגים בטבלה 2.
3.3 מבחן טבילה
לפי התקן GB/T 4208 - 2017 "רמת ההגנה המסופקת על ידי עטיפות (קודים IP)", המבחן מתבצע במים נקיים. עבור עטיפות שאורךן פחות מ-850 מ"מ, הנקודה הנמוכה ביותר צריכה להיות 1000 מ"מ מתחת לפני המים. לפני המבחן, יש למדוד את עמידות המבודד, עמידות מתח בתדר הספק ושגיאות בסיסיות של הדגימה, ולאחר מכן לבצע את מבחן הטבילה.
בקבוצת המבחן הראשונה, 3 דגימות מאותו יצרן הונחו בציוד המבחן לספיגה. הוזרקו מים מיובלים, בגובה נוזל של 1000 מ"מ ובטמפרטורה של 15 °C. לאחר טבילה במים במשך 5 ימים, הוצאום. טיפות המים עליהם נמחקו בבד יבש, והם הותירו לנוח במשך 15 דקות. לאחר ייבוש, בוצעו מבחנים. לאחר מכן, בוצעו מבחנים פעם ביום במשך 10 ימים. לבסוף, הם נשאו באוויר בטמפרטורת החדר במשך 5 ימים, ובוצעו מבחנים שוב לאחר ייבוש. עבור קבוצת המבחן השנייה, הגודל של הדגימה הוגדל. דגימות מ-5 יצרנים שנבחרו באופן אקראי טובלות ישירות במים במשך 10 ימים, ואז נשאו באוויר במשך 5 ימים, ובוצעו מבחנים שוב לאחר ייבוש.
3.4 נתוני מבחן
3.4.1 עמידות מבודדת
עמידות המבודד נמדדה באמצעות טווח מתח DC של 500V. ערכי עמידות המבודד (חלקיים) של שתי קבוצות המבחן מוצגים בטבלאות 3 ו-4.
דגימת המבחן מספר 3 הייתה בעלת שיעור שינוי הגדול ביותר בעמידות המבודד. לאחר טבילה במים במשך 10 ימים, עמידות המבודד הייתה 43.3 MΩ. לאחר ייבוש במשך 5 ימים, עמידות המבודד הייתה 46.0 MΩ, והשיעור השתנה עד -99%. לאחר מבחן הטבילה והיבש, עמידות המבודד של 7 הדגימות האחרות התאוששה לגודל של עמידות המבודד במצב יבש ראשוני.
3.4.2 עמידות מתח בתדר הספק
היו 8 דגימות מבחן בסך הכל בשתי קבוצות המבחן לפני ואחרי. מתוכן, 7 עברו את מבחן עמידות המתח בתדר הספק. רק דגימת המבחן מספר 3 הייתה בעלת קושי בהעלאת מתח, ונשמע קול פרץ ברור מאוד. לאחר המבחן, נמצאו עקבות מים ברורים בפנים של חיבור הדף התחתון והאפוקסי של דגימת המבחן מספר 3. היה פער ברור בממשק יציקת הדף התחתון של דגימת המבחן זו. הדף התחתון של דגימת המבחן לאחר המבחן מוצג בתרשים 1. בסביבה לחה עם טבילה במים, לחות חיצונית חודרת פנימה דרך הפער ולא יכולה להיפלט, מה שמוביל להפחתת רמת המבודד.
3.4.3 שגיאה בסיסית
נערך מבחן שגיאה על 8 דגימות מבחן לפני ואחרי הטבילה. כדוגמה, נתוני מבחן השגיאה לדגימת המבחן מספר 3 מוצגים בטבלה 5.
4 ניתוח מבחן
מגנטומטרים נמוכי מתח מורכבים בעיקר מחומרים מבודדים, ליבות ברזל וסלילים. הם משתמשים בתהליך יציקה: אפוקסי, סיליקון מיקרו-כינים, חומרים להתחזקות, מאיצים וסוכרים מешרים ביחסים מוגדרים, מешרים באופן אחיד ו влиינים לתוך תבניות בתנאים מסוימים לתסיסה.
