Kvarovi terminalnih blokova pri visokoj vlažnosti: Strategije prevencije za instalacije u tropskoj klimi
TL;DR — Ako imate samo 60 sekundi
- Tropske obalne električne instalacije imaju stopu kvara terminalnih blokova od 15-25% u roku od 18 mjeseci u poređenju sa manje od 2% u umjerenim klimama - jer kondenzacija vlage pri relativnoj vlažnosti većoj od 80% ubrzava galvansku koroziju na kontaktnim tačkama žice i opruge, povećavajući otpor kontakta sve dok stvaranje toplote ne izazove prekid strujnog kola. Zatvoreni terminalni blokovi sa zaštitom IP67 i silikonskim zaptivnim čizmama su obavezni za tropske vanjske instalacije.
- Dizajn terminala s opružnim stezaljkama stvara kapilarne kanale za vlagu na mjestu ulaza žice — za tropske vanjske primjene gdje je prodor vlage primarni mehanizam kvara specificiram terminale s vijčanim stezaljkama i zatvorenim kompresijskim spojevima.
- Zatvoreni ulaz kabla pomoću silikonskih zaptivnih čizama ili cijevi za skupljanje toplinom na ulazu žice terminalnog bloka eliminira primarni put ulaska vlage koji uzrokuje koroziju kontakta žice i terminala.
Šta sam naučio o tropskim električnim kvarovima nakon dvadeset godina isporuke terminalnih blokova
Kada sam 2006. godine počeo isporučivati komponente za električne spojeve elektroinstalaterima u jugoistočnoj Aziji, najčešće sam čuo pritužbe na kvarove terminalnih blokova u tropskim obalnim instalacijama. Elektroinstalateri bi završili novu instalaciju, sistem bi ispravno funkcionirao prvih nekoliko mjeseci, a zatim bi pojedinačni strujni krugovi počeli otkazivati - u početku povremeno, a zatim progresivno sve češće dok strujni krug potpuno ne bi otkazao. Budući da su kvarovi bili raspoređeni na više strujnih krugova u jednoj instalaciji, a ne koncentrirani na jednoj lokaciji, obrazac je ukazivao na faktor okoline, a ne na problem u izradi instalacije. Kada sam pregledao neispravne terminalne blokove vraćene iz tropskih obalnih instalacija, mehanizam kvara bio je nepogrešiv: galvanska korozija na spoju žica-kontakt, uzrokovana prodiranjem vlage u kućište terminalnog bloka.
Budući da tropska obalna okruženja imaju nivo relativne vlažnosti vazduha koji rutinski prelazi 80%, i budući da dnevni temperaturni ciklus u obalnim tropskim lokacijama uzrokuje stvaranje kondenzacije na hladnim površinama tokom ranih jutarnjih sati prije nego što sunce zagrije zrak, električni ormari i njihov sadržaj - uključujući terminalne blokove - svakodnevno su izloženi vlazi. Budući da kućište terminalnog bloka - čak i kada je predviđeno za određeni stepen zaštite od prodora - dozvoljava malim količinama vlažne pare da uđu tokom vremena putem difuzije i efekata disanja uzrokovanih temperaturnim ciklusima, akumulirana vlaga unutar terminalnog bloka stvara uslove za galvansku koroziju na električnim kontaktnim tačkama.
Budući da sam sada podržao specifikaciju terminalnih blokova za više od 60 projekata električnih instalacija u tropskoj klimi širom jugoistočne Azije, Bliskog istoka i Latinske Amerike, mehanizam kvara terminalnih blokova uzrokovan vlagom je najčešći uzrok s kojim se susrećem - i najčešće navedeno rješenje. Budući da ispravna specifikacija (IP67 zatvoreni terminalni blokovi s pravilnim brtvljenjem žica) i ispravna praksa instalacije (zapečaćeni ulaz kabela, pravilna drenaža kućišta) zajedno eliminiraju mehanizam prodora vlage, problem specifikacije tropske instalacije je rješiv - ali samo ako specifikacija i praksa instalacije rješavaju uzrok, a ne samo tretiraju simptom zamjenom neispravnih terminalnih blokova identičnim nezapečaćenim jedinicama.
