Automaatne survegeelamise protsess vs. tavapärane valamine

Sissejuhatus

Iga vormitud isolatsioonikomponent näeb väljastpoolt identne välja. Tegelik erinevus - see, mis määrab, kas teie 35kV-lülitusseade töötab usaldusväärselt 25 aastat või kukub osalise tühjenemise testil läbi teisel aastal - on nähtamatu. See on materjali sees, mikroskoopilisel tasandil, tühimike kujul.

Tootmisprotsess, mida kasutatakse valamiseks epoksüvaik isolatsioon määrab otseselt tühimike sisalduse, dielektrilise terviklikkuse ja pikaajalise töökindluse - ja automaatne survegeelimine (APG) ületab iga mõõdetava parameetri puhul tavapärast valamist.

Elektrotehnikutele, kes valatud isolatsiooni määravad, ja hankijuhile, kes hindab tarnijate võimalusi, ei ole APG ja tavapärase valamise protsessi erinevuse mõistmine vabatahtlik - see on teadliku kvaliteedikontrolli alus. Komponent, mis läbib visuaalse kontrolli, kuid mis valati kontrollimatu avatud valamismeetodiga, võib sisaldada sisemisi tühimikke, mis muutuvad osalise tühjenemise allikateks, kui süsteem on pinge all.

Käesolevas artiklis võrreldakse rangelt mõlema tootmisprotsessi tehnilisi näitajaid, mis mõjutavad otseselt keskpinge isolatsiooni valikut ja tarnija kvalifitseerimist.

Sisukord

• Millised on APG ja tavapärased valuprotsessid valatud isolatsiooni jaoks?
• Kuidas erinevad need kaks protsessi tühimiku kontrolli ja dielektriliste omaduste poolest?
• Kuidas hinnata tootmisprotsessi kvaliteeti vormitud isolatsiooni hankimisel?
• Millised kvaliteedikontrolli sammud tagavad tühja isolatsiooni pärast tootmist?

Millised on APG ja tavapärased valuprotsessid valatud isolatsiooni jaoks?

Et mõista, miks protsessi valik on oluline, peame kõigepealt täpselt määratlema, mis toimub igas tootmismeetodis kriitilises geelistusfaasis.

Automaatne survegeelimine (APG)

APG on suletud valuvormi rõhu abil toimuv valuprotsess, mis on loodud spetsiaalselt kõrgtehnoloogilise epoksüvaigust isolatsiooni jaoks. Protsessi järjestus on järgmine:

1. Segamine: Epoksüvaik, anhüdriidhapnik ja ATH täitematerjalid on täpselt doseeritud ja segatud vaakumis, et kõrvaldada lahustunud õhk.
2. Süstimine: Gaasivaba segu süstitakse kontrollitud rõhu all (tavaliselt 3-6 baari) eelsoojendatud terasvormi (80-120 °C).
3. Survestatud želeerimine: Rõhk säilitatakse kogu geelumisfaasi jooksul, kompenseerides vaigu ristseoste tekkimisel tekkivat mahukahanemist.
4. Väljavõtmine: Täielikult geelistatud osa vabastatakse 8-15 minuti jooksul ja kuivatatakse ahjus.

APG peamised tehnilised parameetrid:

• Süstimisrõhk: 3-6 baari
• Vormi temperatuur: 80-120°C
• Tsükliaeg ühe osa kohta: 8-15 minutit
• Tühi sisu saavutatud: < 0.1%
• Mõõtmetolerants: ±0,1 mm

Tavapärane gravitatsioonivalu

Tavapärane valamine tugineb gravitatsioonile, et täita vormiõõnsus segatud vaiguga, ilma surve rakendamiseta:

1. Segamine: Vaikuse ja kõvendi segamine - sageli ilma vaakumgaasi eemaldamiseta.
2. Valamine: Segu valatakse käsitsi või poolautomaatselt avatud või lõdvalt suletud vormi.
3. Ambient Cure: Osa kõveneb toatemperatuuril või madalal temperatuuril ahjus 4-8 tunni jooksul.
4. Väljavõtmine: Kõvenenud osa eemaldatakse ja see võib vajada märkimisväärset järeltöötlemist.

