مقدمه‌ای بر عایق‌های الکتریکی
عایق الکتریکی برای ایمنی و عملکرد همه سیستم‌های الکتریکی اساسی است. این عایق از جریان یافتن جریان بین هادی‌ها جلوگیری می‌کند و در برابر اتصال کوتاه الکتریکی محافظت می‌کند و تضمین می‌کند که برق فقط در مسیرهای مورد نظر حرکت می‌کند. این راهنما بر چهار گزینه عایق حیاتی که به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند تمرکز دارد: عایق‌های پایه، پوشش پودری اپوکسی، لوله‌های انقباض حرارتی و فیلم‌های عایق. هر کدام مزایای منحصر به فردی را برای کاربردهای خاص، از محافظت از برد مدار گرفته تا ایزولاسیون ولتاژ بالا در سیستم‌های برق، ارائه می‌دهند.
درک این گزینه‌های عایق‌بندی به مهندسان، تکنسین‌ها و علاقه‌مندان به «خودت انجام بده» کمک می‌کند تا راه‌حل بهینه را برای نیازهای الکتریکی خاص خود انتخاب کنند و ایمنی و عملکرد را تضمین کنند.
مقره‌های ایستاده (ایزولاتورها)
عایق‌های Standoff چیستند؟
عایق‌های ایستاده، که به عنوان جداکننده نیز شناخته می‌شوند، اجزای سفت و سختی هستند که برای جداسازی فیزیکی و ایزوله کردن الکتریکی قطعات رسانا در یک سیستم الکتریکی طراحی شده‌اند. آنها فاصله ثابتی بین اجزای الکتریکی و سطوح نصب آنها حفظ می‌کنند و ضمن ارائه پشتیبانی ساختاری، از اتصالات الکتریکی ناخواسته جلوگیری می‌کنند.
مقره‌های VIOX Standoff (مقره‌های باسبار)
انواع عایق‌های ایستاده
پایه‌های سرامیکی
- خواص مواد: معمولاً از پرسلن یا استاتیت ساخته می‌شود
- خواص الکتریکیقدرت دی الکتریک عالی (10-40 کیلوولت بر میلی‌متر)
- مقاومت در برابر دما: تحمل دما تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد
- کاربردهاتجهیزات ولتاژ بالا، محیط‌های با دمای بالا، تاسیسات الکتریکی در فضای باز
پایه‌های پلاستیکی
- گزینه‌های موادنایلون، PBT، PEEK، پلی پروپیلن
- خواص الکتریکیقدرت دی الکتریک خوب (15-25 کیلوولت بر میلی‌متر)
- محدوده دمابسته به جنس ماده متفاوت است (معمولاً از ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد)
- کاربردهانصب برد مدار چاپی، کاربردهای ولتاژ پایین تا متوسط، تجهیزات داخلی
پایه‌های شیشه‌ای
- خواص الکتریکی: قدرت دی الکتریک برتر (20-40 کیلوولت بر میلی متر)
- مقاومت در برابر دماپایداری حرارتی عالی
- کاربردهاکاربردهای تخصصی فرکانس بالا، تجهیزات آزمایشگاهی
کاربردهای رایج
- نصب برد مدار چاپیبالا بردن بردهای مدار چاپی از شاسی یا محفظه‌ها
- ایزولاسیون بلوک ترمینالجدا کردن بلوک‌های ترمینال ولتاژ بالا از سطوح نصب
- فاصله اجزاحفظ فاصله مناسب بین اجزای الکتریکی
- پشتیبانی باسبارایزولاسیون شینه‌های جریان بالا در سیستم‌های توزیع برق
- ایزولاسیون ترانسفورماتور: سیم پیچ های نگهدارنده و ایزوله کننده ترانسفورماتور
مزایا و محدودیت‌ها
مزایا
- هم پشتیبانی مکانیکی و هم ایزولاسیون الکتریکی را فراهم کنید
- در اندازه‌های استاندارد برای ادغام آسان موجود است