Elektrohemija korozije terminalnih blokova izazvane vlagom
Galvanska korozija koja uzrokuje kvarove terminalnih blokova u tropskim okruženjima uzrokovana je elektrohemijskom interakcijom između različitih metala u prisustvu elektrolita - u ovom slučaju, tankog filma vode koji se kondenzuje na unutrašnjim površinama kućišta terminalnog bloka. Budući da se kontaktna tačka terminalnog bloka sastoji od mesinganog ili bakrenog provodnika i čelične opruge ili mehanizma sa vijkom, dva različita metala u prisustvu vlage stvaraju galvansku korozionu ćeliju koja uzrokuje da reaktivniji metal (obično pocinkovani čelik) preferencijalno korodira na kontaktnoj površini.
Produkt korozije koji se formira na spoju žice i kontakta obično je cink oksid ili cink hidroksid za pocinčane čelične kontakte, te bakar oksid ili bakar hlorid za bakarne žičane provodnike. Budući da su ovi produkti korozije loši električni provodnici i nisu provodljivi, njihovo nakupljanje na kontaktnom spoju progresivno povećava kontaktni otpor. Budući da povećani kontaktni otpor generira toplinu prema odnosu Snaga = Struja² × Otpor, zagrijavanje na kontaktnoj tački ubrzava brzinu korozije, a istovremeno degradira žičani provodnik i terminalnu oprugu ili mehanizam vijka.
Kritični prag kontaktnog otpora za termički gubitak - gdje toplota generirana na kontaktnoj tački premašuje kapacitet odvođenja toplote terminalnog bloka - obično je u rasponu od 100-500 milioma pri nivoima struje uobičajenim u električnim kolima zgrada (10-32 ampera). Budući da sam izmjerio kontaktne otpore od 50-200 milioma u terminalnim blokovima koji su u upotrebi 12-18 mjeseci u tropskim obalnim okruženjima, progresivno povećanje kontaktnog otpora od korozije znači da se terminalni blokovi u tim okruženjima uvijek približavaju pragu termalnog gubitka - i svaki dodatni faktor koji malo povećava struju opterećenja ili malo smanjuje odvođenje toplote (kao što je povećanje temperature okoline tokom vrućeg vremena) može izazvati termički kvar.
Specifikacija stupnja zaštite od prodora (IP) za tropske terminalne blokove
Sistem ocjenjivanja zaštite od prodora (IP), definiran u IEC 60529, specificira stepen zaštite koji pružaju električna kućišta od prodora čvrstih predmeta i vlage. Budući da IP ocjena određuje otpornost terminalnog bloka na prodor vlage pod određenim uvjetima ispitivanja, odabir odgovarajuće IP ocjene za tropska okruženja zahtijeva usklađivanje ocjene sa specifičnim uvjetima instalacije, a ne primjenu generičke tropske specifikacije.
Za vanjske tropske električne instalacije gdje su terminalni blokovi direktno izloženi kiši, vlazi nošenoj vjetrom i privremenom uranjanju u vodu (kao što su rovovi za cijevi koji se poplavljuju tokom jake kiše), specificiram terminalne blokove sa minimalnom IP67 ocjenom. Budući da IP67 specificira zaštitu od prodora prašine (nepropusnost za prašinu) i zaštitu od efekata privremenog uranjanja u vodu (do 1 metar vode tokom 30 minuta), ova ocjena pokriva ekstremne uslove izloženosti vlazi koji se javljaju u vanjskim tropskim instalacijama. Budući da terminalni blokovi sa IP67 ocjenom koriste silikonske zaptivke i zatvorene dizajne kućišta za postizanje ove ocjene, oni koštaju otprilike 2-3 puta više od standardnih IP20 terminalnih blokova - ali je veća cijena opravdana eliminacijom kvarova uzrokovanih korozijom uzrokovanom vlagom.
