خرابیهای بلوک ترمینال در رطوبت بالا: استراتژیهای پیشگیری برای تاسیسات آب و هوای گرمسیری
اگر فقط ۶۰ ثانیه وقت دارید - TL;DR
- تاسیسات الکتریکی ساحلی گرمسیری، نرخ خرابی بلوک ترمینال را در عرض ۱۸ ماه ۱۵ تا ۲۵ درصد تجربه میکنند، در حالی که این نرخ در آب و هوای معتدل کمتر از ۲ درصد است - زیرا تراکم رطوبت در رطوبت نسبی ۸۰٪ یا بیشتر، خوردگی گالوانیکی را در نقاط تماس سیم به فنر تسریع میکند و مقاومت تماس را تا زمانی که تولید گرما باعث قطع مدار شود، افزایش میدهد. بلوکهای ترمینال مهر و موم شده با درجه IP67 با چکمههای آببندی سیلیکونی برای تاسیسات فضای باز گرمسیری الزامی هستند.
- طرحهای ترمینال گیره فنری، کانالهای رطوبت مویرگی را در نقطه ورود سیم ایجاد میکنند - من ترمینالهای گیره پیچی با اتصالات فشاری آببندی شده را برای کاربردهای فضای باز گرمسیری که ورود رطوبت مکانیسم اصلی خرابی است، مشخص میکنم.
- ورودی کابل آببندی شده با استفاده از چکمههای آببندی سیلیکونی یا لولههای چسبی جمعشونده حرارتی در نقطه ورود سیم بلوک ترمینال، مسیر اصلی ورود رطوبت را که باعث خوردگی تماس سیم به ترمینال میشود، از بین میبرد.
آنچه پس از بیست سال استفاده از ترمینال بلاک در مورد خرابیهای الکتریکی مناطق گرمسیری آموختم
وقتی در سال ۲۰۰۶ شروع به تأمین قطعات اتصال الکتریکی برای پیمانکاران برق در جنوب شرقی آسیا کردم، شکایت مکرری که بیشتر میشنیدم مربوط به خرابی بلوکهای ترمینال در تأسیسات ساحلی گرمسیری بود. پیمانکاران برق یک نصب جدید را تکمیل میکردند، سیستم برای چند ماه اول به درستی کار میکرد و سپس مدارهای جداگانه شروع به خرابی میکردند - در ابتدا به صورت متناوب، سپس به تدریج بیشتر تا زمانی که مدار به طور کامل از کار میافتاد. از آنجا که خرابیها در مدارهای متعدد در یک نصب واحد توزیع شده بودند و نه در یک مکان واحد، این الگو به یک عامل محیطی اشاره داشت تا یک مشکل در کار نصب. وقتی بلوکهای ترمینال خراب شدهای را که از تأسیسات ساحلی گرمسیری برگردانده شده بودند بررسی کردم، مکانیسم خرابی غیرقابل انکار بود: خوردگی گالوانیکی در رابط سیم به تماس، که ناشی از نفوذ رطوبت به محفظه بلوک ترمینال است.
از آنجا که محیطهای ساحلی گرمسیری دارای سطوح رطوبت نسبی محیطی هستند که به طور معمول از ۸۰٪ فراتر میرود و از آنجا که چرخه دمای روزانه در مناطق گرمسیری ساحلی باعث ایجاد میعان روی سطوح خنک در ساعات اولیه صبح قبل از گرم شدن هوا توسط خورشید میشود، محفظههای الکتریکی و محتویات آنها - از جمله بلوکهای ترمینال - یک چرخه روزانه در معرض رطوبت را تجربه میکنند. از آنجا که محفظه بلوک ترمینال - حتی زمانی که برای درجهای از محافظت در برابر نفوذ درجهبندی شده باشد - اجازه میدهد مقادیر کمی از بخار رطوبت به مرور زمان از طریق انتشار و اثرات تنفسی ناشی از چرخه دما وارد شود، رطوبت انباشته شده در داخل بلوک ترمینال شرایط را برای خوردگی گالوانیکی در نقاط تماس الکتریکی ایجاد میکند.
