อะไรทำให้เกิดการระเบิดของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจริงๆ? ดูทางเทคนิคว่าทำไมตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ 'ระเบิด'

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ—โดยเฉพาะประเภทอิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่—เป็นส่วนประกอบกักเก็บพลังงานที่จำเป็น พวกมันมักจะทำงานเงียบ ๆ และทำให้วงจรเสถียร อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขบางประการ องค์ประกอบที่ดูเหมือนไม่เป็นอันตรายเหล่านี้อาจกลายเป็น 'ระเบิด' ที่เป็นอันตรายและระเบิดอย่างรุนแรงได้ เหตุการณ์ดังกล่าวไม่เพียงสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงร้ายแรงต่อความปลอดภัยส่วนบุคคล เช่นเดียวกับเหตุการณ์ล่าสุดที่เกี่ยวข้องกับการระเบิดของตัวเก็บประจุในเครื่องทำความสะอาด TTI มากกว่า 40 เครื่อง แล้วอะไรทำให้เกิดการระเบิดเหล่านี้ และพวกมันมีอันตรายแค่ไหน?

I. สาเหตุที่แท้จริง: สูญเสียการควบคุมแรงดันภายใน

เพื่อให้เข้าใจว่าเหตุใดตัวเก็บประจุจึงระเบิด เราต้องดูโครงสร้างของพวกมันก่อน ยกตัวอย่างตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคทั่วไป:

โครงสร้างภายใน : ประกอบด้วยกระดาษอิเล็กทริกที่แช่ในอิเล็กโทรไลต์ ประกบอยู่ระหว่างอลูมิเนียมฟอยล์สองแผ่น (แอโนดและแคโทด) โดยทั้งหมดนี้ปิดผนึกอยู่ในเคสอะลูมิเนียม

หลักการทำงาน : เมื่อชาร์จแล้ว ชั้นออกไซด์ฉนวนบางพิเศษจะก่อตัวบนฟอยล์แอโนด ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการเก็บพลังงานไฟฟ้า

จุดกระตุ้นการระเบิด : อิเล็กโทรไลต์ที่ปิดสนิทจะเดือดเมื่อได้รับความร้อน ทำให้เกิดก๊าซที่เพิ่มแรงดันภายในอย่างรวดเร็วจนกระทั่งปลอกระเบิด คล้ายกับหม้ออัดแรงดันที่มีวาล์วนิรภัยปิดกั้น

ครั้งที่สอง สาเหตุเฉพาะของแรงดันสะสม (ตัวกระตุ้นให้เกิดการระเบิด)

สภาวะทั่วไปหลายประการอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป การเกิดก๊าซ และการระเบิดในที่สุด:

แรงดันไฟฟ้าเกิน - สาเหตุที่พบบ่อยที่สุด : เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่าพิกัดของตัวเก็บประจุ ชั้นไดอิเล็กทริกออกไซด์จะพังทลาย ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงจะทำให้อิเล็กโทรไลต์ร้อนขึ้นทันที ทำให้เกิดก๊าซ (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน) และเพิ่มความดันอย่างรวดเร็วจนกระทั่งท่อแตก

Reverse Polarity : ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเป็นแบบโพลาไรซ์ หากเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ ปฏิกิริยาเคมีภายในจะหยุดชะงัก ทำให้เกิดกระแสไหลสูง ทำให้เกิดความร้อนและก๊าซอย่างรวดเร็ว และอาจเกิดการระเบิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการบำรุงรักษาหรือการเปลี่ยนทดแทน

ความร้อนสูงเกินไป : อายุการใช้งานและประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุมีความไวต่ออุณหภูมิสูง อุณหภูมิโดยรอบสูงหรือกระแสกระเพื่อมที่มากเกินไปอาจทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

การเสื่อมสภาพและความล้มเหลว : เมื่อเวลาผ่านไป อิเล็กโทรไลต์จะค่อยๆ แห้ง ส่งผลให้ความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่า (ESR) เพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียพลังงานและความร้อนที่สูงขึ้นภายใต้กระแสไฟฟ้าเดียวกัน ทำให้เกิดความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว

ข้อบกพร่องในการผลิต : การปิดผนึกที่ไม่ดี อิเล็กโทรไลต์ที่ปนเปื้อน หรือมีเสี้ยนภายในอาจทำให้เกิดความเสียหายก่อนเวลาอันควรได้แม้ในสภาวะการทำงานปกติ

ที่สาม อันตรายที่ซ่อนอยู่จากการระเบิดของตัวเก็บประจุ

การระเบิดของตัวเก็บประจุเป็นมากกว่า 'ป๊อปอัพ'—มันนำมาซึ่งอันตรายหลายประการ:

ความเสียหายจากการระเบิดทางกายภาพ : ปลอกโลหะสามารถแตกออกเป็นเศษกระสุนความเร็วสูงที่สามารถเจาะวัตถุที่เปราะบางและทำให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสได้

อันตรายจากไฟไหม้ : ประกายไฟจากการระเบิดอาจก่อให้เกิดก๊าซไวไฟ (เช่น ไฮโดรเจน) และวัสดุอื่นๆ ภายในอุปกรณ์

การกัดกร่อนของสารเคมี : อิเล็กโทรไลต์มักมีฤทธิ์กัดกร่อนและเป็นพิษสูง เมื่อดีดออกมา อาจทำให้แผงวงจรและส่วนประกอบเสียหายอย่างถาวร หรือทำให้สารเคมีไหม้อย่างรุนแรงต่อผิวหนังและดวงตา

ความเสียหายของอุปกรณ์ทุติยภูมิ : ตัวเก็บประจุที่ระเบิดสามารถทำลายแผงวงจรทั้งหมดได้ โดยกระสุนและอิเล็กโทรไลต์ทำให้ส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ ลัดวงจร ส่งผลให้อุปกรณ์เสียหายโดยสิ้นเชิงและต้องซ่อมแซมค่าใช้จ่ายสูง

บทสรุป

ที่แกนกลาง การระเบิดของตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เป็นผลมาจากการสูญเสียการควบคุมความร้อนและแรงดันที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเกิน ขั้วย้อนกลับ ความร้อนสูงเกินไป หรือปัจจัยอื่นๆ ไม่ใช่เพียงความล้มเหลวของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังเป็นเหตุการณ์ด้านความปลอดภัยที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการระเบิดทางกายภาพ การกัดกร่อนของสารเคมี และความเสี่ยงจากไฟไหม้

อย่างไรก็ตาม วิธีแก้ปัญหาขั้นพื้นฐานที่สุดอาจอยู่ที่การคิดใหม่เกี่ยวกับการออกแบบ: ลดหรือขจัดความจำเป็นในการใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดใหญ่ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่รวดเร็ว โซลูชัน 'ไร้ตัวเก็บประจุ' กำลังกลายเป็นกระแสหลักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง โดยผลักดันการพัฒนาแหล่งจ่ายไฟที่มีประสิทธิภาพ กะทัดรัด และปลอดภัยยิ่งขึ้น