В условиях высокого напряжения, сильного электромагнитного поля и сильного электрического поля, таких как в высоковольтных электродвигателях, не рекомендуется решать проблемы проводимости и изоляции путем обмотки пластиком металлической защитной трубы (например, бесшовной трубы из нержавеющей стали). Этот подход представляет серьезную опасность как в инженерной практике, так и с точки зрения оптической физики.
Почему «пластиковая оболочка на металлической трубе» небезопасна?
- Искажение электрического поля и частичный разряд (ЧР):
Металл является отличным проводником. При помещении в высоковольтное электрическое поле металлическая труба вызывает сильное искажение окружающего поля. Даже при наличии пластиковой изоляционной оболочки (например, из ПТФЭ, ПФА или термоусадочной трубки) под воздействием высокого напряжения и сильного электрического поля, если между пластиком и металлической трубой существует небольшой воздушный зазор или на краях металлической трубы, это может легко вызвать частичный разряд. Высокоэнергетические электроны и озон, генерируемые частичным разрядом, быстро вызывают карбонизацию и пробой пластиковой оболочки, что в конечном итоге приводит к короткому замыканию обмоток двигателя, представляя серьезную опасность.
- Чрезмерное термическое сопротивление, потеря оперативной передачи данных при измерении температуры:
Чтобы обеспечить достаточный запас электробезопасности в условиях высокого напряжения, толщина пластиковой изоляционной оболочки должна быть определенной. Поскольку теплопроводность пластика чрезвычайно низка (обычно около 0.2\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}), чрезмерно толстый изоляционный слой экспоненциально увеличивает термическое сопротивление. Это приводит к серьезной задержке температурной реакции датчика, из-за чего система мониторинга не может быстро отреагировать на внезапное перегрев двигателя.
- Механические напряжения и старение:
Высоковольтные электродвигатели во время работы подвергаются постоянному воздействию высоких температур и механических вибраций. Пластиковая оболочка со временем может стареть, становиться хрупкой или деформироваться из-за термического сжатия. Как только покрытие трескается, открытая металлическая труба напрямую угрожает общей безопасности высоковольтной электрической системы.
Техническое решение: истинная «изолирующая инкапсуляция» без металла
Для достижения высокоточного и быстро реагирующего температурного мониторинга без проводимости и частичных разрядов, фундаментальное решение заключается в полном отказе от металлической защитной трубы и использовании неорганических неметаллических материалов (например, керамики) или гибких композитных полимерных материалов с высокой изоляцией для «изолирующей инкапсуляции».
1. Керамическая изоляционная инкапсуляция (предпочтительный выбор для высоковольтных и высокотеплопроводных сценариев)
Промышленная керамика, такая как оксид алюминия или нитрид кремния, является непроводящим неорганическим неметаллическим материалом. Она не только обладает высокой электрической изоляцией и чрезвычайной стойкостью к пробою, но и от природы немагнитна, не создавая индуцированных токов или искажений поля в переменных электромагнитных полях. В то же время теплопроводность керамики очень высока (например, теплопроводность керамики из оксида алюминия обычно составляет от 20\ \text{W/(m}\cdot\text{K)} до более 30\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}), что более чем в сто раз превышает показатель обычного пластика, обеспечивая оперативную температурную реакцию.
Для измерения температуры в условиях сверхвысокого напряжения или сильного электромагнитного поля, OFSCN® Ceramic-encapsulated Fiber Bragg Grating Temperature Sensor предлагает высокопрочное решение для изоляционной инкапсуляции с использованием керамики. Защитный корпус датчика полностью изготовлен из неорганического неметаллического керамического материала, обеспечивая полную физическую изоляцию и быструю тепловую реакцию, с рабочим диапазоном температур от -270^\circ\text{C} до 800^\circ\text{C}.
2. Гибкая низковольтная изоляционная инкапсуляция (лучшая гибкость при изгибе)
Если пространственная структура двигателя сложна, а место измерения температуры узкое, требуя от датчика определенной способности к изгибу или деформации, можно использовать интегральную инкапсуляцию с использованием специального термостойкого изолирующего полимера.
OFSCN® 150 Low-Voltage Insulated Fiber Bragg Grating Temperature Sensor использует изолирующие полимерные материалы для инкапсуляции оптоволоконной решетки, обеспечивая превосходную гибкость и электроизоляционные характеристики в условиях отсутствия металла. Его внешний диаметр тоньше, а рабочий диапазон температур составляет от -40^\circ\text{C} до 150^\circ\text{C}.
В заключение, в инженерном проектировании измерения температуры высоковольтных электродвигателей, избегание любых металлических конструкций (то есть использование полностью диэлектрической керамики или инкапсуляции из чистого полимера) является оптимальным научным путем для устранения частичных разрядов, обеспечения безопасности высоковольтной изоляции и реализации эффективной теплопередачи.