تجربه جهانی با مقره­های کامپوزیتی امروزه به موازات کلاههک و پین عایق­ها، با تعدادی بیش از ۲۰ میلیون قطعه­ی در حال خدمات رسانی، در نظر گرفته شده است. این جمعیت از لحاظ طراحی، مواد و روش­های تولید از عایق­های نسل های مختلف تشکیل شده است. در ابتدا ، عدم درک کامل فن آوری کامپوزیت، همانطور که برای برخی از عایق های نسل ۱ و ۲ معمولی بود، منجر به بروز مشکلات کیفیتی از جمله آب بندی ضعیف ، نقص در رابط بین میله هسته و محفظه پلیمری، تخلیه الکتریکی از پایین، ردیابی میله، شکستگی و ترک خوردگی شد. این نقایص مورد تأیید، مورد بررسی و باعث سرانجام بهتری در نسل های بعدی قرار گرفت. در حقیقت ، با توجه به یک پروژه بین المللی در مورد تشخیص و عیب یابی به کمک مادون قرمز ، که در سال ۲۰۰۲ به پایان رسید، باید به آزمایش عایق­ها با شبیه سازی عایق­های دارای نقص شده عمداً اعتماد کرد، زیرا هیچ نمونه معیوبی در آن زمان نمی­توانست در حال خدمات رسانی باشد. اما اخیراً، در نتیجه رشد سریع تولید و ورود بسیاری از رقبای جدید به این بازار ، مقره­های کامپوزیتی این روزها می­توانند از کیفیت های بسیار متفاوتی برخوردار باشند. در نتیجه ، موضوع کیفیت رابط بین میله فایبرگلاسی و محفظه پلاستیکی سیلیکون از اهمیت جدیدی برخوردار شده است. در واقع، چندین تحقیق در زمان خدمات رسانی و همچنین پس از آن تأیید کرده­اند که علت اصلی بسیاری از نارسایی های اخیر در این زمینه، چسبندگی ضعیف در این رابط بحرانی بوده است. این امر به روشنی توسط آزمایش های چسبندگی غیر استاندارد آشکار شد، اما نه با آزمایش­های مبتنی بر استاندارد IEC موجود برای تأیید صحت واسط ها. بنابراین، کیفیت به عنوان خصوصیتی کاملاً مطابق با استانداردهای IEC موجود در رابطه با چنین عایق هایی در نظر گرفته نشده است. در سال ۲۰۰۸ ، استانداردهای اصلی محصول برای مقره­های خط کامپوزیت (IEC 61109 و IEC 61952) برای تراز کردن با نسخه اول IEC 62217 اصلاح شد – استانداردی که در مورد همه عایق های کامپوزیت فشار قوی اعمال می شود و تست های متداول از جمله تست رابط، آزمون هسته، آزمایش های محفظه و غیره را پیشنهاد و به آن تأکید می­کند. استاندارد IEC 62217 آخرین بار در سال ۲۰۱۲ مورد بازبینی قرار گرفت، با تغییراتی که عمدتا در آزمون پیری UV و تست های نفوذ رنگ انجام شد. علاوه بر این، هر دو آزمایش چرخ و تنش چندگانه به گزارش فنی IEC منتقل شدند. در حال حاضر استاندارد IEC 62217 توسط MT19 TC36 دوباره مورد بازبینی قرار گرفته است. می توان در نظر گرفت که استانداردهای IEC که در بالا به آن­ها اشاره شد، از دانش به دست آمده در یک دهه یا همین حدود استفاده کرده­اند و چندین آزمایش کماکان در IEC 61109 از زمان معرفی آن­ها در نسخه اول تا کنون تا حد زیادی بدون تغییر مانده­اند. به نظر می­رسد نیاز به بررسی دقیق این استانداردهای IEC ، به ویژه با توجه به تجربه اخیر در زمینه­های گزارش شده ، وجود داشته باشد.

با توجه به این موضوع ، گروهی از ۹ شرکت برق اروپایی ، یعنی Amprion در آلمان ، الیا گروپ در بلژیک و آلمان ، E.ON در سوئد ، ESB در ایرلند ، Fingrid در فنلاند ، REE در اسپانیا ، Statnett در نروژ ، Svenska Kraftnät و Vattenfall در سوئد ، یک پروژه تحقیقاتی مشترک را آغاز کرد. یكی از اهداف اصلی آن­ها تهیه­ی تست قوی و مؤثر برای ارزیابی سطح چسبندگی بود. ایگور گوتمن ، آندریاس درنفالک و پیتر سیددنوال از یک گروه تخصصی عایق مستقل در سوئد گزارشی از آنچه در ابتدا انجام شده بود، ارائه می­دهند. انتشارات بیشتری از این پروژه در طی سالهای ۲۰۱۹-۲۰۲۰ وارد می­شود.

