पीटीएफई के विद्युत इन्सुलेशन गुण क्या हैं और वे विसर्जन हीटरों के लिए क्यों मायने रखते हैं?

यदि आप विद्युत चालित हीटर को किसी प्रवाहकीय तरल (जैसे एसिड या नमक का घोल) में चिपकाते हैं तो आपको पूरी तरह से विद्युत रूप से पृथक होने की आवश्यकता है। कोई भी लीकेज करंट प्लेटिंग दोष, आवारा करंट क्षरण या कार्मिक आघात के खतरे पैदा कर सकता है। पीटीएफई के उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन गुण इस महत्वपूर्ण बाधा की पेशकश करते हैं। विश्वसनीय रूप से इन्सुलेटिंग कवर के बिना, विसर्जन हीटर स्वयं प्रक्रिया संदूषण और सुरक्षा खतरे का एक स्रोत है। पीटीएफई विद्युत इन्सुलेशन विसर्जन हीटर की कार्यप्रणाली के बारे में जानने के लिए ढांकता हुआ ताकत एक बुनियादी विशेषता है।

ढांकता हुआ ताकत क्या है और हमें इसकी आवश्यकता क्यों है?
ढांकता हुआ ताकत सबसे बड़ा विद्युत क्षेत्र है जिसे कोई सामग्री टूटने और प्रवाहकीय बनने से पहले झेल सकती है। यह आमतौर पर किलोवोल्ट प्रति मिलीमीटर (केवी/मिमी) में बताया जाता है। यदि किसी इन्सुलेटर में विद्युत क्षेत्र उस इन्सुलेटर की ढांकता हुआ ताकत से अधिक है, तो इलेक्ट्रॉनों को एक संवाहक चैनल बनाने के लिए सामग्री के माध्यम से संचालित किया जाता है। यह तुरंत और प्रलयंकारी रूप से विफल हो सकता है।

पीटीएफई की अल्पकालिक ढांकता हुआ ताकत कम से कम 15 केवी/मिमी है। यह आंकड़ा विसर्जन हीटरों के औसत ऑपरेटिंग वोल्टेज से काफी अधिक है, जो 110 वी से 480 वी एसी रेंज में हैं। यदि सामग्री सही है तो 480 वी पर भी टूटने से बचने के लिए आवश्यक इन्सुलेशन मोटाई 0.05 मिमी से कम है। व्यवहार में पीटीएफई शीथ 1 से 3 मिमी की मोटाई के साथ बनाए जाते हैं और इसलिए व्यापक सुरक्षा मार्जिन हासिल किया जाता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि 15 केवी/मिमी संख्या अल्पावधि, डीसी या अत्यंत लघु एसी एक्सपोज़र के लिए है। बिजली आवृत्तियों (50/60 हर्ट्ज) पर निरंतर एसी संचालन में, आंशिक निर्वहन और उम्र बढ़ने के प्रभावों के कारण दीर्घकालिक ढांकता हुआ ताकत कम हो जाती है। हालाँकि, अकेले पीटीएफई की निरंतर कार्यशील ढांकता हुआ ताकत का रूढ़िवादी अनुमान भी 4-6 केवी/मिमी है, जो हीटर के विशिष्ट वोल्टेज के लिए पर्याप्त से कहीं अधिक है।

पीटीएफई प्रवाहकीय स्नान में करंट रिसाव को कैसे रोकता है
विसर्जन हीटर के कई अनुप्रयोगों में अत्यधिक प्रवाहकीय तरल पदार्थ शामिल हैं: इलेक्ट्रोप्लेटिंग समाधान (निकल, तांबा, क्रोमियम), एनोडाइजिंग स्नान (सल्फ्यूरिक या फॉस्फोरिक एसिड) और पिकलिंग समाधान (हाइड्रोक्लोरिक या नाइट्रिक एसिड)। इन तरल पदार्थों की प्रतिरोधकता कुछ ओम सेमी जितनी कम होती है। यदि हीटर के इन्सुलेशन में कोई टूट-फूट होती है तो हीटर के अंदर प्रतिरोध तार का बाथ से सीधा विद्युत कनेक्शन होगा।

इस तरह के रिसाव से बचने के लिए, PTFE विद्युत इन्सुलेशन विसर्जन हीटर में तीन महत्वपूर्ण विद्युत गुण होते हैं:

उच्च ढांकता हुआ ताकत - म्यान की मोटाई के माध्यम से विद्युत टूटने को रोकता है।

उच्च आयतन प्रतिरोधकता- थोक सामग्री के माध्यम से कोई धारा प्रवाहित नहीं होती।

उच्च सतह प्रतिरोधकता - विशेष रूप से नम या प्रदूषित परिस्थितियों में बाहरी सतह पर करंट ट्रैकिंग को रोकती है।

