Okvare priključnih blokov pri visoki vlažnosti: strategije preprečevanja za elektrarne v tropskem podnebju

TL;DR - Če imate samo 60 sekund

• Pri električnih inštalacijah v tropskih obalnih območjih se stopnja odpovedi sponk v 18 mesecih giblje med 15 in 25 % v primerjavi z manj kot 2 % v zmernih podnebjih – ker kondenzacija vlage pri relativni vlažnosti nad 80 % pospeši galvansko korozijo na stičnih točkah med žico in vzmetjo, kar poveča kontaktno upornost, dokler toplota ne povzroči prekinitve tokokroga. Za tropske zunanje inštalacije so obvezni zatesnjeni sponki s stopnjo zaščite IP67 in silikonskimi tesnilnimi čevlji.
• Vzmetne sponke ustvarjajo kapilarne kanale za vlago na vstopni točki žice – za tropske zunanje aplikacije, kjer je vdor vlage glavni mehanizem odpovedi, priporočam vijačne sponke z zatesnjenimi kompresijskimi priključki.
• Zatesnjen kabelski vhod s silikonskimi tesnilnimi čevlji ali toplotno skrčljivo lepilno cevjo na vstopni točki žice v priključni blok odpravlja primarno pot vdora vlage, ki povzroča korozijo med žico in priključkom.

Kaj sem se naučil o tropskih električnih okvarah po dvajsetih letih dobave terminalnih blokov

Ko sem leta 2006 začel dobavljati komponente za električne priključke elektroinštalaterjem v jugovzhodni Aziji, sem najpogosteje slišal pritožbe o okvarah priključnih blokov v tropskih obalnih inštalacijah. Elektroinštalaterji so dokončali novo inštalacijo, sistem je prvih nekaj mesecev deloval pravilno, nato pa so začela odpovedovati posamezna vezja – sprva občasno, nato pa postopoma pogosteje, dokler vezje ni popolnoma odpovedalo. Ker so bile okvare porazdeljene po več tokokrogih v eni sami inštalaciji in ne skoncentrirane na eni lokaciji, je vzorec kazal na okoljski dejavnik in ne na težavo pri izdelavi inštalacije. Ko sem pregledal okvarjene priključne bloke, vrnjene iz tropskih obalnih inštalacij, je bil mehanizem okvare nedvoumen: galvanska korozija na stičišču med žico in kontaktom, ki jo povzroča prodiranje vlage v ohišje priključnega bloka.

Ker tropska obalna okolja imajo raven relativne vlažnosti, ki redno presega 80 %, in ker dnevni temperaturni cikel v obalnih tropskih območjih povzroča nastajanje kondenzacije na hladnih površinah v zgodnjih jutranjih urah, preden sonce segreje zrak, so električne omare in njihova vsebina – vključno s priključnimi bloki – vsakodnevno izpostavljene vlagi. Ker ohišje priključnega bloka – tudi če je ocenjeno za določeno stopnjo zaščite pred vdorom – sčasoma omogoča vstop majhnih količin vodne pare zaradi difuzije in dihanja, ki ga povzročajo temperaturni nihaji, nakopičena vlaga v priključnem bloku ustvarja pogoje za galvansko korozijo na električnih kontaktnih točkah.

Ker sem do zdaj podpiral specifikacijo priključnih blokov za več kot 60 projektov električnih inštalacij v tropskem podnebju po jugovzhodni Aziji, Bližnjem vzhodu in Latinski Ameriki, je mehanizem odpovedi priključnih blokov zaradi vlage najpogostejši vzrok, s katerim se srečujem – in najpogosteje navedena rešitev. Ker pravilna specifikacija (zatesnjeni priključni bloki IP67 z ustreznim tesnjenjem žic) in pravilna praksa namestitve (zatesnjena kabelska uvodnica, ustrezna drenaža ohišja) skupaj odpravljata mehanizem vdora vlage, je problem specifikacije tropske namestitve rešljiv – vendar le, če specifikacija in praksa namestitve obravnavata temeljni vzrok in ne zgolj odpravljata simptoma z zamenjavo okvarjenih priključnih blokov z enakimi nezatesnjenimi enotami.

