316 Paslanmaz Çelik Kılıf Duvar Kalınlığı, Yüksek-Nemli Ortamlarda Elektrik Kaçağı Akım Yolu ve Yalıtım Direnci Bozulmasını Nasıl Etkiler?

Dış mekan uygulamalarında, gıda işlemede ve ilaç üretiminde elektrikli daldırma ısıtıcılarla çalışan elektrik güvenliği denetçileri ve kalite güvence mühendisleri, yüksek nem ortamlarında yalıtım direncinin bozulması konusunda her zaman endişe duymaktadır. Direnç telinin etrafındaki magnezyum oksit yalıtımı higroskopiktir, yani kılıf tamamen kapatılmadığında ısıtıcıya enerji verilmediğinde havadaki nemi alır. Emilen nem yalıtım direncini azaltır. Bu, toprak arızası önleme sistemlerini tetikleyebilecek ve aşırı durumlarda elektrik çarpması tehlikelerine neden olabilecek kaçak akımın akmasına neden olur. 316 paslanmaz çelikten oluşan kılıf malzemesinin duvar kalınlığı, hem nem giriş oranını hem de kaçak akım için elektrik kanalı uzunluğunu etkiler. Bu makale, kılıf duvar kalınlığı, nem difüzyonu ve yalıtım direnci bozulma ilişkilerini değerlendirmekte ve yüksek nem hizmeti için seçim önerileri sunmaktadır.

316SS Kılıflar ve Uç Contalar Yoluyla Nem Difüzyonu
Su buharı, 316 paslanmaz çeliğin kılıf duvarından veya direnç telinin kılıftan çıktığı uç contalardan geçerek MgO yalıtımına nüfuz edebilir. 316 paslanmaz çeliğin su buharına karşı geçirgenliği çok düşüktür ancak sıfır değildir. 40 derecede ve %100 bağıl nemde 1,0 mm kalınlıktaki 316'ya sabit durum su buharı nüfuz etme oranı 0,001 g/m2/gün civarındadır. Bu, bir yıl içinde kılıf yüzeyinin metrekaresi başına 0,4 gramdan daha az suyun yayılması anlamına gelir; bu, normal ısıtıcı boyutları için göz ardı edilebilir bir rakamdır. Nemin ana sızma mekanizması, özellikle kılıf, MgO ve seramik terminal boncukları arasındaki temasta olmak üzere uç contalardaki mikroskobik gözeneklerden geçer. 1,0 mm'nin altındaki ince duvarlı kılıflar için, kılıfın mekanik uyumu, MgO'ya nemli hava pompalayan uç contalardaki boşlukları açıp kapatan termal döngü sırasında küçük deformasyona izin verir. Bununla birlikte, daha fazla sertlikleri, 1,8 mm'nin üzerindeki kalın duvarlı kılıflar için bu pompalama eylemini yasaklayarak, nem giriş oranlarını 5 ila 10 kat azaltır. Dolayısıyla duvar kalınlığının nem girişi üzerindeki etkisi dolaylıdır, ancak önemlidir: daha kalın duvarlar, termal döngü altında uç contanın bütünlüğünü daha iyi korur.

Kılıf Et Kalınlığı ve Kaçak Akımın Yol Uzunluğu
Nem MgO'ya nüfuz ettiğinde yalıtım direnci azalır çünkü su molekülleri MgO taneciklerinin yüzeyi boyunca iletken kanallar oluşturur. Direnç telinden topraklanmış 316 kılıfa kadar olan elektrik sızıntısı akımı, MgO katmanı boyunca radyal olarak yönlendirildi. Bu yolun direnci R=rho x ln(r2/r1) / (2 pi L)'dir; burada rho nemli MgO'nun direncidir, r2 ve r1 MgO katmanının dış ve iç yarıçaplarıdır ve L ısıtılmış uzunluktur. Kılıf duvar kalınlığının arttırılması aslında belirli bir dış kılıf çapı ve sabit direnç teli çapı için MgO katmanının kalınlığını azaltır çünkü kılıf daha fazla radyal alan kaplar. Daha kalın duvar, tel ve kılıf arasında daha az MgO anlamına gelir. Bu daha küçük radyal mesafe, belirli bir nem içeriği için daha düşük bir yalıtım direncine yol açar ve dolayısıyla kaçak akım sorunlarını daha da kötüleştirir. Örneğin, 10 mm dış çaplı bir kılıfı ve 3 mm çaplı bir direnç telini düşünün. MgO katmanının kalınlığı 10 - 2×1.0 - 3=5 mm, duvar kalınlığı ise 1,0 mm'dir. 2,0 mm et kalınlığı ile MgO katman kalınlığı 10 - 4 - 3=3 mm'dir. Daha ince MgO katmanı, aynı MgO direnci için radyal yalıtım direncini yaklaşık %40 azaltır. Bu nedenle kalın duvarlı kılıflar, kaçak akım kanalını tıkayacak daha az MgO olduğundan, nem sızması durumunda düşük yalıtım direncine karşı daha savunmasızdır.

