Πώς το πάχος τοιχώματος του περιβλήματος από ανοξείδωτο χάλυβα 316 επηρεάζει τη διαδρομή ρεύματος διαρροής ηλεκτρικού ρεύματος και την υποβάθμιση της αντίστασης μόνωσης σε περιβάλλοντα υψηλής-υγρασίας;

Οι επιθεωρητές ηλεκτρικής ασφάλειας και οι μηχανικοί διασφάλισης ποιότητας που εργάζονται με ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης σε εφαρμογές εξωτερικού χώρου, την επεξεργασία τροφίμων και την παραγωγή φαρμάκων ανησυχούν πάντα για την υποβάθμιση της αντίστασης μόνωσης σε συνθήκες υψηλής υγρασίας. Η μόνωση οξειδίου του μαγνησίου γύρω από το σύρμα αντίστασης είναι υγροσκοπική, που σημαίνει ότι απορροφά υγρασία από τον αέρα όταν ο θερμαντήρας δεν ενεργοποιείται εάν το περίβλημα δεν είναι πλήρως σφραγισμένο. Η απορροφούμενη υγρασία μειώνει την αντίσταση μόνωσης. Αυτό προκαλεί τη ροή ρεύματος διαρροής που μπορεί να σκοντάψει τα συστήματα αποτροπής σφαλμάτων γείωσης και, σε ακραίες καταστάσεις, να προκαλέσει κίνδυνο ηλεκτροπληξίας. Το πάχος του τοιχώματος του υλικού του περιβλήματος από ανοξείδωτο χάλυβα 316 επηρεάζει τόσο τον ρυθμό διείσδυσης υγρασίας όσο και το μήκος του ηλεκτρικού καναλιού για το ρεύμα διαρροής. Αυτό το άρθρο αξιολογεί τις σχέσεις υποβάθμισης του πάχους τοιχώματος του περιβλήματος, της διάχυσης υγρασίας και της αντίστασης μόνωσης και παρέχει προτάσεις επιλογής για υπηρεσίες υψηλής υγρασίας.

Διάχυση υγρασίας μέσω θηκών 316SS και σφραγίδων άκρων
Οι υδρατμοί μπορούν να διαχυθούν μέσω του τοιχώματος του περιβλήματος του ανοξείδωτου χάλυβα 316 ή μέσω των ακραίων σφραγίδων όπου το σύρμα αντίστασης εξέρχεται από το περίβλημα, διαπερνώντας έτσι τη μόνωση MgO. Η διαπερατότητα του ανοξείδωτου χάλυβα 316 στους υδρατμούς είναι πολύ χαμηλή, αλλά όχι μηδενική. Ο ρυθμός διείσδυσης υδρατμών σε σταθερή κατάσταση μέσω πάχους 1,0 mm 316 στους 40 βαθμούς και 100% σχετική υγρασία είναι περίπου 0,001 g/m2/ημέρα. Αυτό θα ήταν λιγότερο από 0,4 γραμμάρια νερού που διαχέεται ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας θήκης σε ένα χρόνο, κάτι που είναι αμελητέο για κανονικά μεγέθη θερμαντήρα. Ο κύριος μηχανισμός διείσδυσης της υγρασίας είναι μέσω μικροσκοπικών πόρων στα άκρα σφραγίσματα, ιδιαίτερα στην επαφή μεταξύ του περιβλήματος, του MgO και των κεραμικών τερματικών σφαιριδίων. Για περιβλήματα λεπτού τοιχώματος κάτω από 1,0 mm, η μηχανική συμμόρφωση του περιβλήματος επιτρέπει τη μικρή παραμόρφωση κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου, η οποία ανοίγει και κλείνει τα κενά στα στεγανοποιητικά άκρα αντλώντας υγρό αέρα στο MgO. Ωστόσο, η μεγαλύτερη ακαμψία τους απαγορεύει αυτήν την ενέργεια άντλησης για παχιά{16}}θηκάρια τοιχωμάτων άνω των 1,8 mm, μειώνοντας τους ρυθμούς διείσδυσης υγρασίας κατά συντελεστή 5 έως 10. Ως εκ τούτου, η επίδραση του πάχους του τοιχώματος στην είσοδο υγρασίας είναι έμμεση, αλλά σημαντική: τα παχύτερα τοιχώματα διατηρούν καλύτερα την ακεραιότητα της κυκλικής στερέωσης.