 

بررسی و تحقیق­های زمان خدمات رسانی و پس از آن

در بازرسی­های اخیر عایق­های پست برق کامپوزیتی، مشخص شد که در بعضی موارد، کرونای مشاهده شده توسط دوربین UV ، نه تنها در نزدیکی فلنج رخ می­دهد (که ممکن است به دلیل میدان الکتریکی بالا معمولی باشد) بلکه در مکان هایی با فاصله و در انتهای ولتاژ بالا قرار دارد. (شکل ۱ سمت چپ را ببینید). با بازرسی از همین عایق ها به کمک دوربین IR، نقاط داغ در مکان­هایی که پدیده کرونا کشف شده بود، قابل مشاهده می­باشد (شکل ۱ وسط). بازرسی نزدیک بیشتر از عایق­های برقدار، سوراخ های متعدد محفظه را در مکان­هایی که اشعه ماوراء بنفش / مادون قرمز، کرونا و نقاط داغ را تشخیص داده بود، نشان داد (شکل ۱ ، سمت راست). بعداً ، در طول تحقیقات آزمایشگاهی، چسبندگی کم برای این عایق ها مشاهده شد.

شکل ۱: پدیده کرونا در امتداد عایق که توسط UV تشخیص داده می شوند. (میانه) تشخیص توسط IR؛ (راست) نمونه­ای از سوراخ ها.

برنامه آزمایشی که برای عایق های بیرون کشیده شده از سرویس اعمال می شود شامل موارد زیر است:

۱٫ تست پالس استاندارد کلیدزنی؛۲٫ تست چسبندگی غیر استاندارد؛۳٫ تست پالس استاندارد دارای شیب تند از جلو.۴٫ تشخیص و مشاهده بصری.۵٫ تست نفوذ رنگ استاندارد.

دو روش بسیار کاربردی و ساده برای ارزیابی چسبندگی ، یعنی به اصطلاح غیر آزمایشی ” تست نواری” و “تست مربعی”، نیز استفاده شده­است (مثال نمونه تست نواری را در شکل ۲، سمت چپ مشاهده کنید). آزمایش چسبندگی پلاستیک به فایبرگلاس با برش و خارج کردن قطعات محفظه ، به طور گسترده­ای در طول تولید، توسط بسیاری از تولید­کنندگان به عنوان یک بررسی کیفیت داخلی مورد پذیرش و اجرا است. هنگامی که شکستگی و ترک از نوع چسبندگی باشد، چسبندگی ضعیف است (به عنوان مثال میله فایبرگلاس را بدون اینکه هیچ پلاستیکی روی سطح آن باقی مانده باشد، باز باشد). این آزمایش ساده مناطقی از چسبندگی کم در عایق های آزمایش شده را نشان داد و به احتمال زیاد علت اصلی آن سوراخ ها بودند. با این حال، همان عایق­های سوراخ شده آزمایش استاندارد پالس کلیدزنی را پشت سر گذاشتند و هیچ نشانی مبنی بر کاهش پالس سطح ولتاژ ندارند. تجربه با تست استاندارد IEC شیب تند از جلو نشان داد که این آزمایش همچنین قادر به آشکار کردن عایق با چسبندگی ضعیف نبود.

شکل ۲: (سمت چپ) نمونه ای از چسبندگی ضعیف که توسط تست نوار ساده آشکار شده است. (سمت راست) نمونه خراب شد در میله رابط / محفظه که به میله نفوذ می کند.

 

تركیب نمونه ها ، و به دنبال آن بازرسی بصری و آزمایش نفوذ رنگ ، تأیید كرد كه صدمات زیر پلاستیک سیلیكونی گسترده است (نگاه کنید به شکل ۲ ، سمت راست). فعالیت تخلیه الکتریکی به دلیل مسیر نیمه رسانا در امتداد میله­ی هسته باعث شده است که رزین اپوکسی از بین برود و فقط فایبرگلاس باقی بماند. این نوع مکانیزم خرابی در ابتدا در چین مشاهده شد و ادبیات آن­ها از آن به عنوان “خرابی مانند شکستگی” یاد نمودند (مثال­های آسیب، دلایل احتمالی و روش تشخیصی احتمالی را در شکل ۳ مشاهده کنید). نشریات اخیر به مکانیزم منتهی به پدیده ای مانند “هیدرولیز” اشاره کرده اند. جالب است که توجه به ظاهر مشابه مقطع نمونه­های گرفته شده از عایق های تحت تأثیر این فرسایش نیمه رسانا که به عنوان بخشی از آخرین اثر و مشکلات مربوط به گذشته گزارش شده بود، در چین بررسی شده است (شکل ۴). آزمایش های نفوذ رنگ که در سوئد انجام شد، تأیید کرد که یافته­های حاصل از شکاف و نفوذ فقط چند ثانیه پس از غوطه وری مشاهده شده است. مناطق سیاه شده در نمونه های میله به دلیل فعالیت الکتریکی با مناطقی که به آن­ها رنگ نفوذ کرده است، مطابقت دارد و تأیید می­کند که به دلیل فرسایش اپوکسی، متخلخل و دارای سوراخ شده اند.

شکل ۳: نمایش داده های کشور چین در مورد “خرابی های مانند شکستگی”. الف – سوراخ در محفظه که خرابی های داخلی “مانند پوسیدگی و شکست” را پوشش می دهد. ب – ظاهر میله فایبرگلاس. ج – تشخیص نارسایی داخلی توسط IR؛ د – چسبندگی ضعیف که باور بر این است که علت اصلی آسیب همین موضوع است.

 

شکل ۴: ظاهر مقاطع میله فایبرگلاسی عایق های تحت تأثیر فرسایش نیمه رسانا. (سمت چپ) از سوئد؛ (سمت راست) از چین.