Uç Contası Bütünlüğü için Kritik Duvar Kalınlığı
Aşağıdaki tablo, uzun süreli depolama veya boşta kalma süresinden sonra beklenen termal döngü frekansına ve ihtiyaç duyulan yalıtım direncine bağlı olarak yüksek nem durumları için elektrikli daldırma ısıtıcılar için önerilen 316 kılıf duvar kalınlıklarını vermektedir. Değerler, seramik boncuklar ve epoksi veya silikon contalar içeren tipik uç conta yapısını varsaymaktadır.

Nem Ortamı Yıllık Beklenen Isı Döngüsü Sayısı Önerilen Minimum 316 Duvar Kalınlığı Önerilen Maksimum 316 Duvar Kalınlığı Yüksek Nemde Bir Yıl Sonra Beklenen Yalıtım Direnci Nem Penetrasyon 2. Baskın Mekanizmalar
Ara sıra yüksek nem (%50'den az)100 0.8 mm'nin altında 1,6 mm 100 megohm'un üzerinde Uç conta difüzyonu
Sürekli yüksek nem (%80-100 RH)100 1.0 mm'den az 2,0 mm 50 - 200 megohm Difüzyon Ucu contası
Günlük termal döngüyle sürekli yüksek nem 200 – 500 1.4 mm 2,5 mm 10 – 100 megohm Uç contalarda termal pompalama
Yoğunlaşan nem (sık yıkama veya çiy) 100 – 300 1.6 mm 2,5 mm 5 – 50 megohm Termal pompalama ve doğrudan giriş
Nem Sıkıştırma Basınçlı YıkamaHerhangi bir 2,0 mm 2,5 mm 1 – 20 megohm Hermetik conta gereklidir, doğrudan su girişi
Any humidity Heater always on Any 0.8 mm 2.5 mm >1.000 megohm Isı nemi giderir; bozulma yok
Bununla birlikte, MgO katman kalınlığı azalsa bile, sürekli yüksek nem ve sık sıcaklık döngüsü olan uygulamalar için 1,6 mm veya daha kalın bir 316 kılıf tavsiye edilir. Uç conta bütünlüğünün avantajı, sızıntı yolu uzunluğunun azalması dezavantajının üstesinden gelir. Bu gibi ortamlarda mühendisler aynı zamanda neme dayanıklı bir uç conta tasarımı da belirtmelidir; örneğin hermetik camdan-metale{- bir conta veya ara kurutma odalı çift epoksi bariyer.

İnce-Duvarlı Kılıfların Yalıtım Direncinin İyileştirilmesine Yönelik Değişikliklerin Tasarlanması
İnce duvarlı 316 kılıfın-yüksek-nem koşullarında<1.2 mm is generally employed for thermal response reasons, three design adjustments exist for maintaining insulation resistance. The first is to apply a moisture barrier coating over the whole sheath and end seal assembly. A conformal coating of parylene or silicone, 50 to 100 microns thick, reduces moisture intrusion by a factor of 10 to 50. The second change is the fitting of a low wattage stand-by heater circuit to maintain the sheath temperature at 50-60 deg C when idling. This keeps the MgO heated enough to avoid condensation of moisture and chases off any water that has been absorbed. Normally the power required is 5-10% of the full heater rating. The third change is the addition of a desiccant filled breather vent to the terminal housing. The desiccant takes moisture before it can get to the end seals. A color-indicating desiccant will change colour when saturated, so that it may be seen inspected and replaced in a timely manner. For essential applications where insulation resistance below 1 megohm can pose a safety threat, engineers should design a heater-service-rated ground fault circuit interrupter. If the MgO insulation has decayed, this provides some protection if there is a leakage over 5-30 mA the GFCI trips. When ordering heaters for high humidity locations, always obtain the insulation resistance test results after 48 hours exposure to 95% relative humidity at 40°C. Most industrial uses call for a heater that will hold 10 megohms or higher under these conditions. If the heater is below 1 megohm it may need more sealing or a different wall thickness.