Tavapärase valamise peamised tehnilised parameetrid:

• Rakendatud rõhk: puudub (ainult raskusjõud)
• Kuivamistemperatuur: 20-80°C
• Tsükliaeg ühe osa kohta: 4-8 tundi
• Tühi sisu: 0,5-3%
• Mõõtmetolerants: ±0,5 mm või rohkem

Struktuuriline erinevus on põhimõtteline: APG kompenseerib vaigu kokkutõmbumist geelistumise ajal, andes pidevalt rõhu all olevat materjali, samal ajal kui tavaline valamine laseb vabalt tekkida kokkutõmbumise tühimikud seal, kus vaik tahkestub esimesena.

Kuidas erinevad need kaks protsessi tühimiku kontrolli ja dielektriliste omaduste poolest?

Erinevus APG ja tavapärase valu vahel ei ole marginaalne - see on erinevus komponendi vahel, mis vastab IEC 60270¹ osalise tühjendamise nõuded ja üks, mis ei vasta neile tööpinge juures.

Tühimiku moodustumise füüsika

Epoksiidikihi kõvenemise ajal läbib vaik mahukahanemine ligikaudu 2-5%². Tavapärases valuprotsessis tekitab see kokkutõmbumine mikrovuuke - eriti viimastes tahkumispunktides, tavaliselt detaili geomeetrilises keskpunktis ja paksudes ristlõikudes. Nende tühimike läbimõõt ulatub 10 mikronist kuni mitme millimeetrini.

Kõrgepinge elektriväljas käituvad tühimikud kui mahtuvuslik katkestus. Kui elektrivälja tugevus tühimiku sees ületab tühimiku läbilöögipinge (tavaliselt 3 kV/mm õhu puhul³), toimub osaline tühjenemine. Iga PD-sündmus erodeerib ümbritsevat epoksümaatriksit, suurendades järk-järgult tühimikku, kuni toimub täielik dielektriline lagunemine.

APG välistab selle mehhanismi, säilitades välissurve kogu želeerumise ajal, sundides värsket vaiku mis tahes kahanemistsooni, enne kui tühimik saab tekkida.

Head-to-Head tehniline võrdlus

Parameeter	APG protsess	Tavapärane valamine
Tühi sisu	< 0.1%	0.5–3.0%
Osalise tühjendamise tase	< 5 pC	20-200 pC
Dielektriline tugevus	≥ 18 kV/mm	12-15 kV/mm
Mõõtmete tolerantsus	±0,1mm	±0,5 mm
Pinna viimistlus	Siledad, hallitusega määratletud	Jämedad, nõuavad mehaanilist töötlemist
Tsükli aeg	8-15 min	4-8 tundi
Saavutatav soojusklass	F (155°C) / H (180°C)	E (120°C) / B (130°C)
Täiteaine jaotuse ühtlus	Väga ühtlane	Muutuv (arveldusrisk)
Korratavus (Cpk)	> 1.67	< 1.0

Klientide juhtum: Kvaliteediviga, mis on seotud valuprotsessiga

Ühe EPC-töövõtja projektiinsener pöördus meie poole pärast korduvaid isolatsioonirikkeid 24kV tööstusalajaama projektis Lähis-Idas. Kolm vormitud isolatsioonikomponenti, mis olid ostetud oluliselt madalamaid ühikuhindu pakkuvalt tarnijalt, ebaõnnestusid PD-katsetes, mis tehti sissejuhataval $1.2 \times U_m/\sqrt{3}$. Ebaõnnestunud detailide lõikamine näitas kuni 1,5 mm läbimõõdulist tühimikku, mis on selge märk tavalisest gravitatsioonivalust ilma vaakumgaasita.

Pärast üleminekut Bepto APG toodetud vormitud isolatsioonile koos täielike IEC 60270 PD-katsearuannetega partii kohta kinnitas sama insener, et kahe järgneva projektietapi jooksul oli 60 komponendi PD-viga null. Esialgsete rikete maksumus - sealhulgas projekti viivitused, uued katsed ja uued hanked - ületas kaugelt kahe tarnija hinnavahe.

Kuidas hinnata tootmisprotsessi kvaliteeti vormitud isolatsiooni hankimisel?

