Однородные характеристики
Прежде чем перейти к особенностям каждого материала, есть несколько вопросов, которые относятся ко всем материалам. Во-первых, важно, чтобы изоляционный материал был однородным. Это делается для того, чтобы диэлектрическая проницаемость была одинаковой во всем, так что градиент напряженности электрического поля был столь же постоянным, как и практический.
7 наиболее известных высоковольтных методов изоляции (на фото: высоковольтное распределительное устройство на 400 кВ с газовой изоляцией на подстанции в городе Абу-Даби. Новая подстанция, поставляемая Siemens в Дубай, в том числе для первого распределительного устройства для уровня напряжения 400 кВ, будет аналогично по внешнему виду. Благодаря своим 24 отсекам коммутационных аппаратов на уровне напряжения 400 кВ и 28 отсекам для 132 кВ эта подстанция также будет самой большой, которую Siemens поставил на сегодняшний день по всему миру, кредит: SIEMENS)
Кроме того, если есть воздушные карманы, может быть корона или локализованная дуга. Последствия варьируются от быстрого разрушения изоляции до постепенного, долгосрочного деградации. Таким образом, неплохо включить метод удаления воздуха из любого инкапсулянта.
Одно из значений однородности состоит в том, что, как правило, не рекомендуется использовать более одного изоляционного материала. Помещение двух материалов «последовательно» может принести больше вреда, чем пользы.
Во-вторых, важно понизить диэлектрическую прочность изоляции, часто выражаемую в вольтах на миллион. Величина снижения мощности зависит от формы проводников (проблема «острых точек»), толщины изолятора и однородности изолятора.
Как правило, вы уменьшаете диэлектрическую прочность, когда материал становится толще. Для многих материалов вы можете найти уравнение, описывающее соотношение между толщиной и диэлектрической проницаемостью.
Изоляционные материалы
Вот 7 наиболее распространенных и известных материалов, используемых в сборках электроники в качестве изоляции высокого напряжения, и описания проблем, требующих особого внимания.
1. Воздух
Автоматические выключатели с воздушной изоляцией (фото: ABB)
Это бесплатно, и стоимость, безусловно, является большим преимуществом воздуха. Тем не менее, воздух имеет наихудшую диэлектрическую прочность всех изоляторов в этом листинге, поэтому расстояния должны быть самыми большими для данной геометрии.
Второе соображение состоит в том, что поверхности должны оставаться чистыми и свободными от пыли в течение длительного времени, так что на поверхности нет дуги.
2. Гексафторид серы (SF6)
Выключатели SF6 в распределительном устройстве высокого напряжения (фото кредит: jcmiras.net)
Это отличный изолятор, который остается чистым, а сборки легко работать, когда корпус открывается, а газ заменяется воздухом. Одна из трудностей с использованием SF6 заключается в том, что корпус должен быть герметично закрыт. Существуют две проблемы безопасности. Ядовитые газы образуются всякий раз, когда есть дуги.
Кроме того, это чрезвычайно опасно, если кто-то дышит в любом SF6. Это плотнее воздуха, и он будет оседать в нижней части легких, и это может привести к удушению. Так как это бесцветный газ без запаха, он остается незамеченным. Необходимо проявлять особую осторожность, чтобы избежать ингаляции.
Интересное чтение: Являются ли ваши автоматические выключатели здоровыми?
3. Эпоксидное покрытие
Примеры эпоксидных компонентов (фото-кредит: inmr.com)
В то время как эпоксидная смола обладает хорошими тепловыми характеристиками и отличной адгезией, если она не используется должным образом во время производственного процесса, она может разрушить компоненты в сборке высокого напряжения. Напряжения во время процесса заливки могут повредить компоненты.
Термические напряжения во время работы оборудования могут также повредить компоненты из-за неравномерного теплового расширения и сжатия. Кроме того, процесс эпоксидного отверждения может быть сильно экзотермическим, а части могут быть повреждены теплом, выделяемым во время отверждения.
Эпоксидные модули невосстановимы, поэтому, если есть сбой, сборка должна быть отброшена.
Другим следствием является то, что анализ отказов сильно ограничен, что затрудняет изучение любых возникающих проблем.
4. Двухкомпонентный силикон (двухкомпонентный)
Как эпоксидная смола, силиконовая инкапсуляция широко используется в высоковольтной промышленности. Плохая адгезия, пожалуй, является самым большим недостатком силиконов. Тем не менее, подготовка поверхности должным образом может облегчить это. Некоторые силиконы подвергаются неблагоприятному воздействию определенных материалов. В присутствии этих материалов процесс отверждения ингибируется, и силикон никогда не излечивается.
Кроме того, большинство силиконов не имеют хорошей теплопроводности по сравнению с большинством эпоксидных смол.
5. Однокомпонентный силикон
Одна часть силиконов доступна в «самонивелировании» и тиксотропной форме. Тиксотропные материалы не течет и остаются в любой форме, из которой они выходят из трубки. В этом отношении это похоже на крем для бритья. Перед отверждением тиксотропный силикон может быть сформирован в желаемую форму. Воздушные пузырьки могут попасть в затвердевшие тиксотропные силиконы, и поэтому их использование ограничено.
Еще одно, на что нужно обратить внимание, это то, что некоторые одночастичные силиконы будут разъедать электронные сборки.
6. Нефть
Масло широко используется частично из-за его относительно низкой стоимости и тепловых характеристик.
До 1977 года некоторые масла были опасны из-за включения токсичных ПХБ (полихлорированных бифенилов), но это, к счастью, вопрос о далеком прошлом. Соображения включают необходимость иметь запечатанный корпус с обеспечением для расширения и сокращения.
Нефть может легко загрязняться дугой и наращиванием посторонних материалов. Кроме того, это может быть грязно работать с нефтью.
Модель выкатки маслонаполненного высоковольтного автоматического выключателя. Интерьер полностью заполнен изолирующим маслом во время нормальной работы.
7. Перфторированные жидкости
Одним торговым названием перфторированных жидкостей является FluorinertTM. Они прозрачные, бесцветные, без запаха и имеют вязкость, сходную с водой. Обеспокоенность заключается в необходимости иметь герметичный корпус с возможностью расширения и сокращения. Это дорого, и испарение - проблема.
В некоторых случаях испарение происходит так быстро, что вы почти можете увидеть, как долларовые купюры исчезают в воздухе !
Ссылка: Высоковольтные методы изоляции - Эван Майерхофф; Разработка приложений в High Voltage Connection, Inc.