نمونه­ای از خدمات رسانی موردی در کشور سوئد

در اوایل سال ۲۰۱۶ ، دو شکست در عایق کامپوزیت خط در سوئد گزارش شد. واحدهای شکست خورده در آزمایشگاه مورد بازرسی قرار گرفتند و علت اصلی چسبندگی ضعیف بین میله فایبرگلاسی و مواد محفظه تشخیص داده شد. این احتمالاً با ایجاد یک مسیر رسانای داخلی (ردیابی) در امتداد رابط داخلی سیلیکون پلاستیکی / میله فایبرگلاس ایجاد شده است (به شکل ۵ ، در سمت راست مراجعه کنید). سرانجام این امر منجر به نوع خرابی “تخلیه الکتریکی از پایین ” شد. (شکل ۵ ، سمت چپ) را ببینید. مکانیزم ایجاد چنین صدماتی توسط بازرسی­های میدانی ضمن خدمات رسانی تأیید شد که نقاط داغ متعددی را روی مقره­های مختلف نشان داد (شکل ۶ را ببینید). موقعیت این نقاط داغ، که در فاصله کمی از اتصالات قرار دارد، می­تواند با مسیرهای رسانای داخلی ، به طور مؤثر “اتصال کوتاه” عایق توضیح داده شود.

شکل ۵: نمونه ای از دهانه ها در امتداد عایق که از خط بیرون کشیده شده است. (سمت چپ) نمونه علامت ردیابی در هسته فایبرگلاسی (سمت راست).

شکل ۶: نمونه هایی از نقاط داغ در عایق ها، مشاهده شده توسط بازرسی به کمک IR در حال خدمات. سه عایق جدید از یک دسته بزرگتر از همان نوع متعاقباً با آزمایش نمونه در آزمایشگاه ارزیابی شدند. برنامه آزمون شامل:۱٫ بازرسی دیداری و آبگریزی.۲٫ تست چسبندگی غیر استاندارد؛۳٫ آزمون استاندارد پالس دارای شیب تند از رو به رو.

 

“تست نوار” سطح چسبندگی کم در تمام عایق های آزمایش شده در جهت طولی و شعاعی را نشان داد (در شکل ۷ قابل مشاهده است).

شکل ۷: نمونه ای از چسبندگی ضعیف در هر دو جهت طولی (چپ) و شعاعی (راست) ، همانطور که توسط تست نوار نشان داده شده است.

معیارهای پذیرش مستلزم این است که ولتاژ ashover هر نمونه آزمایشی باید بیشتر یا مساوی ۹۰٪ ولتاژ ashover مرجع باشد. هیچ سوراخی در قسمت­های عایق ایجاد نمی­شود و حداکثر افزایش دما در مقایسه با دمای مرجع تعیین شده، قبل از تست فرکانس برق کمتر از ۲۰ درجه کلوین خواهد بود.

 

 

 

مورد آزمایش	بخش	نتیجه در برابر ضوابط (کیلوولت)	دما قبل / بعد (درجه سانتیگراد)
عایق ۱	بالایی	۳۴۶ > 327	۲۲ / ۲۳
عایق ۱	پایینی	۳۴۰ > 308	۲۲ / ۲۴
عایق ۲	بالایی	۳۴۵ > 327	۲۲ / ۲۴
عایق ۲	پایینی	۳۳۸ > 308	۲۲ / ۲۴
عایق ۳	بالایی	۳۳۳ > 327	۲۲ / ۲۴
عایق ۳	پایینی	۳۳۳ > 308	۲۲ / ۲۴

 

نمونه­ای از خدمات رسانی موردی در کشور ایرلند

در ایرلند ، مشكلات با عایق­های میله بلند کامپوزیت در خط هوایی ۲۲۰ كیلوولت و فقط مدت كوتاهی پس از نصب، یعنی كمتر از سه سال تجربه شد. بر اساس مشاهدات اولیه، شکست به عنوان “ashunders” توصیف شده است، و این نشانگر نوع از شکست داخلی است. در نتیجه ، بازرسی های IR انجام شد و چندین عایق که دارای نقاط داغ بودند را فاش کرد (شکل ۸ سمت چپ را ببینید). پنج عایق متعاقباً از خط خارج و برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی گرفته شدند. این­ها شامل یک عایق مرجع و بدون آسیب دیدگی ، سه عایق با تعداد مختلف سوراخ در محفظه (شکل ۸ ، سمت راست) و یک عایق که مشکوک به ashunder است، بود. بازرسی بصری، چندین سوراخ را نشان داد، که دارای مکان متفاوت برای هر عایق مورد مطالعه بود (جدول  را ملاحظه فرمایید۲).

شکل ۸: (سمت چپ) بازرسی IR نقاط داغ روی عایق­ها را نشان داد. نمونه­ای از سوراخ شناسایی شده.