Πάχος τοιχώματος περιβλήματος και μήκος διαδρομής ρεύματος διαρροής
Μόλις η υγρασία διεισδύσει στο MgO, η μονωτική αντίσταση μειώνεται επειδή τα μόρια του νερού δημιουργούν αγώγιμα κανάλια κατά μήκος της επιφάνειας των κόκκων MgO. Το ηλεκτρικό ρεύμα διαρροής από το καλώδιο αντίστασης στο γειωμένο περίβλημα 316 οδηγήθηκε ακτινικά μέσω του στρώματος MgO. Η αντίσταση αυτής της διαδρομής είναι R=rho x ln(r2/r1) / (2 pi L) όπου rho είναι η ειδική αντίσταση του υγρού MgO, r2 και r1 είναι η εξωτερική και εσωτερική ακτίνα του στρώματος MgO και L είναι το θερμαινόμενο μήκος. Η αύξηση του πάχους του τοιχώματος του περιβλήματος στην πραγματικότητα μειώνει το πάχος του στρώματος MgO για μια συγκεκριμένη διάμετρο εξωτερικού περιβλήματος και σταθερή αντίσταση διάμετρο σύρματος, καθώς το περίβλημα καταλαμβάνει περισσότερο από τον ακτινωτό χώρο. Το παχύτερο τοίχωμα ισούται με λιγότερο MgO μεταξύ σύρματος και θήκης. Αυτή η μικρότερη ακτινική απόσταση οδηγεί σε χαμηλότερη αντίσταση μόνωσης για μια δεδομένη περιεκτικότητα σε υγρασία και έτσι επιδεινώνει τα προβλήματα ρεύματος διαρροής. Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα περίβλημα εξωτερικής διαμέτρου 10 mm με σύρμα αντίστασης διαμέτρου 3 mm. Το πάχος του στρώματος MgO είναι 10 - 2×{1.0 - 3=5 mm, ενώ το πάχος του τοιχώματος είναι 1,0 mm. Με πάχος τοιχώματος 2,0 mm, το πάχος στρώσης MgO είναι 10 - 4 - 3=3 mm. Το λεπτότερο στρώμα MgO μειώνει την ακτινική αντίσταση μόνωσης κατά περίπου 40% για την ίδια ειδική αντίσταση MgO. Επομένως, τα περιβλήματα με παχύ{{25} τοίχωμα είναι πιο ευάλωτα σε χαμηλή αντίσταση μόνωσης σε περίπτωση διείσδυσης υγρασίας, καθώς υπάρχει λιγότερο MgO που εμποδίζει το κανάλι ρεύματος διαρροής.

Κρίσιμο πάχος τοιχώματος για ακεραιότητα τελικής σφράγισης
Ο παρακάτω πίνακας δίνει προτεινόμενα πάχη τοιχώματος θηκών 316 για ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης για καταστάσεις υψηλής υγρασίας ανάλογα με την αναμενόμενη συχνότητα θερμικού κύκλου και την απαιτούμενη αντίσταση μόνωσης μετά από παρατεταμένη αποθήκευση ή χρόνο αδράνειας. Οι τιμές προϋποθέτουν τυπική κατασκευή τελικής σφράγισης με κεραμικές χάντρες και εποξειδικές ή σιλικονούχες σφραγίδες.

