กระบวนการเจลอัตโนมัติด้วยแรงดันเทียบกับการหล่อแบบดั้งเดิม

บทนำ

ทุกชิ้นส่วนฉนวนที่ขึ้นรูปจะมีลักษณะเหมือนกันจากภายนอก ความแตกต่างที่แท้จริง — ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดว่าสวิตช์เกียร์ 35kV ของคุณจะทำงานได้อย่างเชื่อถือได้เป็นเวลา 25 ปีหรือล้มเหลว การคายประจุบางส่วน¹ การทดสอบในปีที่สอง — มองไม่เห็น มันอาศัยอยู่ภายในวัสดุ ในระดับจุลภาค ในรูปแบบของช่องว่าง.

กระบวนการผลิตที่ใช้ในการหล่อ เรซินอีพ็อกซี² ฉนวนเป็นตัวกำหนดปริมาณช่องว่างโดยตรง, ความสมบูรณ์ของไดอิเล็กทริก³, และความน่าเชื่อถือในระยะยาว — และระบบ Automatic Pressure Gelation (APG) ให้ประสิทธิภาพเหนือกว่าการหล่อแบบดั้งเดิมในทุกพารามิเตอร์ที่สามารถวัดได้.

สำหรับวิศวกรไฟฟ้าที่ระบุฉนวนแบบหล่อ และผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อที่ประเมินความสามารถของผู้จัดจำหน่าย การเข้าใจความแตกต่างของกระบวนการระหว่าง APG และการหล่อแบบดั้งเดิมไม่ใช่ทางเลือก — มันเป็นพื้นฐานของการควบคุมคุณภาพอย่างมีข้อมูล ส่วนประกอบที่ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาแต่ถูกหล่อโดยใช้วิธีการเทเปิดที่ไม่มีการควบคุมอาจมีช่องว่างภายในที่กลายเป็นแหล่งกำเนิดการคายประจุบางส่วนทันทีที่ระบบมีพลังงาน.

บทความนี้ให้การเปรียบเทียบทางเทคนิคอย่างเข้มงวดของกระบวนการผลิตทั้งสอง ซึ่งมีผลกระทบโดยตรงต่อการเลือกฉนวนไฟฟ้าแรงดันปานกลางและการคัดเลือกผู้จัดจำหน่าย.

สารบัญ

• อะไรคือกระบวนการหล่อแบบ APG และแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตฉนวนแบบหล่อ?
• กระบวนการทั้งสองแตกต่างกันอย่างไรในด้านการควบคุมการเกิดโพรงอากาศและประสิทธิภาพทางไดอิเล็กทริก?
• วิธีการประเมินคุณภาพกระบวนการผลิตเมื่อจัดหาฉนวนกันความร้อนแบบขึ้นรูป?
• ขั้นตอนควบคุมคุณภาพใดที่รับประกันการมีฉนวนกันความร้อนปราศจากโพรงอากาศหลังการผลิต?

อะไรคือกระบวนการหล่อแบบ APG และแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตฉนวนแบบหล่อ?

เพื่อที่จะเข้าใจว่าทำไมการเลือกกระบวนการจึงมีความสำคัญ เราต้องมาเริ่มจากการกำหนดให้ชัดเจนก่อนว่าเกิดอะไรขึ้นภายในแต่ละวิธีการผลิตในระหว่างช่วงการเกิดเจลที่สำคัญ.

การเจลอัตโนมัติด้วยแรงดัน (APG)

APG เป็นกระบวนการหล่อแบบปิดแม่พิมพ์ที่มีแรงดันเสริม ซึ่งได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการผลิตฉนวนเรซินอีพ็อกซี่ประสิทธิภาพสูง ลำดับขั้นตอนของกระบวนการมีดังนี้:

1. การผสม: เรซินอีพ็อกซี่ สารทำให้แข็งตัวแบบไม่มีน้ำ และสารเติมแต่ง ATH ถูกวัดและผสมอย่างแม่นยำภายใต้สภาวะสูญญากาศเพื่อกำจัดอากาศที่ละลายอยู่
2. การฉีด: ส่วนผสมที่ผ่านการกำจัดก๊าซแล้วจะถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์เหล็กที่ผ่านการอุ่นล่วงหน้า (80–120°C) ภายใต้ความดันที่ควบคุม (โดยทั่วไป 3–6 บาร์)
3. การเจลตัวภายใต้ความดัน รักษาความดันให้คงอยู่ตลอดระยะการเกิดเจล โดยชดเชยการหดตัวตามปริมาตรที่เกิดขึ้นเมื่อเรซินเกิดการเชื่อมโยงข้าม
4. การถอดแบบ ส่วนที่เป็นเจลเต็มรูปแบบจะถูกปล่อยออกมาภายใน 8–15 นาที และทำการบ่มหลังการอบในเตาอบ

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของ APG:

• แรงดันฉีด: 3–6 บาร์
• อุณหภูมิแม่พิมพ์: 80–120°C
• เวลาในการผลิตต่อชิ้น: 8–15 นาที
• เนื้อหาที่เป็นโมฆะ: < 0.1%
• ความคลาดเคลื่อนเชิงมิติ: ±0.1 มม.

การหล่อด้วยแรงโน้มถ่วงแบบดั้งเดิม

การหล่อแบบดั้งเดิมอาศัยแรงโน้มถ่วงในการเติมช่องแม่พิมพ์ด้วยเรซินผสม โดยไม่มีการใช้แรงดัน:

1. การผสม: เรซินและสารทำให้แข็งตัวถูกผสมเข้าด้วยกัน — มักจะไม่ได้ทำการกำจัดอากาศด้วยสุญญากาศ
2. การเท: ส่วนผสมถูกเทด้วยมือหรือกึ่งอัตโนมัติลงในแม่พิมพ์ที่เปิดหรือปิดหลวมๆ
3. การบำบัดด้วยสิ่งแวดล้อม ชิ้นงานจะแห้งตัวที่อุณหภูมิห้องหรือในเตาอบที่อุณหภูมิต่ำเป็นเวลา 4–8 ชั่วโมง
4. การถอดแบบ ส่วนที่ผ่านการอบแห้งแล้วจะถูกนำออกและอาจต้องมีการกลึงเพิ่มเติมอย่างมาก

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของการหล่อแบบดั้งเดิม:

• แรงกดที่ใช้: ไม่มี (ใช้แรงโน้มถ่วงเท่านั้น)
• อุณหภูมิในการบ่ม: 20–80°C
• เวลาในการผลิตต่อชิ้น: 4–8 ชั่วโมง
• เนื้อหาที่เป็นโมฆะ: 0.5–3%
• ค่าความคลาดเคลื่อนเชิงมิติ: ±0.5 มม. หรือมากกว่า

ความแตกต่างทางโครงสร้างนั้นพื้นฐาน: APG ชดเชยการหดตัวของเรซินระหว่างการเกิดเจลโดยการจ่ายวัสดุที่มีแรงดันอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่การหล่อแบบดั้งเดิมอนุญาตให้ช่องว่างจากการหดตัวเกิดขึ้นได้อย่างอิสระในทุกที่ที่เรซินแข็งตัวก่อน.

กระบวนการทั้งสองแตกต่างกันอย่างไรในด้านการควบคุมการเกิดโพรงอากาศและประสิทธิภาพทางไดอิเล็กทริก?

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพระหว่าง APG กับการหล่อแบบดั้งเดิมไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย — มันคือความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนที่ตรงตาม IEC 60270⁴ ข้อกำหนดเกี่ยวกับการปลดปล่อยบางส่วน และอุปกรณ์ที่ไม่ผ่านข้อกำหนดดังกล่าวเมื่อใช้งานที่แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน.