Elektrokemija korozije priključnih blokov, ki jo povzroča vlaga

Galvanska korozija, ki povzroča okvare priključnih blokov v tropskem okolju, je posledica elektrokemične interakcije med različnimi kovinami v prisotnosti elektrolita – v tem primeru tanke plasti vode, ki se kondenzira na notranjih površinah ohišja priključnega bloka. Ker je kontaktna točka priključnega bloka sestavljena iz medeninastega ali bakrenega žičnega prevodnika in jeklene vzmeti ali vijaka, ti dve različni kovini v prisotnosti vlage ustvarita galvansko korozijsko celico, ki povzroči, da bolj reaktivna kovina (običajno pocinkano jeklo) prednostno korodira na kontaktnem vmesniku.

Produkt korozije, ki nastane na stiku med žico in kontaktom, je običajno cinkov oksid ali cinkov hidroksid za pocinkane jeklene kontakte in bakrov oksid ali bakrov klorid za bakrene žične vodnike. Ker so ti produkti korozije slabi električni prevodniki in niso prevodni, njihovo kopičenje na stiku postopoma povečuje stik. Ker povečan stik ustvarja toploto v skladu z razmerjem Moč = Tok² × Upor, segrevanje na stiku pospeši hitrost korozije, hkrati pa razgradi žični vodnik in vzmetni ali vijačni mehanizem priključka.

Kritični prag kontaktne upornosti za toplotni pobeg – kjer toplota, ustvarjena na kontaktni točki, preseže zmogljivost odvajanja toplote priključnega bloka – je običajno v območju od 100 do 500 miliohmov pri tokovnih ravneh, ki so običajne v električnih tokokrogih stavb (10–32 amperov). Ker sem izmeril kontaktne upornosti od 50 do 200 miliohmov v priključnih blokih, ki so bili v uporabi 12–18 mesecev v tropskem obalnem okolju, postopno povečanje kontaktne upornosti zaradi korozije pomeni, da se priključni bloki v teh okoljih vedno približujejo pragu toplotnega pobega – in vsak dodaten dejavnik, ki nekoliko poveča tok obremenitve ali nekoliko zmanjša odvajanje toplote (kot je na primer zvišanje temperature okolice v vročem vremenu), lahko sproži toplotni izpad.

Specifikacija stopnje zaščite pred vdorom (IP) za tropske priključne bloke

Sistem ocenjevanja zaščite pred vdorom (IP), opredeljen v standardu IEC 60529, določa stopnjo zaščite, ki jo zagotavljajo električna ohišja pred vdorom trdnih predmetov in vlage. Ker stopnja IP določa odpornost priključnega bloka na vdor vlage v določenih preskusnih pogojih, izbira ustrezne stopnje IP za tropska okolja zahteva uskladitev stopnje s specifičnimi pogoji namestitve in ne uporabo splošne tropske specifikacije.

Za zunanje tropske električne inštalacije, kjer so priključni bloki neposredno izpostavljeni dežju, vlagi, ki jo prenaša veter, in začasni potopitvi v vodo (na primer v jarkih za cevi, ki se med močnim dežjem poplavijo), predpisujem priključne bloke z najmanjšo stopnjo zaščite IP67. Ker IP67 določa zaščito pred vdorom prahu (neprepustnost za prah) in zaščito pred učinki začasne potopitve v vodo (do 1 metra vode za 30 minut), ta stopnja zajema ekstremne pogoje izpostavljenosti vlagi, ki se pojavljajo v zunanjih tropskih inštalacijah. Ker priključni bloki z oznako IP67 uporabljajo silikonska tesnila in zatesnjene ohišja za doseganje te stopnje zaščite, stanejo približno 2-3-krat več kot standardni priključni bloki IP20 – vendar je višja cena upravičena z odpravo korozijskih napak zaradi vlage.

Za pokrite, a nezaprte tropske električne inštalacije – kot so zunanja ohišja, ki zagotavljajo senco in zaščito pred dežjem, vendar niso zatesnjena pred vlago ali kondenzacijo zaradi vetra – določam minimalno stopnjo zaščite IP65. Ker IP65 določa zaščito pred prahom in pršenjem vode iz katere koli smeri, zajema tudi izpostavljenost vlagi zaradi dežja, ki ga piha veter, in kondenzaciji, ki se pojavi v pokritih, a nezaprtih inštalacijah. Ker je stopnja zaščite IP65 dosegljiva s cenejšimi zasnovami tesnjenja kot IP67, je specifikacija IP65 stroškovno učinkovitejša za inštalacije, kjer začasna potopitev ni realističen scenarij izpostavljenosti.

