Quan điểm: 0 Tác giả: Trình chỉnh sửa trang web xuất bản Thời gian: 2025-07-16 Nguồn gốc: Địa điểm
Trong các thiết bị máy biến áp, thiết bị đóng cắt và phân phối điện cao, Vật liệu cách nhiệt phải chịu đựng không chỉ ứng suất điện mà còn cả tải trọng cơ học. Sức mạnh uốn, khả năng của một lớp cách điện hoặc hỗn hợp để chống lại sự uốn cong của các loại underpin cả độ tin cậy và tuổi thọ. Khi các thành phần cách nhiệt nứt hoặc biến dạng dưới tải trọng uốn, tính toàn vẹn điện môi của chúng có thể bị xâm phạm, có nguy cơ phóng điện một phần, lỗi hồ quang hoặc thất bại thảm khốc. Bài viết này đi sâu vào các nguyên tắc cơ bản của cường độ uốn trong vật liệu cách điện điện, phác thảo các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn và đưa ra các chiến lược để tối ưu hóa điện trở uốn để tăng cường hiệu suất.
Các chất cách điện điện thường phải chịu lực cơ khí trong quá trình lắp đặt, đạp xe nhiệt hoặc rung động trong dịch vụ. Lý do chính sức mạnh uốn là rất quan trọng bao gồm:
Tính toàn vẹn về cấu trúc dưới tải: Busbar hỗ trợ và thanh đệm dựa vào các tấm cách nhiệt phải chống lại sự uốn cong mà không bị nứt.
An toàn điện môi: Một microcrack do uốn cong có thể tạo ra tăng cường điện trường địa phương, kích hoạt xả một phần.
Độ bền dài hạn: Sự giãn nở nhiệt lặp đi lặp lại và nhu cầu rung động cơ học mà các chất cách điện uốn cong trong giới hạn an toàn để tránh mệt mỏi.
Tối ưu hóa cường độ uốn đảm bảo rằng các bộ phận cách điện duy trì hình học, ngăn chặn các khoảng trống không khí và duy trì các đặc tính điện môi đồng nhất trong suốt thời gian phục vụ của chúng.
Hai tham số bổ sung chi phối hành vi uốn:
| Tài sản | Sự định nghĩa | Đơn vị |
| Sức mạnh uốn | Ứng suất uốn tối đa trước khi thất bại vật liệu khi tải | MPA hoặc PSI |
| Mô đun uốn | Độ dốc của đường cong căng thẳng căng thẳng trong vùng uốn đàn hồi; chỉ ra độ cứng | MPA hoặc PSI |
Độ bền uốn xác định công suất tải cực đại trước khi nứt hoặc gãy.
Mô đun uốn phản ánh độ cứng của các mô đun cách nhiệt cao hơn có nghĩa là ít lệch hơn dưới các ứng suất hoạt động.
Trong thiết kế cách nhiệt, sự cân bằng được đánh: độ cứng cao để duy trì hình dạng, nhưng đủ độ bền để chống lại sự lan truyền vết nứt.
Cách điện điện sử dụng một loạt các lớp nhiệt và vật liệu tổng hợp, mỗi vật liệu cung cấp các đặc điểm uốn riêng biệt:
Epoxy Glass (FR - 4): Được sử dụng rộng rãi trong các bảng mạch in và dải đầu cuối, FR - 4 thường thể hiện cường độ uốn khoảng 300 MP350 MPa và mô đun 15 GP18 GPA. Sự pha trộn của sự ổn định điện và độ bền cơ học của nó làm cho nó trở thành một công việc trong các ứng dụng điện áp trung bình.
Các tấm phenolic (sê -ri PFCC): Được chế tạo từ nhựa phenolic được gia cố bằng vải cellulose hoặc cotton, các loại này có độ cao từ 80 MPa (dựa trên giấy) lên đến 200 MPa (dựa trên vải) về cường độ uốn, với mô đun trong khoảng từ 5 đến 10 GPa. Chúng xuất sắc trong các rào cản thiết bị đóng cắt và các miếng đệm cách điện.
Thủy tinh silicon (G 10/11): Với cường độ uốn vượt quá 400 MPa và moduli gần 20 GPa, các lớp dựa trên silicon cung cấp khả năng chống ẩm cao, lý tưởng cho việc lắp đặt ẩm hoặc ngoài trời.
Melamine Glass: Cung cấp cường độ uốn vừa phải (150 Mạnh250 MPa) nhưng khả năng chống ngọn lửa vượt trội, các lớp melamine phục vụ trong các khối cầu chì và vỏ nối trong đó an toàn hỏa lực là tối quan trọng.
Chọn đúng bản lề về các tính chất uốn phù hợp với tải trọng cơ học, điều kiện môi trường xung quanh và mức độ căng thẳng điện.
