مقاله مقره ها وایزولاسیون

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله مقره ها وایزولاسیون دارای ۵۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله مقره ها وایزولاسیون  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله مقره ها وایزولاسیون،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله مقره ها وایزولاسیون :

مقره ها وایزولاسیون

مقدمه:
از آغاز پیدایش صنعت برق ، نیاز به تجهیزاتی که بتوانند نقش عایقی و جداسازی قسمتهای تحت ولتاژ‍ از سایر قسمت ها را داشته باشند وجود داشته و تحقیقات در این زمینه نیز همچنان ادامه دارد.اولین عنصری که به عنوان مقره مطرح گردید چوب خشک بود ولی بعلت اینکه پس از خیس شدن تا اندازه ای خاصیت عایقی خود را از دست میداد کنار گذاشته شد. پس از چوب استفاده از مصنوعات کلی وسرامیک مورد مطالعه قرار گرفت وامروز بطور گسترده از شیشه و چینی وپلاستیک در ساخت مقره ها استفاده می شود.

در خطوط انتقال نیرو نیز لازم است هادیهای تحت ولتاژ بنحوی از برجها ایزوله شوند که مقره ها عامل اصلی جداسازی هادیها از پایه ها وزمین می باشد و برای اینکه بتوانند وظایف خود را که در حقیقت تامین فاصله مناسب می باشد به خوبی انجام دهند باید دارای خواص کلی زیر باشند :
(۱) خاصیت عایقی مناسب
(۲) مقاومت مکانیکی کافی
(۳) تحمل الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژ ها
(۴) مقاومت الکتریکی بالا در جهت کاهش نشت جریان الکتریکی
(۵) مقاوم در مقابل تغییرات درجه حرارت محیط

مسلما هرچه مقاومت الکتریکی و مکانیکی مقره ها بیشتر باشد،تحمل آنها در مقابل اضافه ولتاژها یا اضافه بارهای مکانیکی افزایش می یابد ،علاوه بر آن پایین بودن درجه عایقی مقره ها احتمال بروز جرقه بین هادیها با برجها را از طریق زنجیره مقرهها افزایش میدهد.که این امر سبب تخریب آنها میگردد که درمجموع کاهش قابلیت برق رسانی و در نتیجه خروج خطوط انتقال نیرو را بهمراه خواهد داشت.

ایزولاسیون و مقره ها :
برای اتصال هادی های خطوط انتقال به دکل ها که دارای ولتاژ های زیادی نسبت به بدنه ی دکل و نسبت به یکدیگر می باشند،از وسایل مجزا کننده استفاده میشود.این جدا کننده ها که عموما به صورت مقره در خطوط انتقال بکار می روند ، عموما دارای دو وظیفه ی مهم می باشند:
یکی وظیفه ی مکانیکی آنها است بطوری که باید دارای استقامت مکانیکی خوب بوده و قادر باشند بارهای مکانیکی راتحت شرایط متحمل از قبیل برف ،باد ، باران ، و غیره بخوبی تحمل نمایند.

دیگری وظیفه ی الکتریکی آنها است بطوری که باید دارای خواص غایقی خوب بوده و بتوانند هادی های دارای ولتاژ را بخوبی از دکل و از یکدیگر ازنظر الکتریکی جدا نمایند و علاوه بر تحمل ولتاژ کار خط ، در مقابل ولتاژ های ضربه ای ناشی از رعد و برق و قطع و وصل کلید ها و غیره که بعدا توضیح داده خواهد شد بخوبی مقاومت کنند.
در ضمن جریان نشتی مقره ها که ممکن است در اثر تخلیه ی کرونا ، تلفات دی

الکتریکی یاعایقی مواد داخلی مقره و جریان نشتی سطحی مقره به وجود اید باید حتیالامکان ناچیز باشد .
شکست ولتاژ اعمال شده روی مقره ممکن است به دلیل تخلیه ی الکتریکی در هوای اطراف مقره ، تخلیه ی الکتریکی سطحی از طریق گرد و غبار وآلودگی های روی سطح مقره ویا تخلیه ی الکتریکی ازداخل خود مقره صورت پذیرد که در حالت اخیر منجر به خرابی مقره می گردد .