Vzmetna sponka v primerjavi z vijačno sponko za tropsko okolje

Zasnova vzmetnih sponk – ki uporablja vzmetni mehanizem za vzdrževanje kontaktnega pritiska na vstavljeno žico – je postala prevladujoča zasnova sponk v sodobnih električnih inštalacijah zaradi hitrosti priključitve (ni potrebna nastavitev izvijača) in enostavnega vzdrževanja žice. Vendar pa ima zasnova vzmetnih sponk pri tropskih zunanjih inštalacijah, kjer je vdor vlage glavni mehanizem okvare, temeljno slabost: vzmetni mehanizem ustvari režo na vstopni točki žice, ki omogoča, da vlaga vstopi v telo priključka s kapilarnim delovanjem vzdolž žičnega vodnika.

Kapilarni kanal za vlago v vzmetnih sponkah nastane, ker izolacija žice, ki vstopa v priključni blok, ni mehansko zatesnjena na mestu, kjer izstopa iz ohišja. Ker vzmetni mehanizem zahteva režo, da se žica lahko vstavi in ​​zadrži, in ker sila vzmeti ohranja žico v stiku z vhodno režo, se lahko vlaga, ki doseže zunanjo površino žice, potegne v ohišje priključka s kapilarnim delovanjem vzdolž vmesnika med izolacijo žice in vzmetnim mehanizmom. Ker je ta pot vdora vlage neločljivo povezana z zasnovo vzmetnih sponk in je ni mogoče v celoti odpraviti, ne da bi pri tem ogrozili delovanje vzmeti, vzmetnih sponk ne priporočam za tropske zunanje namestitve, kjer je vdor vlage glavni okoljski izziv.

Zasnova vijačne sponke – ki uporablja vijak za neposredno pritrditev žice – zagotavlja vrhunsko konfiguracijo tesnjenja pred vlago na vstopni točki žice, ko je pravilno privita. Ker vijačna sponka pritiska neposredno na žico (po odstranitvi izolacije) in ker kompresijska povezava med žico in glavo vijaka ustvari plinotesno povezavo, ko je pravilno privita, vijačna povezava ne ustvari kapilarnega kanala na vstopni točki žice. Ker vijačna sponka omogoča tudi vizualno preverjanje globine vstavitve žice in kakovosti povezave, zagotavlja dodatno zagotovilo o kakovosti namestitve, ki je dragoceno v tropskih okoljih, kjer je dostop za vzdrževanje otežen.

Specifikacija tesnjenja kablov za tropske zunanje montaže priključnih blokov

Specifikacija tesnjenja kabla je ključna praksa namestitve, ki določa, ali priključni blok z oznako IP doseže svojo nazivno zaščito pred vlago v tropskem zunanjem okolju. Ker kabel, ki vstopa v priključni blok, zagotavlja pot za vdor vlage, če je tesnjenje kabla nepopolno – zlasti na prehodu od zunanjega plašča kabla (ki je običajno nedotaknjen in neprepusten za vlago) do ogoljenega prevodnika znotraj priključka – je treba vstopno točko kabla zatesniti z metodami, ki odpravljajo pot kapilarne vlage na tem prehodu.

Metoda tesnjenja s silikonskim tesnilnim čevljem je najzanesljivejša tehnika tesnjenja kablov za tropske zunanje priključne bloke. Ker silikonski čevelj zagotavlja fleksibilno, z lepilom zatesnjeno prevleko na prehodu med plaščem kabla in ohišjem priključnega bloka, zapolni vse vrzeli na vstopni točki in ohrani svojo tesnilno sposobnost pri temperaturnih nihanjih in izpostavljenosti UV-žarkom, s katerimi se srečujemo v tropskih zunanjih okoljih. Ker silikon ohranja svojo fleksibilnost in oprijemljivost v temperaturnem območju od -60 °C do +200 °C, se med temperaturnimi nihanji, ki se pojavljajo v tropskih zunanjih okoljih, ne strdi ali razpoka.