Za pokrivene, ali nezatvorene tropske električne instalacije - kao što su vanjska kućišta koja pružaju hlad i zaštitu od kiše, ali nisu zaštićena od vlage ili kondenzacije uzrokovane vjetrom - navodim minimalnu ocjenu IP65. Budući da IP65 specificira zaštitu od prašine i zaštitu od prskanja vode iz bilo kojeg smjera, on pokriva izloženost vlazi od kiše i kondenzacije uzrokovane vjetrom koja se javlja u pokrivenim, ali nezatvorenim instalacijama. Budući da se ocjena IP65 može postići jeftinijim dizajnom brtvljenja od IP67, specifikacija IP65 je isplativija za instalacije gdje privremeno uranjanje nije realan scenarij izloženosti.
Dizajn terminala sa opružnom stezaljkom u odnosu na vijčanu stezaljku za tropska okruženja
Dizajn terminalnog bloka s opružnom stezaljkom — koji koristi opružni mehanizam za održavanje kontaktnog pritiska na umetnutoj žici — postao je dominantan dizajn terminalnog bloka u modernim električnim instalacijama zbog brzine spajanja (nije potrebno podešavanje odvijačem) i zadržavanja žice bez održavanja. Međutim, za tropske vanjske instalacije gdje je prodor vlage primarni mehanizam kvara, dizajn s opružnom stezaljkom ima fundamentalnu slabost: opružni mehanizam stvara razmak na ulaznoj tački žice koji omogućava vlazi da uđe u tijelo terminala putem kapilarnog djelovanja duž provodnika žice.
Kapilarni kanal za vlagu u terminalima s opružnim stezaljkama nastaje zato što izolacija žice koja ulazi u terminalni blok nije mehanički zatvorena na mjestu gdje izlazi iz kućišta. Budući da opružni mehanizam zahtijeva razmak kako bi se žica mogla umetnuti i zadržati, i budući da sila opruge održava žicu u kontaktu s ulaznim razmakom, vlaga koja dospije na vanjsku površinu žice može se uvući u kućište terminala kapilarnim djelovanjem duž spoja između izolacije žice i opružnog mehanizma. Budući da je ovaj put ulaska vlage svojstven dizajnu opružnih stezaljki i ne može se u potpunosti eliminirati bez ugrožavanja funkcije opruge, ne preporučujem terminale s opružnim stezaljkama za tropske vanjske instalacije gdje je ulazak vlage primarni okolišni izazov.
Dizajn terminala sa vijčanom stezaljkom - koji koristi vijak za direktno primjenjivanje pritiska stezanja na provodnik žice - pruža vrhunsku konfiguraciju brtvljenja od vlage na mjestu ulaska žice kada se pravilno zategne. Budući da vijčana stezaljka primjenjuje pritisak direktno na provodnik žice (nakon skidanja izolacije), i budući da kompresijska veza između žice i glave vijka stvara plinonepropusni spoj kada se pravilno zategne, spoj sa vijčanom stezaljkom ne stvara kapilarni kanal na mjestu ulaska žice. Budući da terminal sa vijčanom stezaljkom također omogućava vizualnu provjeru dubine umetanja žice i kvalitete veze, pruža dodatno osiguranje kvalitete instalacije koje je vrijedno u tropskim okruženjima gdje je pristup za održavanje otežan.
Specifikacija zaptivanja kablova za instalacije tropskih vanjskih terminalnih blokova
Specifikacija zaptivanja kabla je ključna praksa instalacije koja određuje da li terminalni blok sa IP zaštitom postiže svoju nazivnu zaštitu od vlage u tropskim vanjskim okruženjima. Budući da kabl koji ulazi u terminalni blok omogućava put za prodiranje vlage ako je zaptivanje kabla nesavršeno - posebno na prelazu sa vanjskog omotača kabla (koji je obično neoštećen i nepropustan za vlagu) na ogoljeni provodnik unutar terminala - tačka ulaska kabla mora biti zaptivena metodama koje eliminišu put kapilarne vlage na ovom prelazu.
Metoda zaptivanja silikonskom zaštitnom folijom je najpouzdanija tehnika zaptivanja kablova za instalacije tropskih vanjskih terminalnih blokova. Budući da silikonska zaštitna folija pruža fleksibilan, ljepilom zapečaćen premaz preko prijelaza između plašta kabla i kućišta terminalnog bloka, ona popunjava sve praznine na ulaznoj tački i održava svoje performanse zaptivanja tokom temperaturnih ciklusa i uslova izloženosti UV zračenju koji se javljaju u tropskim vanjskim okruženjima. Budući da silikon održava svoju fleksibilnost i prianjanje u temperaturnom rasponu od -60°C do +200°C, ne stvrdnjava se niti puca tokom temperaturnih ciklusa koji se javljaju u tropskim vanjskim okruženjima.