اغراق نیست اگر بگوییم که ضریب اطمینان سیستم های قدرت بستگی به کیفیت و
ضریب اطمینان ایزولاتورها دارد و از آن جایی که ولتاژ انتقال و ظرفیت انتقال روز به روز در حال افزایش است میتوان گفت که نقش ایزولاتورها و مقره ها روز به روز مهمتر خواهد شد و همچنین نیاز برخورداری از تحمل مکانیکی بیشتر درآینده توام با خاصیت الکتریکی مناسب مسئولیت سنگینی را از هم اکنون بردوش مهندسان مواد گذاشته است به لحاظ اهمیت نقش ایزولاتورها ومواد تشکیل دهنده ی آنها در خطوط انتقال در اینجا به تشریح آنها می پردازیم.

۱) مواد تشکیل دهنده عایقها و مقره ها
مواد مختلفی وجود دارند که بعنوان عایق الکتریکی در ساخت مقره ها به کار میروند. این مواد عموما بدوگروه سرامیکی و غیرسرامیکی (پلاستیک)می توانند تقسیم گردند . گروه سرامیکی که ازاهمیت بیشتری برخوردار می باشد خود انواع مختلفی را شامل می شود که عمده ی آنها بخصوص برای خطوط انتقال ، شامل پرسلین و شیشه می باشند.با این حال امروزه پرسلین به عنوان بهترین این مواد ازنقطه نظر استقامت الکتریکی ومکانیکی ، استقامت تحت شرایط جوی مختلف ، ضریب اطمینان بالا و غیره ، موردقبول صاحب نظراندر سراسر جهان می باشد و به عنوان بهترین ماده برای ساخت مقره ها شناخته شده است .

در این جا به دلیل اهمیت به تشریح این دو ماده می پردازیم :
۱-۱) پرسلین
این ماده مخلوطی است از رس و کائولین یا سیلیکات هیدراته و کوارتز ، فلدسپات
یا سیلیکو آلومینات سوداو پتاس. در ساختمان بعضی ازپرسیلینهای مخصوص ممکن است اکسیدهای بخصوص شامل تیتان و زیرکونیم نیز موجود باشد درصد کوارتزچیزی در حدود۲۵%و درصد فلدسپات یا سیلیکو آلومینات سود و پتاس نیز در همین حدودمی باشد و خواص الکتریکی و مکانیکی آن تابعی از درصد مواد تشکیل دهنده ی آن می باشد. این مواد را پس از آرد کردن خوب مخلوط کرده و به شکل مطلوب درآورده و درکوره باحرارتی در حدود ۱۳۰۰ درجه می پزند .

پرسلین دارای خاصیت عایقی بسیار خوب و قوی بوده و گرادیان ولتاژی که باعثخرابی آن می گردد در حدود mm / kv30 – 15 می باشد ودر مقابل ولتاژ ضربه تا ۴۹mm/kv تحمل دارد. مقاومت مخصوص آن زیاد و در حدود mC 94 10×۳ است که در نتیجه جریاننشتی آن ناچیز می باشد .ثابت دی الکتریک پرسلین ۶۵- ۴ =می باشد . مقاومت مکانیکی آن درحدود در مقابل فشار حدود۲mm/kg 50 است و در مقابل کشش تا حدود۰۱ مقدار فوق مقاومت از خود نشان می دهد . با ازدیاد درصد کوارتز مقاومت مکانیکی آن افزایش می یابد و افزایش درصد رس آن، اثرات درجه حرارت را بر روی آن کاهش می دهد. پرسلین براحتی لعابدار می شود و این کار مقاومتش را در مقابل ترک خوردن و

یا لبپریدگی زیادمی کند و براحتی تمیز می شود . از طرفی هدایت لعاب سطح آن باعث توزیع یکنواخت ولتاژ در سراسر طول رشته ی مقره می گردد مرور زمان و تغییرات شرایط جوی در دراز مدت ممکن است باعث آشکار شدن خلل و فرج و خرابی این مقره بشود . این نوع مقره در مقابل ضربه، معمولا ترک بر می دارد یا دارای لب پریدگی می شود ولی کاملا خورد نمی شود .