- بسیار قابل اعتماد با حداقل تخریب در طول زمان
- کنترل دقیق فاصله را ارائه دهید
- بسیاری از گزینه‌ها در برابر عوامل محیطی مقاوم هستند
محدودیت‌ها
- انعطاف‌پذیری محدود پس از نصب
- می‌تواند چالش‌های نصب را در طرح‌های جمع و جور ایجاد کند
- مواد درجه یک (مانند PEEK یا سرامیک) می‌توانند پرهزینه باشند
- نقاط شکست بالقوه در محیط‌های با ارتعاش بالا
پوشش پودری اپوکسی
پوشش پودری اپوکسی چیست؟
پوشش پودری اپوکسی یک روش عایق کاری خشک است که در آن ذرات ریز رزین اپوکسی به صورت الکترواستاتیکی روی یک سطح رسانا اعمال شده و سپس تحت حرارت پخت می‌شوند تا یک لایه عایق پیوسته تشکیل دهند. این فرآیند یک پوشش بادوام و یکنواخت ایجاد می‌کند که عایق الکتریکی عالی را فراهم می‌کند و در عین حال از آن در برابر عوامل محیطی محافظت می‌کند.
فرآیند درخواست
- آماده سازی سطحتمیزکاری و اغلب فسفاته یا سندبلاست
- کاربرد پودر: باردار شدن الکترواستاتیکی ذرات پودر باعث چسبیدن آنها به زیرلایه متصل به زمین می‌شود
- عمل آوریحرارت دادن در دمای ۱۶۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای ذوب شدن و ایجاد پیوند عرضی بین اپوکسی
- خنک کنندهخنک‌سازی کنترل‌شده برای اطمینان از سختی و چسبندگی بهینه
خواص الکتریکی
- مقاومت دی الکتریک: معمولاً ۱۵-۲۰ کیلوولت بر میلی‌متر
- مقاومت ویژه حجمی: >10^12 اهم-سانتی‌متر
- مقاومت ردیابیمقاومت عالی در برابر ردیابی الکتریکی
- محدوده ضخامت: معمولاً بسته به نیاز، با ضخامت ۲۵ تا ۱۰۰ میکرون اعمال می‌شود.
کاربردها
- اجزای ترانسفورماتور: لایه‌ها و هسته‌های عایق
- سیم پیچ های موتورلایه عایق اضافی روی سیم مگنت
- باسبارهاعایق کاری سطوح رسانای در معرض
- محفظه‌های الکترونیکی: ارائه همزمان عایق‌بندی و محافظت در برابر خوردگی
- قطعات تابلو برقعایق کاری قطعات فلزی در تجهیزات ولتاژ متوسط
مزایا و محدودیت‌ها
مزایا
- سازگار با محیط زیست (بدون حلال و ترکیبات آلی فرار)
- چسبندگی عالی به سطوح فلزی
- ضخامت یکنواخت پوشش حتی در هندسه‌های پیچیده
- مقاومت شیمیایی و ضربه‌ای برتر
- عمر طولانی با حداقل تخریب
محدودیت‌ها
- نیاز به تجهیزات کاربردی تخصصی
- به راحتی قابل اجرا در محل نیست (معمولاً در کارخانه انجام می‌شود)
- قابلیت تعمیر محدود پس از اعمال
- محدودیت‌های دمایی (معمولاً تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد برای کارکرد مداوم)
- برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف‌پذیری دارند مناسب نیست
لوله کوچک کننده حرارتی
لوله حرارتی شرینک چیست؟
لوله‌های انقباض حرارتی، غلاف پلیمری انعطاف‌پذیر و از پیش منبسط‌شده‌ای هستند که هنگام اعمال گرما منقبض می‌شوند و یک پوشش عایق محکم در اطراف سیم‌ها، اتصالات و اجزا ایجاد می‌کنند. این لوله‌ها که در جنس‌ها، قطرها و نسبت‌های انقباض مختلف موجود هستند، راه‌حلی همه‌کاره برای عایق‌بندی، کاهش کرنش و حفاظت از محیط زیست ارائه می‌دهند.
