Hverjir eru rafeinangrunareiginleikar PTFE og hvers vegna skipta þeir máli fyrir hitara?

Ef þú stingur rafknúnum hitara í leiðandi vökva (svona sýru- eða saltlausn) þarftu að vera algerlega rafeinangraður. Sérhver lekastraumur getur skapað galla í húðun, tæringu á villustraumi eða hættu á áföllum fyrir starfsfólk. Framúrskarandi rafmagns einangrunareiginleikar PTFE bjóða upp á þessa mikilvægu hindrun. Án áreiðanlega einangrandi hlífar er dýfahitarinn sjálfur uppspretta ferlimengunar og öryggishættu. Rafmagnsstyrkur er grunneiginleiki til að vita um virkni PTFE rafeinangrunarhitara.

Hvað er raforkustyrkur og hvers vegna þurfum við hann?
Rafmagnsstyrkur er mesta rafsvið sem efni þolir áður en það brotnar niður og verður leiðandi. Þetta er venjulega gefið upp í kílóvoltum á millimetra (kV/mm). Ef rafsvið yfir einangrunartæki fer yfir rafstyrk þess einangrunarefnis, eru rafeindir knúnar í gegnum efnið til að mynda leiðandi rás. Þetta getur mistekist strax og skelfilega.

Skammtíma rafstyrkur PTFE er að minnsta kosti 15 kV/mm. Þessi tala er talsvert yfir meðalrekstrarspennum dýfahitara, sem eru á bilinu 110 V til 480 V AC. Jafnvel við 480 V er einangrunarþykktin sem er nauðsynleg til að forðast bilun minni en 0,05 mm ef efnið er rétt. Í reynd eru PTFE slíður framleiddar með þykkt frá 1 til 3 mm og því næst breitt öryggisbil.

Það er mikilvægt að hafa í huga að 15 kV/mm talan er fyrir skammtíma, DC eða mjög stutta AC útsetningu. Í samfelldri riðstraumsnotkun við afltíðni (50/60 Hz) minnkar langtíma rafstraumsstyrkur- vegna hlutahleðslu og öldrunaráhrifa. Hins vegar eru jafnvel varfærnislegar áætlanir um stöðugan vinnslustyrk PTFE eingöngu 4-6 kV/mm, miklu en nóg fyrir dæmigerða spennu hitara.

Hvernig PTFE kemur í veg fyrir straumleka í leiðandi böðum
Mörg af dýfahitaraforritunum innihalda mjög leiðandi vökva: rafhúðunlausnir (nikkel, kopar, króm), rafskautsböð (brennisteins- eða fosfórsýra) og súrsunarlausnir (saltsýra eða saltpéturssýra). Þessir vökvar hafa viðnám allt niður í nokkra ohm cm. Ef einhver rof verður á einangrun hitara þá verður bein raftenging á viðnámsvír inni í hitara við baðið.

Til að forðast slíkan leka hefur PTFE rafeinangrunarhitari þrjá mikilvæga rafmagnseiginleika:

Hár rafstraumsstyrkur - Kemur í veg fyrir rafmagnsbilun í gegnum þykkt slíðursins.

Hár hljóðstyrksviðnám- Enginn straumur flæðir um magn efnis.

Mikil yfirborðsviðnám - Kemur í veg fyrir straummælingu á ytra yfirborði, sérstaklega í rökum eða menguðum kringumstæðum.

PTFE hefur rúmmálsviðnám sem er meira en 10^18 ohm-cm, eitt hæsta gildi hvers kyns föstu einangrunarefnis. Til samanburðar hafa dæmigerðir einangrunarefni eins og nylon rúmmálsviðnám um það bil 10¹²–10¹⁴ ohm-cm. PTFE hefur mjög mikla viðnám, þess vegna mun jafnvel mjög þunnt lag af óskemmdum PTFE veita nánast takmarkalausa viðnám gegn raforku.

Hvað gerist þegar einangrun bilar?
Reynsla á vettvangi sýnir að afleiðingar bilunar í PTFE einangrun eru sjaldan lúmskur. Gat, sprungur eða þunnir staðir á slíðrinu gætu valdið því að straumur flæði inn í baðið. Nokkrir aðskildir erfiðleikar þróast eftir umsókninni:

Húðunargallar - Flækingsstraumur frá hitaranum breytir straumdreifingu á vinnustykkinu í rafhúðun tönkum. Þetta gæti leitt til ójafnrar útfellingarþykktar, hnúðaþróunar eða brunaútfellinga.

