اثر دمای زیاد بر سیم لاکی و عایق پریشمان

دمای زیاد یکی از جدی ترین تهدیدها برای سیم پیچ های الکتریکی است؛ زیرا سیم لاکی و عایق پریشمان هر دو نقش کلیدی در عملکرد ایمن و دقیق موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، پمپ ها، الکتروموتورها، کویل ها و هرگونه تجهیز مبتنی بر القای مغناطیسی دارند. هنگامی که دمای کاری این تجهیزات از محدوده استاندارد فراتر می رود، رفتار مواد به طور چشمگیری تغییر می کند و این تغییرات می توانند اثرات فیزیکی، الکتریکی و حرارتی گسترده ای ایجاد کنند.

در بسیاری از سیستم ها، دمای بالا به عنوان علت اصلی تخریب تدریجی سیم پیچ شناخته می شود و اگر این مسئله به درستی درک نشود، احتمال بروز خرابی های جدی، کاهش راندمان، افزایش مصرف انرژی، کاهش طول عمر و حتی سوختگی کامل وجود دارد. شناخت دقیق اثر دمای زیاد بر سیم لاکی و عایق پریشمان به متخصصان کمک می کند تا سیستم را ایمن تر طراحی کنند، مواد مناسب تری انتخاب نمایند و در نهایت عملکرد دستگاه را در شرایط سخت تضمین کنند.

در این مقاله تمام جنبه های اثر دمای زیاد بر سیم لاکی و عایق پریشمان بررسی می شود. این بررسی شامل رفتار مولکولی، کاهش توان دی الکتریک، ایجاد ترک و شکست عایقی، مقایسه تحمل حرارتی، روش های جلوگیری از آسیب حرارتی و استانداردهای بین المللی مربوط به کلاس بندی این مواد است.

جهت خرید و اطلاع از قیمت سیم لاکی مسی برروی لینک مربوطه کلیک نمایید.

تاثیر دمای بالا بر ساختار فیزیکی و الکتریکی سیم لاکی

سیم لاکی از یک هادی مسی شکل گرفته و با یک لایه لاک نازک پوشیده می شود. این لاک ماده ای پلیمری و رزینی است که وظیفه اصلی آن ایجاد عایق بین دورهای سیم پیچ است. هنگامی که دما افزایش می یابد، اولین واکنش در ساختار لاک دیده می شود، زیرا لاک به طور مستقیم در معرض حرارت موتور یا ترانس قرار دارد و سریع تر از هادی دچار تغییرات فیزیکی و شیمیایی می شود.

دمای زیاد باعث می شود ساختار رزینی لاک به تدریج رطوبت مولکولی خود را از دست بدهد. از دست رفتن رطوبت به معنی خشک شدن بیش از حد عایق است، و هنگامی که عایق خشک می شود، انعطاف پذیری خود را از دست می دهد و شکننده می شود. این شکنندگی نقطه شروع ترک های ریز است. این ترک ها ممکن است با چشم قابل مشاهده نباشند، اما در تست مقاومت عایقی کاملاً قابل تشخیص هستند.

افزون بر تغییر فیزیکی، حرارت بر رفتار الکتریکی سیم لاکی نیز اثر می گذارد. یکی از مهم ترین اثرات حرارتی افزایش مقاومت الکتریکی سیم است. هادی مسی در دمای بالا مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد. این افزایش مقاومت باعث افزایش حرارت داخلی می شود و چرخه ای میان افزایش مقاومت و افزایش دما شکل می گیرد. در نهایت این چرخه به ایجاد نقاط داغ یا همان Hot Spot منجر می شود.

نقاط داغ خطرناک ترین مناطق یک سیم پیچ هستند؛ زیرا در آن ها دما بسیار سریع تر از سایر نقاط افزایش پیدا می کند و عایق به طور کامل از بین می رود. اثر دمای زیاد بر سیم لاکی علاوه بر این موارد، چسبندگی لایه های سیم در سیم پیچ را نیز کاهش می دهد و اگر موتور یا ترانس تحت لرزش باشد، لاک نازک به سرعت پوسته پوسته می شود و مسیر برای اتصال کوتاه بین دورها آماده می شود.

این فرآیند از اصلی ترین علل سوختن موتور یا ترانس در شرایط اضافه بار یا تهویه ناکافی است.

بیشتر بخوانید : انتخاب قطعات مقاوم برای سیستم‌ های پرسرعت

رفتار حرارتی عایق پریشمان و کاهش استقامت دی الکتریک در دماهای زیاد

عایق پریشمان یکی از پرکاربردترین عایق ها در سیم پیچی ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی است. این عایق از الیاف سلولزی مخصوص ساخته می شود که با فرایندهای صنعتی تثبیت شده و به صورت کاغذ عایقی بسیار مقاوم عرضه می شود. اگرچه پریشمان دارای کیفیت بالای عایقی است، اما ساختار الیاف سلولزی آن در برابر حرارت حساسیت بیشتری دارد. هنگامی که پریشمان در محیطی با دمای بالا قرار می گیرد، اولین تغییر در میزان رطوبت مولکولی آن رخ می دهد.

