Блог о качестве/конденсаторах
Высоковольтные резисторы для условий высокой влажности с защитным покрытием.
В области проектирования и выбора электронных компонентов немногие факторы окружающей среды представляют собой столь постоянную и коварную проблему, как высокая влажность.
Высоковольтные резисторы для условий высокой влажности с защитным покрытием.
Инженерный ответ
Высокая влажность незаметно ухудшает характеристики обычных высоковольтных резисторов: влага проникает через защитный слой, снижает сопротивление изоляции поверхности, изменяет значение сопротивления и, в конечном итоге, вызывает пробой между выводами. Резистор с толстопленочным покрытием обеспечивает стабильное соотношение делителя напряжения, поскольку покрытие предотвращает электролитическую миграцию и утечку тока через керамический корпус.
- Выбирайте резистор, ориентируясь на напряжение, сопротивление, класс влажности и температурный коэффициент, а не только на номер детали.
- Перед выпуском продукции необходимо проверить сопротивление изоляции и изменение сопротивления после воздействия влажного тепла.
- Подберите тип корпуса, покрытие и расстояние утечки в соответствии с реальными условиями внутри корпуса.
Резюме
Влажность — один из самых стойких врагов высоковольтных цепей. В этой статье рассматривается, как влага воздействует на высоковольтные резисторы, объясняются физические процессы утечки и дрейфа напряжения, сравниваются резисторы с покрытием и без покрытия, а также показано, как плоские и ламповые высоковольтные резисторы с конформным покрытием обеспечивают стабильную работу делителя напряжения в тропических и промышленных условиях.
1. Контекст применения: где воздействие влажности оказывает негативное влияние.
Резистивные цепи высокого напряжения используются в делителях напряжения, разрядных цепях, демпфирующих элементах и коронных пробниках внутри рентгеновских генераторов, электростатических осадителей, источников питания лазеров, медицинских анализаторов и радиолокационных передатчиков. Многие из этих установок расположены в прибрежных, тропических или интенсивных производственных зонах, где относительная влажность превышает 85 процентов в течение нескольких месяцев подряд. В таких условиях сам воздух становится проводящим путем: водяной пар конденсируется на корпусе резистора, образуя электролитическую пленку и создавая путь утечки между высоковольтным концом и землей.
Коэффициент деления падает, когда параллельное сопротивление утечки приближается к значениям делительного элемента, и ошибка проявляется непосредственно в узле измерения или обратной связи. Делитель 1000:1 с верхним элементом 10 ГОм становится бесполезным, когда сопротивление пути утечки падает ниже 10 ГОм. Второй тип отказа — электрохимический: при длительном воздействии постоянного тока влага плюс приложенное напряжение вызывают миграцию ионов вдоль поверхности, что в конечном итоге приводит к образованию проводящей дорожки и пробою.
2. Технические требования к эксплуатации во влажном режиме.
2.1 Сопротивление теплоизоляции после воздействия влажного тепла. Основное требование заключается в том, что изоляция между корпусом резистора, клеммами и монтажной поверхностью должна оставаться высокой после испытания в условиях влажного тепла и установившегося режима работы:
2.2 Стабильность сопротивления. Допустимое отклонение в соответствии с требованиями стандарта IEC 60115 по испытаниям на воздействие влажного тепла обычно составляет ±0.5 процента для использования в прецизионных делителях, и это отклонение должно быть обратимым после высыхания, а не необратимым:
2.3 Температурный коэффициент. Разделитель должен сохранять точность во всем рабочем диапазоне, поскольку покрытие создает влагозащитный барьер, но при этом не должен искажать тепловые характеристики:
2.4 Напряжение и утечка тока. Резистор на 30 кВ, установленный на корпусе диаметром 30 мм, подвергается воздействию напряжения 1 кВ/мм; влажность уменьшает эффективное расстояние пробоя, поэтому запас по утечке и зазор должны быть рассчитаны на влажные, а не сухие условия. Конформное покрытие восстанавливает значительную часть запаса по сухому воздуху за счет герметизации керамической поверхности.
Рис. 1 — Влага создает параллельный путь утечки; покрытие герметизирует его.
3. Проблемы, с которыми сталкиваются инженеры (обратная связь с места событий)
Проблема 1 — Смещение разделительных перегородок в прибрежных сооружениях. «После одного сезона дождей показания делителя 1000:1 были на 3 процента выше нормы». Из-за поверхностной утечки на непокрытых резисторах образовалась пленка влаги; замена на резистор с конформным покрытием HVR восстановила соотношение.
Боль 2 — Вспышка пламени под воздействием конденсата. «Резистор перегорел при половине номинального напряжения, когда вышел из строя осушитель воздуха в шкафу». Конденсированная вода перекрыла зазор между клеммами; покрытие корпуса восстановило запас прочности до расчетного значения.
Боль 3 — Постоянное изменение ценностей. «После воздействия влаги и тепла сопротивление элемента 100 МОм составило 96 МОм и так и не восстановилось». Ионное воздействие внутри незастекленного корпуса необратимо повредило пленку; герметичное покрытие предотвратило проникновение ионов с самого начала.