شماره عایق	۱	۲	۳	۴	۵
ظاهر در نگاه اول	صدا (مرجع)	پانچ شده	پانچ شده	تخلیه بار الکتریکی از پایین	پانچ شده
تعداد حفره های ناشی از پانچ	۰	۲	کمتر از ۲۰	کمتر از ۴۰	کمتر از ۱۰
درصدی از طول عایق که با حفره­های ناشی از پانچ پوشیده شده است	۰	۵	۴۰	۹۰	۳۰

 

برنامه آزمایش این عایق ها شامل موارد زیر است:

۱٫ بازرسی بصری؛۲٫ آزمون فرکانس توان خشک؛۳٫ آزمون فرکانس توان با رطوبت بالا.۴٫ تست چسبندگی غیر استاندارد؛۵٫ آزمون فرکانس توان خشک میله فایبرگلاس تنها. این آزمایش برای ارزیابی کیفیت هسته میله انجام می­شود.

 

آزمایش نوار نشان داد که چسبندگی برای دو عایق مورد آزمایش واقع شده کافی نبود. سطح چسبندگی که به طور یکنواخت در طول عایق توزیع شد، تا حدی خوب و تا حدی بسیار ضعیف بود. علاوه بر این، در بعضی از موقعیت­ها محفظه به هیچ وجه به میله berglass kچسبیده بود (شکل ۹ را ببینید). در هر دو مورد ، مناطقی که چسبندگی ضعیفی دارند ، حدود ۲۰ تا ۲۵٪ از قسمت میله را در طول کل عایق نشان می دهند.

شکل ۹: تصویر چسبندگی ضعیف ، که با آزمون نواری ارزیابی شده است.

 

مبانی چسبندگی

ضعف اصلی آشکار شده در عایق­های مورد بررسی در این تحقیق چسبندگی ضعیف بود – احتمالاً در نتیجه­ی وجود نواقص در تولید. مکانیزم احتمالی پشت آنچه که در طول سرویس رخ داده است می­تواند این باشد که، با گذشت زمان، حفره های پر از هوا بین میله فایبرگلاس و محفظه پلاستیکی سیلیکونی به دلیل انتشار از طریق محفظه، پر از رطوبت می­شوند. این در نهایت منجر به یک لایه­ی تا حدودی رسانا در این رابط شده که در آن پتانسیل فشار قوی از اتصالات زنده در امتداد عایق منتقل می­شود. مسیر اتصال کوتاه، تنش الکتریکی را تقویت و پدیده کرونا را آغاز می­کند، که تأثیر آن به طور کلی با تخریب آبگریزی موضعی شروع می­شود. نتیجه نهایی فرسایش یا سوراخ شدن از طریق محفظه بود. طرحواره ای از این مکانیزم، که گمان می­رود روند توسعه آن را با گذشت زمان نشان می­دهد ، در شکل ۱۰ نشان داده شده است. جالب است که توجه داشته باشید که این مکانیزم در سال ۲۰۰۰ و در حین آزمایش فشرده عایق­های کامپوزیتی که با نقص مصنوعی تولید شد، پیشنهاد شد (باند نیمه رسانا و کانال های شبیه سازی شده با چسبندگی ضعیف). در آن زمان ابزارهای مشارکت کننده قادر به ارائه عایق­های آسیب دیده و خارج کردن آن ها از خدمات نبودند (وجود نداشت) ، اما حجم تجربه خدمات در آن زمان محدود بود.

شکل ۱۰: مکانیسم احتمالی طرح ریزی شده در پشت شروع آسیب در طول زمان ، از داخل به خارجی.

شکل ۱۱: چسبندگی در مقابل خرابی های چسبنده.

در صورت وجود حفره­ها به دلیل چسبندگی ناكافی در رابط بین میله و محفظه ، عمر مفید یك عایق کامپوزیتی كاهش می یابد. در حالی که طبیعی است بخار رطوبت به پلاستیک سیلیکونی نفوذ کند، این یک روند داخلی پویا است و بر عملکرد عایق تأثیر نمی­گذارد. با این وجود ، اگر فضایی برای تراکم درون رابط وجود داشته باشد، لایه های نیمه رسانا از آب در داخل حفره ها ایجاد می­شوند. این فعالیت ها باعث تخلیه الکتریکی می­شود که می­تواند منجر به یک مسیر ردیابی نیمه رسانا بر روی سطح میله شود. نتیجه احتمالی دیگر نوع نسبتاً جدیدی از مکانیزم خرابی، یعنی فرسایش نیمه رسانای میله فایبرگلاس است که در ادبیات چین نیز از آن به عنوان “خرابی مانند شکستگی” یاد برده می شود.

از لحاظ تئوری، دو نوع چسبندگی – مکانیکی و شیمیایی – در عایق هایی که در حال حاضر تولید می­شوند، یافت می شود که چسبندگی شیمیایی موردی اساسی تر است. ماده اتصال دهنده ویژه یا آغازگر، عملکرد اصلی دستیابی به چسبندگی شیمیایی بین میله فایبرگلاس و مواد محفظه را ارائه می­دهد و معمولاً برای هر سازنده اختصاصی است. برای اطمینان از چسبندگی خوب ، باید چندین عامل در طول تولید عایق کنترل شود:

 

• تمیز بودن میله ها قبل از استفاده از آغازگر؛• پیری آغازگر ، قبل از استفاده (به دلیل تاریخ انقضاء گذشته) یا بعد از استفاده (به دلیل ذخیره نادرست عایق ها قبل از مراحل بعدی تولید).• کارآیی اولیه از نظر کنترل رطوبت؛• دما در طول قالب گیری اکستروژن / تزریق.• پیش گرم کردن صحیح یا رفتار درست بعد از گرم کردن میله فایبرگلاس؛• بدون silanization یا silanization ضعیف ATH که در سیلیکون HTV مورد استفاده قرار می­گیرد.