مواد جمع‌شونده حرارتی
پلی اولفین
- خواص الکتریکیقدرت دی الکتریک خوب (15-20 کیلوولت بر میلی‌متر)
- محدوده دما: معمولاً -55 درجه سانتیگراد تا 135 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌هارایج‌ترین نوع، موجود در رنگ‌های متنوع، گزینه‌های بدون هالوژن
- کاربردهاعایق سیم‌های چند منظوره، بسته‌بندی، شناسایی
پی وی سی (پلی وینیل کلراید)
- خواص الکتریکی: قدرت دی الکتریک متوسط (10-15 کیلوولت بر میلی‌متر)
- محدوده دما: -20 درجه سانتیگراد تا 105 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌هاانعطاف‌پذیر، مقاوم در برابر شعله، مقرون‌به‌صرفه
- کاربردهاکاربردهای ولتاژ پایین، مصارف عمومی صنعتی
PTFE (پلی تترافلوئورواتیلن)
- خواص الکتریکیخواص دی الکتریک عالی (20-40 کیلوولت بر میلی‌متر)
- محدوده دما: -55 درجه سانتیگراد تا 260 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌هامقاومت در برابر دمای شدید، بی‌اثر بودن از نظر شیمیایی
- کاربردها: هوافضا، نظامی، محیط‌های با دمای بالا
ویتون (فلوروالاستومر)
- خواص الکتریکی: استحکام دی الکتریک خوب
- محدوده دما: -40 درجه سانتیگراد تا 225 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌هامقاومت شیمیایی و سوختی استثنایی
- کاربردهاخودرو، فرآوری مواد شیمیایی، نفت و گاز
محصولات تخصصی شرینک حرارتی
لوله با روکش چسبی
- حاوی لایه چسب داخلی است که هنگام جمع شدن آب می‌شود
- ایجاد درزگیر مقاوم در برابر رطوبت
- ایده‌آل برای کاربردهای فضای باز و محیط‌های خشن
لوله دو جداره
- لایه بیرونی محافظت مکانیکی را فراهم می‌کند
- لایه داخلی برای پر کردن شکاف‌ها و ناهمواری‌ها ذوب می‌شود
- خواص آب‌بندی محیطی عالی
لوله‌های جدار ضخیم
- دیواره‌های ضخیم‌تر برای محافظت مکانیکی بیشتر
- ولتاژهای بالاتر
- اغلب برای تعمیر و تقویت کابل استفاده می‌شود
کاربردها
- اتصالات سیمعایق بندی و محافظت از اتصالات الکتریکی
- عایق ترمینالپوشش ترمینال‌های رسانای بدون پوشش
- نقاط ورود کابلآب‌بندی و کاهش کرنش در محل ورود کابل‌ها به محفظه‌ها
- محافظت از قطعاتعایق بندی قطعات الکترونیکی
- سازمان مهار سیمدسته بندی و محافظت از گروه های سیم
- محافظت در برابر خوردگیآب‌بندی اتصالات از رطوبت و آلاینده‌ها
مزایا و محدودیت‌ها
مزایا
- قابل تنظیم برای اشکال نامنظم
- عایق سفارشی ایجاد می‌کند
- قابل اجرا در اندازه‌ها، رنگ‌ها و متریال‌های مختلف
- قابل نصب با ابزارهای گرمایشی ساده
- تسکین فشار و محافظت در برابر سایش را فراهم می‌کند
محدودیت‌ها
- برای نصب نیاز به دسترسی به انتهای سیم‌ها دارد
- بدون تخریب به راحتی قابل حذف نیست
- ممکن است برای نصب در مقیاس بزرگ به ابزارهای تخصصی نیاز باشد
- بعضی از انواع در حین نصب دود منتشر می‌کنند
- مقاومت کششی محدود در مقایسه با محافظ‌های مکانیکی
فیلم‌های عایق
فیلم‌های عایق چیست؟
فیلم‌های عایق، مواد ورقه‌ای نازک و انعطاف‌پذیری هستند که برای ایجاد ایزولاسیون الکتریکی با حداقل ضخامت طراحی شده‌اند. این فیلم‌ها که در پلیمرها و کامپوزیت‌های مختلف موجود هستند، خواص دی‌الکتریک عالی را در عین اشغال حداقل فضا ارائه می‌دهند و آنها را برای کاربردهایی که محدودیت‌های ابعادی بسیار مهم هستند، ایده‌آل می‌کنند.