از آنجایی که من تاکنون از مشخصات بلوک ترمینال برای بیش از ۶۰ پروژه نصب برق در آب و هوای گرمسیری در سراسر آسیای جنوب شرقی، خاورمیانه و آمریکای لاتین پشتیبانی کردهام، مکانیسم خرابی بلوک ترمینال ناشی از رطوبت، رایجترین علت ریشهای است که با آن مواجه میشوم - و رایجترین راه حل مشخص شده. از آنجایی که مشخصات صحیح (بلوکهای ترمینال آببندی شده IP67 با آببندی مناسب سیم) و روش نصب صحیح (ورودی کابل آببندی شده، زهکشی مناسب محفظه) در کنار هم مکانیسم ورود رطوبت را از بین میبرند، مشکل نصب در شرایط گرمسیری قابل حل است - اما تنها در صورتی که مشخصات و روش نصب به جای درمان صرف علائم با جایگزینی بلوکهای ترمینال خراب با واحدهای مشابه بدون آببندی، به علت اصلی بپردازند.
الکتروشیمی خوردگی بلوک ترمینال ناشی از رطوبت
خوردگی گالوانیکی که باعث خرابی بلوک ترمینال در محیطهای گرمسیری میشود، ناشی از برهمکنش الکتروشیمیایی بین فلزات غیرمشابه در حضور الکترولیت است - در این مورد، لایه نازک آبی که روی سطوح داخلی محفظه بلوک ترمینال متراکم میشود. از آنجا که نقطه تماس بلوک ترمینال از یک هادی سیم برنجی یا مسی و یک مکانیزم فنر یا پیچ فولادی تشکیل شده است، دو فلز غیرمشابه در حضور رطوبت، یک سلول خوردگی گالوانیکی ایجاد میکنند که باعث میشود فلز واکنشپذیرتر (معمولاً فولاد با روکش روی) ترجیحاً در سطح تماس خورده شود.
محصول خوردگی که در سطح تماس سیم با سیم تشکیل میشود، معمولاً برای اتصالات فولادی با روکش روی، اکسید روی یا هیدروکسید روی و برای هادیهای سیم مسی، اکسید مس یا کلرید مس است. از آنجا که این محصولات خوردگی، رسانای الکتریکی ضعیفی هستند و نارسانا میباشند، تجمع آنها در سطح تماس به تدریج مقاومت تماس را افزایش میدهد. از آنجا که افزایش مقاومت تماس طبق رابطه توان = جریان² × مقاومت، گرما تولید میکند، گرمایش در نقطه تماس، سرعت خوردگی را افزایش میدهد و همزمان هادی سیم و مکانیزم فنر یا پیچ ترمینال را تخریب میکند.
آستانه مقاومت تماس بحرانی برای فرار حرارتی - که در آن گرمای تولید شده در نقطه تماس از ظرفیت اتلاف حرارت بلوک ترمینال بیشتر میشود - معمولاً در محدوده ۱۰۰ تا ۵۰۰ میلی اهم در سطوح جریان رایج در مدارهای الکتریکی ساختمانی (۱۰ تا ۳۲ آمپر) است. از آنجا که من مقاومتهای تماس ۵۰ تا ۲۰۰ میلی اهم را در بلوکهای ترمینالی که به مدت ۱۲ تا ۱۸ ماه در محیطهای ساحلی گرمسیری در حال کار بودهاند، اندازهگیری کردهام، افزایش تدریجی مقاومت تماس ناشی از خوردگی به این معنی است که بلوکهای ترمینال در این محیطها همیشه به آستانه فرار حرارتی نزدیک میشوند - و هر عامل اضافی که جریان بار را کمی افزایش دهد یا اتلاف حرارت را کمی کاهش دهد (مانند افزایش دمای محیط در هوای گرم) میتواند باعث وقوع یک رویداد خرابی حرارتی شود.
مشخصات رتبهبندی حفاظت در برابر نفوذ (IP) برای بلوکهای ترمینال مناطق گرمسیری
سیستم رتبهبندی حفاظت در برابر نفوذ (IP)، که در استاندارد IEC 60529 تعریف شده است، میزان محافظت ارائه شده توسط محفظههای الکتریکی را در برابر نفوذ اجسام جامد و رطوبت مشخص میکند. از آنجا که رتبهبندی IP، مقاومت بلوک ترمینال در برابر نفوذ رطوبت را در شرایط آزمایش خاص تعیین میکند، انتخاب رتبهبندی IP مناسب برای محیطهای گرمسیری مستلزم تطبیق رتبهبندی با شرایط نصب خاص است، نه اعمال یک مشخصات عمومی گرمسیری.
