Кварови терминалних блокова са високом влажношћу: Стратегије превенције за инсталације у тропској клими

TL;DR — Ако имате само 60 секунди

• Тропске приобалне електричне инсталације имају стопу отказа терминалних блокова од 15-25% у року од 18 месеци, у поређењу са мање од 2% у умереним климатским условима — јер кондензација влаге на релативној влажности већој од 80% убрзава галванску корозију на контактним тачкама између жице и опруге, повећавајући отпор контакта све док стварање топлоте не изазове прекид кола. За тропске спољне инсталације обавезни су затворени терминални блокови са заштитом IP67 и силиконским заптивним чизмама.
• Дизајн опружних стезних терминала ствара капиларне канале за влагу на тачки улаза жице — ја наводим терминале са завртњима и заптивним компресионим спојевима за тропске спољне примене где је продор влаге примарни механизам квара.
• Запечаћени улаз кабла помоћу силиконских заптивних чизми или термоскупљајућих лепљивих цеви на улазној тачки жице терминалног блока елиминише примарни пут продора влаге који узрокује корозију контакта жице и терминала.

Шта сам научио о тропским електричним кваровима након двадесет година снабдевања терминалним блоковима

Када сам 2006. године почео да испоручујем компоненте за електричне прикључке електроинсталатерима у југоисточној Азији, најчешћа жалба коју сам чуо била је на кварове терминалних блокова у тропским приобалним инсталацијама. Електричари би завршили нову инсталацију, систем би исправно функционисао првих неколико месеци, а затим би појединачна кола почела да отказују - у почетку повремено, а затим прогресивно све чешће док коло потпуно не би отказало. Пошто су кварови били распоређени по више кола у једној инсталацији, а не концентрисани на једној локацији, образац је указивао на фактор животне средине, а не на проблем у изради инсталације. Када сам прегледао неисправне терминалне блокове враћене из тропских приобалних инсталација, механизам квара је био несумњив: галванска корозија на споју жица-контакт, узрокована продором влаге у кућиште терминалног блока.

Пошто тропска приобална окружења имају нивое релативне влажности ваздуха који рутински прелазе 80%, и пошто дневни температурни циклус у приобалним тропским локацијама узрокује стварање кондензације на хладним површинама током раних јутарњих сати пре него што сунце загреје ваздух, електрична кућишта и њихов садржај – укључујући терминалне блокове – свакодневно су изложени влази. Пошто кућиште терминалног блока – чак и када је оцењено за одређени степен заштите од продора – дозвољава малим количинама паре влаге да уђу током времена путем дифузије и ефеката дисања изазваних температурним циклусима, акумулирана влага унутар терминалног блока ствара услове за галванску корозију на електричним контактним тачкама.

Пошто сам сада подржао спецификацију терминалних блокова за више од 60 пројеката електричних инсталација у тропској клими широм Југоисточне Азије, Блиског истока и Латинске Америке, механизам квара терминалних блокова изазван влагом је најчешћи узрок са којим се сусрећем — и најчешће наведено решење. Пошто исправна спецификација (IP67 затворени терминални блокови са правилним заптивањем жица) и исправна пракса инсталације (запечаћени улаз кабла, правилна дренажа кућишта) заједно елиминишу механизам продора влаге, проблем спецификације тропске инсталације је решив — али само ако спецификација и пракса инсталације решавају узрок, а не само третирају симптом заменом неисправних терминалних блокова идентичним незапечаћеним јединицама.

Електрохемија корозије терминалних блокова изазване влагом

Галванска корозија која узрокује кварове терминалних блокова у тропским срединама покреће се електрохемијском интеракцијом између различитих метала у присуству електролита — у овом случају, танког филма воде који се кондензује на унутрашњим површинама кућишта терминалног блока. Пошто се контактна тачка терминалног блока састоји од месинганог или бакарног жичаног проводника и челичног опружног или завртњевог механизма, два различита метала у присуству влаге стварају ћелију за галванску корозију која узрокује да реактивнији метал (обично поцинковани челик) преференцијално кородира на контактној површини.

Производ корозије који се формира на споју жице и контакта је обично цинк оксид или цинк хидроксид за поцинковане челичне контакте, и бакар оксид или бакар хлорид за бакарне жичане проводнике. Пошто су ови производи корозије лоши електрични проводници и нису проводљиви, њихово накупљање на контактном споју прогресивно повећава отпор контакта. Пошто повећани отпор контакта генерише топлоту према односу Снага = Струја² × Отпор, загревање на тачки контакта убрзава брзину корозије, истовремено деградирајући жичани проводник и механизам опруге или завртња терминала.