انواع فیلم‌های عایق
فیلم‌های پلی‌آمید (Kapton®)
- خواص الکتریکیقدرت دی‌الکتریک فوق‌العاده (۳-۷ کیلوولت بر میل)
- محدوده دما: -269 درجه سانتیگراد تا 400 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌هاپایداری دمایی استثنایی، مقاوم در برابر تشعشع، انتشار گاز کم
- کاربردهابردهای مدار انعطاف‌پذیر، هوافضا، سیم‌پیچ‌های موتور و ژنراتور
فیلم‌های PET (پلی‌اتیلن ترفتالات)
- خواص الکتریکیقدرت دی‌الکتریک خوب (5-8 کیلوولت بر میل)
- محدوده دما: -70 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌ها: مقرون به صرفه، مقاومت مکانیکی خوب، مقاومت در برابر رطوبت
- کاربردهاخازن‌ها، عایق ترانسفورماتور، موانع الکتریکی عمومی
فیلم‌های PTFE
- خواص الکتریکی: ثابت دی الکتریک عالی (2.1) و ضریب اتلاف
- محدوده دما: -200 درجه سانتیگراد تا 260 درجه سانتیگراد
- ویژگی‌هااصطکاک کم، بی‌اثری شیمیایی، خواص الکتریکی عالی
- کاربردهابردهای مدار فرکانس بالا، سیم پیچی، کاربردهای دمای بالا
فیلم‌های کامپوزیت
- ساخت و سازلایه‌های چندگانه از مواد مختلف که روی هم لمینت شده‌اند
- مثال‌هاکامپوزیت‌های میکا-شیشه: Nomex®-Mylar®-Nomex® (NMN)
- کاربردهاعایق ولتاژ بالا، ترانسفورماتورهای روغنی، الزامات تخصصی
روش‌های کاربردی
- شکل‌های برش خوردهقطعات برش خورده سفارشی برای عایق بندی اجزای خاص
- عایق لایه ایجدا کردن لایه‌های رسانا در ترانسفورماتورها و خازن‌ها
- آسترهای اسلاتعایق کاری شیارهای موتور و ژنراتور
- بسته بندی: پیچیدن مارپیچی دور هادی‌ها یا گروه‌های قطعه
- پشت چسب دار: مستقیماً روی سطوحی که نیاز به عایق دارند اعمال می‌شود
مزایا و محدودیت‌ها
مزایا
- حداقل فضای مورد نیاز
- انطباق عالی با سطوح نامنظم
- می‌تواند دقیقاً به شکل‌های سفارشی برش داده شود
- بسیاری از انواع، مقاومت دمایی بالایی ارائه می‌دهند
- ضخامت یکنواخت و خواص کنترل‌شده
محدودیت‌ها
- حفاظت مکانیکی محدود در مقایسه با عایق‌های صلب
- ممکن است نیاز به چسب یا بست مکانیکی داشته باشد
- برخی از انواع آن مستعد پارگی یا سوراخ شدن هستند
- فیلم‌های تخصصی می‌توانند پرهزینه باشند
- نصب ممکن است برای هندسه‌های پیچیده پرزحمت باشد
انتخاب گزینه عایق مناسب
راهنمای انتخاب بر اساس درخواست
کاربردهای PCB و الکترونیک
- بهترین گزینه‌هاعایق‌های ایستاده برای نصب، فیلم‌های عایق برای جداسازی لایه‌ها
- ملاحظات کلیدیمحدودیت‌های فضایی، قرار گرفتن در معرض دما، الزامات ولتاژ
- ترکیب‌های معمول: استندآف‌های نایلونی با موانع فیلم پلی‌آمید