برای تاسیسات الکتریکی مناطق گرمسیری در فضای باز که بلوکهای ترمینال مستقیماً در معرض باران، رطوبت ناشی از باد و غوطهوری موقت در آب قرار دارند (مانند ترانشههای لوله که در هنگام باران شدید دچار سیل میشوند)، من بلوکهای ترمینال با حداقل رتبه IP67 را مشخص میکنم. از آنجا که IP67 محافظت در برابر ورود گرد و غبار (ضد گرد و غبار) و محافظت در برابر اثرات غوطهوری موقت در آب (تا 1 متر آب به مدت 30 دقیقه) را مشخص میکند، این رتبهبندی شرایط قرارگیری در معرض رطوبت شدید را که در تاسیسات گرمسیری در فضای باز رخ میدهد، پوشش میدهد. از آنجا که بلوکهای ترمینال دارای رتبه IP67 از واشرهای آببندی سیلیکونی و طرحهای محفظه آببندی شده برای دستیابی به رتبهبندی استفاده میکنند، تقریباً 2 تا 3 برابر بیشتر از بلوکهای ترمینال استاندارد IP20 هزینه دارند - اما این هزینه اضافی با حذف شکستهای خوردگی ناشی از رطوبت توجیه میشود.
برای تأسیسات الکتریکی گرمسیری سرپوشیده اما غیرمحصور - مانند محفظههای بیرونی که سایه و محافظت در برابر باران را فراهم میکنند اما در برابر رطوبت یا میعان ناشی از باد آببندی نشدهاند - حداقل رتبه IP65 را مشخص میکنم. از آنجا که IP65 محافظت در برابر گرد و غبار و محافظت در برابر پاشش آب از هر جهتی را مشخص میکند، قرار گرفتن در معرض رطوبت ناشی از باران ناشی از باد و میعان را که در تأسیسات سرپوشیده اما غیرمحصور رخ میدهد، پوشش میدهد. از آنجا که رتبه IP65 با طرحهای آببندی ارزانتر از IP67 قابل دستیابی است، مشخصات IP65 برای تأسیساتی که غوطهوری موقت سناریوی قرار گرفتن در معرض آن واقعبینانه نیست، مقرون به صرفهتر است.
طراحی ترمینال گیره فنری در مقابل گیره پیچی برای محیطهای گرمسیری
طراحی بلوک ترمینال گیره فنری - که از یک مکانیزم فنری برای حفظ فشار تماس روی سیم وارد شده استفاده میکند - به دلیل سرعت اتصال (بدون نیاز به تنظیم پیچگوشتی) و نگهداری سیم بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، به طرح غالب بلوک ترمینال در تاسیسات الکتریکی مدرن تبدیل شده است. با این حال، برای تاسیسات فضای باز گرمسیری که ورود رطوبت مکانیزم اصلی خرابی است، طراحی گیره فنری یک ضعف اساسی دارد: مکانیزم فنری در نقطه ورود سیم شکافی ایجاد میکند که به رطوبت اجازه میدهد از طریق عمل مویرگی در امتداد هادی سیم وارد بدنه ترمینال شود.
کانال رطوبت مویرگی در ترمینالهای فنری به این دلیل ایجاد میشود که عایق سیمی که وارد بلوک ترمینال میشود، در نقطهای که از محفظه خارج میشود، به صورت مکانیکی آببندی نشده است. از آنجا که مکانیسم فنر برای ورود و نگهداشتن سیم به شکاف نیاز دارد و از آنجا که نیروی فنر، سیم را در تماس با شکاف ورودی نگه میدارد، رطوبتی که به سطح خارجی سیم میرسد، میتواند از طریق عمل مویرگی در امتداد رابط بین عایق سیم و مکانیزم فنر به داخل محفظه ترمینال کشیده شود. از آنجا که این مسیر ورود رطوبت جزئی از طراحی گیره فنری است و نمیتوان آن را بدون به خطر انداختن عملکرد فنر به طور کامل حذف کرد، من ترمینالهای فنری را برای نصب در فضای باز گرمسیری که ورود رطوبت چالش اصلی زیستمحیطی است، توصیه نمیکنم.