Критични праг контактног отпора за термички бег — где топлота генерисана на тачки контакта прелази капацитет одвођења топлоте терминалног блока — обично је у опсегу од 100-500 милиома на нивоима струје уобичајеним у електричним колима зграда (10-32 ампера). Пошто сам мерио контактне отпоре од 50-200 милиома у терминалним блоковима који су у употреби 12-18 месеци у тропским приобалним срединама, прогресивно повећање контактног отпора од корозије значи да се терминални блокови у овим срединама увек приближавају прагу термичког бегства — и сваки додатни фактор који мало повећава струју оптерећења или мало смањује одвођење топлоте (као што је повећање температуре околине током врућег времена) може покренути термички квар.

Спецификација заштите од продора (IP) за тропске терминалне блокове

Систем заштите од продора (IP), дефинисан у IEC 60529, одређује степен заштите који пружају електрична кућишта од продора чврстих предмета и влаге. Пошто IP ознака одређује отпорност терминалног блока на продор влаге под одређеним условима тестирања, избор одговарајуће IP ознаке за тропска окружења захтева усклађивање ознаке са специфичним условима инсталације, а не примену генеричке тропске спецификације.

За спољне тропске електричне инсталације где су терминални блокови директно изложени киши, влази коју носи ветар и привременом урањању у воду (као што су ровови за цевоводе који се поплаве током јаке кише), наводим терминалне блокове са минималном оценом IP67. Пошто IP67 специфицира заштиту од продора прашине (непропусно за прашину) и заштиту од ефеката привременог урањања у воду (до 1 метра воде током 30 минута), ова оцена покрива екстремне услове изложености влази који се јављају у спољним тропским инсталацијама. Пошто терминални блокови са оценом IP67 користе силиконске заптивке и запечаћена кућишта да би постигли ову оцену, они коштају приближно 2-3 пута више од стандардних терминалних блокова IP20 — али је виша цена оправдана елиминацијом кварова од корозије изазваних влагом.

За покривене, али незатворене тропске електричне инсталације — као што су спољна кућишта која пружају хлад и заштиту од кише, али нису запечаћена од влаге или кондензације изазваних ветром — наводим минималну оцену IP65. Пошто IP65 специфицира заштиту од прашине и заштиту од прскања воде из било ког правца, он покрива изложеност влази од кише и кондензације изазваних ветром која се јавља у покривеним, али незатвореним инсталацијама. Пошто се оцена IP65 може постићи јефтинијим дизајном заптивања од IP67, спецификација IP65 је исплативија за инсталације где привремено урањање није реалан сценарио излагања.

Дизајн терминала са опружном стезном спојницом у односу на завртњеве стезне спојнице за тропска окружења

Дизајн терминалног блока са опружном стезаљком — који користи опружни механизам за одржавање контактног притиска на уметнутој жици — постао је доминантан дизајн терминалног блока у модерним електричним инсталацијама због брзине повезивања (није потребно подешавање одвијачем) и задржавања жице без одржавања. Међутим, за тропске спољне инсталације где је продор влаге примарни механизам квара, дизајн са опружном стезаљком има фундаменталну слабост: опружни механизам ствара размак на тачки уласка жице који омогућава влази да уђе у тело терминала путем капиларног дејства дуж проводника жице.

Канал капиларне влаге у опружним стезаљкама настаје зато што изолација жице која улази у терминални блок није механички заптивена на месту где излази из кућишта. Пошто опружни механизам захтева размак да би се жица могла уметнути и задржати, и пошто сила опруге одржава жицу у контакту са улазним размаком, влага која доспе до спољашње површине жице може се увући у кућиште терминала капиларним дејством дуж споја између изолације жице и опружног механизма. Пошто је овај пут продора влаге својствен дизајну опружних стезаљки и не може се у потпуности елиминисати без угрожавања функције опруге, не препоручујем опружне стезаљке за тропске спољне инсталације где је продор влаге примарни изазов за животну средину.

Дизајн стезног терминала са завртњем — који користи завртањ за директно примењивање притиска стезања на проводник жице — пружа врхунску конфигурацију заптивања од влаге на тачки улаза жице када се правилно затегне. Пошто стезни терминал са завртњем примењује притисак директно на проводник жице (након скидања изолације), и пошто компресиона веза између жице и главе завртња ствара гасоводни спој када се правилно затегне, спој стезног терминала са завртњем не ствара капиларни канал на тачки улаза жице. Пошто стезни терминал са завртњем такође омогућава визуелну проверу дубине уметања жице и квалитета везе, пружа додатну гаранцију квалитета инсталације која је вредна у тропским срединама где је приступ за одржавање отежан.