تجهیزات توزیع برق
- بهترین گزینه‌هاپوشش پودری اپوکسی برای باس بارها، عایق‌های جداشونده برای تکیه‌گاه
- ملاحظات کلیدیولتاژ سیستم، مواجهه با محیط، الزامات نگهداری
- ترکیب‌های معمول: استندآف‌های سرامیکی با نقاط اتصال روکش اپوکسی
اتصالات سیم و کابل
- بهترین گزینه‌هالوله‌های جمع‌شونده حرارتی، احتمالاً با آستر چسبی
- ملاحظات کلیدیمحیط نصب، ولتاژ نامی، تنش‌های مکانیکی
- محصولات پیشنهادی: عایق حرارتی دو جداره برای اتصالات فضای باز
تولید موتور و ترانسفورماتور
- بهترین گزینه‌ها: فیلم‌های عایق برای جداسازی لایه‌ها، پوشش اپوکسی برای اجزای سازه‌ای
- ملاحظات کلیدی: کلاس دما، الزامات عمر مفید، قرار گرفتن در معرض ارتعاش
- ترکیب‌های معمولفیلم‌های نومکس با روکش اپوکسی
ماتریس مقایسه
| ملک | مقره‌های ایستاده | پوشش پودری اپوکسی | لوله کوچک کننده حرارتی | فیلم‌های عایق |
|---|---|---|---|---|
| فاکتور فرم | سفت و سخت، ثابت | پوشش دائمی | لوله انعطاف پذیر | ورق نازک و انعطاف‌پذیر |
| نصب | مکانیکی | فرآیند کارخانه | کاربرد حرارتی | جایگذاری دستی |
| محدوده ولتاژ | کم تا خیلی زیاد | کم تا متوسط | کم تا متوسط | کم تا خیلی زیاد |
| محدودیت دما | -55 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتیگراد | -40 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد | -55 درجه سانتیگراد تا 260 درجه سانتیگراد | -269 درجه سانتیگراد تا 400 درجه سانتیگراد |
| بهره‌وری فضا | کم | متوسط | متوسط | بسیار بالا |
| قابلیت تعمیر میدانی | خوب | ضعیف | عالی | خوب |
| محدوده هزینه | کم به زیاد | متوسط رو به بالا | کم تا متوسط | کم تا خیلی زیاد |
آزمایش و نگهداری
روش‌های آزمایش عایق‌بندی
برای انواع عایق
- بازرسی بصریبررسی منظم برای ترک، تغییر رنگ یا آسیب فیزیکی
- تست مقاومت عایقیاندازه‌گیری مقاومت با ولتاژ تست مناسب
- تست هیپوتاعمال ولتاژ بالاتر از ولتاژ نامی برای تأیید عدم خرابی
تست‌های نوع-ویژه
- مقره‌های ایستادهآزمایش بار برای بررسی سلامت مکانیکی
- پوشش اپوکسیتست چسبندگی، اندازه‌گیری ضخامت
- کوچک شدن حرارتیتأیید آب‌بندی، آزمایش‌های غوطه‌وری در آب
- فیلم‌های عایقتست دی الکتریک، تایید مقاومت پارگی
علائم خرابی عایق
- شاخص‌های فیزیکیترک، تغییر رنگ، ذوب شدن، تغییر شکل
- نشانگرهای الکتریکیجریان نشتی، خطاهای متناوب، تخلیه جزئی
- شاخص‌های زیست‌محیطیورود رطوبت، تجمع آلودگی
نگهداری پیشگیرانه
- کنترل محیط زیستقرار گرفتن در معرض دما، رطوبت و آلاینده‌های شدید را به حداقل برسانید.
