כיצד משפיע עובי הקיר של מעטפת נירוסטה 316 על נתיב זרם זליגת החשמל ועל השפלת התנגדות הבידוד בסביבות לחות- גבוהה?
השאר הודעה
פקחי בטיחות חשמל ומהנדסי אבטחת איכות העובדים עם תנורי טבילה חשמליים ביישומים חיצוניים, עיבוד מזון וייצור תרופות מודאגים תמיד מהשפלה של התנגדות הבידוד בהגדרות לחות גבוהה. בידוד תחמוצת המגנזיום סביב חוט ההתנגדות הוא היגרוסקופי, כלומר הוא סופג לחות מהאוויר כאשר המחמם אינו מופעל אם הנדן אינו אטום במלואו. לחות נספגת מורידה את התנגדות הבידוד. זה גורם לזרם דליפה שעלול להכשיל מערכות למניעת תקלות באדמה ובמצבים קיצוניים לגרום לסכנות להתחשמלות. עובי הדופן של חומר המעטפת מפלדת אל חלד 316 משפיע הן על קצב חדירת הלחות והן על אורך התעלה החשמלית לזרם דליפה. מאמר זה מעריך את עובי דופן המעטפת, פיזור הלחות ויחסי השפלה של התנגדות הבידוד ומספק הצעות בחירה לשירותי לחות גבוהה.
פיזור לחות דרך מעטפות 316SS ואטמי קצה
אדי מים יכולים להתפזר דרך דופן המעטפת של הנירוסטה 316 או דרך אטמי הקצה שבו חוט ההתנגדות יוצא מהמעטפת, ובכך לחדור לבידוד MgO. החדירות של נירוסטה 316 לאדי מים נמוכה מאוד, אך לא אפסית. קצב חדירת אדי המים במצב יציב בעובי 1.0 מ"מ 316 ב-40 מעלות ו-100% לחות יחסית הוא בסביבות 0.001 גרם/מ"ר ליום. זה יהיה פחות מ-0.4 גרם מים שהתפזרו למטר מרובע של פני המעטפת בשנה אחת, וזה זניח עבור גדלי מחמם רגילים. מנגנון החדירה העיקרי ללחות הוא דרך נקבוביות מיקרוסקופיות באטמי הקצה, במיוחד במגע בין הנדן, ה-MgO והחרוזי המסוף הקרמיים. עבור נדן דק עם דופן מתחת ל-1.0 מ"מ, ההתאמה המכנית של המעטפת מאפשרת את העיוות הקטן במהלך רכיבה תרמית אשר פותחת וסוגרת פערים בקצה חותמת שאיבת אוויר לח לתוך ה-MgO. עם זאת, הקשיחות הגבוהה יותר שלהם אוסרת את פעולת השאיבה הזו עבור עטיפות דופן עבות- מעל 1.8 מ"מ, ומפחיתה את שיעורי חדירת הלחות בפקטור של 5 עד 10. מכאן שהשפעת עובי הקיר על חדירת הלחות היא עקיפה, אך חשובה: קירות עבים יותר שומרים טוב יותר על שלמות אטימת הקצה.
עובי דופן נדן ואורך נתיב של זרם דליפה
ברגע שלחות חודרת ל-MgO, התנגדות הבידוד פוחתת מכיוון שמולקולות מים יוצרות תעלות מוליכות לאורך פני השטח של גרגרי ה-MgO. זרם הדליפה החשמלי מחוט ההתנגדות לנדן 316 המוארק הונחה רדיאלית דרך שכבת MgO. ההתנגדות של נתיב זה היא R=rho x ln(r2/r1) / (2 pi L) כאשר rho היא ההתנגדות של ה-MgO הלח, r2 ו-r1 הם הרדיוסים החיצוניים והפנימיים של שכבת MgO ו-L הוא האורך המחומם. הגדלת עובי דופן המעטפת מקטינה למעשה את עובי שכבת ה-MgO עבור קוטר עטיפה חיצוני מסוים וקוטר חוט התנגדות קבוע מכיוון שהמעטפת תופסת יותר מהחלל הרדיאלי. קיר עבה שווה פחות MgO בין חוט לנדן. מרחק רדיאלי קטן יותר זה מוביל להתנגדות בידוד נמוכה יותר עבור תכולת לחות נתונה ובכך מחמיר בעיות זרם דליפה. לדוגמה, שקול נדן בקוטר חיצוני של 10 מ"מ עם חוט התנגדות בקוטר 3 מ"מ. עובי שכבת MgO הוא 10 - 2×1.0 - 3=5 מ"מ, בעוד שעובי הדופן הוא 1.0 מ"מ. עם עובי דופן של 2.0 מ"מ, עובי שכבת MgO הוא 10 - 4 - 3=3 מ"מ. שכבת MgO הדקה יותר מפחיתה את התנגדות הבידוד הרדיאלית בכ-40% עבור אותה התנגדות MgO. לכן, עטיפות עבות-דפנות פגיעות יותר לעמידות בידוד נמוכה במקרה של חדירת לחות מכיוון שיש פחות MgO לחסום את ערוץ זרם הדליפה.