این رطوبت مولکولی بخشی از ساختار طبیعی پریشمان است و خروج تدریجی آن موجب خشکی بیش از حد، شکنندگی و افت استقامت مکانیکی می شود. استقامت دی الکتریک، که مهم ترین ویژگی عایق پریشمان محسوب می شود، ارتباط مستقیم با میزان رطوبت، سلامت الیاف و یکپارچگی ساختار عایق دارد. در اثر افزایش دما، لایه های پریشمان ابتدا تغییر رنگ می دهند.

این تغییر رنگ معمولاً از سفید به زرد و سپس به قهوه ای متمایل به سوختگی تبدیل می شود. این تغییر نشان دهنده پیری حرارتی عایق است و نشان می دهد استقامت دی الکتریک در حال کاهش است. وقتی دما همچنان بالا بماند، پریشمان شروع به از دست دادن پیوندهای مولکولی می کند. این فرایند باعث می شود توان تحمل ولتاژ بین دورهای سیم پیچ به صورت چشمگیری کاهش پیدا کند.

یک عایق پریشمان که تحت دمای زیاد قرار گرفته باشد، در برابر افزایش ولتاژ یا موج ولتاژی لحظه ای مقاومتی از خود نشان نمی دهد و احتمال تخلیه الکتریکی بسیار بالا می رود. این تخلیه الکتریکی همان پدیده ای است که منجر به ایجاد سوزش نقطه ای و در نهایت اتصال کوتاه می شود.

بیشتر بخوانید : محافظت از موتور و ترانس با روش های ساده

نقش دمای زیاد در ایجاد ترک، سوختگی و شکست عایقی در سیم لاکی

افزایش دما مهم ترین عامل ایجاد ترک، سوختگی و شکست عایقی در سیم لاکی است. هنگامی که سیم پیچ در شرایط محیطی سخت یا تحت بار بالا کار می کند، عایق لاکی به تدریج خاصیت انعطاف پذیری خود را از دست می دهد و به ماده ای شکننده تبدیل می شود. ترک های ظریف سطحی معمولاً اولین نشانه تخریب عایقی هستند.

این ترک ها به دلیل لرزش موتور، انبساط و انقباض حرارتی، تکانه های مکانیکی یا پیچیدن نامنظم سیم پیچ سریع تر گسترش پیدا می کنند. هنگامی که ترک ها عمیق تر می شوند، سیم ها به هم نزدیک تر شده و فاصله عایقی میان دورها کاهش پیدا می کند. کاهش فاصله عایقی باعث بالا رفتن احتمال ایجاد میدان الکتریکی شدید میان دورها می شود.

در اثر ایجاد میدان الکتریکی شدید، تمرکز حرارتی در نقاط تماس رخ می دهد. دما در این نقاط بسیار بیشتر از دمای میانگین سیم پیچ می شود. این همان نقطه ای است که سوختگی رخ می دهد. اگر دما ادامه پیدا کند و خنک سازی کافی نباشد، عایق به طور کامل تخریب می شود و شکست عایقی شکل می گیرد.

شکست عایقی در سیم پیچ به معنی از بین رفتن کامل مقاومت بین دورهاست؛ یعنی سیم پیچ اولیه و ثانویه یا دورهای یک سیم پیچ می توانند مستقیم با هم تماس پیدا کنند. این تماس باعث ایجاد اتصال کوتاه شدید شده و در کمتر از چند ثانیه موتور یا ترانس می سوزد.

این روند درباره پریشمان نیز صادق است، اما سیم لاکی به دلیل نازک بودن عایق، سریع تر از پریشمان تخریب می شود.

بیشتر بخوانید : بررسی سیم لاکی سازگار با محیط زیست با روکش‌ های جدید

مقایسه تحمل حرارتی سیم لاکی و عایق پریشمان در کاربردهای صنعتی

تحمل حرارتی یکی از مهم ترین شاخص هایی است که مهندسان هنگام انتخاب مواد برای سیم پیچ باید به آن توجه کنند. سیم لاکی و پریشمان هر دو دارای کلاس های حرارتی مشخص هستند، اما تفاوت های چشمگیری میان آن ها وجود دارد که در شرایط صنعتی بسیار مهم می شود.

سیم لاکی بسته به نوع رزین عایقی خود می تواند در کلاس های حرارتی بسیار بالاتری نسبت به پریشمان قرار گیرد. بسیاری از سیم های لاکی کلاس F و H تحمل حرارتی ۱۵۵ تا ۱۸۰ درجه دارند و سیم های کلاس C حتی تا ۲۲۰ درجه را تحمل می کنند. این قابلیت باعث می شود سیم لاکی در محیط های داغ مانند موتورهای صنعتی، پمپ های آب، فن های دور بالا و ترانس های قدرت انتخاب مناسبی باشد.