Để định lượng điện trở uốn, các phòng thí nghiệm dựa vào các giao thức ASTM và IEC, phổ biến nhất là các thử nghiệm uốn 3 điểm và 4 điểm.
Chuẩn bị mẫu vật: Cắt các thanh có chiều rộng tiêu chuẩn (ví dụ, 12,7 mm) và độ dày (ví dụ: 3 mm) từ lớp gỗ.
Thiết lập thử nghiệm: Hỗ trợ thanh trên hai con lăn được phân tách bằng một nhịp đã biết (thường là độ dày 16 ×).
Đang tải: Áp dụng lực ở giữa - TS với tốc độ được kiểm soát (1 Ném5 mm/phút) cho đến khi bị gãy.
Tính toán: 
Trong đó F là tải cực đại, L là nhịp hỗ trợ, B và D là chiều rộng và độ dày của thanh.
Mặc dù đơn giản, thử nghiệm 3 điểm tập trung tập trung bên dưới mũi tải, có khả năng đánh giá thấp hiệu suất trong các vật liệu có tính chất không đồng nhất.
Hỗ trợ và tải: Hai hỗ trợ bên ngoài và hai mũi tải bên trong phân phối mô men uốn đều trên phần trung tâm.
Ưu điểm: Vùng căng thẳng đồng đều hơn làm giảm ảnh hưởng của các khiếm khuyết bề mặt, đưa ra một biện pháp trung thực hơn cho các lớp được gia cố không liên tục hoặc sợi.
Tính toán: 
(với các quy ước nhịp khác nhau dựa trên khoảng cách bên trong/bên ngoài).
Cả hai phương pháp đều yêu cầu căn chỉnh chính xác, đồ đạc được hiệu chỉnh và điều kiện môi trường được kiểm soát, nhiệt độ và độ ẩm có thể thay đổi độ bền nhựa và kết quả sai lệch.
Một số biến có hình dạng hiệu suất uốn:
Định hướng sợi: Sợi thủy tinh đơn hướng thẳng hàng với trục uốn làm tăng đáng kể cường độ và mô đun.
Hóa học nhựa: Epoxies tăng cường với các bộ điều chỉnh cao su chống lại vết nứt hiệu quả hơn so với phenolics giòn.
Độ dày và tỷ lệ nhịp: Mẫu vật dày hơn hoặc các nhịp ngắn hơn có xu hướng thể hiện cường độ uốn cao cấp cao hơn nhưng có thể che dấu các điểm yếu liên ngành.
Chất lượng sản xuất: Khoảng trống, túi giàu nhựa hoặc bảo dưỡng không đồng đều giới thiệu các bộ tập trung căng thẳng làm kết tủa những thất bại sớm.
Thực hiện kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, đo lường phân số, kiểm tra siêu âm và giám sát quy trình, các lớp phủ với các đặc tính uốn cong nhất quán.
Để nâng cao sức mạnh uốn mà không ảnh hưởng đến các tính chất khác, các kỹ sư có thể:
Tối ưu hóa phần khối lượng sợi: Tăng hàm lượng thủy tinh lên tới ~ 70 % theo thể tích tối đa hóa độ cứng và cường độ.
Kết hợp các chất tạo hạt nano: các hạt nanoclay hoặc silica phân tán trong nhựa cải thiện độ dẻo dai và phát triển vết nứt.
Kiến trúc gỗ lai: Kết hợp các lớp thủy tinh và aramid có thể phối hợp độ cứng cao với khả năng chống va đập tuyệt vời.
Điều trị nhiệt sau quá trình: Bảo dưỡng nhiệt độ cao mở rộng làm giảm ứng suất dư và tăng mật độ liên kết ngang, tăng hiệu suất uốn.
Các chiến thuật này phải được xác nhận thông qua thử nghiệm lặp để đảm bảo tính chất điện và nhiệt vẫn còn trong đặc điểm kỹ thuật.
Đối với vật liệu cách nhiệt điện, cường độ uốn không chỉ đơn thuần là một sự tò mò cơ học, đó là một thông số quan trọng bảo vệ tính toàn vẹn điện môi dưới tải trọng uốn. Bằng cách hiểu các phương pháp thử nghiệm, ảnh hưởng vật chất và chiến lược tối ưu hóa, nhà thiết kế và nhà sản xuất có thể cung cấp các thành phần cách điện chống lại lạm dụng cơ học, căng thẳng môi trường và sự khắc nghiệt của dịch vụ. Một cách tiếp cận có hệ thống để đo lường và tăng cường hiệu suất uốn đảm bảo rằng các máy biến áp, thiết bị đóng cắt và hệ thống điện hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ.