Υγρασία Περιβάλλον Αναμενόμενος αριθμός θερμικών κύκλων ανά έτος Προτεινόμενο ελάχιστο 316 Πάχος τοίχου Συνιστώμενο μέγιστο 316 πάχος τοίχου Αναμενόμενη αντίσταση μόνωσης μετά από ένα χρόνο σε υψηλή υγρασία Διείσδυση υγρασίας 2. Κυρίαρχοι μηχανισμοί
Περιστασιακή υψηλή υγρασία (λιγότερο από το 50% του χρόνου) Κάτω από 100 0.8 mm 1,6 mm Πάνω από 100 megohms Τελική διάχυση στεγανοποίησης
Συνεχώς υψηλή υγρασία (80-100% RH) Λιγότερο από 100 1.0 mm 2,0 mm 50 - 200 megohms Σφράγιση άκρου διάχυσης
Σταθερή υψηλή υγρασία με καθημερινό θερμικό κύκλωμα 200 – 500 1.4 mm 2,5 mm 10 – 100 megohms Θερμική άντληση στα άκρα στεγανοποιητικά
Υγρασία συμπύκνωσης (συχνή έκπλυση ή δροσιά) 100 – 300 1.6 mm 2,5 mm 5 – 50 megohms Θερμική άντληση και άμεση είσοδος
Υγρασία Πίεση συμπίεσης Πλύσιμο Οποιοδήποτε 2,0 mm 2,5 mm 1 – 20 megohm Απαιτείται ερμητικό σφράγισμα, απευθείας είσοδος νερού
Any humidity Heater always on Any 0.8 mm 2.5 mm >1.000 megohms Η θερμότητα αφαιρεί την υγρασία. καμία επιδείνωση
Ωστόσο, συνιστάται μια θήκη 316 πάχους 1,6 mm ή περισσότερο για εφαρμογές με συνεχή υψηλή υγρασία και συχνό κύκλο θερμοκρασίας, ακόμη και αν το πάχος του στρώματος MgO μειωθεί. Το πλεονέκτημα της ακεραιότητας της στεγανοποίησης του άκρου υπερνικά το μειονέκτημα του μειωμένου μήκους διαδρομής διαρροής. Σε τέτοιες ρυθμίσεις, οι μηχανικοί θα πρέπει επίσης να καθορίσουν ένα σχέδιο ακραίου σφράγισης ανθεκτικό στην υγρασία, π.χ. ένα ερμητικό γυαλί-σε-μεταλλικό σφράγισμα ή ένα διπλό εποξειδικό φράγμα με ενδιάμεσο θάλαμο στεγνώματος.

Σχεδιασμός αλλαγών για τη βελτίωση της αντίστασης μόνωσης θηκών λεπτών τοιχωμάτων-
Σε συνθήκες υψηλής-υγρασίας όπου μια θήκη 316 λεπτών τοιχωμάτων-<1.2 mm is generally employed for thermal response reasons, three design adjustments exist for maintaining insulation resistance. The first is to apply a moisture barrier coating over the whole sheath and end seal assembly. A conformal coating of parylene or silicone, 50 to 100 microns thick, reduces moisture intrusion by a factor of 10 to 50. The second change is the fitting of a low wattage stand-by heater circuit to maintain the sheath temperature at 50-60 deg C when idling. This keeps the MgO heated enough to avoid condensation of moisture and chases off any water that has been absorbed. Normally the power required is 5-10% of the full heater rating. The third change is the addition of a desiccant filled breather vent to the terminal housing. The desiccant takes moisture before it can get to the end seals. A color-indicating desiccant will change colour when saturated, so that it may be seen inspected and replaced in a timely manner. For essential applications where insulation resistance below 1 megohm can pose a safety threat, engineers should design a heater-service-rated ground fault circuit interrupter. If the MgO insulation has decayed, this provides some protection if there is a leakage over 5-30 mA the GFCI trips. When ordering heaters for high humidity locations, always obtain the insulation resistance test results after 48 hours exposure to 95% relative humidity at 40°C. Most industrial uses call for a heater that will hold 10 megohms or higher under these conditions. If the heater is below 1 megohm it may need more sealing or a different wall thickness.