از معایب پرسلین این است که چنانچه تحت اثر موج ولتاژی ، تخلیه ی الکتریکی در داخل آن صورت گیرد موجب ایجاد کانال بسیار باریک و غیر قابل دیدن می گردد که سبب کاهش خاصیت عایقی آن می شود .

پرسلین خود شامل چهار نوع عمده می باشد که عبارتند از :
الف) پرسلین معمولی یا پرسلین فلدسپات ، که استقامت مکانیکی آن در مقابل خمش در حدود ۲Cm / kg1000-600می باشد .
ب) پرسلین آلومنیومی که بمنظور افزایش استقامت مکانیکی به جای پرسلین معمو لی به کار می رود.استقامت مکانیکی آن در مقابل خمش تقریبا دو برابرپرسلین معمولی و برابر با ۲ Cm/ kg 1700-1000می باشد .

ج) پرسلین کریستوبالایت که از مزایای آن یکنواختی بهتر جنس آن و قابلیت بهتر
کار با آن می باشد این پرسلین اولین بار توسط ژاپنیها ساخته شده است .
د) پرسلین کریستوبالایت آلومنیومی که جدیدترین نوع پرسلین بوده و دارای مزایای پرسلین کریستوبالایت از جمله یکنواختی و قابلیت بهترگار با آن و نیز دارای مزایایپرسلین آلومنیومییعنی استقامت مکانیکی خوب می باشد

۱-۲) شیشه
شیشه مخلوطی از سیلیس ( ۲SiOدر حدود ۷۰%) اکسید سدیم (O 2 Na)،اکسید کلسیم و منیزیم (gOوCaO) می باشد که در حدود ۱۴۰۰درجه حرارت ذوب و پخته می شودخنک شدن شیشه پس از پختن ممکن است به دو صورت کند و تدریجی ویا خنک شدن ناگهانی به کمک دمیدن هوا باشد ، که در صورت اخیر سطح خارجی شیشه زود سرد و سخت شود ، در حالی که قسمت داخلی آن هنوز حرارت خود را دارااست . در نتیجه پس از خنک شدن تدریجی قسمت داخلی آن تحت کشش وقسمت خارجی وسطح شیشه تحت فشار قرار خواهد داشت .
استقامت الکتریکی شیشه در حالت معمولی بهتر از پرسلین و در حدود mm/kv 120-60 بوده و در مقابل ولتاژ ضربه استقامت آنmm/kv 195می باشد . خواص آن تقریبا مشابه پرسلین است . مقاومت مخصوص آن در حدود Cm. 1019- 1010 بوده و با افزایش درجه حرارت مقدار آن کاهش می یابد ، بطوری که در حرارتهای بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد به مقداری کمتر از Cm. 10 می رسد ، ثابت دی الکتریک شیشه به مقدار ۱۰-۵۵ = میباشد .

از خصوصیات مقره شیشه ای اینست که در مقابل ضربه معمولا خرد می شود ونیز مقاومت مکانیکی آن با زمان تحمل نیرو کاهش و در حد گسیختگی به تقلیل می یابدمقاومت ایزولاتورهای شیشه ای در مقابل شکنندگی و تغییرات ناگهانی جوی درمقایسهبا پرسلین چندان خوب نیست .
از معایب عمده ی آن اینست که چون در ساختمان آن ترکیبات بازی شامل اکسید

کلسیم و اکسید سدیم وجود دارد ، هنگامی که جریان نشتی زیادی بر روی سطح آن در اثر آلودگی سطح مقره ایجاد گردد ،ترکیبات مزبور در مقابل رطوبت واکنش نشان داده وباعث خوردگی سطح شیشه می شود که در نهایت ممکن است بدلیل بر هم زدن تعادل نیروهای سطحی و داخلی منجر به شکستن مقره گردد.بهمین دلیل در مناطق با آلودگی زیاد به کار نمی رونند .
از مزایای شیشه شفافیت

آن است بطوریکه شکستگی و ترک در داخل آن با چشم قابل رویت بوده و کم بودن ضریب انبساط و ارزانی قیمت آن در مقایسه با پرسلین ازدیگر مزایای آن می باشد .