Teadmine, et APG on parem, on kasulik ainult siis, kui saate kontrollida, et teie tarnija seda ka tegelikult kasutab. Tegelikkuses väidavad paljud tarnijad, et nad on APG-võimelised, ilma et nad teostaksid protsessikontrolli, mis võimaldaks saavutada järjepidevaid tühimikevabu tulemusi. Siin on struktureeritud hindamisraamistik.

1. samm: Protsessiseadmete kontrollimine

• Kinnitage APG masina olemasolu: Taotleda tehase fotosid või auditi tõendusmaterjali suletud surveseadmete kohta koos rõhu kontrollsüsteemidega.
• Kontrollige vaakumsegamise võimekust: Vaigu vaakumgaasistamine enne süstimist ei ole kohustuslik < 0,1% tühimike sisalduse korral.
• hallituse temperatuuri kontroll: Täpne vormikuumutus (±2°C) on vajalik järjepideva geelistumise kineetika saavutamiseks.

2. samm: Protsessi dokumentatsiooni läbivaatamine

• Protsessi kontrollikava (PCP): dokumenteerib iga toote jaoks süstimisrõhu, hallituse temperatuuri, tsükli kestuse ja materjali suhtarvu.
• statistilise protsessi kontrolli (SPC) andmed: Cpk > 1,67 kriitiliste mõõtmete puhul viitab kontrollitud tootmisprotsessile.
• Materjali jälgitavus: Vaigu partiide numbrid peavad olema jälgitavad sissetuleva kontrolli dokumentatsiooniga.

3. samm: nõudluskatsete sertifitseerimine partii kohta

• IEC 60270 Osalise tühjenemise katse: PD < 5 pC juures $1.2 \times U_m/\sqrt{3}$ - peab olema partiide kaupa, mitte ainult projekteerimistüübi kaupa.
• IEC 60243 Dielektriline tugevus⁴: ≥ 18 kV/mm tootmisproovide puhul
• IEC 60112 CTI test⁵: ≥ 600 V reostusega kokkupuutuvate pindade puhul
• Mõõdukontrolli aruanne: 100% kriitiliste mõõtmete kontroll koos Go/No-Go mõõteriistadega

Rakendusspetsiifilised hindamiskriteeriumid

• Tööstuslikud keskpinge lülitusseadmed (12-24kV): Minimaalne PD < 10 pC, CTI ≥ 400V, ühilduvus IP54 korpusega
• Elektrivõrk / 35kV alajaam: PD < 5 pC, BIL ≥ 185kV, täielikud IEC 62271 tüüpi katseprotokollid
• Taastuvenergia MV kollektsioon: UV-stabiilne vaik, IEC 60068-2-14 kohane termotsüklikatse
• Merendus / avamerepüük: Soolasudu katse vastavalt IEC 60068-2-52, hüdrofoobne pinnatöötlus kontrollitud
• Troopilised / kõrge õhuniiskusega keskkonnad: Veeimavus < 0.1%, kondensatsioonikindluskatse

Millised kvaliteedikontrolli sammud tagavad tühja isolatsiooni pärast tootmist?

Isegi kui APG protsessiseadmed on paigas, nõuab tühimikevaba toodang distsiplineeritud kvaliteedikontrolli protsessi jooksul ja väljaminevate toodete puhul. Need on vaieldamatud kontrollpunktid, mis eristavad usaldusväärseid tarnijaid nendest, kes lihtsalt väidavad, et nad on APG-võimelised.

Tootmise kvaliteedikontrolli kontrollnimekiri

1. Saabuva materjali kontroll - Kontrollige enne iga tootmisprotsessi vaigu viskoossust, kõvendi reaktiivsust ja täitematerjali niiskusesisaldust; spetsifikatsioonivälised materjalid on peamine põhjus ootamatute tühimike tekkimiseks.
2. Vaakumgaasi kontrollimine - Kinnitage vaakumi tase (< 1 mbar) ja ooteaeg enne süstimist; registreerige andmed jälgitavuse tagamiseks.
3. Süstimisrõhu jälgimine - Rõhu logimine reaalajas iga lasu ajal; kõrvalekalded > ±0,3 bar käivitavad protsessi hoidmise.
4. hallituse temperatuuri kontrollimine - Termopaari andmed salvestatakse iga tsükli kohta; temperatuuri ühtlus kogu hallituse pinnal ±2°C
5. Esimese artikli kontroll (FAI) - Täielik mõõtmete ja PD-katse iga tootmispartii esimese osa puhul.
6. Väljaminev PD test - 100% PD-katse aadressil $1.2 \times U_m/\sqrt{3}$ enne saadetise vabastamist

