אם אתם משתמשים ביריעות סיליקון ליד רכיבים חשמליים מבלי לדעת את הדירוג הדיאלקטרי שלהם, אתם לוקחים סיכון רציני.
ליריעות סיליקון חוזק דיאלקטרי גבוה, הנע בדרך כלל בין 20 ל-30 קילו-וולט/מ"מ, מה שהופך אותן למבודדות אידיאליות ביישומים חשמליים ואלקטרוניים.
התחלתי לשים לב לחוזק הדיאלקטרי לאחר שלקוח חווה קצר חשמלי בקופסת בקרה. התברר שהאטם בו השתמשו לא היה מבודד מספיק. חוויה זו לימדה אותי עד כמה תכונות דיאלקטריות הן קריטיות בעבודה עם יריעות סיליקון בסביבות חשמליות.
מהו חוזק דיאלקטרי ביריעות סיליקון?
חוזק דיאלקטרי הוא לא רק מספר - זוהי ערובה לבטיחות.
חוזק דיאלקטרי הוא המתח המקסימלי שחומר יכול לעמוד בו מבלי להתקלקל חשמלית; עבור יריעות סיליקון, הוא בדרך כלל בין 20-30 קילו-וולט/מ"מ.
חוזק דיאלקטרי נמדד בקילוולט למילימטר (kV/mm). הוא מציין כמה מתח החומר יכול לעמוד בפניו לפני שהוא מוליך חשמל. לסיליקון תכונות בידוד מצוינות בזכות המבנה המולקולרי שלו, שנשאר יציב גם בטמפרטורות גבוהות ובסביבות לחות.
לְדוּגמָה:
- יריעת סיליקון מדורגת ב 25 קילו-וולט/מ"מ ועובי של 1 מ"מ יכול לעמוד בעד 25,000 וולט לפני התמוטטות.
- יריעות עבות יותר מציעות עמידות רבה יותר למתח, אך גורמים אחרים כמו טמפרטורה ולחות עדיין משפיעים על הביצועים.
כשעבדתי על מערכת תאורת LED, השתמשנו בפדים מסיליקון בעובי 2 מ"מ עם חוזק דיאלקטרי של 24 קילו-וולט/מ"מ. הם סיפקו בידוד תרמי וחשמלי בשכבה אחת, וחסכו במקום והפחיתו את מספר החלקים.
מדוע סיליקון עדיף לבידוד חשמלי?
פעם השתמשתי ב-PVC לבידוד - עד שהוא נסדק מחום. אז עברתי לסיליקון ומאז לא הסתכלתי אחורה.
סיליקון עדיף במערכות חשמל מכיוון שהוא שומר על תכונות בידוד בטווחי טמפרטורות רחבים ואינו מתכלה תחת קרינת UV או לחות.
שלא כמו פולימרים אחרים, סיליקון אינו מתפחם או נמס כאשר הוא נחשף לטמפרטורות גבוהות. זו הסיבה שהוא אידיאלי לסביבות בהן מעורבים גם חום וגם חשמל, כגון:
- קופסאות חלוקת חשמל
- לוחות בקרה
- סלילי מנוע
- מחברי מתח גבוה
הנה השוואה מהירה:
| חוֹמֶר | חוזק דיאלקטרי (kV/mm) | עמידות טמפרטורה | גְמִישׁוּת | עמידות UV |
|---|---|---|---|---|
| סיליקון | 20–30 | -60°C עד +230°C | מְעוּלֶה | מְעוּלֶה |
| PVC | 10–18 | -20°C עד +70°C | עני | עני |
| גומי (EPDM) | 10–15 | -40°C עד +120°C | טוֹב | הוֹגֶן |
אני ממליץ על יריעות סיליקון לאיטום חשמלי בכל פעם שהמערכת כוללת חום, חשיפה לקרינת UV, או צריכה לפעול ברציפות. זה יקר יותר בהתחלה - אבל מחזיק מעמד הרבה יותר זמן.
כיצד מודדים חוזק דיאלקטרי בסיליקון?
לפני שבטחתי בגיליון המפרט של כל ספק, הייתי צריך ללמוד כיצד בודקים את המספרים האלה.
חוזק דיאלקטרי נמדד על ידי הפעלת מתח הולך וגובר על פני יריעת סיליקון עד להתרחשות קריסה חשמלית - בהתאם לתקני ASTM D149 או IEC 60243.
ההליך הסטנדרטי כולל:
- שימוש בשתי אלקטרודות מתכת משני צידי דגימת הסיליקון
- הפעלת מתח בהדרגה עד להיווצרות קשת חשמלית או ניקוב
- רישום המתח וחלוקתו בעובי החומר כדי לקבל קילו וולט/מ"מ
מספר גורמים משפיעים על התוצאה:
- עובי החומרדגימות דקות יותר מראות ערכי kV/mm גבוהים יותר
- לחות ומצב פני השטחלחות או מזהמים עלולים לפגוע בבידוד
- טֶמפֶּרָטוּרָהבדיקה מתבצעת בדרך כלל בטמפרטורה של 23 מעלות צלזיוס אלא אם כן צוין אחרת
תמיד בדקו האם החוזק הדיאלקטרי המצוטט הוא ממוצע, מינימלי או תוצאת בדיקה ראשונית. פעם נתפסתי על ידי ספק שציטט ערכי מעבדה בלבד, ולא דירוגי חומרי ייצור בפועל.