ฟิสิกส์ของการเกิดช่องว่าง

ในระหว่างการบ่มของอีพ็อกซี่ เรซินจะผ่านกระบวนการ การหดตัวเชิงปริมาตร⁵ ประมาณ 2–5% ในกระบวนการหล่อแบบดั้งเดิม การหดตัวนี้จะก่อให้เกิดโพรงขนาดเล็กมาก — โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุดสุดท้ายที่แข็งตัว ซึ่งมักเป็นจุดศูนย์กลางทางเรขาคณิตและส่วนที่มีหน้าตัดหนาของชิ้นงาน โพรงเหล่านี้มีขนาดตั้งแต่ 10 ไมโครเมตรไปจนถึงหลายมิลลิเมตรในเส้นผ่านศูนย์กลาง.

ในสนามไฟฟ้าแรงสูง ช่องว่างจะแสดงพฤติกรรมเป็นความไม่ต่อเนื่องแบบความจุไฟฟ้า เมื่อความเข้มของสนามไฟฟ้าภายในช่องว่างเกินกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ช่องว่างจะทนได้ (โดยทั่วไปคือ 3 กิโลโวลต์ต่อมิลลิเมตรสำหรับอากาศ) จะเกิดการปลดปล่อยประจุบางส่วน (Partial Discharge) ขึ้น แต่ละเหตุการณ์ของการปลดปล่อยประจุจะกัดกร่อนเมทริกซ์อีพ็อกซี่โดยรอบ ทำให้ช่องว่างขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งเกิดการแตกตัวทางไดอิเล็กทริกอย่างสมบูรณ์.

APG ขจัดกลไกนี้โดยการรักษาแรงดันภายนอกตลอดกระบวนการเจล ทำให้เรซินใหม่ไหลเข้าสู่บริเวณที่หดตัวก่อนที่ช่องว่างจะก่อตัวขึ้น.

การเปรียบเทียบทางเทคนิคแบบตัวต่อตัว

พารามิเตอร์	กระบวนการ APG	การหล่อแบบดั้งเดิม
เนื้อหาที่เป็นโมฆะ	< 0.11 เทียบเท่าเพทา (10^15) เทียบเท่าเพทา	0.5–3.0%
ระดับการคายประจุบางส่วน	< 5 พิโคคูลอมบ์	20–200 พิโควูลแบนด์
ความแข็งแรงไดอิเล็กทริก	≥ 18 กิโลโวลต์/มิลลิเมตร	12–15 กิโลโวลต์ต่อเมตร
ความคลาดเคลื่อนเชิงมิติ	±0.1 มม.	±0.5 มม.
ผิวสำเร็จ	เรียบเนียน คมชัดด้วยรูปทรงที่ชัดเจน	หยาบ ต้องผ่านการกลึง
เวลาในการหมุนเวียน	8–15 นาที	4–8 ชั่วโมง
ระดับความร้อนที่สามารถทำได้	F (155°C) / H (180°C)	E (120°C) / B (130°C)
ความสม่ำเสมอของการกระจายตัววัสดุเติม	มีความสม่ำเสมอสูง	ตัวแปร (ความเสี่ยงในการชำระหนี้)
ความสามารถในการทำซ้ำ (Cpk)	> 1.67	น้อยกว่า 1.0

กรณีลูกค้า: ความล้มเหลวด้านคุณภาพที่สืบย้อนกลับไปยังกระบวนการหล่อ

วิศวกรโครงการที่ทำงานกับผู้รับเหมา EPC ติดต่อเราหลังจากประสบปัญหาความล้มเหลวของฉนวนซ้ำๆ ในโครงการสถานีย่อยอุตสาหกรรม 24kV ในตะวันออกกลางชิ้นส่วนฉนวนที่ขึ้นรูปสามชิ้น — ซึ่งซื้อจากซัพพลายเออร์ที่เสนอราคาต่อหน่วยต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ — ล้มเหลวในการทดสอบ PD ที่เข้ามาที่ 1.2 × Um/√3 การตัดชิ้นส่วนที่ล้มเหลวเผยให้เห็นโพรงที่มองเห็นได้ถึง 1.5 มม. ในหน้าตัดแกนกลาง ซึ่งเป็นลักษณะที่ชัดเจนของการหล่อด้วยแรงโน้มถ่วงแบบดั้งเดิมโดยไม่มีการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศ.

