درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی
درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی معیاری برای طبقهبندی میزان آلوده بودن محیط اطراف تجهیزات الکتریکی است؛ منظور از آلودگی، وجود گردوغبار، رطوبت و سایر آلایندههایی است که میتوانند باعث نشتی جریان یا جرقهزدن برق در جاهایی شوند که نباید چنین اتفاقی بیفتد. با ما همراه باشید تا با مفهوم درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی در سایت تتا صنعت بپردازیم.
منظور از درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی چیست؟
در این جا، آلودگی به معنی آلودگی هوای عمومی نیست، بلکه به هر ماده خارجی گفته میشود که بتواند استقامت عایق الکتریکی را کاهش دهد.
گردوغبار، رطوبت هوا، میعان (تشکیل قطرات آب)، بخارهای شیمیایی، نمک و لایههای چرب هستند که میتوانند روی سطوح عایق بنشینند؛ مثال هایی از آلودگی هستند.
این آلایندهها میتوانند مقاومت سطحی عایق را کاهش دهند و باعث شوند جریان الکتریکی روی سطح جاری شود. همچنین میتواند احتمال ایجاد جرقه (قوس الکتریکی) در فاصله هوایی بین هادیها را افزایش دهند.
به همین دلیل، طراحان باید بدانند تجهیز در چه محیطی نصب میشود تا فاصلههای ایمن و نوع عایقکاری مناسب را انتخاب کنند.
چرا مفهوم درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی تعریف شده است؟
استانداردهای بینالمللی مانند IEC 60664-1 مفهوم درجه آلودگی را تعریف کردهاند تا همه طراحان و سازندگان از یک معیار مشترک در طراحی و تأیید تجهیزات استفاده کنند.
درجه آلودگی برای تعیین موارد زیر بهکار میرود:
- فاصله هوایی: (Clearance) کوتاهترین فاصله در هوا بین دو قسمت رسانا.
- فاصله خزشی (Creepage distance) :کوتاهترین فاصله روی سطح عایق بین دو قسمت رسانا.
هرچه درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی بالاتر باشد، احتمال تشکیل لایههای رسانا یا وجود رطوبت بیشتر است و در نتیجه برای حفظ ایمنی، فاصلههای هوایی و خزشی بزرگتری لازم است.
چهار درجه آلودگی در بردهای الکترونیکی (PD1-PD4)
استانداردها چهار سطح درجه آلودگی تعریف میکنند. این عدد نشان میدهد آلودگی تا چه حد ممکن است از نظر الکتریکی باعث ایجاد رسانایی شود.
درجه آلودگی 1 (PD1)
این درجه عملاً بدون آلودگی، یا فقط آلودگی خشک و غیررسانا که تأثیری بر عایق ندارد.
محیط هایی که داخل قطعات کاملاً آببندیشده، محفظههای بسیار ایزوله و محیطهای بسیار تمیز درجه آلودگی 1 (PD1) دارند. چون محیط تمیز و خشک فرض است، کمترین فاصلههای خزشی و هوایی مجاز هستند.
یک مثال ساده: یک تراشه داخل یک ماژول کاملاً آببندیشده؛ بدون گردوغبار و بدون میعان.
درجه آلودگی 2 (PD2)
در این درجه معمولاً فقط آلودگی غیررسانا وجود دارد، اما بهطور مقطعی ممکن است به دلیل میعان (شبنم، عرق دست و …) رسانایی موقت ایجاد شود.
اغلب محیطهای مسکونی، اداری و آزمایشگاهی و تجهیزات عمومی داخل ساختمان درجه آلودگی 2 (PD2) دارند. در طراحی، فاصلهها باید طوری در نظر گرفته شوند که تشکیل گاهبهگاه یک لایه نازک آب روی سطوح (و رسانایی موقت) را پوشش دهند.
یک مثال ساده: تجهیزات الکترونیکی که در شرایطی خاص(مانند بارش باران)، رطوبت بالا را تجربه میکنند.
درجه آلودگی 3 (PD3)
در این درجه آلودگی رسانا وجود دارد، یا آلودگی خشک بهگونهای است که با میعان مورد انتظار، رسانا میشود.
کارخانهها، کارگاهها، مکان های صنعتی و ساختمانی و محیطهای با گردوغبار، رطوبت یا زباله های شیمیایی درجه آلودگی 3 (PD3) دارند.
در طراحی، فاصلههای خزشی و هوایی بزرگتر، عایقکاری قویتر و اغلب تمهیدات مکانیکی مانند شیارها و پرهها برای قطع مسیرهای رسانای احتمالی روی سطح نیاز دارد.
یک مثال ساده: تابلو درایو موتور در یک کارخانه که در هوا غبار فلزی و مه روغن وجود دارد.
درجه آلودگی 4 (PD4)
در این درجه آلودگی رسانایی دائمی به دلیل گردوغبار رسانا، باران، برف یا شرایط بسیار مرطوب وجود دارد. آلودگی بهصورت مداوم رسانا است.