 

همه اینها می­تواند منجر به چسبندگی ضعیف شود و باید تحت کنترل صحیح تولید کنندگان باشد. همچنین مهم

تدوین برنامه آزمایش

هدف اصلی این پروژه ارائه برنامه های مشاركتی با دستورالعمل های عملی در مورد چگونگی نظارت مؤثر بر مشکلات چسبندگی ضعیف در عایق های کامپوزیت قبل از بهره برداری از این پروژه ها بود. این امر می­تواند با آزمایش نمونه ها از دسته های بزرگتر حاصل شود. همین روش­های تست مشابه برای گنجاندن در آزمون­های طراحی در استاندارد IEC مربوطه نیز توصیه می­شود. سه مورد از شش مرحله (یعنی ۱٫ تا ۳٫ در زیر) قبلاً انجام شده است:

۱٫ توسعه روش­های آزمون مربوطه؛۲٫ تأیید روش­های آزمایش بر روی نمونه های آماده شده ویژه (پیش ساخته).۳٫ تأیید روش­های آزمایش روی عایق­های موجود در شرکت­های برق شرکت کننده؛۴٫ تأیید تکرارپذیری آزمون (یعنی در همان آزمایشگاه) و تکرارپذیری در تولید (یعنی در آزمایشگاه­های مختلف)؛۵٫ پذیرش بین المللی از طریق انتشار نتایج؛۶٫ پیشنهادات CIGRE / IEC.

 

انتخاب اشیاء ازمایشی

هدف این بود که روش­ها و معیارهای آزمون را با اولویت اینكه نماینده ، قوی و مؤثر در زمان باشند، تهیه كنیم. مجموعه جامع نمونه های آزمون شامل:

• سه عایق دانشگاهی “عادی” ساخته شده­ که دارای سطوح مختلف چسبندگی هستند، یعنی با آغازگر صحیح، ضعیف و بدون آغازگر.• آرایه اولیه اشیاء آزمایشی ذخیره شده در آزمایشگاه HV STRI که شامل:◊ سه تولید کننده با سال تولید بسیار متفاوت.◊ نمونه ها پس از آزمایش آزمایشگاهی و پس خدمات رسانی در شبکه؛پلاستیک سیلیکونی مایع (LSR) با ولکانیزه شده با فشار بالا (HTV).◊ قطر­های مختلف میله؛◊ اختلاف سطح چسبندگی بر اساس تحقیقات قبلی و نتایج تست نوار.• آرایه نهایی اشیاء آزمایشی متشکل از ۱۴ عایق مختلف از ۵۸ واحد که در ابتدا از موجودی های شرکت نیرو تهیه شده اند (یعنی نمونه هایی از دسته هایی که قبلاً خریداری شده­اند، مانند شکل ۱۲). موارد زیر در ایجاد آرایه آزمون نهایی نیز مورد توجه قرار گرفت:·       طرح های مختلف (استاندارد در مقابل پروفیل­های متناوب، طرح های مختلف اتصالات، آب بندی و غیره)؛·       سال تولید مختلف (۱۹۹۹ تا ۲۰۱۷)؛·       محفظه های مختلف (پلاستیک HTV و مواد LSR).·       کلاس های مختلف ولتاژ (۱۲۳ تا ۴۰۰ کیلوولت)؛·       عایق های جدید مرجع از انبار (۱۰ قطعه) یا برداشته شده از شبکه در حال استفاده (۴ قطعه).·       قطرهای مختلف میله (کلاس­های مکانیکی) ، ۱۶٫۵ تا ۹۰٫۰ میلی متر؛·       تولید کنندگان مختلف با سطح چسبندگی مشکوک مختلف؛·       مقره ها مورد استفاده واقع شده در پروژه های مختلف (یعنی از ۷ تأسیس مختلف)

شکل ۱۲: بررسی اجمالی آرایه نهایی عایق ها.

روش­های آزمایش

آزمون نواری

دو برش موازی، تقریباً با ۱۰ میلی متر فاصله از هم، از طریق محفظه پلاستیکی، یا در طول عایق یا اطراف آن تهیه می شود. سپس نوار حاصل از هسته فایبرگلاس زیرین با استفاده از انبردست، چاقو یا با دست کشیده می شود. چسبندگی به صورت ذهنی بر اساس ظاهر شکستگی قضاوت می شود. اگر شکستگی در داخل پلاستیک رخ دهد (یعنی خرابی چسبندگی)، چسبندگی مناسب در نظر گرفته می شود در حالی که اگر در طول رابط بین مواد (به عنوان مثال خرابی چسب) رخ دهد، چسبندگی ناکافی است، به شکل ۱۳ مراجعه کنید.

شکل ۱۳: نمونه هایی از نتایج تست نوار نشان دهنده چسبندگی بالا، متوسط ​​و پایین از سمت چپ به راست است.