אילו יישומים מסתמכים על דירוגי הדיאלקטרי של סיליקון?
אחד הלקוחות שלי היה זקוק למשטח תרמי למערכת ניהול סוללות - אבל גם לבידוד חשמלי. סיליקון עשה את שניהם.
יישומים כגון שנאים, ציוד מתגים, ספקי כוח וכלי רכב חשמליים מסתמכים על החוזק הדיאלקטרי של סיליקון לבידוד ובטיחות.
הנה כמה דוגמאות:
- רוֹבּוֹטרִיקִיםכבידוד בין פיתולים למארזים
- מנועים חשמלייםעבור ציפויי חריצים והגנה מפני סיבובים בקצה
- פאנלים סולארייםשכבת גיבוי עמידה בפני מזג אוויר ואינה מוליכה
- מערכות סוללות לרכב חשמלירפידות סיליקון מפרידות מודולים ומונעות קצר חשמלי
אני אישית השתמשתי ביריעות סיליקון ב:
- לוחות בקרה במכונות מזון תעשייתיות
- ארונות ממירים במתח גבוה
- קורקינטים חשמליים - מתחת למושבים וכיסויי הסוללה
עבור כל אלה, יריעה אחת סיפקה גם בידוד תרמי וגם הגנה חשמלית, מה שהפחית את מספר החלקים ואת זמן ההתקנה.
איזה עובי וקשיחות הם הטובים ביותר לבידוד חשמלי?
פעם אחת עשיתי את הטעות של שימוש ביריעת 1 מ"מ רכה כמשטח מתח גבוה. היא נדחסה יותר מדי ונכשלה בבדיקת הבידוד.
לבידוד דיאלקטרי יעיל, יש להשתמש ביריעות סיליקון בעובי של 1-3 מ"מ עם קשיות Shore A של 50-70, בהתאם לתנאי הלחץ והטמפרטורה.
עובי משפיע הן על חוזק מכני והן על קיבולת דיאלקטרית. הנה התייחסות בסיסית:
| עובי (מ"מ) | דירוג דיאלקטרי טיפוסי (kV) | Use Case |
|---|---|---|
| 0.5 מ"מ | ~12–15 קילו-וולט | אלקטרוניקה במתח נמוך |
| 1 מ"מ | ~20–25 קילו-וולט | לוחות בקרה, בידוד סוללה |
| 2 מ"מ | ~35–40 קילו וולט | מארזים למתח גבוה |
| 3 מ"מ | ~50+ קילו-וולט | שנאים, סלילי מנוע |
קשיות משפיעה על הדחיסות. אם הסיליקון רך מדי, הוא עלול להתעוות תחת עומס ולהפחית את המרווח בין החלקים המוליכים. עבור רוב היישומים החשמליים, 60 שור א' הוא דרך האמצע הבטוחה.
תמיד בקשו מהספק שלכם נתוני בדיקה דיאלקטרית מאושרים המבוססים על עובי בפועל - ולא רק ערכים תיאורטיים.
כיצד לבחור יריעת סיליקון אמינה לשימוש חשמלי?
פעם קניתי יריעות סיליקון זולות מספק כללי - ואז נכשלתי בבדיקת UL בגלל שהבידוד התקלקל ב-15 קילו-וולט.
בחרו יריעות סיליקון מספקים מוסמכים המציעים דוחות בדיקה, איכות עקבית ואפשרויות התאמה אישית ליישומים חשמליים.
הנה מה שאני דורש עכשיו מכל ספק:
- נבדק לפי תקני ASTM D149 או IEC
- דירוג בעירה UL 94 V-0 (למען בטיחות אש)
- זמין בעוביים שונים ובאפשרויות דורומטר שונות
- מגובה בתמיכה טכנית
- גיבוי דבק אופציונלי או מוליכות תרמית
חברת RuiYang Silicone מייצרת יריעות סיליקון שתוכננו במיוחד עבור יישומים חשמליים. המוצרים שלנו נבדקים לחוזק דיאלקטרי, עומדים בתקני מעכבי בעירה וזמינים באפשרויות חיתוך לפי מידה. בין אם אתם בונים לוחות בקרה, סוללות לרכבים חשמליים או מערכות חשמל תעשייתיות - יש לנו את היריעה שמתאימה.
סיכום
יריעות סיליקון בעלות חוזק דיאלקטרי גבוה מציעות בידוד אמין וארוך טווח עבור יישומים חשמליים ומתח גבוה.