تجهیزات فضای باز در معرض شرایط جوی، نواحی بسیار مرطوب یا محلهایی با آلودگی رسانای دائمی درجه آلودگی 4 (PD4) دارند.
در طراحی در بسیاری موارد قواعد معمول درباره فاصله خزشی کاربرد ندارند، چون تقریباً همهچیز اغلب مرطوب یا رسانا فرض میشود؛ بنابراین تجهیزات نیازمند عایقکاری و حفاظت بسیار قوی هستند.
یک مثال ساده: تجهیزات الکتریکی نصبشده روی تیر برق در فضای باز که مرتب در معرض باران و آلودگی رسانا قرار دارند.
مهندسان چگونه از درجه آلودگی در بردهای الکترونیکی استفاده میکنند؟
مهندسان معمولاً این مراحل را طی میکنند:
- تعیین محل تجهیز (دفتر، کارخانه، فضای باز و …).
- اختصاص درجه آلودگی مناسب (PD1-PD4) بر اساس آن محیط.
- ترکیب مفهوم درجه آلودگی با اضافهولتاژ و ولتاژ نامی.
- استخراج فاصلههای خزشی و هوایی موردنیاز از جداول استاندارد و طراحی برد، محفظه و عایق بر همان اساس.
برای مثال، یک ولتاژ یکسان ممکن است در یک تجهیز صنعتی با PD3 به فاصلههای بسیار بیشتری نسبت به یک ماژول آببندیشده باPD1 نیاز داشته باشد.
مثالهای ساده روزمره
گوشی هوشمند یا لپتاپ معمولاً PD2 در نظر گرفته میشوند، چون در محیطهای داخلی با مقداری گردوغبار و گاهی رطوبت استفاده میشوند.
تابلو کنترل صنعتی اغلب با درجه آلودگی PD3 مشخص میشود تا گردوغبار رسانا و میعانهای مکرر را تحمل کند.
تجهیزات قدرت در فضای باز، با شرایط درجه آلودگی PD4 طراحی میشوند، با آببندی قوی و حفاظت بالا در برابر آب و آلودگی رسانا.
جمع بندی
درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی یک مفهوم ساده اما بسیار تعیینکننده در ایمنی و طراحی تجهیزات الکتریکی است. این مفهوم مشخص میکند که محیط اطراف تجهیز تا چه حد میتواند باعث کاهش استقامت عایق، نشتی جریان یا ایجاد قوس الکتریکی شود. با شناخت درست درجه آلودگی، مهندسان میتوانند فاصلههای هوایی و خزشی، نوع عایقکاری و سطح حفاظت مکانیکی را بهدرستی انتخاب کنند. تفاوت بین یک محیط تمیز و یک فضای صنعتی یا فضای باز، مستقیماً روی ابعاد، ایمنی و طول عمر تجهیز اثر میگذارد. به همین دلیل، درک دقیق درجه آلودگی و کاربرد آن در استانداردها، پایهای برای طراحی مطمئن و حرفهای تجهیزات برق و اتوماسیون محسوب میشود.
سوالات متداول
درجه آلودگی در قطعات الکترونیکی دقیقاً چه چیزی را نشان میدهد؟
درجه آلودگی یا Pollution Degree نشان میدهد که محیط اطراف یک تجهیز تا چه حد میتواند از نظر الکتریکی رسانا شود و احتمال نشتی جریان یا جرقهزدن روی سطوح عایق یا در فاصله هوایی بین هادیها تا چه اندازه وجود دارد.
درجه آلودگی به خود تجهیز مربوط است یا به محیط نصب آن؟
درجه آلودگی به محیط نصب مربوط است، نه خود تجهیز. یک تجهیز یکسان ممکن است در یک محفظه آببندیشده بهعنوان PD1 در نظر گرفته شود، اما همان تجهیز در یک کارخانه صنعتی ممکن است در شرایط PD3 طبقهبندی شود.
چرا با افزایش درجه آلودگی، فاصلههای خزشی و هوایی بزرگتر میشوند؟
در محیطهای آلودهتر احتمال تشکیل لایههای رسانا، وجود رطوبت یا میعان بیشتر است. برای جلوگیری از نشتی جریان یا ایجاد قوس الکتریکی، فاصلههای خزشی (Creepage) و هوایی (Clearance) باید بزرگتر در نظر گرفته شوند تا ایمنی الکتریکی حفظ شود.
رایجترین درجه آلودگی در محیطهای صنعتی کدام است؟
در اغلب محیطهای صنعتی، کارگاهها و کارخانهها، درجه آلودگی PD3 در نظر گرفته میشود، زیرا گردوغبار، رطوبت و آلودگیهایی وجود دارند که میتوانند در شرایط خاص خاصیت رسانایی پیدا کنند.