4. Сравнение компонентов: с покрытием и без покрытия.
| Параметр | HVC HVR конформное покрытие | Непокрытый углерод/пленка |
|---|---|---|
| Сопротивление теплоизоляции после воздействия влажного тепла | ≥ 10 ГОм типичное значение | снижается до диапазона МОм |
| Дрейф сопротивления, 40°C / 93% относительной влажности | ≤ ± 0.5% | ±2–5 % |
| запас прочности при пробоях во влажном воздухе | восстановленный сухой дизайн | эффективный рейтинг уменьшился вдвое |
| Миграция ионов / электролиз | заблокировано покрытием | видимое отслеживание |
5. Выбор и решение HVC
Решение 1 — HVR-Fлат для разделителей. От 5 кВ до 50 кВ, от 100 кОм до 1 ГОм, допуск ±1%, толстопленочный элемент на оксиде алюминия с конформным влагозащитным барьером. Лучший выбор для делителей обратной связи и измерений.
Решение 2 — HVR-Tube для силовых позиций. От 10 кВ до 100 кВ, от 1 МОм до 10 ГОм, повышенная импульсная и импульсная устойчивость для цепей сброса напряжения и разряда в одном и том же влажном корпусе.
Решение 3 — Защита на системном уровне. Сочетание резистора с покрытием с диодом HVD для ограничения переходных процессов и конденсатором HVCT8G для развязки позволяет этой тройке выдерживать влажность до 85%, при этом точность делителя сохраняется.
| Стиль | Серия HVC | Напряжение | Сопротивление |
|---|---|---|---|
| Плоский (XNUMXD) | HVR-Fлат | 5 кВ–50 кВ | 100 кОм – 1 ГОм |
| Труба | HVR-TUbe | 10 кВ–100 кВ | 1МОм–10ГОм |
6. Пример из практики инженерного дела
Источник питания лазера в прибрежной медицинской клинике постоянно терял точность измерений в каждый сезон дождей. В делителе использовались непокрытые угольные резисторы; после 60 дней высокой влажности соотношение 500:1 изменилось на 4.2 процента, и одна из плат перегорела при напряжении 18 кВ вместо 25 кВ. В результате модернизации делитель был заменен на HVR-FБыли установлены конформные элементы с сопротивлением 10 МОм, плата была герметизирована акриловым слоем толщиной 25 мкм, а для входного контроля была предусмотрена выдержка при температуре 40 °C и относительной влажности 93%. После двух циклов муссонов коэффициент деления оставался в пределах 0.2%, перекрытия больше не повторялось, а процент возврата в эксплуатацию снизился с 9% до менее 1%. Вывод таков: проблемы, связанные с влажностью, решаются на границе компонента, а не с помощью программной калибровки.
Два фактора помогли решить проблему. Во-первых, процедура нанесения покрытия была изменена с однократного погружения на двукратное, поскольку исходная пленка истончалась в местах выхода свинца, и влага проникала именно туда. Во-вторых, в систему входного контроля была добавлена 24-часовая выборочная проверка каждой партии на воздействие влаги и тепла, благодаря чему бракованные партии покрытия выявлялись до того, как они поступали в производство. HVR-FВпоследствии эти детали стали стандартным делительным элементом для трех других инструментов в сети клиник, а интервал технического обслуживания делительных плат был увеличен с шести месяцев до двух лет. Увеличение стоимости детали было незначительным, но исчезнувшие вызовы сервисной службы оказались дорогостоящими. Во влажных условиях покрытие не является просто косметическим дополнением; это основная защита от двух типов отказов, которые являются основной причиной возврата высоковольтных резисторов.
7. Рекомендации по проектированию
Во-первых, при высокой влажности в месте установки следует снизить рабочее напряжение как минимум на 20 процентов и поддерживать поверхностное напряжение ниже 0.5 кВ/мм даже при наличии покрытия. Во-вторых, следует устанавливать резистор вдали от мест конденсации и оставлять запас по утечке между корпусом и заземленным металлическим корпусом. В-третьих, необходимо проверить покрытие на выходах выводов, поскольку влага проникает именно в те места, где покрытие самое тонкое. В-четвертых, следует измерять сопротивление изоляции при рабочем напряжении, а не при 500 В, поскольку утечка при напряжении ниже 30 кВ может быть в десять раз больше, чем показание при низком напряжении. Наконец, перед выпуском в производство следует провести полное испытание образцов на воздействие влажного тепла; испытание в стационарном режиме по стандарту IEC 60068-2-78 остается самым дешевым способом выявления слабого покрытия.
8. Рекомендации
- IEC 60068-2-78:2012, Экологические испытания — Часть 2-78: Испытания — Испытательная кабина: Влажное тепло, стационарный режим.
- IEC 60115-1:2020, Фиксированные резисторы для использования в электронном оборудовании — Часть 1: Общие технические условия.
- Дж. Х. Харлоу, «Проектирование силовых электротрансформаторов», 3-е изд., CRC Press, 2012.
- 陈景亮等, 高电压试验技术, 中国电力出版社, 2005.
- Технические характеристики высоковольтного резистора HVC плоского типа. HVC Capacitor, 2024.
- Технические характеристики высоковольтного резистора в трубчатом исполнении (HVC), конденсатора HVC, 2024 год.
Сопутствующие товары HVC
Высоковольтные диоды для оборудования для исследований по обнаружению нейтронов
Следующая →Технические характеристики всех высоковольтных компонентов (скачать)