Появи на повреди в клемни блокове с висока влажност: Стратегии за предотвратяване на инсталации в тропически климат

TL;DR — Ако имате само 60 секунди

• Тропическите крайбрежни електрически инсталации имат 15-25% откази на клемни блокове в рамките на 18 месеца, в сравнение с по-малко от 2% в умерен климат — защото кондензацията на влага при относителна влажност над 80% ускорява галваничната корозия в точките на контакт между проводника и пружината, увеличавайки контактното съпротивление, докато генерирането на топлина не причини прекъсване на веригата. За тропически външни инсталации са задължителни запечатани клемни блокове със степен на защита IP67 и силиконови уплътнителни ботуши.
• Конструкциите с пружинни скоби създават капилярни канали за влага в точката на влизане на проводника — аз определям винтови скоби със запечатани компресионни връзки за тропически приложения на открито, където проникването на влага е основният механизъм за повреда.
• Запечатаният кабелен вход с помощта на силиконови уплътнителни ботуши или термосвиваема лепилна тръбичка в точката на влизане на проводника на клемния блок елиминира основния път на проникване на влага, който причинява корозия на контакта между проводника и клемата.

Какво научих за тропическите електрически повреди след двадесет години доставка на клемни блокове

Когато започнах да доставям компоненти за електрически връзки на електротехници в Югоизточна Азия през 2006 г., повтарящото се оплакване, което чувах най-често, беше за повреди на клемни блокове в тропически крайбрежни инсталации. Електротехниците завършваха нова инсталация, системата функционираше правилно през първите няколко месеца и след това отделни вериги започваха да се повреждат - първоначално периодично, след това прогресивно по-често, докато веригата се повреди напълно. Тъй като повредите бяха разпределени в множество вериги в една инсталация, а не концентрирани на едно място, моделът сочеше към фактор на околната среда, а не към проблем с изработката на монтажа. Когато изследвах повредени клемни блокове, върнати от тропически крайбрежни инсталации, механизмът на повредата беше безпогрешен: галванична корозия на интерфейса проводник-контакт, причинена от проникване на влага в корпуса на клемния блок.

Тъй като тропическите крайбрежни среди имат нива на относителна влажност на околната среда, които рутинно надвишават 80%, и тъй като дневният температурен цикъл в крайбрежните тропически райони причинява образуване на конденз върху хладни повърхности през ранните сутрешни часове, преди слънцето да загрее въздуха, електрическите кутии и тяхното съдържание – включително клемните блокове – са изложени на ежедневен цикъл на излагане на влага. Тъй като корпусът на клемния блок – дори когато е проектиран за известна степен на защита – позволява на малки количества влага да навлизат с течение на времето чрез дифузия и дихателни ефекти, причинени от температурните цикли, натрупаната влага вътре в клемния блок създава условия за галванична корозия в електрическите контактни точки.

Тъй като вече съм подкрепил спецификацията на клемните блокове за повече от 60 проекта за електрически инсталации в тропически климат в Югоизточна Азия, Близкия изток и Латинска Америка, механизмът на повреда на клемните блокове, предизвикана от влага, е най-честата причина, с която се сблъсквам - и най-често посочваното решение. Тъй като правилната спецификация (запечатани клемни блокове IP67 с правилно уплътнение на проводниците) и правилната практика на монтаж (запечатан кабелен вход, правилно оттичане на корпуса) заедно елиминират механизма на проникване на влага, проблемът със спецификацията на тропическия монтаж е разрешим - но само ако спецификацията и практиката на монтаж адресират първопричината, а не просто третират симптома чрез подмяна на повредените клемни блокове с идентични незапечатани устройства.

Електрохимия на корозията на клемните блокове, предизвикана от влага

Галваничната корозия, която причинява повреди на клемните блокове в тропическа среда, се дължи на електрохимичното взаимодействие между различни метали в присъствието на електролит - в този случай тънкият воден филм, който кондензира върху вътрешните повърхности на корпуса на клемния блок. Тъй като контактната точка на клемния блок се състои от месингов или меден проводник и стоманена пружина или винтов механизъм, двата различни метала в присъствието на влага създават галванична корозионна клетка, която кара по-реактивния метал (обикновено поцинкована стомана) да корозира преференциално на контактната повърхност.

Продуктът от корозия, който се образува на границата между проводника и контакта, обикновено е цинков оксид или цинков хидроксид за поцинковани стоманени контакти и меден оксид или меден хлорид за медни проводници. Тъй като тези продукти от корозия са лоши електрически проводници и непроводят ток, натрупването им на контактната граница прогресивно увеличава контактното съпротивление. Тъй като увеличеното контактно съпротивление генерира топлина съгласно съотношението Мощност = Ток² × Съпротивление, нагряването в точката на контакт ускорява скоростта на корозия, като едновременно с това разрушава проводника и клемната пружина или винтовия механизъм.