PTFE की आयतन प्रतिरोधकता 10^18 ओम - सेमी से अधिक है, जो किसी भी ठोस इन्सुलेशन सामग्री के उच्चतम मूल्यों में से एक है। तुलना के लिए, नायलॉन जैसे विशिष्ट इंसुलेटर की वॉल्यूम प्रतिरोधकता लगभग 10¹²–10¹⁴ ओम-सेमी होती है। पीटीएफई में बहुत अधिक प्रतिरोधकता होती है, इसलिए बिना क्षतिग्रस्त पीटीएफई की एक बहुत पतली परत भी बिजली के पारित होने के लिए व्यावहारिक रूप से असीमित प्रतिरोध प्रदान करेगी।

क्या होता है जब इन्सुलेशन विफल हो जाता है?
फ़ील्ड अनुभव से पता चलता है कि पीटीएफई इन्सुलेशन विफलता के नतीजे शायद ही कभी सूक्ष्म होते हैं। म्यान पर पिनहोल, दरारें या पतली जगहों के कारण स्नान में करंट प्रवाहित हो सकता है। आवेदन के आधार पर कई अलग-अलग कठिनाइयाँ विकसित होती हैं:

प्लेटिंग दोष - हीटर से निकलने वाला एक भटका हुआ करंट इलेक्ट्रोप्लेटिंग टैंकों में वर्कपीस पर करंट वितरण को बदल देता है। इससे जमाव की मोटाई असमान हो सकती है, गांठदार विकास हो सकता है या जमाव जल सकता है।

आवारा धारा का क्षरण - टैंक में अन्य धात्विक घटकों द्वारा रिसाव धारा को जमीन की ओर मोड़ दिया जाता है {{1} हीट एक्सचेंजर्स, टैंक की दीवारों या रैक में। इससे वर्तमान निकास बिंदुओं पर क्षरण की गति तेज हो जाती है।

कार्मिक आघात का ख़तरा - यदि बाथ को ग्राउंड किया गया है (जैसा कि कई प्लेटिंग लाइनों में सामान्य होता है), एक लीकेज करंट तरल में एक वोल्टेज ग्रेडिएंट उत्पन्न करता है। यदि आप स्नानघर और जमी हुई किसी चीज़ के संपर्क में आते हैं तो आपको बिजली का झटका लग सकता है।

अपने जीवनकाल के अंत से पहले हीटर की विफलता - लीकेज करंट आम तौर पर इन्सुलेशन टूटने के क्षेत्र में स्थानीय हीटिंग उत्पन्न करता है जो पीटीएफई को और कम कर देता है और अंततः एक खुला सर्किट या ग्राउंड फॉल्ट बनाता है।

वास्तव में, अपर्याप्त इन्सुलेशन का पहला संकेत अक्सर हीटर से संबंधित होने के बजाय प्रक्रिया से संबंधित होता है। किसी भी विद्युत सुरक्षा उपकरण के ट्रिप होने से पहले प्लेटिंग ऑपरेटर अक्सर खराब जमा गुणवत्ता को नोटिस करते हैं।

अन्य सामग्रियों की तुलना में पीटीएफई इन्सुलेशन
पीटीएफई विसर्जन हीटर इन्सुलेशन के लिए नियोजित एकमात्र फ्लोरोपॉलीमर नहीं है। पीएफए ​​(पेरफ्लुओरोअल्कोक्सी) और एफईपी (फ्लोरिनेटेड एथिलीन प्रोपलीन) रासायनिक और विद्युत रूप से समान हैं। पीटीएफई फिर भी विद्युत प्रदर्शन, सामर्थ्य और उपलब्धता के मिश्रण के कारण सबसे अधिक बार निर्दिष्ट किया जाता है। नीचे दी गई तालिका विसर्जन हीटरों में उपयोग की जाने वाली लोकप्रिय इन्सुलेट सामग्री के लिए ढांकता हुआ ताकत और वॉल्यूम प्रतिरोधकता प्रस्तुत करती है।

इन्सुलेशन सामग्री ढांकता हुआ ताकत (केवी/मिमी, अल्पावधि) वॉल्यूम प्रतिरोधकता (ओम - सेमी) अधिकतम निरंतर सेवा तापमान (डिग्री)
पीटीएफई 15 – 20 > 10^18 260 पीएफए ​​15 – 20 > 10^18 260
एफईपी 15 – 20 > 10^18 200
ईटीएफई 15 – 18 1016 – 1017 150
पॉलीप्रोपाइलीन 18 - 22 (रासायनिक रूप से नष्ट हो जाता है) 10¹⁵ - 10¹⁷ 80 (पानी में)
सिलिकॉन रबर 14–20 1014–1015 180
ध्यान दें: ढांकता हुआ ताकतें प्रयोगशाला में मापी गई स्वच्छ, सूखे नमूनों के लिए हैं। वास्तविक दुनिया के परिणाम तापमान, आर्द्रता और रासायनिक जोखिम से प्रभावित होते हैं।