Straumtæring - Lekastraumur er fluttur til jarðar með öðrum málmíhlutum í geyma-varmaskiptum, tankveggjum eða rekkum. Þetta flýtir fyrir tæringu á núverandi útgöngustöðum.

Hætta á höggi hjá starfsfólki - Ef baðið er jarðtengd (eins og venjulega í mörgum málningarlínum), framkallar lekastraumur spennustig í vökvanum. Ef þú snertir baðið og eitthvað er jarðtengd geturðu fengið raflost.

Bilun í hitaranum áður en endingartíma hans lýkur - Lekastraumur framleiðir venjulega staðbundna hitun á svæðinu þar sem einangrunin er brotin niður sem rýrar enn frekar PTFE og skapar að lokum opna hringrás eða jarðtengingu.

Reyndar er fyrsta vísbendingin um ófullnægjandi einangrun oft ferlitengd frekar en hitari. Húðunaraðilar taka oft eftir lélegum innborgunargæðum áður en rafhlífðarbúnaður sleppur.

PTFE einangrun í samanburði við önnur efni
PTFE er ekki eina flúorfjölliðan sem notuð er til að einangra dýfahitara. PFA (perflúoralkoxý) og FEP (flúorað etýlen própýlen) eru efnafræðilega og rafmagnslega svipaðar. PTFE er samt sem áður það sem oftast er tilgreint vegna blöndu þess af rafframmistöðu, hagkvæmni og framboði. Taflan hér að neðan sýnir rafstyrk og rúmmálsviðnám fyrir vinsæl einangrunarefni sem notuð eru í dýfahitara.

Einangrunarefni Rafmagnsstyrkur (kV/mm, til skamms tíma) Rúmmálsviðnám (ohm-cm) Hámarks stöðugt þjónustuhitastig (gráða)
PTFE 15 – 20 > 10^18 260 PFA 15 – 20 > 10^18 260
FEP 15 – 20 > 10^18 200
ETFE 15 – 18 1016 – 1017 150
Pólýprópýlen 18 – 22 (efnafræðilega niðurbrot) 10¹⁵ – 10¹⁷ 80 (í vatni)
Kísillgúmmí 14–20 1014–1015 180
Athugið: Rafmagnsstyrkur er fyrir hrein, þurr sýni, mæld á rannsóknarstofu. Raunverulegar niðurstöður verða fyrir áhrifum af hitastigi, rakastigi og útsetningu efna.

Athyglisvert er að jafnvel þó að rafstyrkur pólýprópýlen og ETFE sé jafn eða jafnvel betri en PTFE við þurrar aðstæður, þá eru þau ekki efnafræðilega ónæm, né hafa þau mikinn hitastöðugleika eins og PTFE. Einu raunhæfu möguleikarnir fyrir árásargjarn efnaböð við hærra hitastig eru PTFE og ættingjar flúorfjölliða þess, PFA og FEP.

Af hverju er ekki nóg með mikill rafstyrkur
PTFE hefur framúrskarandi rafmagnsstyrk sem er meira en eða jafnt og 15 kV/mm þó að það væri ófullkomið að treysta eingöngu á þetta fyrir rafmagnsöryggi. Þættir sem hafa áhrif á skilvirka einangrun í reynd eru:

Hitastig - Rafmagnsstyrkur PTFE minnkar með hækkandi hitastigi. Við 200 gráður getur það lækkað niður í um 50–60% af umhverfishitagildi.

Frásog raka - PTFE er vatnsfælin og gleypir nánast ekkert vatn. Hins vegar, ef það er mengun eða sprungur á yfirborði getur raki myndað leiðandi rásir í kringum einangrunina.

Vélrænar skemmdir - Rifur, núningi eða óviðeigandi beygja geta staðbundið dregið úr þykkt slíðunnar og þar með aukið álag rafsviðsins.

Öldrun og hlutaafhleðsla - Hlutafhleðsla í smásæjum rýmum hægt og rólega niður PTFE í gegnum margra ára straumvirkni, sem leiðir til minni virkans rafstraumsstyrks.

Reynsla á vettvangi hefur sýnt að flestar einangrunarbilanir í PTFE-dýfahitara stafa ekki af spennubilun í gegnum ósnortið efni. Fremur stafa þeir af vélrænni skemmdum, efnaárás á innsiglisflötina eða niðurbroti í hita. Hár rafstraumsstyrkur PTFE gefur góða öryggismörk en léttir ekki af þörfinni fyrir rétta meðhöndlun, uppsetningu og viðhald.