หลังจากเปลี่ยนมาใช้ฉนวนแบบขึ้นรูปที่ผลิตโดย APG ของ Bepto พร้อมรายงานผลการทดสอบ PD ตามมาตรฐาน IEC 60270 แบบครบถ้วนต่อแต่ละล็อต วิศวกรคนเดิมได้ยืนยันว่าไม่พบความล้มเหลวด้าน PD ในชิ้นส่วนทั้ง 60 ชิ้นตลอดสองเฟสของโครงการถัดไป ต้นทุนของความเสียหายที่เกิดขึ้นจากปัญหาในครั้งแรก—ซึ่งรวมถึงความล่าช้าของโครงการ การทดสอบซ้ำ และการจัดหาใหม่—สูงกว่าส่วนต่างราคาของทั้งสองซัพพลายเออร์อย่างมาก.

วิธีการประเมินคุณภาพกระบวนการผลิตเมื่อจัดหาฉนวนกันความร้อนแบบขึ้นรูป?

การรู้ว่า APG ดีกว่านั้นมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อคุณสามารถยืนยันได้ว่าซัพพลายเออร์ของคุณใช้มันจริง ในทางปฏิบัติ ซัพพลายเออร์หลายรายอ้างว่ามีความสามารถในการใช้ APG แต่ไม่มีการควบคุมกระบวนการเพื่อส่งมอบผลลัพธ์ที่ปราศจากโพรงอย่างสม่ำเสมอ นี่คือกรอบการประเมินที่มีโครงสร้าง.

ขั้นตอนที่ 1: ตรวจสอบอุปกรณ์กระบวนการ

• ยืนยันการมีอยู่ของเครื่อง APG: ขอรูปถ่ายจากโรงงานหรือหลักฐานการตรวจสอบเกี่ยวกับอุปกรณ์ฉีดขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิดที่มีระบบควบคุมแรงดัน
• ตรวจสอบความสามารถในการผสมแบบสุญญากาศ: การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศของเรซินก่อนการฉีดเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับปริมาณช่องว่าง < 0.1%
• การควบคุมอุณหภูมิของแม่พิมพ์: การให้ความร้อนแม่พิมพ์ด้วยความแม่นยำ (±2°C) จำเป็นสำหรับการเกิดเจลที่สม่ำเสมอ

ขั้นตอนที่ 2: ทบทวนเอกสารกระบวนการ

• แผนการควบคุมกระบวนการ (PCP): บันทึกแรงดันการฉีดเอกสาร, อุณหภูมิแม่พิมพ์, เวลาในการผลิต, และอัตราส่วนวัสดุสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์
• บันทึกการควบคุมกระบวนการทางสถิติ (SPC): Cpk > 1.67 บนมิติที่สำคัญบ่งชี้ว่ากระบวนการผลิตได้รับการควบคุม
• การตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุ: หมายเลขชุดเรซินต้องสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังบันทึกการตรวจสอบสินค้าขาเข้าได้

ขั้นตอนที่ 3: ขอการรับรองการทดสอบตามข้อกำหนดต่อชุดการผลิต

• การทดสอบการคายประจุบางส่วนตามมาตรฐาน IEC 60270: PD < 5 pC ที่ 1.2 × Um/√3 — ต้องเป็นต่อชุดการผลิต ไม่ใช่เฉพาะต่อประเภทการออกแบบเท่านั้น
• IEC 60243 ความแข็งแรงทางไดอิเล็กทริก: ≥ 18 กิโลโวลต์/มิลลิเมตร บนตัวอย่างการผลิต
• การทดสอบ CTI ตามมาตรฐาน IEC 60112: ≥ 600V สำหรับพื้นผิวที่สัมผัสกับมลภาวะ
• รายงานการตรวจสอบมิติ: 100% การตรวจสอบขนาดที่สำคัญด้วยเกจ Go/No-Go