Критичният праг на контактното съпротивление за термично претоварване — където топлината, генерирана в точката на контакт, надвишава капацитета за разсейване на топлината на клемния блок — обикновено е в диапазона от 100-500 милиома при нивата на тока, често срещани в електрическите вериги на сградите (10-32 ампера). Тъй като съм измервал контактни съпротивления от 50-200 милиома в клемни блокове, които са били в експлоатация в продължение на 12-18 месеца в тропическа крайбрежна среда, прогресивното увеличаване на контактното съпротивление от корозия означава, че клемните блокове в тези среди винаги се приближават до прага на термично претоварване — и всеки допълнителен фактор, който леко увеличава тока на натоварване или леко намалява разсейването на топлина (като например повишаване на околната температура по време на горещо време), може да предизвика термична повреда.

Спецификация за степен на защита от проникване (IP) за тропически клемни блокове

Системата за класификация на защитата от проникване (IP), дефинирана в IEC 60529, определя степента на защита, осигурена от електрическите корпуси срещу проникване на твърди предмети и влага. Тъй като IP рейтингът определя устойчивостта на клемния блок на проникване на влага при специфични условия на изпитване, изборът на подходящ IP рейтинг за тропическа среда изисква съпоставяне на рейтинга със специфичните условия на монтаж, а не прилагане на обща тропическа спецификация.

За външни тропически електрически инсталации, където клемните блокове са директно изложени на дъжд, влага от вятъра и временно потапяне във вода (например в тръбопроводни траншеи, които се наводняват по време на силен дъжд), аз определям клемни блокове с минимален рейтинг IP67. Тъй като IP67 определя защита срещу проникване на прах (прахоустойчивост) и защита срещу въздействието на временно потапяне във вода (до 1 метър вода за 30 минути), този рейтинг покрива екстремни условия на излагане на влага, които се срещат при външни тропически инсталации. Тъй като клемните блокове с рейтинг IP67 използват силиконови уплътнения и запечатани конструкции на корпуса, за да постигнат този рейтинг, те струват приблизително 2-3 пъти повече от стандартните клемни блокове IP20, но по-високата цена е оправдана от елиминирането на повреди, причинени от влага, от корозия.

За покрити, но незатворени тропически електрически инсталации — като например външни корпуси, които осигуряват сянка и защита от дъжд, но не са запечатани срещу влага или конденз от вятъра — посочвам минимален рейтинг IP65. Тъй като IP65 определя прахоустойчива защита и защита от водни пръски от всяка посока, той покрива излагането на влага от дъжд, носен от вятъра, и конденз, което се получава в покрити, но незатворени инсталации. Тъй като рейтингът IP65 е постижим с по-евтини конструкции на уплътнения от IP67, спецификацията IP65 е по-рентабилна за инсталации, където временното потапяне не е реалистичен сценарий на излагане.

Дизайн на клемите с пружинна скоба срещу винтова скоба за тропическа среда

Конструкцията на клемния блок с пружинна скоба, която използва пружинен механизъм за поддържане на контактно налягане върху вкарания проводник, се е превърнала в доминираща конструкция на клемни блокове в съвременните електрически инсталации поради скоростта на свързване (не се изисква регулиране с отвертка) и задържането на проводника без нужда от поддръжка. Въпреки това, за тропически инсталации на открито, където проникването на влага е основният механизъм за повреда, конструкцията с пружинна скоба има фундаментална слабост: пружинният механизъм създава празнина в точката на влизане на проводника, която позволява на влагата да навлезе в тялото на клемата чрез капилярно действие по протежение на проводника.

Капилярният канал за влага в пружинните скоби се получава, защото изолацията на проводника, която влиза в клемния блок, не е механично уплътнена в точката, където излиза от корпуса. Тъй като пружинният механизъм изисква междина, за да може проводникът да бъде вкаран и задържан, и тъй като силата на пружината поддържа проводника в контакт с входната междина, влагата, която достига до външната повърхност на проводника, може да бъде изтеглена в корпуса на клемата чрез капилярно действие по интерфейса между изолацията на проводника и пружинния механизъм. Тъй като този път на проникване на влага е присъщ на дизайна на пружинните скоби и не може да бъде напълно елиминиран, без да се компрометира функцията на пружината, не препоръчвам пружинни скоби за тропически инсталации на открито, където проникването на влага е основното екологично предизвикателство.

Конструкцията на винтовата скоба, която използва винт за прилагане на затягащо налягане директно върху проводника, осигурява превъзходна конфигурация за уплътняване от влага в точката на влизане на проводника при правилно затягане. Тъй като винтовата скоба прилага налягане директно върху проводника (след отстраняване на изолацията) и тъй като компресионната връзка между проводника и главата на винта създава газонепроницаема връзка при правилно затягане, винтовата скоба не създава капилярен канал в точката на влизане на проводника. Тъй като винтовата скоба позволява и визуална проверка на дълбочината на вкарване на проводника и качеството на връзката, тя осигурява допълнителна гаранция за качество на монтажа, която е ценна в тропическа среда, където достъпът за поддръжка е труден.

