자동 압력 겔화 공정과 기존 주조 공정 비교

소개

모든 몰드 절연 부품은 겉으로 보기에는 동일하게 보입니다. 실제 차이점은 35kV 스위치 기어가 25년 동안 안정적으로 작동할지 아니면 고장이 날지를 결정하는 것입니다. 부분 방전¹ 테스트는 눈에 보이지 않습니다. 이 물질은 미세한 수준에서 공극의 형태로 물질 내부에 존재합니다.

캐스팅에 사용되는 제조 공정 에폭시 수지² 단열재는 보이드 함량을 직접 결정합니다, 유전체 무결성³, 장기적인 신뢰성 - 자동 압력 겔화(APG)는 측정 가능한 모든 파라미터에서 기존 주조보다 우수한 성능을 발휘합니다.

성형 단열재를 지정하는 전기 엔지니어와 공급업체의 역량을 평가하는 조달 관리자에게 APG와 기존 주조의 공정 차이를 이해하는 것은 선택 사항이 아니라 정보에 기반한 품질 관리의 기초입니다. 육안 검사를 통과했지만 제어되지 않은 개방 주입 방식으로 주조된 부품은 시스템에 전원이 공급되는 순간 부분 방전원이 되는 내부 보이드가 있을 수 있습니다.

이 기사에서는 두 제조 공정에 대한 엄격한 기술 비교를 제공하며, 고압 절연 선택 및 공급업체 자격에 직접적인 영향을 미칩니다.

목차

• 성형 단열재를 위한 APG 및 기존 주조 공정이란 무엇입니까?
• 두 프로세스는 보이드 제어와 유전체 성능에서 어떻게 다를까요?
• 성형 단열재를 조달할 때 제조 공정 품질을 평가하는 방법은 무엇입니까?
• 생산 후 공극 없는 단열재를 보장하는 품질 관리 단계는 무엇입니까?

성형 단열재를 위한 APG 및 기존 주조 공정이란 무엇입니까?

공정 선택이 중요한 이유를 이해하려면 먼저 중요한 겔화 단계에서 각 제조 방법 내부에서 어떤 일이 일어나는지 정확히 정의해야 합니다.

자동 압력 겔화(APG)

APG는 고성능 에폭시 수지 단열재를 위해 특별히 설계된 밀폐형 압력 보조 주조 공정입니다. 공정 순서는 다음과 같습니다:

1. 믹싱: 에폭시 수지, 무수물 경화제, ATH 필러를 정밀하게 계량하고 진공 상태에서 혼합하여 용존 공기를 제거합니다.
2. 주입: 탈기된 혼합물은 예열된 강철 주형(80-120°C)에 제어된 압력(일반적으로 3-6bar)으로 주입됩니다.
3. 가압 젤레이션: 겔화 단계 내내 압력이 유지되어 수지가 가교되면서 부피 수축을 보정합니다.
4. 디몰딩: 완전히 겔화된 부분은 8~15분 안에 방출되고 오븐에서 후 경화됩니다.

APG의 주요 기술 파라미터:

• 사출 압력: 3~6bar
• 금형 온도: 80-120°C
• 부품당 사이클 시간: 8-15분
• 무효 콘텐츠 달성: < 0.1%
• 치수 허용 오차: ±0.1mm

기존 중력 캐스팅

기존 주조는 중력에 의존하여 압력을 가하지 않고 혼합 수지로 금형 캐비티를 채웁니다:

1. 믹싱: 수지와 경화제가 혼합되어 진공 탈기 없이 혼합되는 경우가 많습니다.
2. 붓기: 혼합물을 수동 또는 반자동으로 개방형 또는 느슨하게 닫힌 몰드에 붓습니다.
3. 앰비언트 큐어: 부품은 실온 또는 저온 오븐에서 4~8시간 동안 경화됩니다.
4. 디몰딩: 경화 부품이 제거되고 상당한 후가공이 필요할 수 있습니다.

기존 캐스팅의 주요 기술 파라미터:

• 가해지는 압력: 없음(중력만)
• 경화 온도: 20-80°C
• 부품당 사이클 시간: 4-8시간
• 무효 콘텐츠: 0.5-3%
• 치수 허용 오차: ±0.5mm 이상

구조적 차이는 근본적입니다: 기존 주조는 수지가 먼저 응고되는 곳마다 수축 공극이 자유롭게 형성되는 반면, APG는 가압된 재료를 지속적으로 공급하여 겔화 중 수지 수축을 보정합니다.

두 프로세스는 보이드 제어와 유전체 성능에서 어떻게 다를까요?

APG와 기존 주조 사이의 성능 차이는 미미한 것이 아니라 다음과 같은 조건을 충족하는 구성 요소의 차이입니다. IEC 60270⁴ 부분 방전 요구 사항과 작동 전압에서 이를 충족하지 못하는 요구 사항입니다.