เกณฑ์การประเมินเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชัน

• สวิตช์เกียร์แรงดันสูงสำหรับอุตสาหกรรม (12–24kV): ค่า PD ขั้นต่ำ < 10 pC, CTI ≥ 400V, ความเข้ากันได้กับตู้กันน้ำกันฝุ่นระดับ IP54
• ระบบโครงข่ายไฟฟ้า / สถานีไฟฟ้าย่อย 35kV: PD < 5 pC, BIL ≥ 185kV, บันทึกการทดสอบประเภท IEC 62271 อย่างครบถ้วน
• การเก็บรวบรวมข้อมูลพลังงานหมุนเวียนขนาดกลาง เรซินที่ทนต่อรังสียูวี, การทดสอบการเปลี่ยนอุณหภูมิตามมาตรฐาน IEC 60068-2-14
• ทางทะเล / นอกชายฝั่ง: ทดสอบหมอกเกลือตามมาตรฐาน IEC 60068-2-52, การเคลือบผิวแบบกันน้ำได้รับการตรวจสอบแล้ว
• สภาพแวดล้อมเขตร้อน / ความชื้นสูง: การดูดซับน้ำ < 0.1%, การทดสอบการต้านการควบแน่น

ขั้นตอนควบคุมคุณภาพใดที่รับประกันการมีฉนวนกันความร้อนปราศจากโพรงอากาศหลังการผลิต?

แม้จะมีอุปกรณ์กระบวนการ APG ติดตั้งแล้ว การผลิตที่ปราศจากโพรงอากาศยังคงต้องการการควบคุมคุณภาพอย่างเคร่งครัดทั้งในกระบวนการและก่อนส่งออก นี่คือจุดตรวจสอบที่ไม่สามารถต่อรองได้ซึ่งแยกผู้จัดหาที่เชื่อถือได้ออกจากผู้ที่เพียงแค่อ้างว่ามีความสามารถใน APG.

รายการตรวจสอบคุณภาพการผลิต

1. การตรวจสอบวัสดุขาเข้า — ตรวจสอบความหนืดของเรซิน ปฏิกิริยาของสารทำให้แข็ง และความชื้นของสารเติมเต็มก่อนการผลิตแต่ละครั้ง; วัสดุที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเป็นสาเหตุหลักของการเกิดโพรงที่ไม่คาดคิด
2. การตรวจสอบการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศ — ยืนยันระดับสุญญากาศ (< 1 มิลลิบาร์) และเวลาในการคงไว้ก่อนการฉีด; บันทึกข้อมูลเพื่อการตรวจสอบย้อนกลับ
3. การตรวจสอบแรงดันการฉีด — บันทึกแรงดันแบบเรียลไทม์ในแต่ละช็อต; ความเบี่ยงเบน > ±0.3 บาร์ จะทำให้กระบวนการหยุดชั่วคราว
4. การตรวจสอบอุณหภูมิแม่พิมพ์ — ข้อมูลเทอร์โมคัปเปิลที่บันทึกต่อรอบ; ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิทั่วพื้นผิวแม่พิมพ์ ±2°C
5. การตรวจสอบชิ้นงานต้นแบบ (FAI) — การทดสอบแบบเต็มมิติและ PD สำหรับชิ้นส่วนแรกของทุกชุดการผลิต
6. การทดสอบ PD ที่กำลังจะสิ้นสุด — 100% การทดสอบ PD ที่ 1.2 × Um/√3 ก่อนการปล่อยสินค้า