Termoskupljajuća cijev s ljepljivim unutarnjim premazom pruža alternativnu tehniku brtvljenja koja je posebno pogodna za terminalne blokove s okruglim kablovskim uvodima. Budući da se termoskupljajuća cijev čvrsto skuplja oko kabela, a ljepljivi sloj teče kako bi popunio sve praznine na spoju kabela i kućišta, stvara se prijelaz zatvoren vlagom koji je mehanički robustan i električno izoliran. Budući da metoda termoskupljajuća zahtijeva izvor topline (pištolj za vrući zrak ili gorionik) tijekom instalacije i nije tako lako provjerljiva kao metoda silikonske čizme, preferiram metodu silikonske čizme za tropske vanjske primjene gdje je provjera kvalitete instalacije teška.
Često postavljana pitanja
Zašto standardni terminalni blokovi prerano otkazuju u električnim instalacijama tropske klime?
Tropske obalne instalacije imaju stopu kvara terminalnih blokova od 15-25% u roku od 18 mjeseci (u odnosu na
Koja IP zaštita se primjenjuje na terminalne blokove za tropske vanjske električne instalacije?
Za vanjske tropske instalacije potreban je minimalni IP67 (otporno na prašinu, privremeno uranjanje u vodu) i minimalni IP65 (otporno na prašinu, prskanje vodom iz bilo kojeg smjera) za pokrivene, ali nezatvorene instalacije. IP ocjene ispod IP65 omogućavaju prodiranje vlage koja uzrokuje koroziju u roku od 12-24 mjeseca.
Kako dizajn opružnih stezaljki u odnosu na vijčane terminale utiče na otpornost na vlagu u tropskim okruženjima?
Opružne stezne stezaljke stvaraju kapilarne kanale za vlagu na mjestu ulaska žice koje se ne mogu u potpunosti eliminirati. Vijčane stezne stezaljke sa zatvorenim kompresijskim spojevima eliminiraju ovaj put. Namjestite vijčane stezne stezaljke za tropske vanjske primjene gdje je prodor vlage primarni mehanizam kvara.
Koje specifikacije za pripremu i zaptivanje žice se primjenjuju na ožičenje tropskih vanjskih terminalnih blokova?
Zatvoreni ulaz kabla pomoću silikonskih zaptivnih čizama ili cijevi za skupljanje toplinom na ulazu žice terminalnog bloka eliminira kapilarni put vlage. Prijelaz sa zatvorenog omotača kabla na ogoljeni provodnik unutar terminala je primarna tačka ulaska vlage ako je zaptivanje nepotpuno.
Kako Ningbo J-Guang Electronics podržava specifikacije terminalnih blokova za tropsku instalaciju?
J-Guang isporučuje DIN šinske terminalne blokove sa IP65-IP67 zaštitom i silikonskim zaptivačem, kompatibilnim za tropske vanjske i obalne električne instalacije. Dostupne su konsultacije specifične za primjenu za odabir terminalnih blokova, metode zaptivanja žica i praksu instalacije za električne sisteme u tropskom okruženju.
Interni linkovi: J-Guang PCT-211 Priključni blok za DIN šinu | J-Guang katalog elektronskih proizvoda
Vanjski linkovi: IEC | ISO | NE | UL | Međunarodna agencija za energiju (IEA) | EPRI
O autoru
Ningbo J-Guang Electronics Co., Ltd. je profesionalni proizvođač električnih priključnih komponenti, uključujući DIN šinske terminalne blokove, PCB terminale i električne konektore za industrijske i komercijalne električne instalacije. Sa bogatim iskustvom u isporuci električnih komponenti za instalacije u tropskoj klimi širom jugoistočne Azije, Bliskog istoka i Latinske Amerike, J-Guang Electronics podržava elektroinstalatere i industrijske kupce odabirom terminalnih blokova specifičnih za primjenu u okruženjima s visokom vlažnošću i vanjskim električnim okruženjima.