보이드 형성의 물리학

에폭시 경화 중에 수지는 다음과 같은 과정을 거칩니다. 체적 수축⁵ 의 약 2-5%입니다. 기존 주조 공정에서는 이러한 수축으로 인해 미세한 보이드가 발생하는데, 특히 마지막으로 응고되는 지점, 일반적으로 부품의 기하학적 중심과 두꺼운 단면에서 발생합니다. 이러한 보이드는 직경이 10마이크론에서 수 밀리미터에 이릅니다.

고전압 전기장에서 보이드는 용량성 불연속으로 작동합니다. 보이드 내부의 전기장 강도가 보이드의 항복 전압(일반적으로 공기의 경우 3kV/mm)을 초과하면 부분 방전이 발생합니다. 각 PD 이벤트는 주변 에폭시 매트릭스를 침식하여 완전한 유전체 파괴가 발생할 때까지 보이드가 점진적으로 확대됩니다.

APG는 겔화 내내 외부 압력을 유지하여 공극이 핵을 형성하기 전에 새로운 수지를 수축 영역으로 밀어 넣음으로써 이러한 메커니즘을 제거합니다.

일대일 기술 비교

매개변수	APG 프로세스	기존 캐스팅
무효 콘텐츠	< 0.1%	0.5-3.0%
부분 방전 수준	< 5pC	20-200 pC
유전체 강도	≥ 18kV/mm	12-15kV/mm
치수 허용 오차	±0.1mm	±0.5mm
표면 마감	매끄러운 몰드 정의	거칠고 가공이 필요함
주기 시간	8~15분	4-8시간
열 등급 달성 가능	F(155°C)/H(180°C)	E(120°C)/B(130°C)
필러 분포 균일성	높은 균일성	변수(결제 위험)
반복성(Cpk)	> 1.67	< 1.0

고객 사례: 주조 공정에서 품질 실패를 추적한 사례

한 EPC 계약업체의 프로젝트 엔지니어가 중동의 24kV 산업용 변전소 프로젝트에서 반복적인 절연 실패를 경험한 후 당사에 연락을 취했습니다. 훨씬 낮은 단가를 제시한 공급업체에서 구매한 성형 절연 부품 3개가 1.2 × Um/√3의 수신 PD 테스트에서 불합격했습니다. 불합격된 부품을 절단한 결과 코어 단면에서 최대 1.5mm의 공극이 발견되었으며, 이는 진공 탈기 없이 주조한 기존 중력 주조의 명백한 징후였습니다.

배치당 전체 IEC 60270 PD 테스트 보고서가 포함된 벱토의 APG 제조 성형 단열재로 전환한 후, 동일한 엔지니어가 이후 두 단계의 프로젝트에서 60개 부품에 걸쳐 PD 불량이 0건임을 확인했습니다. 프로젝트 지연, 재테스트, 재조달 등 초기 실패로 인한 비용은 두 공급업체 간의 가격 차이를 훨씬 뛰어넘었습니다.

성형 단열재를 조달할 때 제조 공정 품질을 평가하는 방법은 무엇입니까?

APG가 우수하다는 것을 아는 것은 공급업체가 실제로 이를 사용하는지 확인할 수 있을 때만 유용합니다. 실제로 많은 공급업체는 일관된 무효화 결과를 제공하기 위한 프로세스 제어 없이 APG 기능을 주장합니다. 다음은 구조화된 평가 프레임워크입니다.

1단계: 프로세스 장비 확인

• APG 머신이 있는지 확인합니다: 압력 제어 시스템을 갖춘 밀폐형 사출 장비의 공장 사진 또는 감사 증거를 요청합니다.
• 진공 믹싱 기능을 확인합니다: 사출 전 수지의 진공 가스 제거는 0.1% 미만의 공극 함량에 대해 협상할 수 없습니다.
• 금형 온도 제어: 일관된 겔화 동역학을 위해 정밀한 금형 가열(±2°C)이 필요합니다.

2단계: 프로세스 문서 검토

• 프로세스 제어 계획(PCP): 각 제품에 대한 사출 압력, 금형 온도, 사이클 시간 및 재료 비율을 문서화합니다.
• 통계적 프로세스 제어(SPC) 기록: 임계 치수에서 Cpk가 1.67을 초과하면 제조 공정이 제어되고 있음을 나타냅니다.
• 재료 추적성: 수지 배치 번호는 입고 검사 기록에서 추적 가능해야 합니다.

