소개
고전압 변압기, 스위치 기어 및 전력 분배 장비에서 전기 절연 재료는 전기 응력뿐만 아니라 기계적 부하를 견뎌야합니다. 굽힘 강도 - 절연 라미네이트 또는 굽힘에 저항하는 복합재의 용량은 신뢰성과 수명을 모두 수행합니다. 절연 성분이 굽힘 하중 하에서 균열 또는 변형되면, 유전 무결성이 손상되어 부분 방전, 아크 결함 또는 치명적인 실패가 위험에 처할 수 있습니다. 이 기사는 전기 단열재 재료의 굽힘 강도의 기본 사항을 탐구하고 표준화 된 테스트 방법을 개요하며 성능 향상을위한 굽힘 저항을 최적화하는 전략을 제공합니다.
전기 단열에서 굽힘 강도가 중요한 이유
전기 절연체는 종종 설치, 열 순환 또는 진동 중에 기계적 힘을 받는다. 주요 이유 굽힘 강도는 중요합니다.
부하 하의 구조적 무결성 : 버스 바지지 및 스페이서 바는 균열없이 굽힘에 저항 해야하는 단열판에 의존합니다.
유전체 안전 : 굽힘 - 유도 미세 락은 국소 전기장 강화를 생성하여 부분 방전을 유발할 수있다.
장기 내구성 : 반복 된 열 팽창 및 기계적 진동은 절연체가 피로를 피하기 위해 안전한 한계 내에서 구부릴 것을 요구합니다.
굽힘 강도를 최적화하면 절연 부품이 지오메트리를 유지하고 공기 갭을 방지하며 서비스 수명 내내 균일 한 유전체 특성을 유지하도록합니다.
핵심 개념 : 굴곡 강도 대 굴곡 모듈러스
두 가지 보완 매개 변수는 굽힘 동작을 적용합니다.
| 재산 | 정의 | 단위 |
| 굽힘 강도 | 하중 하에서 재료 고장 전 최대 굽힘 응력 | MPA 또는 PSI |
| 굴곡 계수 | 탄성 굽힘 영역에서 응력 - 변형 곡선의 기울기; 강성을 나타냅니다 | MPA 또는 PSI |
굽힘 강도는 균열 또는 골절 전에 피크 하중 용량을 정확히 찾아냅니다.
굴곡 모듈러스는 단열재의 강성을 반영합니다. 더 높은 계수는 작동 응력 하에서 편향이 줄어 듭니다.
단열 설계에서 균형이 맞습니다. 모양을 유지하기위한 강성이 높지만 균열 전파에 저항하기에 충분한 인성.
일반적인 단열재 및 굽힘 성능
전기 단열재는 다양한 열경 집합 라미네이트 및 복합재를 사용하며, 각각은 뚜렷한 굽힘 특성을 제공합니다.
에폭시 유리 (FR -4) : 인쇄 회로 보드 및 터미널 스트립에 널리 사용되는 FR -4는 일반적으로 약 300-350 MPa와 15-18 gpa의 모듈러스를 나타냅니다. 전기적 안정성과 기계적 견고성의 조화는 중간 전압 응용 분야에서 근무가된다.
페놀 시트 (PFCC 시리즈) : 셀룰로오스 또는면 직물로 강화 된 페놀 수지로 제작 된 이들 등급은 5 ~ 10 GPA 사이의 모듈러스로 굽힘 강도에서 최대 200 MPa (직물 기반)까지 다양합니다. 그들은 스위치 기어 장벽과 단열 스페이서에서 탁월합니다.
실리콘 유리 (G -10/11) : 20 GPA 근처에서 400 MPa 및 모듈러스를 초과하는 굽힘 강도로, 실리콘 기반 라미네이트는 습한 또는 실외 설치에 이상적인 수분 저항성을 제공합니다.
멜라민 유리 : 중간 정도의 굽힘 강도 (150–250 MPa)를 제공하지만 우수한 불꽃 저항성을 제공하는 멜라민 라미네이트는 화재 안전이 가장 중요한 퓨즈 블록 및 커넥터 하우징에 사용됩니다.
굽힘 특성을 일치시키는 올바른 재료 경첩을 기계적 부하, 주변 조건 및 전기 응력 수준에 일치시킵니다.