Kerfishönnunarhlutverk: Jörð og GFCI vernd
Jafnvel besta hönnun PTFE rafmagns einangrunar hitara getur verið galli. Þess vegna ætti aukaverndarkerfi að vera samþætt í rétta kerfishönnun:

Jarðtenging búnaðar - Ytri málmhlutar hitarans (flans, festifesting eða jarðvír) skulu tengdir við jarðtengingu stöðvarinnar. Þetta veitir lágviðnámsrás til baka til upprunans fyrir lekastraum. Þetta veldur því að yfirstraumstæki virka.

Jarðbilunarrof (GFCI) eða jarðtengingarvörn - GFCI tæki skynja ójafnvægi milli línu og hlutlauss straums allt að 5-30 mA. Jarðmisgengisvörn er nauðsynleg á rökum svæðum eins og málningargeymum til að tryggja öryggi fólks.

Periodic insulation resistance testing - Testing insulation resistance with a megohmmeter between the heater leads and ground (heater dry and de-energised) can detect insulation degradation before failure. Typical acceptable values are >1 megohm fyrir lágspennuhitara, en nýir PTFE hitarar eru oft á gígaohm svæðinu.

Það er mikilvægt að skilja að engin einangrun er tilvalin og öll efni brotna niður með tímanum. Jarðtenging og GFCI vörn gefa annað lag af vörn sem heldur áfram að virka jafnvel eftir að PTFE einangrunin er brotin niður.

Hagnýt þýðing fyrir val á hitara og notkun
Rafeinangrandi eiginleikar PTFE hafa bein áhrif á hönnunarval þegar val á dýfahitara fyrir leiðandi bað:

Þykkt slíður Þykkt slíður veita aukinn rafstyrk og vélræna seiglu, minni hitaflutning. Finna þarf rétta jafnvægið eftir rekstrarspennu og efnaumhverfi.

Spennustig - Því hærri sem spennan er því lægri er straumurinn fyrir sama hitarafl og því minni viðnámstap í leiðslum. En því hærri sem spennan er, því meiri er álagið á einangrunina frá rafsviðinu. Flestir PTFE dýfahitarar eru metnir annaðhvort 240 V eða 480 V AC, þeir síðarnefndu þurfa sérstaka athygli á slíðragæði.

Skoðunar- og endurnýjunartímabil - Böð með mikla leiðni og árásargjarna efnafræði krefjast reglulegra einangrunarprófa. Ef einangrunarviðnám er að minnka, þá þarftu að skipuleggja skipti á hitara.

Reyndar er gert ráð fyrir að PTFE-klæddur hitari sé rafrænt „ósýnilegur“ fyrir baðið. Þetta á aðeins við svo lengi sem einangrunin er þurr og órofin. Sérhvert brot, þó lítið sé, bindur í einu lagi rafrás hitara við baðið.

Niðurstaða
PTFE býður upp á framúrskarandi rafeinangrandi eiginleika, eins og rafeinangrunarstyrk sem er að minnsta kosti 15 kV/mm og rúmmálsviðnám sem er meira en 10^18 ohm-cm, sem eru mikilvæg fyrir örugga og mengunarlausa upphitun. Þessir eiginleikar takmarka straumleka frá innri viðnámsvírnum yfir í mjög leiðandi efnaböð og koma því í veg fyrir galla í málningu, tæringu á villustraumi og hættu á höggi.

En góðir efnislegir eiginleikar gefa ekki til kynna öryggi. PTFE rafeinangrunarhitari byggir á réttri hlífðarþykkt, vandlega framleiðslu til að forðast göt og rétta uppsetningu til að forðast vélrænan skaða. Það er ekkert til sem heitir pottþétt einangrun, þannig að jarðtenging og jarðtengingarvörn eru mikilvægir hlutir hvers kyns hitakerfis.

Rafmagnsöryggi í röku umhverfi er spurning um góð efni og fullnægjandi kerfishönnun. PTFE er fyrsta varnarlínan - rafmagnshindrun sem er mjög sterk. Annað er í gegnum efri verndarkerfi. Saman gera þeir dýfuhitara kleift að virka áreiðanlega í mörg ár við erfiðustu efna- og rafmagnsaðstæður iðnaðarins.