3단계: 배치별 수요 테스트 인증

• IEC 60270 부분 방전 테스트: 1.2 × Um/√3에서 PD < 5pC - 디자인 유형별이 아닌 배치별이어야 합니다.
• IEC 60243 유전체 강도: ≥ 생산 샘플에서 18kV/mm 이상
• IEC 60112 CTI 테스트: ≥ 오염에 노출된 표면의 경우 600V 이상
• 치수 검사 보고서: Go/No-Go 게이지를 사용한 100% 임계 치수 확인

애플리케이션별 평가 기준

• 산업용 MV 스위치기어(12-24kV): 최소 PD < 10pC, CTI ≥ 400V, IP54 인클로저 호환성
• 전력망 / 35kV 변전소: PD < 5pC, BIL ≥ 185kV, 전체 IEC 62271 유형 테스트 기록
• 재생 에너지 MV 컬렉션: 자외선 안정 수지, IEC 60068-2-14에 따른 열 사이클링 테스트 완료
• 해양/해외: IEC 60068-2-52에 따른 염수 안개 테스트, 소수성 표면 처리 검증 완료
• 열대/고습 환경: 수분 흡수 < 0.1%, 결로 저항 테스트

생산 후 공극 없는 단열재를 보장하는 품질 관리 단계는 무엇입니까?

APG 공정 장비를 갖추고 있더라도 공극 없는 결과물을 얻으려면 엄격한 공정 중 및 출고 품질 관리가 필요합니다. 이는 신뢰할 수 있는 공급업체와 단순히 APG 기능만 주장하는 공급업체를 구분하는 타협할 수 없는 체크포인트입니다.

생산 품질 관리 체크리스트

1. 입고 자재 검사 - 각 생산 실행 전에 수지 점도, 경화제 반응성 및 필러 수분 함량을 확인합니다. 사양을 벗어난 재료는 예기치 않은 보이드 형성의 주요 원인입니다.
2. 진공 가스 제거 검증 - 주입 전 진공 레벨(<1mbar) 및 유지 시간 확인, 추적성을 위한 데이터 기록
3. 사출 압력 모니터링 - 각 촬영 중 실시간 압력 로깅, 편차 ±0.3bar 이상 트리거 프로세스 홀드
4. 금형 온도 검증 - 사이클당 기록된 열전대 데이터, 금형 표면 전체에 걸친 온도 균일성 ±2°C
5. 초도품 검사(FAI) - 각 생산 배치의 첫 번째 부분에 대한 전체 치수 및 PD 테스트
6. 발신 PD 테스트 - 배송 출시 전 1.2 × Um/√3에서 100% PD 테스트 실시

피해야 할 일반적인 품질 관리 실패 사례

• 진공 가스 제거 건너뛰기 사이클 시간 단축 - 명목상 “APG” 부품에서 보이드 함량 상승의 가장 일반적인 원인입니다.
• 오래된 레진 배치 재사용 냄비 수명 초과 - 점도 증가, 금형 충진 완성도 감소, 수축 공극 생성
• 부적절한 금형 유지 관리 - 마모된 금형 표면은 플래시, 치수 편차 및 내부 공극을 가리는 표면 결함을 유발합니다.
• 형식 테스트 인증서를 일괄 증거로 수락하기 - 수년 전 프로토타입에 대해 실시한 형식 테스트가 오늘날의 생산 품질을 인증할 수 없습니다.

구매자를 위한 수신 검사 프로토콜

테스트	방법	허용 기준
부분 방전	IEC 60270	< 1.2 × Um/√3에서 5pC 미만
유전체 강도	IEC 60243	≥ 18kV/mm
절연 저항	IEC 60167	> 2.5kV DC에서 1000MΩ 이상
육안 검사	IEC 60068-2-75	균열, 공극 또는 표면 추적 없음
치수 확인	드로잉 허용 오차	크리티컬 핏에서 ±0.1mm

결론

APG와 기존 주조 사이의 선택은 조달 선호도가 아니라 시스템의 모든 고압 절연 부품의 유전체 무결성, 서비스 수명 및 안전 마진을 직접적으로 결정하는 결정입니다. APG의 가압, 보이드 프리 제조 공정은 기존 주조와는 근본적으로 비교할 수 없는 측정적으로 우수한 부분 방전 성능, 치수 일관성 및 열 등급 기능을 제공합니다.

모든 MV 애플리케이션에 성형 단열재를 지정할 때는 부품 자체만큼이나 부품 뒤에 있는 프로세스가 중요합니다. 항상 APG 기능을 확인하고, 배치 수준의 PD 인증서를 요구하며, 품질 관리 문서를 추가 옵션이 아닌 필수 결과물로 취급해야 합니다.

APG 프로세스와 기존 캐스팅에 대한 FAQ

1. 부분 방전 현상과 그것이 전기 절연 수명에 미치는 영향을 이해합니다. ↩

2. 고전압 애플리케이션에 사용되는 에폭시 수지의 화학적 및 기계적 특성에 대해 알아보세요. ↩

3. 성형 부품의 유전체 강도와 무결성을 결정하는 요인에 대해 알아보세요. ↩

4. 고전압 테스트 기술 및 부분 방전 측정에 대한 국제 표준에 액세스하세요. ↩

5. 레진 수축이 보이드 없는 부품 제조에 미치는 영향에 대한 기술적 세부 정보입니다. ↩