- برنامه‌های بازرسی منظماجرای معاینات چشمی سیستماتیک
- مراحل تمیز کردنتمیزکاری مناسب بر اساس نوع عایق
- مستنداتسوابق عملکرد عایق و نتایج آزمایش را حفظ کنید.
سوالات متداول درباره گزینه‌های عایق الکتریکی
س: چگونه می‌توانم بین عایق‌های جداشونده و فیلم‌های عایق چسبی یکی را انتخاب کنم؟
الف) محدودیت‌های فضا، الزامات ولتاژ و فشار مکانیکی را در نظر بگیرید. پایه‌ها پشتیبانی مکانیکی بهتری ارائه می‌دهند اما فضای بیشتری را اشغال می‌کنند، در حالی که فیلم‌ها راندمان فضایی بالاتری دارند اما حفاظت مکانیکی کمتری دارند. برای محیط‌های با ارتعاش بالا، پایه‌ها معمولاً قابل اعتمادتر هستند.
س: آیا می‌توان پوشش پودری اپوکسی را در محل اجرا کرد یا فقط در کارخانه قابل اجرا است؟
الف) پوشش پودری اپوکسی معمولاً به تجهیزات تخصصی و شرایط کنترل‌شده‌ای که در کارخانه یافت می‌شود، نیاز دارد. برای کاربردهای میدانی، گزینه‌هایی مانند نوار برق مایع، پوشش‌های سیلیکونی RTV یا محصولات انقباض حرارتی گزینه‌های کاربردی‌تری هستند.
س: برای کاربرد مورد نظرم به چه نسبت انقباض حرارتی نیاز دارم؟
الف) نسبت انقباض (که به صورت ۲:۱، ۳:۱ و غیره بیان می‌شود) نشان می‌دهد که لوله چقدر از حالت انبساط خود کوچک می‌شود. برای پوشاندن کانکتورها یا اشکال نامنظم، نسبت‌های بالاتر (۳:۱ یا ۴:۱) توصیه می‌شود. برای عایق‌بندی ساده سیم، معمولاً ۲:۱ کافی است. مطمئن شوید که قطر انبساط یافته روی قطعه شما قرار می‌گیرد و قطر بازیابی شده به اندازه کافی محکم خواهد بود.
س: ضخامت لایه عایق برای یک کاربرد ولتاژ خاص چقدر باید باشد؟
الف) الزامات ضخامت لایه محافظ بر اساس جنس و ولتاژ متفاوت است. به عنوان یک راهنمای کلی، هر کیلوولت اختلاف پتانسیل معمولاً به ضخامت لایه محافظ 7 تا 10 میلی‌لیتر نیاز دارد که به قدرت دی‌الکتریک لایه محافظ بستگی دارد. همیشه به مشخصات سازنده مراجعه کنید و ضرایب ایمنی مناسب را برای کاربرد خاص و شرایط محیطی خود اعمال کنید.
س: آیا می‌توان انواع مختلف عایق را به طور مؤثر ترکیب کرد؟
الف) بله، ترکیب انواع عایق اغلب محافظت بهینه را فراهم می‌کند. ترکیبات رایج شامل عایق‌های جداشونده با فیلم‌های عایق برای محافظت لایه‌ای، پوشش اپوکسی با انقباض حرارتی در انتها و فیلم‌های پیچیده شده در اطراف قطعات با جداشونده برای نصب است. هنگام ترکیب انواع، از سازگاری با دمای کارکرد و ویژگی‌های انبساط/انقباض اطمینان حاصل کنید.