Üldised kvaliteedikontrolli vead, mida vältida

• Vaakumgaasi eemaldamise vahelejätmine vähendada tsükliaega - see on kõige levinum põhjus, mis põhjustab nominaalselt “APG”-osade kõrgendatud tühimikusisaldust.
• Vananenud vaigupartiide korduvkasutamine üle poti kasutusaja - suurendab viskoossust, vähendab vormitäitmise täielikkust, tekitab kahanemisvaheid
• Ebapiisav hallituse hooldus - kulunud vormipinnad põhjustavad väljalangemist, mõõtmete kõrvalekaldeid ja pinnadefekte, mis varjavad sisemisi tühimikke.
• Tüübikatsetuste sertifikaatide aktsepteerimine partii tõendina - aastaid tagasi prototüübil läbi viidud tüübikatsetus ei tõenda tänast tootmiskvaliteeti.

Saabuva kontrolli protokoll ostjatele

Test	Meetod	Vastuvõtukriteerium
Osaline tühjendamine	IEC 60270	< 5 pC juures $1.2 \times U_m/\sqrt{3}$
Dielektriline tugevus	IEC 60243	≥ 18 kV/mm
Isolatsiooni vastupidavus	IEC 60167	> 1000 MΩ 2,5 kV alalisvoolu juures
Visuaalne kontroll	IEC 60068-2-75	Null praod, tühimikud või pindade jälgimine
Mõõtmete kontroll	Joonistustolerants	±0,1 mm kriitilistel sobitustel

Kokkuvõte

Valik APG ja tavalise valu vahel ei ole hanke-eelistused - see on otsus, mis määrab otseselt teie süsteemi iga keskpinge isolatsioonikomponendi dielektrilise terviklikkuse, kasutusaja ja ohutusvaru. APG survestatud, tühimikuvaba tootmisprotsess tagab mõõdetavalt parema osalise tühjendamise jõudluse, mõõtmete järjepidevuse ja termilise klassi võimekuse, millega tavapärane valamine põhimõtteliselt ei suuda võistelda.

Kui valatud isolatsiooni määrate mis tahes MV-rakenduse jaoks, on osa taga olev protsess sama oluline kui osa ise - kontrollige alati APG-võimekust, nõudke partii tasandil PD-sertifikaate ja käsitage kvaliteedikontrolli dokumentatsiooni kohustusliku, mitte valikulise lisana.

Korduma kippuvad küsimused APG protsessi ja tavapärase valamise kohta

1. “IEC 60270: Kõrgepinge katsemeetodid - Osalise tühjenemise mõõtmised”, https://webstore.iec.ch/publication/1210. Rahvusvaheline standard, mis määratleb osalise tühjendamise katsemeetodid ja vastuvõetavad piirmäärad. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 60270 osalise tühjenemise nõuded. ↩

2. “Epoksü”, https://en.wikipedia.org/wiki/Epoxy. Ülevaade epoksüvaigu omadustest, sealhulgas kõvenemisastmest. Tõendusmaterjali roll: materjali omadus; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: mahukahanemine ligikaudu 2-5%. ↩

3. “Dielektriline tugevus”, https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength. Annab tüüpilised dielektrilised läbilöögipinged tavaliste isoleerivate gaaside jaoks. Tõendav roll: tehniline parameeter; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: 3 kV/mm õhu puhul. ↩

4. “IEC 60243-1: Isolatsioonimaterjalide elektriline tugevus - Katsemeetodid”, https://webstore.iec.ch/publication/1230. Määratleb standardmenetlused tahke isolatsiooni dielektrilise tugevuse hindamiseks. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 60243 Dielektriline tugevus. ↩

5. “IEC 60112: Meetod tahkete isolatsioonimaterjalide katsekindluse ja võrdleva jälgimisindeksi määramiseks”, https://webstore.iec.ch/publication/529. Kirjeldatakse standardseid meetodeid jälgimiskindluse testimiseks. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 60112 CTI test. ↩