طراحی ترمینال گیره پیچی - که از یک پیچ برای اعمال فشار گیرهای مستقیم به هادی سیم استفاده میکند - در صورت پیچش صحیح، پیکربندی آببندی رطوبتی فوقالعادهای را در نقطه ورود سیم فراهم میکند. از آنجا که گیره پیچی مستقیماً به هادی سیم (پس از جدا کردن عایق) فشار وارد میکند، و از آنجا که اتصال فشاری بین سیم و سر پیچ در صورت پیچش صحیح، یک اتصال گازبند ایجاد میکند، اتصال گیره پیچی در نقطه ورود سیم کانال مویین ایجاد نمیکند. از آنجا که ترمینال گیره پیچی امکان تأیید بصری عمق ورود سیم و کیفیت اتصال را نیز فراهم میکند، تضمین کیفیت نصب بیشتری را فراهم میکند که در محیطهای گرمسیری که دسترسی به تعمیر و نگهداری دشوار است، ارزشمند است.
مشخصات آببندی کابل برای نصب بلوک ترمینال در فضای باز مناطق گرمسیری
مشخصات آببندی کابل، یک روش نصب حیاتی است که تعیین میکند آیا بلوک ترمینال دارای رتبه IP، محافظت رطوبتی رتبهبندی شده خود را در محیطهای گرمسیری فضای باز به دست میآورد یا خیر. از آنجا که کابلی که وارد بلوک ترمینال میشود، در صورت ناقص بودن آببندی کابل، مسیری برای ورود رطوبت فراهم میکند - به ویژه در انتقال از روکش کابل بیرونی (که معمولاً سالم و نفوذناپذیر در برابر رطوبت است) به هادی لخت شده داخل ترمینال - نقطه ورود کابل باید با استفاده از روشهایی آببندی شود که مسیر مویرگی رطوبت را در این انتقال از بین میبرد.
روش بوت آببندی سیلیکونی، قابل اعتمادترین تکنیک آببندی کابل برای نصب بلوکهای ترمینال در فضای باز گرمسیری است. از آنجا که بوت سیلیکونی یک پوشش انعطافپذیر و چسبدار را روی محل اتصال بین روکش کابل و محفظه بلوک ترمینال ایجاد میکند، هرگونه شکافی را در نقطه ورودی پر میکند و عملکرد آببندی خود را در طول چرخه دمایی و شرایط قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش که در محیطهای فضای باز گرمسیری با آن مواجه هستیم، حفظ میکند. از آنجا که سیلیکون انعطافپذیری و چسبندگی خود را در محدوده دمایی -60 درجه سانتیگراد تا +200 درجه سانتیگراد حفظ میکند، در طول چرخه دمایی که در محیطهای فضای باز گرمسیری رخ میدهد، سخت یا ترک نمیخورد.
روش لولههای حرارتی با پوشش داخلی چسبی، یک تکنیک آببندی جایگزین ارائه میدهد که به ویژه برای بلوکهای ترمینال با ورودیهای دایرهای کابل مناسب است. از آنجا که لولههای حرارتی به طور محکم در اطراف کابل جمع میشوند و پوشش چسبی برای پر کردن هرگونه فضای خالی در رابط کابل-محفظه جریان مییابد، یک انتقال آببندی شده با رطوبت ایجاد میکند که از نظر مکانیکی مقاوم و از نظر الکتریکی عایق است. از آنجا که روش حرارتی در حین نصب به منبع گرما (تفنگ هوای گرم یا مشعل) نیاز دارد و به راحتی روش بوت سیلیکونی قابل بازرسی نیست، من روش بوت سیلیکونی را برای کاربردهای فضای باز گرمسیری که تأیید کیفیت نصب دشوار است، ترجیح میدهم.