 

آزمایش نفوذ آب

این روش براساس روشی است که در استاندارد کابل­های فیبر نوری (IEC 60794-1-22) شرح داده شده است که هدف از آن ارزیابی میزان سفتی در برابر نفوذ طولی آب است. در طول آزمایش ، سطح مقطع در یک انتهای نمونه در معرض آب با فشار معادل ۱ متر عمق قرار دارد در حالی که انتهای دیگر در هوای محیط باقی مانده است، نگاه کنید به شکل ۱۴٫ سختی با بررسی سمت هوا ارزیابی می­شود. برای علائم نفوذ آب در این تحقیق، بررسی تا ۱۵۰۰ ساعت پس از شروع آزمایش ادامه دارد.

شکل ۱۴: (سمت چپ) مخزن برای آزمایش نفوذ آب. (راست) تصویر کلوزآپ از نمونه.

 

آزمایش تنش مکانیکی

ایده­ی این مسئله از یک پروژه دیگر ناشی شده است که در اثر استفاده از آلودگی مصنوعی برای آزمایش آلودگی، برای آسیب رساندن تصادفی به یک عایق کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفته است. در این زمان، یک عایق بلند به صورت افقی قرار داده شده و توسط جفت چرخ هایی که در انتها و وسط آن قرار گرفته اند، پشتیبانی می­شود و امکان چرخش مداوم توسط موتور محرک فراهم می­شود. اصل تنش مکانیکی حلقوی رابط برای تحقیق حاضر به عنوان وسیله پیش شرط قبل از ارزیابی چسبندگی از طریق آزمون نوار تصویب شد. ابزار ویژه برای ایجاد بار مکانیکی تعریف شده، از رابط بین محفظه پلاستیک سیلیکونی و میله فایبرگلاس ساخته شده است. پنجه قابل تنظیم که با دو یاطاقان توپی برای تأمین اصطکاک کم در سطوح تماس نصب شده است، در اطراف شاخه عایق قرار می گیرد. با تنظیم جداسازی و وزن اعمال شده آویزان شده از پنجه می توان سطح تنش محض را تغییر داد. نمونه عایق به صورت افقی قرار می­گیرد و حول محور آن با سرعت ۱۰ دور در دقیقه می چرخد ​​(مانند شکل ۱۵، در سمت راست).

شکل ۱۵: (سمت چپ) ابزار ویژه تست تنش مکانیکی. (سمت راست) کاربرد عملی ابزار در هنگام تست.

 

 

آزمایش چرخه­ی دما

با مطالعه اثرات احتمالی پیش شرط با چرخه دما، نمونه ها ابتدا ۶ دقیقه در آب جوش غوطه ور شدند و سپس به مدت ۶ دقیقه به طور مستقیم به ظرف دیگری با آب نزدیک به ۰ درجه سانتیگراد منتقل شدند. پس از ۱۶ بار تکرار چنین چرخه­ای ، چسبندگی با برش پلاستیک مورد بررسی قرار گرفت.

 

آزمایش انتشار آب

این آزمایش در IEC 62217 بصورت استاندارد انجام شده است. نمونه هایی با پوشش پلاستیکی با استفاده از تیغ اره مدور روکش شده با الماس و در زیر آب سرد جاری، نزدیک به عمود بر محور عایق بریده می شوند. نمونه های تنها از یک ماده اصلی در مدت زمان ۱۰۰ ساعت در همان ظرف جوشانده می­شوند (شکل ۱۶ ، سمت چپ را ببینید). ولتاژ در مدت ۳ ساعت پس از برداشتن نمونه ها از ظرف جوش با قرار دادن هر نمونه بین الکترودها اعمال می­شود (شکل درست ۱۶ را ببینید). ولتاژ آزمایش در حدود ۱ کیلوولت بر ثانیه تا سطح ۱۲ کیلوولت افزایش یافته است، این مقدار به مدت ۱ دقیقه ثابت نگه داشته می­شود و سپس به صفر کاهش می­یابد. معیار پذیرش این است که نه سوراخ و نه تخلیه الکتریکی سطحی رخ ندهد. همچنین، جریان AC در طول کل آزمایش نباید از ۱ میلی آمپر (r.m.s.) تجاوز کند. مقرر شد روش با استفاده از این روش استاندارد شروع شود و بسته به نتایج، آزمایش های دیگری نیز انجام شود که عبارتند از: افزایش مدت زمان تست جوش از ۱۰۰ ساعت به ۳۰۰ ساعت؛ اندازه گیری جریان AC (برای ۱ دقیقه) و DC (به مدت ۵ دقیقه). اندازه گیری جریان DC و سپس جریان AC در همان نمونه.

شکل ۱۶: (سمت چپ) ظرف برای جوشاندن آب. (سمت راست) تنظیم برای استفاده از ولتاژ و اندازه گیری جریان.

 

آزمایش نفوذ رنگ

آزمایش نفوذ رنگ، همچنین در IEC 62217 بصورت استاندارد انجام شد، از همان نوع نمونه های مورد استفاده در آزمایش انتشار آب استفاده شد، اما ارتفاع نمونه در حال حاضر ۱۰ میلیمتر بود. نمونه ها در یک مسیر روی لایه ای از توپ های شیشه ای با قطر حدود ۲ میلی متر قرار می­گیرند. محلول ۱٪ وزنی Astrazon BR 2001 در متانول در سطح ۲ میلیمتر تا ۳ میلیمتر بالاتر از سطح توپ ها در داخل مسیر ریخته می شود. مطابق استاندارد، نمونه ها باید ۱۵ دقیقه بمانند و معیار این است که قبل از پایان این زمان هیچ رنگی از طریق آن­ها بالا نرود (شکل ۱۷ ، سمت چپ را ببینید). علاوه بر این ، دو آزمایش اصلاح شده نیز انجام می شود: یک آزمایش با افزایش مدت زمان، یعنی ۱۶ ساعت (به شکل ۱۷ ، در سمت راست) و یک تست با افزایش مدت زمان تحت فشار، که ناشی از آزمایش های تخلخل انجام شده بر روی عایق های چینی است.