दिलचस्प बात यह है कि भले ही पॉलीप्रोपाइलीन और ईटीएफई की ढांकता हुआ ताकत शुष्क परिस्थितियों में पीटीएफई के बराबर या उससे भी बेहतर है, वे रासायनिक रूप से प्रतिरोधी नहीं हैं, न ही उनमें पीटीएफई के रूप में उच्च तापीय स्थिरता है। ऊंचे तापमान पर आक्रामक रासायनिक स्नान के लिए एकमात्र यथार्थवादी संभावनाएं पीटीएफई और इसके फ्लोरोपॉलीमर रिश्तेदार, पीएफए ​​और एफईपी हैं।

उच्च ढांकता हुआ शक्ति पर्याप्त क्यों नहीं है?
पीटीएफई में 15 केवी/मिमी से अधिक या उसके बराबर की उत्कृष्ट ढांकता हुआ ताकत है, हालांकि विद्युत सुरक्षा के लिए विशेष रूप से इस पर भरोसा करना अधूरा होगा। व्यवहार में प्रभावी इन्सुलेशन प्रभावशीलता को प्रभावित करने वाले कारकों में शामिल हैं:

तापमान - बढ़ते तापमान के साथ पीटीएफई की ढांकता हुआ ताकत कम हो जाती है। 200 डिग्री पर यह परिवेश के तापमान मान के लगभग 50-60% तक कम हो सकता है।

नमी का अवशोषण - पीटीएफई हाइड्रोफोबिक है और लगभग कोई पानी अवशोषित नहीं करता है। हालाँकि, यदि संदूषण है या सतह में दरार है तो नमी थोक इन्सुलेशन के चारों ओर प्रवाहकीय चैनल बना सकती है।

यांत्रिक क्षति - खरोंच, घर्षण या अनुचित झुकने से स्थानीय रूप से म्यान की मोटाई कम हो सकती है और जिससे विद्युत क्षेत्र का तनाव बढ़ सकता है।

उम्र बढ़ने और आंशिक निर्वहन - सूक्ष्म स्थानों में आंशिक निर्वहन कई वर्षों के एसी संचालन के दौरान पीटीएफई को धीरे-धीरे कम करता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रभावी ढांकता हुआ ताकत कम हो जाती है।

फ़ील्ड अनुभव से पता चला है कि पीटीएफई विसर्जन हीटरों में अधिकांश इन्सुलेशन विफलताएं बरकरार सामग्री के माध्यम से वोल्टेज टूटने के कारण नहीं होती हैं। बल्कि वे यांत्रिक क्षति, सील सतहों पर रासायनिक हमले या गर्मी के क्षरण से उत्पन्न होते हैं। पीटीएफई की उच्च ढांकता हुआ ताकत एक अच्छा सुरक्षा मार्जिन देती है लेकिन सही हैंडलिंग, स्थापना और रखरखाव की आवश्यकता से राहत नहीं देती है।

सिस्टम डिज़ाइन भूमिका: ग्राउंड और जीएफसीआई सुरक्षा
यहां तक ​​कि पीटीएफई इलेक्ट्रिकल इंसुलेशन इमर्शन हीटर के सबसे अच्छे डिजाइन में भी खामी हो सकती है। इसलिए, द्वितीयक सुरक्षा तंत्र को एक सही सिस्टम डिज़ाइन में एकीकृत किया जाना चाहिए:

उपकरण ग्राउंडिंग - हीटर के बाहरी धातु भागों (फ्लैंज, माउंटिंग ब्रैकेट या ग्राउंड वायर) को सुविधा के ग्राउंडिंग सिस्टम से जोड़ा जाएगा। यह किसी भी लीकेज करंट के लिए स्रोत पर वापस एक कम प्रतिबाधा चैनल प्रदान करता है। इससे ओवरकरंट उपकरण संचालित होने लगते हैं।

ग्राउंड फॉल्ट सर्किट इंटरप्टर (जीएफसीआई) या ग्राउंड फॉल्ट प्रोटेक्शन - जीएफसीआई उपकरण लाइन और न्यूट्रल करंट के बीच 5-30 एमए तक के असंतुलन को महसूस करते हैं। लोगों की सुरक्षा के लिए नम क्षेत्रों में ग्राउंड फ़ॉल्ट सुरक्षा की आवश्यकता होती है जैसे कि टैंक चढ़ाना।