ข้อผิดพลาดในการควบคุมคุณภาพที่พบบ่อยและควรหลีกเลี่ยง

• ข้ามการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศ เพื่อลดเวลาในการผลิต — ซึ่งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการมีปริมาณช่องว่างสูงในชิ้นส่วนที่ระบุว่าเป็น “APG”
• การนำชุดเรซินเก่ากลับมาใช้ใหม่ เกินอายุการใช้งานของน้ำยา — เพิ่มความหนืด, ลดความสมบูรณ์ของการเติมแม่พิมพ์, สร้างโพรงจากการหดตัว
• การบำรุงรักษาเชื้อราไม่เพียงพอ — พื้นผิวแม่พิมพ์ที่สึกหรอทำให้เกิดแฟลช ความคลาดเคลื่อนของขนาด และข้อบกพร่องบนพื้นผิวที่บดบังโพรงภายใน
• ยอมรับใบรับรองการทดสอบประเภทเป็นหลักฐานของชุดการผลิต — การทดสอบประเภทที่ดำเนินการเมื่อหลายปีก่อนบนต้นแบบไม่ได้รับรองคุณภาพการผลิตในปัจจุบัน

ระเบียบการตรวจสอบสินค้าขาเข้าสำหรับผู้ซื้อ

ทดสอบ	วิธีการ	เกณฑ์การยอมรับ
การคายประจุบางส่วน	IEC 60270	< 5 pC ที่ 1.2 × Um/√3
ความแข็งแรงไดอิเล็กทริก	IEC 60243	≥ 18 กิโลโวลต์/มิลลิเมตร
ความต้านทานฉนวน	IEC 60167	> 1000 เมกะโอห์ม ที่ 2.5kV DC
การตรวจสอบด้วยสายตา	IEC 60068-2-75	ไม่มีรอยแตก รอยพรุน หรือร่องรอยบนพื้นผิว
การตรวจสอบมิติ	การวาดแบบความคลาดเคลื่อน	±0.1 มม. สำหรับการประกอบที่สำคัญ

สรุป

การเลือกใช้ระหว่าง APG และการหล่อแบบดั้งเดิมไม่ใช่ความชอบในการจัดซื้อ — แต่เป็นการตัดสินใจที่กำหนดความสมบูรณ์ของตัวกลางไฟฟ้า, อายุการใช้งาน, และขอบเขตความปลอดภัยของทุกชิ้นส่วนฉนวนแรงดันปานกลางในระบบของคุณโดยตรง กระบวนการผลิตแบบกดดันและปราศจากช่องว่างของ APG มอบประสิทธิภาพการปล่อยประจุบางส่วนที่เหนือกว่าอย่างเห็นได้ชัด, ความสม่ำเสมอของขนาด, และความสามารถในการทนความร้อนที่แบบหล่อดั้งเดิมไม่สามารถเทียบเคียงได้อย่างแท้จริง.

เมื่อระบุฉนวนแบบขึ้นรูปสำหรับการใช้งาน MV ใดๆ กระบวนการเบื้องหลังชิ้นส่วนมีความสำคัญพอๆ กับตัวชิ้นส่วนเอง — ตรวจสอบความสามารถของ APG เสมอ, เรียกร้องใบรับรอง PD ระดับแบตช์, และถือว่าเอกสารการควบคุมคุณภาพเป็นสิ่งที่ต้องส่งมอบ ไม่ใช่สิ่งที่เพิ่มเติมตามความสมัครใจ.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับกระบวนการ APG เทียบกับการหล่อแบบดั้งเดิม

1. เข้าใจปรากฏการณ์ของการคายประจุบางส่วนและผลกระทบต่ออายุการใช้งานของฉนวนไฟฟ้า. ↩

2. สำรวจคุณสมบัติทางเคมีและทางกลของเรซินอีพ็อกซี่ที่ใช้ในงานที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง. ↩

3. เรียนรู้เกี่ยวกับปัจจัยที่กำหนดความแข็งแรงทางไดอิเล็กทริกและความสมบูรณ์ของส่วนประกอบที่ขึ้นรูป. ↩

4. เข้าถึงมาตรฐานสากลสำหรับเทคนิคการทดสอบแรงดันสูงและการวัดการปลดปล่อยประจุบางส่วน. ↩

5. รายละเอียดทางเทคนิคเกี่ยวกับวิธีที่การหดตัวของเรซินส่งผลต่อการผลิตชิ้นส่วนที่ปราศจากโพรงอากาศ. ↩