Augsta mitruma spaiļu bloku atteices: novēršanas stratēģijas tropu klimata instalācijām

TL;DR — Ja jums ir tikai 60 sekundes

• Tropu piekrastes elektroinstalācijās 18 mēnešu laikā rodas 15–25 % spaiļu bloku atteices rādītājs, salīdzinot ar mazāk nekā 2 % mērenā klimatā, jo mitruma kondensācija relatīvajā mitrumā virs 80 % paātrina galvanisko koroziju vada un atsperes kontakta punktos, palielinot kontakta pretestību, līdz siltuma ģenerēšana izraisa ķēdes pārtraukumu. Tropu āra instalācijām ir obligāti jāizmanto IP67 reitinga noslēgti spaiļu bloki ar silikona blīvējuma uzmavām.
• Atsperes skavu spaiļu konstrukcijas veido kapilārus mitruma kanālus vada ieejas punktā — es norādu skrūvju skavu spailes ar noslēgtiem kompresijas savienojumiem tropiskiem āra lietojumiem, kur mitruma iekļūšana ir galvenais bojājumu mehānisms.
• Noslēgta kabeļu ievade, izmantojot silikona blīvēšanas uzmavas vai termosarūkošas līmplēves spaiļu bloka vadu ievades punktā, novērš primāro mitruma iekļūšanas ceļu, kas izraisa vada un spaiļu kontakta koroziju.

Ko es uzzināju par tropiskām elektrības kļūmēm pēc divdesmit gadiem, kad tika piegādāti spaiļu bloki

Kad 2006. gadā sāku piegādāt elektrisko savienojumu komponentus elektroinstalācijas darbuzņēmējiem Dienvidaustrumāzijā, visbiežāk dzirdētā sūdzība bija par spaiļu bloku bojājumiem tropu piekrastes instalācijās. Elektroinstalācijas darbuzņēmēji pabeidza jaunu instalāciju, sistēma pirmos dažus mēnešus darbojās pareizi, un pēc tam atsevišķas ķēdes sāka sabojāties — sākotnēji periodiski, pēc tam pakāpeniski biežāk, līdz ķēde pilnībā sabojājās. Tā kā kļūmes bija sadalītas pa vairākām ķēdēm vienā instalācijā, nevis koncentrētas vienā vietā, šī tendence liecināja par vides faktoru, nevis uzstādīšanas meistarības problēmu. Kad es pārbaudīju bojātos spaiļu blokus, kas atgriezti no tropu piekrastes instalācijām, bojājumu mehānisms bija nepārprotams: galvaniskā korozija vada un kontakta saskarnē, ko izraisīja mitruma iekļūšana spaiļu bloka korpusā.

Tā kā tropu piekrastes vidē apkārtējā gaisa relatīvais mitruma līmenis regulāri pārsniedz 80%, un tā kā diennakts temperatūras cikls piekrastes tropu apgabalos izraisa kondensāta veidošanos uz vēsām virsmām agrās rīta stundās, pirms saule sasilda gaisu, elektriskie nodalījumi un to saturs, tostarp spaiļu bloki, katru dienu tiek pakļauti mitruma iedarbībai ciklā. Tā kā spaiļu bloka korpuss, pat ja tam ir noteikta zināma aizsardzības pakāpe, laika gaitā ļauj iekļūt nelielam mitruma tvaiku daudzumam, izmantojot temperatūras ciklu izraisītus difūzijas un elpošanas efektus, spaiļu bloka iekšpusē uzkrātais mitrums rada apstākļus galvaniskai korozijai elektriskajos kontakta punktos.

Tā kā esmu atbalstījis spaiļu bloku specifikāciju vairāk nekā 60 tropu klimata elektroinstalācijas projektos Dienvidaustrumāzijā, Tuvajos Austrumos un Latīņamerikā, mitruma izraisītais spaiļu bloku atteices mehānisms ir visbiežākais pamatcēlonis, ar ko esmu saskāries, un visbiežāk norādītais risinājums. Tā kā pareiza specifikācija (IP67 noslēgti spaiļu bloki ar atbilstošu vadu blīvējumu) un pareiza uzstādīšanas prakse (noslēgta kabeļu ieeja, atbilstoša korpusa drenāža) kopā novērš mitruma iekļūšanas mehānismu, tropu uzstādīšanas specifikācijas problēma ir risināma, bet tikai tad, ja specifikācija un uzstādīšanas prakse novērš pamatcēloni, nevis tikai ārstē simptomu, aizstājot bojātos spaiļu blokus ar identiskām nehermētiskām vienībām.