Спецификација заптивања каблова за инсталације тропских спољних терминалних блокова

Спецификација заптивања кабла је критична пракса инсталације која одређује да ли терминални блок са IP заштитом постиже своју номиналну заштиту од влаге у тропским спољним окружењима. Пошто кабл који улази у терминални блок пружа пут за продор влаге ако је заптивање кабла несавршено — посебно на прелазу од спољашњег омотача кабла (који је обично нетакнут и непропусан за влагу) до огољеног проводника унутар терминала — тачка улаза кабла мора бити запечаћена методама које елиминишу пут капиларне влаге на овом прелазу.

Метода заптивања силиконском облогом је најпоузданија техника заптивања каблова за инсталације тропских спољних терминалних блокова. Пошто силиконска облога пружа флексибилан, лепљивим заптивачем прекривен прелазом између омотача кабла и кућишта терминалног блока, она попуњава све празнине на тачки улаза и одржава своје заптивне перформансе током цикличних промена температуре и услова излагања УВ зрачењу који се јављају у тропским спољним окружењима. Пошто силикон одржава своју флексибилност и пријањање у температурном опсегу од -60°C до +200°C, не стврдњава се нити пуца током цикличних промена температуре које се јављају у тропским спољним окружењима.

Термоскупљајућа цев са лепљивим унутрашњим премазом пружа алтернативну технику заптивања која је посебно погодна за терминалне блокове са кружним кабловским улазима. Пошто се термоскупљајућа цев чврсто скупља око кабла, а лепљива облога се разлива како би попунила све празнине на споју кабла и кућишта, ствара се прелаз заптивен од влаге који је механички робустан и електрично изолован. Пошто метода термоскупљања захтева извор топлоте (пиштољ за топли ваздух или горионик) током инсталације и није тако лако проверљива као метода силиконске чизмице, преферирам методу силиконске чизмице за тропске спољне примене где је провера квалитета инсталације тешка.

Често постављана питања

Зашто стандардни терминални блокови прерано отказују у електричним инсталацијама тропске климе?
Тропске приобалне инсталације имају стопу отказа терминалних блокова од 15-25% у року од 18 месеци (у поређењу са

Која IP заштита се примењује на терминалне блокове за тропске спољне електричне инсталације?
За инсталације на отвореном у тропском подручју потребан је минимални IP67 (отпоран на прашину, привремено урањање у воду) и минимални IP65 (отпоран на прашину, прскање воде из било ког правца) за покривене, али незатворене инсталације. IP заштита испод IP65 дозвољава продор влаге што узрокује кварове од корозије у року од 12-24 месеца.

Како дизајн опружне стезаљке у односу на дизајн завртњевих терминала утиче на отпорност на влагу у тропским срединама?
Опружне стезне стезаљке стварају капиларне канале за влагу на месту улаза жице који се не могу у потпуности елиминисати. Стезаљке са завртњем и заптивним компресионим спојевима елиминишу овај пут. Наведите стезаљке са завртњем за тропске спољне примене где је продор влаге примарни механизам квара.

Које спецификације за припрему и заптивање жице се примењују на ожичење тропских спољних терминалних блокова?
Запечаћени улаз кабла помоћу силиконских заптивних чизми или термоскупљајуће лепљиве цеви на улазу жице терминалног блока елиминише капиларни пут влаге. Прелаз са заптивног омотача кабла на огољени проводник унутар терминала је примарна тачка уласка влаге ако је заптивање несавршено.

Како компанија Ningbo J-Guang Electronics подржава спецификације терминалних блокова за тропску инсталацију?
J-Guang испоручује DIN шинске терминалне блокове са заштитом IP65-IP67 и компатибилношћу са силиконским заптивним чохлом за тропске спољне и приобалне електричне инсталације. Доступне су консултације специфичне за примену за избор терминалних блокова, методе заптивања жица и праксу инсталације за електричне системе у тропском окружењу.

Интерни линкови: J-Guang PCT-211 Прикључни блок за DIN шину | Каталог производа J-Guang Electronics

Спољни линкови: ИЕЦ | ИСО | НЕ | УЛ | Међународна агенција за енергију (IEA) | ЕПРИ

О аутору

Ningbo J-Guang Electronics Co., Ltd. је професионални произвођач електричних конектора, укључујући DIN шинске терминале, PCB терминале и електричне конекторе за индустријске и комерцијалне електричне инсталације. Са богатим искуством у испоруци електричних компоненти за инсталације у тропској клими широм Југоисточне Азије, Блиског истока и Латинске Америке, J-Guang Electronics пружа подршку електроинсталатерима и индустријским купцима са избором терминалних блокова специфичних за електрична окружења са високом влажношћу и на отвореном.