4.1 עמידות מבודדת
תרשים 2 הוא היסטוגרמה של התפלגות נתוני עמידות מבודדת של מגנטומטרים בשונות קבוצות המבחן. רוב המגנטומטרים המבוחנים מראים שינוי עמידות מבודדת עקבי לאחר טבילה וייבוש: ירידה משמעותית בהתחלה במהלך הטבילה, ולאחר מכן עלייה חזרה לגודל של מצב יבש ראשוני. רק דגימת המבחן מספר 3 מראה שיעור שינוי של -99% בעמידות המבודד לאחר ייבוש, קרוב לערך הקריטי המוסכם של 30 MΩ.
לגבי דגימות קבוצת המבחן השנייה, השינוי בעמידות המבודד משתנה לאחר הטבילה. #01, #03, #04, #05 יורדים לערך הקריטי; #02 נשאר כמעט ללא שינוי. לאחר ייבוש של 5 ימים, הם חוזרים ברובם לרמת ההתנגדות המקורית, מראים כי #02 יש לו איכות יציקה מצוינת של מבודד ללא חדירה של מים לאורך זמן.
טמפרטורה (ניתנת להזנחה כאן) ולחות משפיעים על עמידות המבודד. שינויים בלחות גדולים לפני ואחרי המבחן. בדרך כלל, התנגדות פני השטח יורדת בעוד שהתנגדות הנפח נשארת. אבל אם החומר המבודד יש לו עמידות נמוכה למים או פגמים ביציקה, החומר המבודד העיקרי סופג מים. אפילו לאחר ייבוש, המים הפנימיים קשה מאוד להתאדות. התנגדות פני השטח מתחדשת, אך התנגדות הנפח צונחת באופן בלתי הפיך, מה שמשנה את עמידות המבודד הכוללת.
4.2 עמידות מתח בתדר הספק
מגנטומטרים נמוכי מתח מבודדים באפוקסי יש להם מרווח מבודד גדול. בדרך כלל, לחות פני השטח לא גורמת לפליטה פנים, והם עוברים את מבחן עמידות המתח בתדר הספק לאחר טבילה וייבוש.
עם זאת, חורים קטנים בחומר המבודד מאפשרים ל מולקולות מים להיכנס לאחר הטבילה, ליצור חורים מלאי מים ומלאים אותם, ולהפוך את הדיאלקטריắn הסולידי למקלט מוצק-נוזלי. המים בחורים הקטנים מוטמעים ומוטמעים בשדה החשמלי, משתנים מסגלגלים לסגלגלים, מקשרים ערוצים ומפחיתים את עוצמת השבר. יותר מים וערוצים צפופים יותר עם טבילה ארוכה יותר מגבירים את הסיכון לשבר. פערים אוויריים ביציקה גם מאפשרים כניסה של מים. כל אלו גורמים לקולות פרצה במהלך מבחן עמידות, כפי שנראה בדגימת המבחן מספר 3.
4.3 שגיאה בסיסית
שגיאה של מגנטומטר תלויה רק בתכונות המגנטיות של הליבה ופרמטרי הסליל. לפני ואחרי הטבילה, תכונות הלהט של הליבה ותנגדות הסליל נשארות ללא שינוי, ונתוני המבחן מראים שינוי קטן בשגיאה הבסיסית.
מבחני הטבילה גם גילו:
5 הצעות פיקוח איכות
כדי למנוע כשלים חשמליים חמורים לאחר טבילה בשל מזג אוויר קיצוני תכוף, הצעות כוללות:
6 מסקנות
מחקר זה עוסק באיכות מגנטומטרים נמוכי מתח מבודדים באפוקסי לאחר טבילה בכמויות גדולות של גשם. הממצאים העיקריים:
הממצאים הללו מדריכים חברות חשמל ויצרנים בהערכת再次尝试翻译时，我会特别注意保持原文的结构和格式不变，包括HTML标签、换行、段落等，并确保术语“IEE-Business”不被翻译。以下是继续翻译的内容：
```html
הממצאים הללו מדריכים חברות חשמל ויצרנים בהערכת ושימוש מחדש במגנטומטרים שנצללו למשך זמן רב.