Mitruma izraisītas spaiļu bloku korozijas elektroķīmija

Galvanisko koroziju, kas tropiskā vidē izraisa spaiļu bloku bojājumus, izraisa elektroķīmiskā mijiedarbība starp atšķirīgiem metāliem elektrolīta klātbūtnē — šajā gadījumā tā ir plāna ūdens plēve, kas kondensējas uz spaiļu bloka korpusa iekšējām virsmām. Tā kā spaiļu bloka kontakta punkts sastāv no misiņa vai vara stieples vadītāja un tērauda atsperes vai skrūves mehānisma, divi atšķirīgie metāli mitruma klātbūtnē rada galvaniskās korozijas šūnu, kas izraisa reaktīvākā metāla (parasti cinkota tērauda) koroziju galvenokārt kontakta saskarnē.

Korozijas produkts, kas veidojas vada un kontakta saskarnē, parasti ir cinka oksīds vai cinka hidroksīds cinkotiem tērauda kontaktiem un vara oksīds vai vara hlorīds vara vadu vadītājiem. Tā kā šie korozijas produkti ir slikti elektrības vadītāji un nevada elektrību, to uzkrāšanās kontakta saskarnē pakāpeniski palielina kontakta pretestību. Tā kā palielinātā kontakta pretestība rada siltumu saskaņā ar attiecību Jauda = Strāva² × Pretestība, sakaršana kontakta punktā paātrina korozijas ātrumu, vienlaikus noārdot vada vadītāju un spailes atsperi vai skrūves mehānismu.

Kritiskais kontakta pretestības slieksnis termiskai nekontrolējamai pretestībai — kur kontakta punktā radītais siltums pārsniedz spaiļu bloka siltuma izkliedes spēju — parasti ir 100–500 miliomu diapazonā pie strāvas līmeņiem, kas parasti ir ēku elektriskajās ķēdēs (10–32 ampēri). Tā kā esmu izmērījis 50–200 miliomu kontakta pretestību spaiļu blokos, kas tropu piekrastes vidē ir ekspluatācijā 12–18 mēnešus, pakāpeniska kontakta pretestības palielināšanās korozijas dēļ nozīmē, ka spaiļu bloki šajās vidēs vienmēr tuvojas termiskās nekontrolējamas pretestības slieksnim, un jebkurš papildu faktors, kas nedaudz palielina slodzes strāvu vai nedaudz samazina siltuma izkliedi (piemēram, apkārtējās vides temperatūras paaugstināšanās karstā laikā), var izraisīt termisku kļūmi.

Tropu spaiļu bloku iekļūšanas aizsardzības (IP) klases specifikācija

Standartā IEC 60529 definētā aizsardzības pret iekļūšanu (IP) vērtēšanas sistēma nosaka elektrisko korpusu aizsardzības pakāpi pret cietu priekšmetu un mitruma iekļūšanu. Tā kā IP vērtējums nosaka spaiļu bloka izturību pret mitruma iekļūšanu noteiktos testa apstākļos, atbilstoša IP vērtējuma izvēlei tropiskai videi ir jāatbilst vērtējumam atbilstoši konkrētajiem uzstādīšanas apstākļiem, nevis jāpiemēro vispārīga tropu specifikācija.

Tropiskām elektroinstalācijām ārpus telpām, kur spaiļu bloki ir tieši pakļauti lietum, vēja nestam mitrumam un īslaicīgai iegremdēšanai ūdenī (piemēram, cauruļu tranšejās, kas applūst stipra lietus laikā), es norādu spaiļu blokus ar vismaz IP67 aizsardzības pakāpi. Tā kā IP67 nosaka aizsardzību pret putekļu iekļūšanu (putekļu necaurlaidība) un aizsardzību pret īslaicīgas iegremdēšanas ūdenī ietekmi (līdz 1 metra dziļumam ūdenī 30 minūtes), šī aizsardzības pakāpe aptver ekstremālus mitruma iedarbības apstākļus, kas rodas tropiskās instalācijās ārpus telpām. Tā kā IP67 aizsardzības spaiļu blokos tiek izmantotas silikona blīvējuma blīves un noslēgta korpusa konstrukcija, lai sasniegtu šo aizsardzības pakāpi, tie maksā aptuveni 2–3 reizes vairāk nekā standarta IP20 spaiļu bloki, taču izmaksu piemaksu attaisno mitruma izraisītu korozijas bojājumu novēršana.