굽힘 강도에 대한 표준화 된 테스트
굽힘 저항을 정량화하기 위해 실험실은 ASTM 및 IEC 프로토콜, 가장 일반적으로 3 점 및 4 점 굽힘 테스트에 의존합니다.
3 포인트 굽힘 테스트 (ASTM D790 / IEC 60893-3)
시편 준비 : 표준 너비 (예 : 12.7 mm) 및 두께 (예 : 3mm)의 절단 막대.
테스트 설정 : 알려진 스팬 (보통 16 × 두께)으로 분리 된 2 개의 롤러의 막대를지지하십시오.
로딩 : 골절이 될 때까지 제어 속도 (1-5 mm/min)로 중간 스팬에서 힘을가하십시오.
계산 :
여기서 F 는 피크 하중, L 은지지 범위, B 및 D는 막대 너비 및 두께입니다.
단순성에도 불구하고, 3 점 테스트는 하중 코 아래의 응력을 집중시켜 비 균일 특성을 가진 재료의 성능을 과소 평가합니다.
4 포인트 굽힘 테스트 (ASTM D6272 / IEC 60893-3)
지지 및 로딩 : 두 개의 외부 지지대와 2 개의 내부 로딩 코는 중앙 섹션에 굽힘 모멘트를 고르게 분배합니다.
장점 : 균일 한 응력 영역이 더 많은 표면 결함의 영향을 줄여서 비 동성애 또는 섬유질 강화 라미네이트에 대한 진정한 측정을 제공합니다.
계산 :
(내부/외부 거리를 기준으로 다른 범위 규칙).
두 방법 모두 정확한 정렬, 보정 된 비품 및 제어 된 환경 조건이 필요합니다. 온도와 습도는 수지 강인성을 변화시키고 결과를 왜곡시킬 수 있습니다.
단열재의 굽힘 강도에 영향을 미치는 요인
여러 변수가 굽힘 성능을 형성합니다.
섬유 방향 : 굽힘 축과 정렬 된 단방향 유리 섬유는 강도와 계수를 극적으로 향상시킵니다.
수지 화학 : 고무 개질제가있는 강화 된 에폭시는 부서지기 쉬운 페놀보다 효과적으로 균열을 저항합니다.
두께 및 스팬 비율 : 더 두꺼운 시편 또는 짧은 스팬은 더 높은 절대 굴곡 강도를 나타내는 경향이 있지만 인터 라미나 약점을 가릴 수 있습니다.
제조 품질 : 공극, 수지가 풍부한 포켓 또는 고르지 않은 경화는 조기 장애를 침전시키는 응력 집중기를 소개합니다.
엄격한 품질 관리 (공동 분수 측정, 초음파 검사 및 프로세스 모니터링)는 일관된 굽힘 특성을 가진 라미네이트를 구현합니다.
굽힘 저항을 향상시키기위한 설계 전략
다른 특성을 손상시키지 않고 굽힘 강도를 높이기 위해 엔지니어는 다음을 수행 할 수 있습니다.
섬유 부피 분획 최적화 : 유리 함량을 최대 ~ 70 %까지 늘리면 강성과 강도가 극대화됩니다.
나노 필러를 포함시킨다 : 수지에 분산 된 나노 클레이 또는 실리카 입자는 강인성을 향상시키고 균열 성장을 지연시킨다.
하이브리드 라미네이트 구조 : 유리와 아라미드 층을 결합하면 충격 저항성이 우수한 높은 강성을 상승 할 수 있습니다.
우주 후 열 처리 : 연장 된 고온 경화는 잔류 응력을 줄이고 가교 밀도를 증가시켜 굴곡 성능을 강화합니다.
이러한 전술은 반복 테스트를 통해 검증되어 전기 및 열 특성이 사양 내에 유지되도록해야합니다.
결론
전기 절연 재료의 경우 굴곡 강도는 단순히 기계적 호기심이 아니라 굽힘 하중 하에서 유전체 무결성을 보호하는 중요한 매개 변수입니다. 테스트 방법론, 재료 영향 및 최적화 전략을 이해함으로써 설계자와 제조업체는 기계적 남용, 환경 스트레스 및 서비스의 엄격한 견딜 수있는 단열 성분을 제공 할 수 있습니다. 굴곡 성능을 측정하고 향상시키는 체계적인 접근 방식은 변압기, 스위치 기어 및 전력 시스템이 수십 년 동안 안정적으로 작동하도록합니다.