Periodic insulation resistance testing - Testing insulation resistance with a megohmmeter between the heater leads and ground (heater dry and de-energised) can detect insulation degradation before failure. Typical acceptable values are >कम वोल्टेज वाले हीटरों के लिए 1 मेगाओम, जबकि नए पीटीएफई हीटर अक्सर गीगाओम क्षेत्र में होते हैं।

यह समझना महत्वपूर्ण है कि कोई भी इन्सुलेशन आदर्श नहीं है और सभी सामग्रियां समय के साथ खराब हो जाती हैं। ग्राउंडिंग और जीएफसीआई सुरक्षा सुरक्षा की दूसरी परत देती है जो पीटीएफई इन्सुलेशन खराब होने के बाद भी प्रभावी रहती है।

हीटर की पसंद और संचालन के लिए व्यावहारिक निहितार्थ
प्रवाहकीय स्नान के लिए विसर्जन हीटर का चयन करते समय पीटीएफई के विद्युत इन्सुलेशन गुणों का डिजाइन विकल्पों पर सीधा असर पड़ता है:

म्यान की मोटाई मोटे म्यान बढ़ी हुई ढांकता हुआ ताकत और यांत्रिक लचीलापन, कम गर्मी हस्तांतरण प्रदान करते हैं। ऑपरेटिंग वोल्टेज और रासायनिक वातावरण के आधार पर सही संतुलन पाया जाना चाहिए।

वोल्टेज रेटिंग - वोल्टेज जितना अधिक होगा, उसी हीटर की शक्ति के लिए करंट उतना ही कम होगा और लीड में प्रतिरोधक हानि भी कम होगी। लेकिन वोल्टेज जितना अधिक होगा, विद्युत क्षेत्र से इन्सुलेशन पर तनाव उतना ही अधिक होगा। अधिकांश PTFE विसर्जन हीटरों को या तो 240 V या 480 V AC रेटिंग दी जाती है, बाद वाले को शीथ गुणवत्ता पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता होती है।

निरीक्षण और प्रतिस्थापन अंतराल - उच्च चालकता और आक्रामक रसायन विज्ञान वाले स्नान के लिए अधिक नियमित इन्सुलेशन परीक्षण की आवश्यकता होती है। यदि इन्सुलेशन प्रतिरोध कम हो रहा है, तो आपको हीटर प्रतिस्थापन की योजना बनाने की आवश्यकता है।

वास्तव में, कई टैंक ऑपरेटरों द्वारा एक PTFE{0}}शीथेड हीटर को स्नान के लिए विद्युतीय रूप से "अदृश्य" माना जाता है। यह तभी तक सत्य है जब तक इन्सुलेशन सूखा और टूटा हुआ है। कोई भी ब्रेक, चाहे वह कितना भी छोटा क्यों न हो, तुरंत हीटर के विद्युत सर्किट को बाथटब से जोड़ देता है।

निष्कर्ष
पीटीएफई उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन क्षमताएं प्रदान करता है, जैसे कम से कम 15 केवी/मिमी की ढांकता हुआ ताकत और 10^18 ओम {{3} सेमी) से अधिक की वॉल्यूम प्रतिरोधकता, जो सुरक्षित और संदूषण मुक्त विसर्जन हीटिंग के लिए महत्वपूर्ण हैं। ये गुण आंतरिक प्रतिरोध तार से अत्यधिक प्रवाहकीय रासायनिक स्नान में वर्तमान रिसाव को सीमित करते हैं, जिससे प्लेटिंग दोष, आवारा वर्तमान क्षरण और सदमे के खतरे समाप्त हो जाते हैं।

लेकिन अच्छे भौतिक गुणों से सुरक्षा का कोई मतलब नहीं बनता। पीटीएफई विद्युत इन्सुलेशन विसर्जन हीटर सही म्यान मोटाई, पिनहोल से बचने के लिए सावधानीपूर्वक निर्माण और यांत्रिक क्षति से बचने के लिए सही स्थापना पर निर्भर करता है। फुलप्रूफ़ इंसुलेशन जैसी कोई चीज़ नहीं है, इस प्रकार ग्राउंडिंग और ग्राउंड फ़ॉल्ट सुरक्षा प्रत्येक विसर्जन हीटिंग सिस्टम के महत्वपूर्ण भाग हैं।

नम वातावरण में विद्युत सुरक्षा अच्छी सामग्री और पर्याप्त सिस्टम डिज़ाइन का मामला है। पीटीएफई रक्षा की पहली पंक्ति है - एक विद्युत अवरोध जो बेहद मजबूत है। दूसरा द्वितीयक सुरक्षा तंत्र के माध्यम से है। साथ में वे विसर्जन हीटरों को उद्योग की कुछ सबसे कठिन रासायनिक और विद्युत स्थितियों में वर्षों तक भरोसेमंद रूप से कार्य करने की अनुमति देते हैं।