Nosegtām, bet neierobežotām tropu elektroinstalācijām, piemēram, āra apvalkiem, kas nodrošina ēnu un aizsardzību pret lietu, bet nav noslēgti pret vēja radītu mitrumu vai kondensātu, es norādu minimālo IP65 aizsardzības pakāpi. Tā kā IP65 nosaka putekļu necaurlaidīgu aizsardzību un aizsardzību pret ūdens šļakatām no jebkura virziena, tas attiecas uz mitruma iedarbību, ko rada vēja nestais lietus un kondensāts, kas rodas nosegtās, bet neierobežotās instalācijās. Tā kā IP65 aizsardzības pakāpi var sasniegt ar lētākiem blīvējuma dizainiem nekā IP67, IP65 specifikācija ir izmaksu ziņā efektīvāka instalācijām, kurās īslaicīga iegremdēšana nav reālistisks iedarbības scenārijs.

Atsperes skavas un skrūvju skavas spaiļu dizains tropiskai videi

Atsperes skavas spaiļu bloka konstrukcija, kurā tiek izmantots atsperes mehānisms, lai uzturētu kontakta spiedienu uz ievietoto vadu, ir kļuvusi par dominējošo spaiļu bloka konstrukciju mūsdienu elektroinstalācijās, pateicoties tās savienojuma ātrumam (nav nepieciešama skrūvgrieža regulēšana) un bezapkopes vada noturēšanai. Tomēr tropu āra instalācijās, kur mitruma iekļūšana ir galvenais bojājumu mehānisms, atsperes skavas konstrukcijai ir būtisks trūkums: atsperes mehānisms vada ieejas punktā rada spraugu, kas ļauj mitrumam iekļūt spaiļu korpusā, izmantojot kapilāro darbību gar vada vadītāju.

Kapilārais mitruma kanāls atsperes skavu spailēs rodas tāpēc, ka vada izolācija, kas nonāk spaiļu blokā, nav mehāniski noslēgta vietā, kur tā iziet no korpusa. Tā kā atsperes mehānismam ir nepieciešama sprauga, lai vadu varētu ievietot un noturēt, un tā kā atsperes spēks uztur vadu saskarē ar ieejas spraugu, mitrums, kas sasniedz vada ārējo virsmu, var tikt iesūkts spaiļu korpusā ar kapilāru darbību gar saskarni starp vada izolāciju un atsperes mehānismu. Tā kā šis mitruma iekļūšanas ceļš ir raksturīgs atsperes skavas konstrukcijai un to nevar pilnībā novērst, neapdraudot atsperes funkciju, es neiesaku atsperes skavu spailes tropiskām āra instalācijām, kur mitruma iekļūšana ir galvenā vides problēma.

Skrūvskavas spailes konstrukcija, kurā tiek izmantota skrūve, lai pieliktu iespīlēšanas spiedienu tieši vada vadītājam, pareizi pievilkšanas gadījumā nodrošina izcilu mitruma blīvēšanas konfigurāciju vada ieejas punktā. Tā kā skrūvskava pieliek spiedienu tieši vada vadītājam (pēc izolācijas noņemšanas) un tā kā saspiešanas savienojums starp vadu un skrūves galviņu, pareizi pievilkšanas gadījumā rada gāzi necaurlaidīgu savienojumu, skrūvskavas savienojums nerada kapilāro kanālu vada ieejas punktā. Tā kā skrūvskavas spaile ļauj arī vizuāli pārbaudīt vada ievietošanas dziļumu un savienojuma kvalitāti, tā nodrošina papildu uzstādīšanas kvalitātes garantiju, kas ir vērtīga tropiskā vidē, kur ir grūti veikt apkopi.

Kabeļu blīvēšanas specifikācija tropu āra spaiļu bloku instalācijām

Kabeļa blīvējuma specifikācija ir kritiski svarīga uzstādīšanas prakse, kas nosaka, vai IP klases spaiļu bloks sasniedz nominālo mitruma aizsardzību tropu āra vidē. Tā kā kabelis, kas ienāk spaiļu blokā, nodrošina mitruma iekļūšanas ceļu, ja kabeļa blīvējums ir nepilnīgs — īpaši pārejā no kabeļa ārējā apvalka (kas parasti ir neskarts un mitrumu necaurlaidīgs) uz izolēto vadītāju spaiļu iekšpusē —, kabeļa ieejas vieta ir jāaizzīmogo, izmantojot metodes, kas novērš mitruma kapilāro ceļu šajā pārejā.

Silikona blīvēšanas uzmavas metode ir visuzticamākā kabeļu blīvēšanas metode tropu āra spaiļu bloku uzstādīšanai. Tā kā silikona uzmava nodrošina elastīgu, ar līmi noslēgtu pārklājumu pārejai starp kabeļa apvalku un spaiļu bloka korpusu, tā aizpilda visas spraugas ieejas punktā un saglabā blīvējuma veiktspēju temperatūras svārstību un UV starojuma iedarbības apstākļos, kas rodas tropu āra vidē. Tā kā silikons saglabā savu elastību un saķeri temperatūras diapazonā no -60 °C līdz +200 °C, tas necietē un neplaisā temperatūras svārstību laikā, kas notiek tropu āra vidē.