در مقابل، پریشمان از عایق های سلولزی ساخته می شود و معمولاً در کلاس حرارتی A یا B قرار می گیرد. این کلاس ها به ترتیب تحمل ۱۰۵ و ۱۳۰ درجه را دارند. بنابراین پریشمان در برابر دمای بالا زودتر دچار پیری حرارتی، شکنندگی و افت دی الکتریک می شود.

در جدول زیر مقایسه تحمل حرارتی هر دو ماده ارائه شده است:

ویژگی	سیم لاکی	عایق پریشمان
محدوده تحمل دمایی	۱۳۰ تا ۲۲۰ درجه	۹۰ تا ۱۳۰ درجه
مقاومت در برابر پیری حرارتی	بسیار بالا	متوسط
پایداری در لرزش	مناسب	ضعیف
استحکام شیمیایی	بالا	محدود
طول عمر در دماهای بالا	طولانی	کوتاه

این مقایسه نشان می دهد که سیم لاکی برای محیط های داغ مناسب تر است و پریشمان در کاربردهای کم حرارت عملکرد مطلوب تری دارد.

بیشتر بخوانید : دلایل خرابی زودهنگام عایق سیم

راهکارهای جلوگیری از آسیب حرارتی در سیم لاکی و افزایش طول عمر عایق

برای جلوگیری از تخریب ناشی از دمای زیاد، ابتدا باید علت افزایش دما مشخص شود. تهویه نامناسب، عبور جریان بیش از حد، طراحی ضعیف سیم پیچ، استفاده از مواد عایق نامناسب و کارکرد دستگاه در شرایط سخت محیطی از دلایل اصلی افزایش دمای سیم پیچ هستند.

اولین اقدام در این مسیر انتخاب سیم لاکی با کلاس حرارتی مناسب است. استفاده از سیم های کلاس H یا C در محیط هایی که دما بالاست، باعث می شود سیم پیچ در برابر حرارت مقاوم بماند. علاوه بر انتخاب سیم مناسب، سیستم خنک کاری نیز نقش مهمی دارد. اگر موتور یا ترانس در محیطی قرار دارد که جریان هوا محدود است، باید بهبود تهویه یا نصب فن اضافی بررسی شود.

نظارت بر دما نیز راهکار مهم دیگری است. امروزه بسیاری از تجهیزات صنعتی از سنسورهای داخلی استفاده می کنند تا در صورت افزایش دمای سیم پیچ، سیستم به صورت خودکار خاموش شود. این روش در از بین بردن خطرات حرارتی بسیار مؤثر است.

در نهایت انتخاب عایق پریشمان با کیفیت بالا و توجه به کلاس حرارتی آن باعث می شود کاهش استقامت دی الکتریک دیرتر اتفاق بیفتد. در برخی پروژه ها به جای پریشمان از عایق های پیشرفته تر مانند نومکس استفاده می شود که تحمل حرارتی بالاتری دارند.

استانداردهای دمایی و کلاس بندی حرارتی سیم لاکی و عایق های پریشمان

سیم لاکی و عایق پریشمان هر دو بر اساس استانداردهای بین المللی تولید و دسته بندی می شوند. این استانداردها شامل مواردی از جمله تعیین کلاس حرارتی، تعیین مواد به کاررفته، آزمون های پیری حرارتی، تست مقاومت دی الکتریک و آزمون های مکانیکی هستند.

استاندارد IEC 60317 برای سیم های لاکی مورد استفاده قرار می گیرد. این استاندارد مشخص می کند که هر کلاس حرارتی باید چه میزان دما را تحمل کند و چه آزمایش هایی برای تأیید کیفیت آن ضروری است. استاندارد IEC 60554 نیز مربوط به عایق های سلولزی از جمله پریشمان است.

پریشمان معمولاً در کلاس A یا B قرار دارد، اما سیم های لاکی بسته به نوع رزین می توانند در کلاس های بسیار بالاتری قرار گیرند. به همین دلیل همواره توصیه می شود هنگام سیم پیچی موتور یا ترانس، کلاس حرارتی سیم و عایق با یکدیگر هماهنگ باشند تا دستگاه در شرایط سخت عملکرد مناسبی داشته باشد.

سخن پایانی

اثر دمای زیاد بر سیم لاکی و عایق پریشمان موضوعی حیاتی در صنعت برق و الکتروموتورهاست. اگر دما از حد مجاز فراتر رود، سیم لاکی ترک می خورد، خشک می شود، مقاومت آن افزایش می یابد و در نهایت دچار شکست عایقی می شود. عایق پریشمان نیز به دلیل ساختار سلولزی خود سریع تر رطوبت از دست می دهد و در برابر حرارت استقامت دی الکتریک خود را از دست می دهد.

شناخت دقیق رفتار مواد در برابر حرارت، انتخاب کلاس حرارتی مناسب، استفاده از طراحی اصولی و بهبود خنک کاری از اصلی ترین راه های افزایش عمر سیم پیچ و جلوگیری از خرابی های پرهزینه است. مهندسان و تعمیرکاران با رعایت این اصول می توانند عمر مفید تجهیزات را چند برابر افزایش دهند و از بروز خرابی های ناگهانی جلوگیری کنند.