Τι πραγματικά προκαλεί εκρήξεις ηλεκτρολυτικών πυκνωτών; Μια τεχνική ματιά στο γιατί οι μεγάλοι πυκνωτές 'Blow Up '

Σε ηλεκτρονικές συσκευές και συστήματα ισχύος, πυκνωτές - ειδικά μεγάλοι ηλεκτρολυτικοί τύποι - είναι βασικά στοιχεία αποθήκευσης ενέργειας. Συνήθως λειτουργούν σιωπηλά, σταθεροποιώντας τα κυκλώματα. Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες, αυτά τα φαινομενικά αβλαβή στοιχεία μπορούν να μετατραπούν σε επικίνδυνες βόμβες, 'που εκρήγνυνται βίαια. Τέτοια γεγονότα όχι μόνο ο εξοπλισμός βλάβης αλλά και οι σοβαροί κίνδυνοι για την προσωπική ασφάλεια - όπως το πρόσφατο περιστατικό που περιλαμβάνει εκρήξεις πυκνωτών σε πάνω από 40 μηχανές καθαρισμού TTI. Λοιπόν, τι προκαλεί αυτές τις εκρήξεις και πόσο επικίνδυνες είναι αυτές;

Ι. Η αιτία: Απώλεια εσωτερικού ελέγχου πίεσης

Για να καταλάβουμε γιατί οι πυκνωτές εκραγούν, πρέπει πρώτα να εξετάσουμε τη δομή τους. Πάρτε το κοινό ηλεκτρολυτικό πυκνωτή αλουμινίου ως παράδειγμα:

Εσωτερική δομή : Περιέχει διηλεκτρικό χαρτί εμποτισμένο σε ηλεκτρολύτη, σάντουιτς ανάμεσα σε δύο φύλλα αλουμινίου (άνοδο και κάθοδο), όλα σφραγισμένα σε περίβλημα από αλουμίνιο.

Αρχή λειτουργίας : Όταν χρεώνεται, ένα εξαιρετικά λεπτό μονωτικό στρώμα οξειδίου σχηματίζεται στο φύλλο ανόδου, το οποίο είναι το κλειδί για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας.

Σημείο ενεργοποίησης για έκρηξη : Ο σφραγισμένος ηλεκτρολύτης βράζει όταν θερμαίνεται, δημιουργώντας αέριο που αυξάνει γρήγορα την εσωτερική πίεση μέχρι να εκτοξεύσει το περίβλημα - παρόμοια με μια κουζίνα πίεσης με μπλοκαρισμένες βαλβίδες ασφαλείας.

Ii. Ειδικές αιτίες συσσώρευσης πίεσης (σκανδάλη για έκρηξη)

Αρκετές κοινές συνθήκες μπορούν να προκαλέσουν υπερθέρμανση, παραγωγή αερίου και ενδεχόμενη έκρηξη:

ΥΠΟΔΟΣΗ - Η πιο συνηθισμένη αιτία : Όταν η τάση υπερβαίνει την ονομαστική τιμή του πυκνωτή, το στρώμα διηλεκτρικού οξειδίου διασπάται, προκαλώντας βραχυκύκλωμα. Το υψηλό ρεύμα βραχυκυκλώματος θερμαίνει αμέσως τον ηλεκτρολύτη, παράγοντας αέρια (κυρίως υδρογόνο) και αυξανόμενη πίεση μέχρι να διαταραχθεί το περίβλημα.

Αντίστροφη πολικότητα : Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι πολωμένοι. Εάν συνδέονται με αντίστροφη, οι εσωτερικές χημικές αντιδράσεις διαταράσσονται, οδηγώντας σε ροή υψηλού ρεύματος, ταχεία παραγωγή θερμότητας και αερίου και πιθανή έκρηξη - ειδικά κοινή κατά τη συντήρηση ή αντικατάσταση.

Υπερθέρμανση : Η διάρκεια ζωής του πυκνωτή και η απόδοση είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στη θερμοκρασία. Η υψηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος ή το υπερβολικό ρεύμα κυματισμού μπορεί να προκαλέσει ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας.

Γήρανση και αποτυχία : Με την πάροδο του χρόνου, ο ηλεκτρολύτης στεγνώνει σταδιακά, αυξάνοντας την αντίσταση ισοδύναμης σειράς (ESR). Αυτό οδηγεί σε υψηλότερη απώλεια ισχύος και θερμότητα κάτω από το ίδιο ρεύμα, επιταχυνόμενη αποτυχία.

Ελαττωματικά ελαττώματα : Η κακή σφράγιση, ο μολυσμένος ηλεκτρολύτης ή οι εσωτερικές βόμβες μπορούν να προκαλέσουν πρόωρη αποτυχία ακόμη και υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας.

Iii. Κρυμμένοι κίνδυνοι εκρήξεων πυκνωτών

Μια έκρηξη πυκνωτή είναι κάτι περισσότερο από ένα 'pop ' - φέρνει πολλαπλούς κινδύνους:

Φυσική βλάβη έκρηξης : Το μεταλλικό περίβλημα μπορεί να κατακερματιστεί σε σάλπιγγα υψηλής ταχύτητας ικανό να διεισδύει σε εύθραυστα αντικείμενα και να προκαλέσει σοβαρό τραυματισμό.

Κίνδυνος πυρκαγιάς : Οι σπινθήρες από την έκρηξη μπορεί να αναφλέξουν εύφλεκτα αέρια (π.χ. υδρογόνο) και άλλα υλικά μέσα στη συσκευή.

Χημική διάβρωση : Ο ηλεκτρολύτης είναι συχνά πολύ διαβρωτικός και τοξικός. Όταν εκτοξεύονται, μπορεί να βλάψει μη αναστρέψιμα τα πίνακες κυκλωμάτων και τα εξαρτήματα ή να προκαλέσει σοβαρές χημικές εγκαύματα στο δέρμα και τα μάτια.

Δευτερεύουσα ζημιά εξοπλισμού : Οι πυκνωτές εκρηκτικών μπορούν να καταστρέψουν ολόκληρο το πλαίσιο κυκλώματος, με Shrapnel και ηλεκτρολύτη βραχυκύκλωμα άλλων κρίσιμων εξαρτημάτων, οδηγώντας σε πλήρη αποτυχία συσκευών και δαπανηρές επισκευές.

Σύναψη

Στον πυρήνα του, μια μεγάλη έκρηξη πυκνωτή προκύπτει από απώλεια θερμικού και ελέγχου πίεσης που προκαλείται από υπερνική, αντίστροφη πολικότητα, υπερθέρμανση ή άλλους παράγοντες. Δεν είναι απλώς μια αποτυχία συστατικών - είναι ένα πολύπλοκο γεγονός ασφαλείας που περιλαμβάνει φυσική έκρηξη, χημική διάβρωση και κίνδυνο πυρκαγιάς.

Ωστόσο, η πιο θεμελιώδης λύση μπορεί να βρίσκεται στην επανεξέταση του ίδιου του σχεδίου: ελαχιστοποιώντας ή εξαλείφοντας την ανάγκη για μεγάλους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Με ταχείες τεχνολογικές εξελίξεις, οι λύσεις 'χωρίς πυκνωτή' καθίστανται βασική τάση στα ηλεκτρονικά ηλεκτρικά, οδηγώντας την ανάπτυξη τροφοδοτικών που είναι πιο αποτελεσματικές, συμπαγείς και ασφαλείς.