Kriogeninių kasetinių šildytuvų elektros izoliacijos iššūkiai – ką turėtų žinoti kiekvienas inžinierius
Magnio oksido izoliacija kasetinio šildytuvo viduje atrodo pakankamai paprasta. Jis apsaugo varžos laidą nuo liesties su metaliniu apvalkalu, apsaugodamas nuo elektros trumpų ir leisdamas šilumai tekėti iš laido į apvalkalą. Kambario-temperatūros programose tai veikia nepriekaištingai. Tačiau kriogeninėje temperatūroje izoliacija tampa vienu iš svarbiausių ir pažeidžiamiausių komponentų visoje sistemoje.
Labai{0}}grynas magnio oksidas yra puikus elektros izoliatorius ir šilumos laidininkas. Jis sutankinamas aplink varžos laidą esant aukštam slėgiui, paprastai pasiekiant 3,2 gramo kubiniame centimetre tankį. Esant tokiam tankiui, izoliacija užtikrina dielektrinį stiprumą, pakankamą daugeliui pramoninių pritaikymų, tuo pačiu efektyviai perduodant šilumą nuo varžos laido į apvalkalą.
Problema ta, kad magnio oksidas yra higroskopinis. Jis sugeria drėgmę iš oro. Bet kokie vandens garai, įstrigę šildytuvo korpuse gamybos metu arba laikui bėgant prasiskverbę pro netobulus sandariklius, bus sugerti magnio oksido. Kambario temperatūroje dėl šios drėgmės gali šiek tiek sumažėti izoliacijos varža, tačiau ji retai sukelia tiesioginį gedimą. Kriogeninėje temperatūroje padėtis labai pasikeičia.
Kai vanduo užšąla, jis išsiplečia maždaug devyniais procentais. Sutankinto magnio oksido viduje šis išsiplėtimas sukuria slėgį, kuris sulaužo izoliaciją. Dėl lūžių susidaro tuštumos, kurios sumažina dielektrinį stiprumą ir suteikia elektros sekimo kelius. Pradėjus sekti, izoliacijos varža greitai mažėja, o šildytuvas sugenda.
Sprendimas prasideda nuo gamybos. Aukščiausios kokybės kasetiniuose šildytuvuose, skirtuose kriogeniniam aptarnavimui, naudojamos vakuuminio{1}}pildymo procedūros, kurios pašalina magnio oksido tankinimo tuštumas. Po-gamybinio kepimo{4}}120–150 laipsnių Celsijaus temperatūroje pašalinkite likutinę drėgmę prieš išsiunčiant. Hermetiškas sandarinimas naudojant keramikos{8}}su metalo jungtis arba specializuotus epoksidinius mišinius, neleidžia drėgmei patekti eksploatacijos metu.
Stiklo{0}}į-metaliniai sandarikliai, naudojant geležies-nikelio-kobalto lydinius su suderintais šiluminio plėtimosi koeficientais, sukuria nuolatines, vakuumines{4}}sandarias kliūtis. Šie sandarikliai išlaiko vientisumą per tūkstančius terminių ciklų, kitaip nei standartiniai epoksidiniai sandarikliai, kurie suyra kintant temperatūrai. Vidiniai drėgmės surinkėjai suteikia papildomą apsaugą, sugerdami bet kokią likutinę drėgmę iš gamybos ar nedidelio nuotėkio per visą tarnavimo laiką.
Izoliacijos elektrinis elgesys taip pat kinta kriogeninėje temperatūroje. Esant tokioms temperatūroms standartinis magnio oksidas patiria subtilius kristalinius pokyčius, todėl gali pablogėti dielektrinis stiprumas, kai šiluminio ciklo metu patenka drėgmė. Štai kodėl izoliacijos atsparumo bandymai yra labai svarbūs kriogeninėms reikmėms. Bandymai, atliekami kas ketvirtį, o ne kasmet, nustato drėgmės patekimą prieš prasidedant katastrofiškiems trumpiesiems jungimams.
Išbandžius šaltą, kriogeninio naudojimo kasetinių šildytuvų izoliacijos varža turėtų būti didesnė nei 500 megaomų. Jei vertės mažėja, tai rodo drėgmės patekimą arba izoliacijos pablogėjimą, į kurį reikia nedelsiant atkreipti dėmesį. Mažėjimo tendencija dažnai yra informatyvesnė nei vienas matavimas. Atsparumo tendencijų stebėjimas laikui bėgant atskleidžia lėtus izoliacijos kokybės ir sandariklio vientisumo pokyčius.
Švino išėjimo taškas yra ypač pažeidžiamas drėgmės. Šaltoje aplinkoje terminis ciklas sukelia kondensaciją švino išėjimo taške, kai šiltas, drėgnas oras iš šildytuvo susitinka su šaltu oru iš lauko. Specializuoti kriogeniniai galai apsaugo nuo tokio tipo gedimų. Teflon{3}}izoliuoti švino laidai užtikrina didesnį atsparumą drėgmei nei standartiniai stiklo pluošto ar PVC variantai, tačiau net teflonai turi būti tinkamai užsandarinti, kad drėgmė nepatektų išilgai laidininko.
Įrenginiams, kuriuose veikia kelios kriogeninės sistemos, standartizuotos patikros procedūros sumažina izoliacijos gedimo riziką. Vizuali apžiūra turėtų būti sutelkta į galų vietas ir suvirintąsias jungtis, ieškant spalvos pakitimų, rodančių šiluminį perteklinį įtempimą arba koroziją, rodančią atmosferos užterštumą. Izoliacijos atsparumo bandymai turėtų būti atliekami reguliariais intervalais, o rezultatai dokumentuojami, kad būtų galima atskleisti tendencijas laikui bėgant.