سوالات متداول
چرا ترمینالهای استاندارد در تاسیسات الکتریکی مناطق گرمسیری زودتر از موعد خراب میشوند؟
تأسیسات ساحلی گرمسیری به دلیل خوردگی گالوانیکی در نقاط تماس سیم با منبع تغذیه در اثر تراکم رطوبت در رطوبت نسبی 80٪+، نرخ خرابی بلوک ترمینال 15 تا 25 درصد را در عرض 18 ماه تجربه میکنند (در مقایسه با کمتر از 2 درصد در مناطق معتدل). خوردگی مقاومت تماس را افزایش میدهد، گرما تولید میکند و در نهایت باعث قطع مدار میشود. بلوکهای ترمینال آببندی شده با IP67 با آببندی مناسب سیم الزامی است.
چه مشخصات رتبهبندی IP برای بلوکهای ترمینال برای تاسیسات الکتریکی فضای باز گرمسیری اعمال میشود؟
نصبهای فضای باز گرمسیری به حداقل IP67 (ضد گرد و غبار، غوطهوری موقت در آب) و حداقل IP65 (ضد گرد و غبار، پاشش آب از هر جهت) برای نصبهای پوشیده اما غیر محصور نیاز دارند. رتبهبندیهای IP زیر IP65 اجازه ورود رطوبت را میدهند که باعث خرابی خوردگی در عرض ۱۲ تا ۲۴ ماه میشود.
چگونه طراحی گیره فنری در مقابل طراحی ترمینال پیچی بر مقاومت در برابر رطوبت در محیطهای گرمسیری تأثیر میگذارد؟
ترمینالهای گیره فنری کانالهای رطوبت مویرگی در نقطه ورود سیم ایجاد میکنند که نمیتوان آنها را به طور کامل از بین برد. ترمینالهای گیره پیچی با اتصالات فشاری آببندی شده این مسیر را از بین میبرند. ترمینالهای گیره پیچی را برای کاربردهای فضای باز گرمسیری که ورود رطوبت مکانیسم اصلی خرابی است، مشخص کنید.
چه مشخصات آمادهسازی و آببندی سیم برای سیمکشی ترمینال بلوکی فضای باز مناطق گرمسیری اعمال میشود؟
ورودی کابل آببندی شده با استفاده از چکمههای آببندی سیلیکونی یا لولههای چسبی جمعشونده حرارتی در نقطه ورود سیم ترمینال، مسیر مویینگی رطوبت را از بین میبرد. در صورت ناقص بودن آببندی، نقطه ورود رطوبت اصلی، گذار از روکش کابل آببندی شده به هادی لخت شده در داخل ترمینال است.
شرکت Ningbo J-Guang Electronics چگونه از مشخصات بلوک ترمینال نصب در مناطق گرمسیری پشتیبانی میکند؟
شرکت J-Guang بلوکهای ترمینال ریلی DIN با رتبهبندی IP65-IP67 را با قابلیت سازگاری با چکمه آببندی سیلیکونی برای نصب و راهاندازی سیستمهای الکتریکی در فضای باز و ساحلی مناطق گرمسیری ارائه میدهد. مشاوره تخصصی در مورد انتخاب بلوک ترمینال، روشهای آببندی سیم و نحوه نصب برای سیستمهای الکتریکی مناطق گرمسیری ارائه میشود.
لینکهای داخلی: ترمینال سیمی فشاری ریلی J-Guang PCT-211 DIN | کاتالوگ محصولات الکترونیکی J-Guang
لینکهای خارجی: کمیسیون مستقل انتخابات | ایزو | خیر | یو ال | آژانس بینالمللی انرژی | EPRI
درباره نویسنده
شرکت نینگبو جی-گوانگ الکترونیکس، تولیدکننده حرفهای قطعات اتصال الکتریکی شامل بلوکهای ترمینال ریلی DIN، ترمینالهای PCB و کانکتورهای الکتریکی برای تأسیسات الکتریکی صنعتی و تجاری است. جی-گوانگ الکترونیکس با تجربه گسترده در تأمین قطعات الکتریکی برای تأسیسات آب و هوای گرمسیری در سراسر آسیای جنوب شرقی، خاورمیانه و آمریکای لاتین، از پیمانکاران برق و خریداران صنعتی در انتخاب بلوک ترمینالهای خاص برای محیطهای الکتریکی با رطوبت بالا و فضای باز پشتیبانی میکند.