Termoskrčljiva cev z lepilnim notranjim premazom ponuja alternativno tehniko tesnjenja, ki je še posebej primerna za priključne bloke z okroglimi kabelskimi uvodnicami. Ker se termoskrčljiva cev tesno skrči okoli kabla in se lepilna obloga razlije ter zapolni morebitne praznine na stičišču kabla in ohišja, ustvari prehod, zatesnjen pred vlago, ki je mehansko robusten in električno izolativen. Ker metoda toplotnoskrčljivega kroja med namestitvijo zahteva vir toplote (pištolo za vroč zrak ali gorilnik) in je ni tako enostavno pregledati kot metoda s silikonskim čevljem, za tropske zunanje aplikacije, kjer je preverjanje kakovosti namestitve težavno, raje uporabljam metodo s silikonskim čevljem.

Pogosto zastavljena vprašanja

Zakaj standardni priključni bloki prezgodaj odpovedo v električnih inštalacijah s tropskim podnebjem?
Pri tropskih obalnih instalacijah se stopnja odpovedi priključnih blokov v 18 mesecih poveča za 15–25 % (v primerjavi z

Katera specifikacija stopnje zaščite IP velja za priključne bloke za tropske zunanje električne inštalacije?
Za zunanje tropske namestitve je potrebna najmanj stopnja zaščite IP67 (zaščita pred prahom, začasna potopitev v vodo) in najmanj IP65 (zaščita pred prahom, pršenje vode iz katere koli smeri) za pokrite, a nezaprte namestitve. Stopnje zaščite IP pod IP65 omogočajo vdor vlage, ki povzroči korozijo v 12–24 mesecih.

Kako zasnova vzmetnih sponk v primerjavi z vijačnimi priključki vpliva na odpornost proti vlagi v tropskem okolju?
Vzmetne sponke ustvarjajo kapilarne kanale za vlago na vstopni točki žice, ki jih ni mogoče v celoti odpraviti. Vijačne sponke z zatesnjenimi kompresijskimi povezavami odpravljajo to pot. Za tropsko zunanjo uporabo, kjer je vdor vlage glavni mehanizem okvare, izberite vijačne sponke.

Katere specifikacije za pripravo in tesnjenje žic veljajo za ožičenje tropskih zunanjih priključnih blokov?
Zatesnjen kabelski vhod s silikonskimi tesnilnimi čevlji ali toplotno skrčljivo lepilno cevjo na vstopni točki žice v priključni blok odpravlja kapilarno pot vlage. Prehod iz zatesnjenega kabelskega plašča v ogoljeni vodnik znotraj priključne sponke je glavna točka vdora vlage, če je tesnjenje nepopolno.

Kako Ningbo J-Guang Electronics podpira specifikacijo tropskih montažnih priključnih blokov?
J-Guang dobavlja DIN-letvene priključne bloke z zaščitnim faktorjem IP65-IP67 in silikonskim tesnilnim čevljem, združljivim s tropskimi zunanjimi in obalnimi električnimi instalacijami. Na voljo so posvetovanja o specifičnih aplikacijah za izbiro priključnih blokov, načine tesnjenja žic in prakso namestitve za električne sisteme v tropskem okolju.

Notranje povezave: J-Guang PCT-211 Vtični priključni blok za DIN letev | Katalog izdelkov J-Guang Electronics

Zunanje povezave: IEC | ISO | NE | UL | Mednarodna agencija za energijo (IEA) | EPRI

O avtorju

Ningbo J-Guang Electronics Co., Ltd. je profesionalni proizvajalec električnih priključnih komponent, vključno s priključnimi bloki za DIN-letev, priključki za tiskana vezja in električnimi konektorji za industrijske in komercialne električne inštalacije. Z bogatimi izkušnjami pri dobavi električnih komponent za tropske podnebne inštalacije v jugovzhodni Aziji, na Bližnjem vzhodu in v Latinski Ameriki, J-Guang Electronics podpira elektroinštalaterje in industrijske kupce z izbiro priključnih blokov za specifične aplikacije v okoljih z visoko vlažnostjo in na prostem.