Termosarūkošās caurules ar līmējošu iekšējo pārklājumu metode nodrošina alternatīvu blīvēšanas metodi, kas ir īpaši piemērota spaiļu blokiem ar apaļiem kabeļu ievadiem. Tā kā termosarūkošā caurule cieši saraujas ap kabeli un līmējošais oderējums plūst, aizpildot visas tukšumus kabeļa un korpusa saskarnē, tā rada mitruma noslēgtu pāreju, kas ir mehāniski izturīga un elektriski izolējoša. Tā kā termosarūkošās metodes uzstādīšanas laikā ir nepieciešams siltuma avots (karstā gaisa pistole vai lodlampa) un to nav tik viegli pārbaudīt kā silikona apvalka metodi, es dodu priekšroku silikona apvalka metodei tropiskiem āra pielietojumiem, kur ir grūti pārbaudīt uzstādīšanas kvalitāti.

Bieži uzdotie jautājumi

Kāpēc standarta spaiļu bloki tropiskā klimata elektroinstalācijās priekšlaicīgi sabojājas?
Tropu piekrastes instalācijās 18 mēnešu laikā rodas 15–25 % spaiļu bloku atteices rādītājs (salīdzinājumā ar

Kāda IP aizsardzības specifikācija attiecas uz spaiļu blokiem tropu āra elektroinstalācijām?
Āra tropu instalācijām ir nepieciešams vismaz IP67 aizsardzības līmenis (putekļu necaurlaidība, īslaicīga iegremdēšana ūdenī) un vismaz IP65 aizsardzības līmenis (putekļu necaurlaidība, ūdens šļakatas no jebkura virziena) slēgtām, bet neiebūvētām instalācijām. IP aizsardzības līmenis, kas ir zemāks par IP65, pieļauj mitruma iekļūšanu, izraisot korozijas bojājumus 12–24 mēnešu laikā.

Kā atsperes skavas un skrūvju spailes konstrukcija ietekmē mitruma izturību tropiskā vidē?
Atsperes skavu spailes vada ieejas punktā veido kapilārus mitruma kanālus, kurus nevar pilnībā novērst. Skrūves skavu spailes ar noslēgtiem kompresijas savienojumiem novērš šo ceļu. Skrūves skavu spailes ir norādītas tropiskiem āra apstākļiem, kur mitruma iekļūšana ir galvenais bojājumu mehānisms.

Kādas vadu sagatavošanas un blīvēšanas specifikācijas attiecas uz tropu āra spaiļu bloku elektroinstalāciju?
Noslēgta kabeļa ievade, izmantojot silikona blīvēšanas uzmavas vai termosarūkošas līmplēves spaiļu bloka vada ievades punktā, novērš mitruma kapilāro ceļu. Ja blīvējums ir nepilnīgs, pāreja no noslēgta kabeļa apvalka uz notīrītu vadītāju spaiļu iekšpusē ir galvenā mitruma iekļūšanas vieta.

Kā Ningbo J-Guang Electronics atbalsta tropisko instalāciju spaiļu bloku specifikāciju?
J-Guang piegādā IP65-IP67 aizsardzības DIN sliedes spaiļu blokus ar silikona blīvējuma uzmavu saderību tropu āra un piekrastes elektroinstalācijām. Ir pieejamas specifiskas konsultācijas par spaiļu bloku izvēli, vadu blīvēšanas metodēm un uzstādīšanas praksi tropu vides elektrosistēmās.

Iekšējās saites: J-Guang PCT-211 DIN sliedes iespraužamā vada spaiļu bloks | J-Guang elektronikas produktu katalogs

Ārējās saites: IEC | ISO | NĒ | UL | IEA | EPRI

Par autoru

Ningbo J-Guang Electronics Co., Ltd. ir profesionāls elektrisko savienojumu komponentu, tostarp DIN sliedes spaiļu bloku, PCB spaiļu un elektrisko savienotāju, ražotājs rūpnieciskām un komerciālām elektroinstalācijām. Ar plašu pieredzi elektrisko komponentu piegādē tropiskā klimata instalācijām Dienvidaustrumāzijā, Tuvajos Austrumos un Latīņamerikā, J-Guang Electronics atbalsta elektroinstalācijas darbuzņēmējus un rūpnieciskos pircējus, izvēloties specifiskus spaiļu blokus augsta mitruma un āra elektriskajām vidēm.