עובי קיר קריטי לשלמות חותם הקצה
הטבלה הבאה נותנת עובי דופן מומלצת של 316 נדן עבור מחממי טבילה חשמליים למצבי לחות גבוהה בהתאם לתדירות הצפוי של המחזור התרמי ולהתנגדות הדרושה לבידוד לאחר אחסון ממושך או זמן סרק. הערכים מניחים מבנה אטם קצה טיפוסי עם חרוזי קרמיקה ואטמי אפוקסי או סיליקון.
סביבת לחות צפוי מספר מחזורים תרמיים בשנה מומלץ מינימום 316 עובי קיר מומלץ מקסימום 316 עובי קיר צפוי עמידות בידוד לאחר שנה בלחות גבוהה חדירת לחות 2. מנגנונים דומיננטיים
לחות גבוהה מדי פעם (פחות מ-50% מהזמן) מתחת ל-100 0.8 מ"מ 1.6 מ"מ מעל 100 מגה אוהם פיזור אטם קצה
לחות גבוהה תמידית (80-100% RH) פחות מ-100 1.0 מ"מ 2.0 מ"מ 50 - 200 מגאוהם אטם קצה דיפוזיה
לחות גבוהה קבועה עם רכיבה תרמית יומית 200 – 500 1.4 מ"מ 2.5 מ"מ 10 – 100 מגה אוהם שאיבה תרמית באטמי הקצה
לחות עיבוי (שטיפה תכופה או טל) 100 – 300 1.6 מ"מ 2.5 מ"מ 5 – 50 מגה אוהם שאיבה תרמית וכניסה ישירה
דחיסה לחות שטיפה בלחץ כל 2.0 מ"מ 2.5 מ"מ 1 – 20 מגה אוהם נדרש איטום הרמטי, כניסה ישירה למים
Any humidity Heater always on Any 0.8 mm 2.5 mm >1,000 מגאוהם חום מסיר לחות; ללא הידרדרות
עם זאת, מומלץ לנדן 316 של 1.6 מ"מ או יותר עבור יישומים עם לחות גבוהה מתמשכת ומחזורי טמפרטורה תכופים, גם אם עובי שכבת MgO יורד. היתרון של שלמות אטם הקצה מתגבר על החיסרון של אורך מסלול הדליפה המופחת. בהגדרות כאלה המהנדסים צריכים גם לציין עיצוב אטם קצה עמיד בפני רטיבות, למשל אטם זכוכית הרמטי-ל-מתכת או מחסום אפוקסי כפול עם תא ייבוש ביניים.
תכנון שינויים לשיפור התנגדות בידוד דקים-בקירות
בתנאי לחות-גבוהים שבהם נדן דק-316 דופן<1.2 mm is generally employed for thermal response reasons, three design adjustments exist for maintaining insulation resistance. The first is to apply a moisture barrier coating over the whole sheath and end seal assembly. A conformal coating of parylene or silicone, 50 to 100 microns thick, reduces moisture intrusion by a factor of 10 to 50. The second change is the fitting of a low wattage stand-by heater circuit to maintain the sheath temperature at 50-60 deg C when idling. This keeps the MgO heated enough to avoid condensation of moisture and chases off any water that has been absorbed. Normally the power required is 5-10% of the full heater rating. The third change is the addition of a desiccant filled breather vent to the terminal housing. The desiccant takes moisture before it can get to the end seals. A color-indicating desiccant will change colour when saturated, so that it may be seen inspected and replaced in a timely manner. For essential applications where insulation resistance below 1 megohm can pose a safety threat, engineers should design a heater-service-rated ground fault circuit interrupter. If the MgO insulation has decayed, this provides some protection if there is a leakage over 5-30 mA the GFCI trips. When ordering heaters for high humidity locations, always obtain the insulation resistance test results after 48 hours exposure to 95% relative humidity at 40°C. Most industrial uses call for a heater that will hold 10 megohms or higher under these conditions. If the heater is below 1 megohm it may need more sealing or a different wall thickness.