شکل ۱۷: (سمت چپ) بعد از ۱۵ دقیقه هیچ نفوذ قابل مشاهده ای وجود ندارد. (راست) نفوذ قابل مشاهده در میله بعد از ۱۶ ساعت.

 

تست تنش برشی

هدف از این آزمایش، که در استانداردهای روسی یافت شده است، اعمال تنش برشی تعریف شده در طول رابط بین محفظه پلاستیکی و میله فایبرگلاسی است که امکان ارزیابی پاسخ را فراهم می­آورد. نمونه ای از یک استوانه کوتاه از عایق مورد مطالعه برش داده می­شود، همانطور که در آزمایش انتشار آب توضیح داده شد. نمونه بر روی صفحه پشتی با سوراخ دایره ای متناظر با قطر میله به علاوه میزان تحمل انتخاب شده قرار داده می­شود و آن فقط روی پلاستیک استراحت می­کند (شکل ۱۸ ، سمت چپ). اعمال نیرویی در انتهای میله، رابط را در معرض تنش برشی در جهت محوری قرار می دهد (مانند شکل ۱۸ ، سمت راست). یک پرس هیدرولیک کوچک و دستی که دارای حداکثر میزان ۲۰ تن می باشد در این آزمایش برای اعمال نیروی مکانیکی استفاده می شود. برای اندازه گیری نیرو، دستگاه پرس دارای یک سلول بار هستند که قرائت های دیجیتالی را در میزان کیلوگرم ارائه می دهد. از آنجایی که مواد پلاستیکی بسیار کشسانی بوده و در هنگام تنش تغییر شکل می­دهند، تنش برشی در طول نمونه ثابت نخواهد بود و بالاترین سطح آن در anvil است. اندازه گیری حداکثر تنش برشی در طول واحد در این آزمون فقط به منظور رتبه بندی مقایسه ای استفاده شده است. انواع شکستگی ها در شکل ۱۹ نشان داده شده است.

شکل ۱۸: (از سمت چپ) پرس هیدرولیک مورد استفاده برای آزمایش تنش برشی. (سمت راست) مثال تغییر شکل پلاستیک سیلیکون انعطاف پذیر.

شکل ۱۹: نمونه هایی از نتایج تست تنش برشی سطح چسبندگی بالا ، متوسط ​​و پایین (از چپ به راست) آزمون pull offایده­ی این تست نیز از یک استاندارد روسی ناشی شده­است. در طی آزمایش، کشش چسبندگی بین مواد با جدا کردن مورد بررسی قرار می­گیرد (به شکل ۲۰ در شکل زیر مراجعه کنید). آزمایش ها با استفاده از یک دستگاه تست کششی استاندارد با حداکثر ظرفیت کشش ۱۰ کیلو نیوتن انجام می­شود و امکان کنترل فشار بار مکانیکی را فراهم می آورد. در اینجا، ابزار با سرعت مشخصی با کشش ۵۰ میلیمتر در دقیقه تنظیم شده است، در حالی که نیروی اعمال شده ثبت می­شود. پس از اتمام، تنش شکست نهایی، یعنی حداکثر نیروی اعمال شده بر اساس سطح مقطع مواد در رابط پلاستیک میله، محاسبه و برای تجزیه و تحلیل بیشتر استفاده می شود. انواع شکستگی ها در شکل ۲۱ نشان داده شده است.

شکل ۲۰: دستگاه تست کششی استاندارد که برای آزمایش کشش استفاده شده است.

شکل ۲۱: نمونه ای از نتیجه تست کشش که جداسازی چسبندگی در رابط (سمت چپ) و جداسازی منسجم در داخل پلاستیک (سمت راست) رخ داده است.

نتایج آزمون

جدول ۴ نتایج آزمون اولیه، یعنی اولین دور انتخاب تست­های مناسب را خلاصه می­کند، و اجازه می­دهد تمرکز روی موضوعی که مهمتر به نظر می رسد، قرار گیرد. جدول ۵ تمام نتایج به دست آمده (به عنوان مثال دور اصلی انتخاب تست­های مناسب) را با استفاده از اصول چراغ راهنمایی با استفاده از رنگ قرمز که نشان دهنده­ی “عدم گذشت” است، ارائه کرده است. مواد محفظه­ی عایق (H = HTV و L = LSR) نیز ارائه شده است. برای مقایسه نتایج ، معیارهای پذیرش ساده­ای برای رتبه بندی ارائه شده است. به عنوان مثال، برای آزمایش انتشار آب، این یک جریان کمتر از ۰٫۲۵ میلی آمپر بود در حالی که در مورد آزمون کشش این معیار تنش بالاتر از ۱٫۵ نیوتون بر متر مربع بود. اختصارات زیر در جدول ۵ استفاده شده است:

• مواد مختلف (H = HTV ؛ L = LSR)• st: تست = نوار• Sh. = تست تنش برشی• تنش برشی (F = نیرو ، یعنی حداکثر تنش ؛ A = ظاهر شکستگی)• WD = آزمایش انتشار آب• P = تست کشش

 

این تجزیه و تحلیل به طور طبیعی بر نتایج پس از ۱۰۰ ساعت جوشیدن متمرکز است. این مدت زمان که انتخاب شد، مستقیماً با نیاز فعلی IEC 62217 مطابقت دارد و سپس استانداردسازی بیشتر را تسهیل می­کند. عایق­های D-I-L-M همگی بر اساس سوابق خدماتی یا ساختن عمدی نمونه های “دانشگاهی” نسبت به چسبندگی پایین مشکوک بودند. میزان تشخیص برای هر دو تست کشش و تست انتشار آب ۳ از ۴، یعنی ۷۵٪ بود. بنابراین، پیشنهاد شده­است که از هر دو تست کشش و انتشار آب برای ارزیابی نهایی با هدف آشکار کردن عایق­های بی کیفیت استفاده شود. فیزیک اثرات متقابل پیچیده محیط و عایق خاص، آنگونه که با مواد، فن آوری ها و کیفیت های خاص مشخص می­شود، کاملاً درک نشده است. به همین دلیل است که برای هر یک از آزمایشات مورد بررسی، دقت تشخیص ۱۰۰٪ نیست. بنابراین، هر دو آزمایش برای ارزیابی نهایی چسبندگی لازم است. مقایسه بین آرایه نهایی تست ها و ملاحظات نهایی در جدول ۶ ارائه شده است.

پیشنهاد	ملاحظات برای استفاده­های بیشتر	اسم آزمون
ذهنی ، بر اساس ظاهر شکستگی (چسبندگی)	در نظر گرفته شده برای کارایی بیشتر به عنوان یک تست غربالگری برای تشخیص اولیه سطح چسبندگی نمونه آزمون	تست نواری
در طولانی مدت انجام شود	امید به استفاده­ی بیشتر از آن نیست، حتی نمی توان چسبندگی کم را حتی پس از ۱۵۰۰ ساعت تست نشان داد	تست نفوذ آب
به آزمایشات بیشتری برای مواد گوناگون و طراحی خاص نیاز دارد	فقط به عنوان یک مفهوم کار می کند (تأثیر واضحی بر تنش و زمان استفاده پیدا کرده است). اما امید به استفاده بیشتر از آن نیست.	تست تنش مکانیکی با طراحی خاص
	امیدوار کننده نیست، کاهش چسبندگی را آشکار نمی کند	تست چرخه دما
	اگر با آزمون کششی ادغام شود برای مطالعات و تشخیص بیشتر امیدوارکننده به نظر می­رسد. قسمت جوشیدن در این آزمایش به عنوان یک پیش شرط برای داشتن یک تست موثر تعیین کاهش چسبندگی به شمار می­رود.	تست انتشار آب اصلاح شده با اندازه­گیری جریان AC و DC
مشکل در تعامل بین محفظه و میله را تشخیص می دهد، فقط زمانی که یک زوال و فرسایش در میله رخ داده باشد	برای استفاده بیشتر امیدوارکننده به نظر نمی رسد. چسبندگی کم را آشکار نمی کند.	تست نفوذ رنگ
ذهنی ، بر اساس ظاهر شکستگی (چسبندگی)	عملی و امیدوارکننده نسبت به تست نواری، ولی کماکان ضوابط کیفی برای تنش به دلیل عدم وجود مقداری ثابت یا تنش برای مواد انعطاف پذیر ندارد	آزمون تنش اصلاح شده
ضوابط باید برای پایه­ی خطر یا سطح آستانه تحمل بیشتر تنظیم شود	امیدوار کننده ترین آزمون بین تمامی آزمون ها، زیرا تنش را اندازه­گیری می­کند که امکان مقایسه با ضوابط را فراهم می­کند.	تست کشش

جدول ۵: کلیه نتایج انتخاب اصلی.

جدول ۶: انتخاب نهایی روش­های آزمون.

خلاصه

چندین روش مختلف برای شناسایی امیدوارکننده ترین آزمایش­ها برای شناسایی عایق­های کامپوزیت با چسبندگی کیفیت پایین محفظه خارجی به میله هسته داخلی مورد بررسی قرارگرفت. این آزمایشات اجازه می­دهد تا عایق­های معیوب قبل از نصب این سیستم ها در شبکه های برق، فیلتر شوند. دو تست (یعنی تست انتشار آب و تست کشش) به عنوان نماینده و همچنین در ابتدا قابل تکرار بودن در نظر گرفته شد، در نتیجه دو مورد از چهار الزام IEC برای هر تست (یعنی نماینده بودن، تکرارپذیری، قابلیت تولید مجدد و مقرون به صرفه بودن) انجام می شود. مکان دقیق این تست ها در IEC 62217 (که مورد بازنگری قرار گرفته است) ارائه شده است و اجرای روش­­های آزمون فقط نیاز به تغییرات جزئی در متن این استاندارد دارد.