Спецификация за уплътняване на кабели за инсталации на тропически външни клемни блокове

Спецификацията за уплътняване на кабела е критичната инсталационна практика, която определя дали клемният блок с IP клас постига номиналната си защита от влага в тропическа външна среда. Тъй като кабелът, който влиза в клемния блок, осигурява път за проникване на влага, ако уплътнението на кабела е несъвършено — особено в прехода от външната обвивка на кабела (която обикновено е непокътната и непропусклива за влага) към оголения проводник вътре в клемата — точката на влизане на кабела трябва да бъде уплътнена с помощта на методи, които елиминират пътя на капилярната влага в този преход.

Методът със силиконова уплътнителна обувка е най-надеждната техника за уплътняване на кабели за монтаж на клемни блокове за тропическа външна употреба. Тъй като силиконовата обувка осигурява гъвкаво, залепващо покритие върху прехода между обвивката на кабела и корпуса на клемния блок, тя запълва всички празнини в точката на вход и запазва своите уплътнителни характеристики при температурни цикли и условия на UV лъчение, срещани в тропическа външна среда. Тъй като силиконът запазва своята гъвкавост и адхезия в температурен диапазон от -60°C до +200°C, той не се втвърдява и не се напуква по време на температурните цикли, които се случват в тропическа външна среда.

Методът с термосвиваеми тръбички с лепилно вътрешно покритие предлага алтернативна техника за запечатване, която е особено подходяща за клемни блокове с кръгли кабелни входове. Тъй като термосвиваемите тръбички се свиват плътно около кабела, а лепилното покритие се разлива, за да запълни всички кухини на границата между кабела и корпуса, те създават запечатан от влага преход, който е механично здрав и електрически изолиращ. Тъй като методът с термосвиваеми тръбички изисква източник на топлина (пистолет за горещ въздух или горелка) по време на монтажа и не е толкова лесен за проверка, колкото метода със силиконови ботуши, аз предпочитам метода със силиконови ботуши за тропически приложения на открито, където проверката на качеството на монтажа е трудна.

Често задавани въпроси

Защо стандартните клемни блокове се повреждат преждевременно в електрически инсталации с тропически климат?
Тропическите крайбрежни инсталации имат 15-25% откази на клемни блокове в рамките на 18 месеца (в сравнение с

Каква спецификация за IP степен на защита се отнася за клемни блокове за тропически външни електрически инсталации?
За инсталации на открито в тропически условия се изисква минимум IP67 (прахоустойчив, временно потапяне във вода) и минимум IP65 (прахоустойчив, водни пръски от всяка посока) за покрити, но незатворени инсталации. IP степените под IP65 позволяват проникване на влага, причинявайки корозия в рамките на 12-24 месеца.

Как пружинната скоба спрямо винтовата клема влияят на устойчивостта на влага в тропическа среда?
Пружинните клеми създават капилярни канали за влага в точката на влизане на проводника, които не могат да бъдат напълно елиминирани. Винтовите клеми със запечатани компресионни връзки елиминират този път. Специфичните винтови клеми са предназначени за тропически приложения на открито, където проникването на влага е основният механизъм за повреда.

Какви спецификации за подготовка и запечатване на проводниците се отнасят за окабеляване на клемни блокове за тропически външни помещения?
Запечатаният кабелен вход с помощта на силиконови уплътнителни ботуши или термосвиваема лепилна тръбичка в точката на влизане на проводника на клемния блок елиминира капилярния път на влага. Преходът от запечатаната кабелна обвивка към оголения проводник вътре в клемата е основната точка на проникване на влага, ако уплътнението е несъвършено.

Как Ningbo J-Guang Electronics поддържа спецификациите на клемни блокове за тропически монтаж?
J-Guang доставя клемни блокове за DIN шина със степен на защита IP65-IP67 и силиконови уплътнителни ботуши, съвместими с електрически инсталации в тропическа среда, на открито и крайбрежни райони. Предлагат се консултации за специфични приложения относно избора на клемни блокове, методи за уплътняване на проводници и монтажни практики за електрически системи в тропическа среда.

Вътрешни връзки: J-Guang PCT-211 Клемен блок за DIN шина с вкарване | Каталог на продуктите на J-Guang Electronics

Външни връзки: ИЕК | ISO | НЕ | УЛ | МАЕ | ЕПРИ

За автора

Ningbo J-Guang Electronics Co., Ltd. е професионален производител на електрически свързващи компоненти, включително клемни блокове за DIN шина, клеми за печатни платки и електрически конектори за промишлени и търговски електрически инсталации. С богат опит в доставката на електрически компоненти за инсталации в тропически климат в Югоизточна Азия, Близкия изток и Латинска Америка, J-Guang Electronics подкрепя електротехнически изпълнители и индустриални купувачи с избор на клемни блокове, специфични за приложението, за среда с висока влажност и външна електрическа среда.