Ток утечки: основные термины и понятия
Цель этой статьи определить термины, связанные с требованиями безопасности в отношении тока утечки и воздушного зазора между контактами в электрическом соединителе промышленного назначения, а также сделать привязку к степени загрязнения.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
Вам необходимо понимать следующие общие термины, поскольку они будут использоваться в этой статье:
▪ Диэлектрик: изоляционный материал, например, пластик или воздух.
▪ Проводник: обычно металлические контакты или оборудование; что-либо электропроводящее в разъеме.
▪ Диэлектрическое выдерживаемое напряжение (DWV) и пробой: величина напряжения, которую может выдержать изолятор, и величина напряжения, вызывающего дугу через эту изоляцию.
▪ Сопротивление изоляции (IR): также называемое поверхностным сопротивлением изоляции (SIR) — это величина сопротивления протеканию тока через изолятор преимущественно вдоль поверхности.
▪ Ток утечки: Величина электрического тока, протекающего через изолятор или вдоль него.
▪ Пробой: электрический пробой поверхностного сопротивления изолятора.
ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАЗОР И ТОК УТЕЧКИ, И ПОЧЕМУ МЫ ЗАДУМЫВАЕМСЯ ОБ ЭТОМ, РАЗРАБАТЫВАЯ НАШИ СОЕДИНИТЕЛИ?
На самом деле это две простые концепции, представляющие собой термины и требования безопасности продукции для многих типов изделий/узлов/компонентов. Регулирующие органы, такие как IEC, имеют очень конкретные рекомендации и требования по применению продуктов, которые необходимо соблюдать, чтобы продавать указанные продукты во многих странах. Эти стандарты помогают обеспечить безопасную эксплуатацию продуктов, снижая риск поражения электрическим током или других травм для конечных пользователей, а также снижая опасность пожара (самопроизвольного возгорания). Эти стандарты также предназначены для защиты других компонентов, находящихся в непосредственной близости от электрических разъемов, чтобы помочь избежать распространения отказа по всей системе. Большая часть того, что мы обозначим ниже, будет связана с электрическими разъемами и кабельными сборками, т.е. с областью нашей деятельности, хотя тема касается также печатных плат и некоторых других продуктов.
ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАЗОР?
Электрический зазор – это кратчайшее расстояние между двумя электрическими проводниками по воздуху. Проще говоря, это расстояние, которое должна пройти искра, как в тесте на Диэлектрическое выдерживаемое напряжение (DWV) и пробой.
Рисунок 1
Типичный изолятор разъема и контакты с указанием зазора
ЧТО ТАКОЕ РАССТОЯНИЕ И ТОК УТЕЧКИ?
РАССТОЯНИЕ УТЕЧКИ — это линейное расстояние вдоль всех изолирующих поверхностей между двумя электрическими проводниками. Что касается электрических измерений, результат этого параметра, по сути, эквивалентен измерению поверхностного сопротивления изоляции (SIR или IR). Обратите внимание на рисунок ниже: поскольку это общее поверхностное расстояние между проводниками, оно может быть значительно больше, чем зазор между теми же контактами в зависимости от геометрии изолятора.
ТОК УТЕЧКИ — ток, который протекает в землю или на сторонние проводящие части в электрически неповрежденной цепи. В нашем случае – с контакта на контакт.
Рисунок 2
Типичный изолятор разъема и контакты с указанием расстояния утечки
ПОЧЕМУ У НАС ЕСТЬ ДВА ПОНЯТИЯ И В ЧЕМ РАЗЛИЧИЕ?
Таким образом электрический зазор определяет, какое напряжение вызовет дугу. Расстояние утечки вступает в силу уже после возникновения дуги. Когда электрическая дуга возникает над изолирующей поверхностью (а фактически по ней), возможно, что на поверхности, над которой возникла дуга, останется углеродный след. Углерод гораздо более электропроводен, чем изоляционные материалы. Эта дуга, и возникающая в результате карбонизация поверхности, существенно ухудшают SIR, уменьшая изоляцию между соответствующими проводниками и увеличивая ток утечки. Это также сокращает эквивалентную электрическую длину и делает изделие более восприимчивым к последующему искрению, тем самым снижая напряжение пробоя. Исследования показывают, что в значительном числе случаев всего одна такая дуга может привести к короткому замыканию в перспективе, при продолжении эксплуатации разъема, даже если в момент ее образования ничего не произошло. Именно поэтому в Weipu так тщательно следят за соблюдением нормативов при проектировании разъемов и не отступают от них.
ПРИМЕЧАНИЕ. Нечеткие серые линии на следующих рисунках обозначают карбонизацию поверхность изолятора в результате воздействия электрической дуги.
Рисунок 3
Дуга возникает между контактами на левом изображении, на правом показано, что, даже после того, как дуга погасла, повреждения остаются на изоляторе
СТЕПЕНЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
А как насчет степени загрязнения… какое значение имеет степень загрязнения?
Степень загрязнения — это параметр, специфичный для конкретного применения, который учитывает, как загрязняющие вещества повлияют на продукцию, подвергающуюся воздействию различных сред с точки зрения высокого напряжения и безопасности.
Стандарт IEC 60950 вводит несколько обобщённых классов загрязнения (в стандарте более формализованные определения, ниже интерпретация)
Уровень I — загрязнения, не ухудшающие электрическую прочность изоляции. Относится только к оборудованию в чистых комнатах или в герметичных корпусах, не допускающих попадание внутрь даже бытовых загрязнителей.
Уровень 2 — офисная или бытовая обстановка, возможные загрязнители обычно не проводят ток, но в единичных случаях при конденсации влаги могут стать проводящими.
Уровень 3 — промышленная обстановка, агрохозяйства, особенно неотапливаемые помещения. Загрязнители могут проводить ток, как в случае образования конденсата, так и без него.
Уровень 4 — использование без защиты от внешней среды, регулярное воздействие воды или снега.
Как видно, Уровень 3 наиболее распространенный для сред, в которой применяются наши разъемы. Загрязнения, конденсат, вода могут сопутствовать эксплуатации значительно чаще, чем в других обстоятельствах. Следовательно, эти условия накладывают дополнительные требования к проектированию разъемов, к расстояниям между токоведущими частями разъема (контактами).
Загрязнения контактной группы значительно влияют на сокращение расстояния утечки и электрического зазора. Поэтому при проектировании инженеры учитывают этот фактор, увеличивая расстояния между контактами на расчетные дистанции, а эксплуатирующим службам или пользователю оборудования следует следить за содержанием контактной группы разъема в чистоте, при этом производителю регламентировать плановое обслуживание разъемов, работающих в зонах с уровнем загрязнения 3.
ЧТО ИМЕЕМ В РЕЗУЛЬТАТЕ
Мы в Weipu особенно тщательно учитываем эти факторы при проектировании своих продуктов. Все контактные схемы сбалансированы в разрезе соответствия диаметров контактов, изоляторам и подходящим по размеру кабелям для того, чтобы не допустить отступления от номинальных и тестовых параметров, удовлетворяющих требованиям стандартов. На этом конструкторский отдел не останавливается, еще на этапе проектирования применяемые материалы от поставщиков сырья проходят строгий отбор, все сплавы и композиты регулярно тестируются, и поставщики получают заключения заводской лаборатории о допуске. Поэтому наши клиенты всегда могут быть уверены в безупречной надежности и исключительном качестве продуктов Weipu.