Những thách thức trong việc thiết kế các phụ kiện đầu cách điện bằng cao su silicon là gì?

Thiết kế phụ kiện kim loại cho chất cách điện silicon phải cân bằng nhiều yêu cầu bao gồm độ kín, tối ưu hóa điện trường và kết nối cơ học. Nó cũng bị hạn chế bởi quy trình sản xuất và môi trường khắc nghiệt. Bất kỳ sự giám sát nào cũng có thể dẫn đến hư hỏng như gãy giòn thanh lõi và hỏng lớp cách điện. Những thách thức thiết kế cốt lõi tập trung ở các khía cạnh sau:

Chất lượng bịt kín trực tiếp xác định liệu thanh lõi cách điện có bị ăn mòn hay không, khiến đây trở thành thách thức cốt lõi trong thiết kế lắp đặt. Việc bịt kín bên ngoài liên quan đến việc liên kết vỏ bọc cao su silicon với bề mặt bên ngoài của khớp nối. Lớp bịt kín này tiếp xúc với môi trường, dễ bị phóng điện vầng quang, phóng điện hồ quang và xói mòn tự nhiên dẫn đến nguy cơ hư hỏng cao. Việc bịt kín bên trong dựa trên sự kết hợp giữa các rãnh bịt kín và chất bịt kín để ngăn nước xâm nhập, nhưng việc sản xuất đòi hỏi phải sử dụng chất kết nối bên trong khớp nối-rất khó kiểm tra tính đồng nhất và độ hoàn thiện của lớp phủ bên trong khớp nối. Ngoài ra, việc giữ không khí trong quá trình phun cao su silicon vào khớp nối sẽ tiêu tốn các chất lưu hóa, gây ra hiện tượng không lưu hóa một phần. Các khuyết tật lưu hóa bên trong sau khi đúc không thể được phát hiện bằng mắt thường, làm tăng đáng kể nguy cơ hỏng hóc.

Sự tập trung điện trường có xu hướng xảy ra tại điểm tiếp giáp giữa đầu nối và thanh lõi của chất cách điện composite. Nếu cường độ điện trường vượt quá cường độ đánh thủng không khí, hiện tượng phóng điện vầng quang sẽ xảy ra, làm tăng tốc độ lão hóa của thanh lõi và hư hỏng vòng đệm. Các vòng cân bằng điện áp là chìa khóa để cải thiện sự phân bố điện trường, nhưng các thông số thiết kế của chúng có yêu cầu cao. Ví dụ, đường kính ống quá nhỏ không thể làm giảm cường độ điện trường cuối một cách hiệu quả; đường kính ngoài không đủ sẽ làm tăng cường độ trường tại các vị trí cụ thể; và độ sâu quá mức vào váy ô sẽ rút ngắn khoảng cách hồ quang khô, làm giảm điện áp phóng xung sét. Trong khi đó, chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật thống nhất của ngành về vòng cân bằng điện áp dẫn đến sự khác biệt đáng kể về kết cấu và thiết kế kích thước giữa các nhà sản xuất. Các vấn đề lắp đặt như lắp ngược hoặc các vòng không khớp càng làm phức tạp thêm việc điều chỉnh thiết kế cho phù hợp với chất cách điện tổng thể.

 

Các phụ kiện phải chịu được trọng lượng dây dẫn một cách ổn định và truyền tải trọng cơ học, với mỗi cấu trúc kết nối có những thách thức thiết kế riêng. Cấu trúc nêm bên ngoài không làm hỏng tính toàn vẹn của thanh lõi nhưng yêu cầu độ chính xác kích thước cực cao của khoang kim loại, nêm bên ngoài và chu vi thanh lõi. Độ khó quá trình cao dẫn đến độ bền cơ học của khớp không ổn định. Cấu trúc nêm bên trong cung cấp độ bền ổn định nhưng ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của thanh lõi, đòi hỏi phải kiểm soát chính xác vị trí và lực nêm trong quá trình thiết kế. Cấu trúc uốn chủ đạo đòi hỏi sự kết hợp đặc tính vật lý cao giữa vật liệu phụ tùng và thanh cốt lõi. Cần phải ép đùn chính xác để kiểm soát biến dạng dẻo của khớp nối nhằm tạo ra đủ- ứng suất nén trước, ứng suất này chuyển thành lực ma sát để chịu tải. Bất kỳ sai lệch tham số nào cũng sẽ ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết nối.

Một mặt, độ bám dính giữa các phụ kiện, thanh lõi và cao su silicon phụ thuộc vào chất kết dính. Độ dày lớp keo tối ưu cho hiệu quả của chất ghép chỉ là 0,5μm. Thiết kế phải phù hợp với các quy trình phủ thích hợp-lớp dính quá dày gây ra đứt gãy bề mặt liên kết, trong khi lớp quá mỏng không đạt được liên kết chéo-hoàn toàn, dễ dẫn đến bong tróc hoặc hỏng lớp cách điện. Mặt khác, môi trường khắc nghiệt ngoài trời làm trầm trọng thêm những khó khăn trong thiết kế. Ví dụ: sự chênh lệch nhiệt độ ngày{7}}đêm gây ra sự chênh lệch về độ giãn nở và co nhiệt giữa các phụ kiện và cao su silicon, có khả năng dẫn đến nứt khớp theo thời gian. Gió mạnh và dòng nước phi nước đại gây ra tác động bên ngoài liên tục lên các kết nối khớp nối, đòi hỏi phải thiết kế cấu trúc đệm. Ngoài ra, vật liệu kim loại của phụ kiện phải cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học để tránh giảm khả năng chịu tải và hiệu suất điện do các lớp ăn mòn.

Đề án thiết kế phải thích ứng với quy trình sản xuất thực tế, nếu không các mối nguy về chất lượng có thể phát sinh. Ví dụ, các cấu trúc bịt kín bên ngoài đòi hỏi một lớp cao su silicon tương đối dày để đảm bảo hiệu quả bịt kín, dẫn đến sự phân bố nhiệt độ không đồng đều bên trong và bên ngoài khoang khuôn trong quá trình lưu hóa và lưu hóa không hoàn toàn các bộ phận bịt kín. Mặc dù có thể bổ sung thêm các thiết bị sưởi ấm phụ trợ nhưng điều này làm tăng chi phí sản xuất, mâu thuẫn với các mục tiêu thiết kế kinh tế. Hơn nữa, các quy trình truyền thống như ứng dụng tác nhân ghép nối thủ công dễ tạo ra các lớp dính không đồng đều và gây ô nhiễm thứ cấp. Ngay cả với cấu trúc kết nối được thiết kế tốt, các lỗi trong quy trình có thể gây ra lỗi liên kết. Thiết kế các kết cấu phù hợp tương thích với quy trình phun tự động đòi hỏi phải cân bằng độ chính xác về kích thước và tính khả thi trong sản xuất.