۲ ) طراحی شکل و انواع ایزولاتورها

همانطور که قبلا گفته شد شکست الکتریکی بر روی مقره معمولا به دو علت ممکن
است صورت پذیرد ، یکی تشکیل جرقه از داخل مقره و دیگر تشکیل جرقه سطحی ، که اولی چون عایق بدلیل سوراخ شدن خاصیت خودراازدست می دهد،حائزاهمیت بیشتری است . تخلیه ی نوع دوم خود ممکن است به سه صورت مختلف وقوع پذیرد:

الف) تخلیه ی بین هادی و بدنه از طریق هدایت سطحی عایق که معمولا در شرایطی که ایزولاتور بعلت کثیف بودن، آلودگی و مرطوب بودن خاصیت عایقی کمتری دارد ممکن است وقوع پذیرد (شکل ۱ ) در این حالت کوتاهترین مسیر بر روی سطح ایزولاتور که هادی را به بدنه مربوط می سازد خط فراری نامیده می شود .
ب) تخلیه ی ناشی از افزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی و بدنه هنگامیکه سطح ایزولاتورخشک و نسبتا تمیز باشد که معمولا از طریق کوتاهترین مسیر انجام میگیرد (شکل ۲ )

شکل (۱) مسیر تخلیه ی بین هادی و بدنه بعلت کثیف بودن مقره
ج) تخلیه ی ناشی ازافزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی وبدنه هنگامی که سطح ایزولاتورمرطوب باشد ، در این حالت مسیر تخلیه ی طولانی تری را نسبت به حالت قبلی طی می کند که به سطح عایق نزدیکی بیشتری نشان می دهد (شکل ۳ ) .

با توجه به لزوم پایداری شبکه های فشار قوی و با اطلاع از مسائل فوق الذکرتوجه به مسائل متعددی در طرح شکل و نحوه کاربرد ایزولاتورها اهمیت پیدا می کند . متذکرمی شود که پاره ای ازاین نکات طراحی و رسیدن به طرح مناسب از جهات مختلف ممکن است با یکدیگر متضاد باشند. بدیهی است درچنین شرایطی حالت اپتیمم اتخاذ می گردد.
پاره ای از نکات مهمی که باید در مورد انتخاب نوع ایزولاتور در نظر داشت بشرح زیر بیان می گردند :

شکل (۲) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام خشک بودن هادی

شکل (۳) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام مرطوب بودن هادی
۱-۲ ) سطح مقره صاف باشد تا از نشستن و تشکیل گرد و غبار و آلودگی های موجود در هوا که باعث کاهش ایزولاسیون سطحی و با لطبع افزایش جریان نشتی و افزایش احتمال وقوع تخلیه ی سطحی می گردد حتی الامکان جلوگیری شود . این امر در مناطق باهوای خیلی آلوده مستلزم کاربرد ایزولاتورهای با شیارهای کم عمقتر می باشد.
۲-۲) به منظور کاهش جریان نشتی و احتمال وقوع تخلیه ، طول خط فراری حتی الامکان بیشتر شود . این امر مستلزم ایجاد شیارها وفرورفتگیهای عمیق بر روی سطح زیرین ایزولاتورها می باشد .

۳-۲ ) شکل ایزولاتورچنان طراحی گردد که آب باران بر روی سطح آن نماند و حتی الامکان سریع خشک شود.این امرمعمولابه طراحی ایزولاتورهای چتری شکل منجرشده است که از خواص مطلوب آن این است که در شرایط بارانی اگر باد نباشد معمولابخش زیرین آن خشک باقی می ماند .

۴-۲ ) ضخامت قسمتی از ایزولاتور که قسمتهای فلزی رابط بالا و پایین را از هم از نظر الکتریکی جدا می کنند طوری انتخاب شود ، که در صورت افزایش ولتاژ ، قبل ازوقوع تخلیه ی الکتریکی از داخل ،جرقه در سطح مقره تشکیل گردد . هر چه نسبت ولتاژلازم برای وقوع تخلیه ی الکتریکی از داخل یعنی ولتاژ سوراخ شدن به ولتاژ لازم جهت وقوع تخلیه ی سطحی بیشتر باشداین ضریب اطمینان افزایش مییابد.حداقل این نسبت باید از ۳/۱ بزرگتر باشد ، در موارد معمولی نسیت ۶/۱ و حتی گاه نسبت ۲ را انتخاب می نمایند .

۵-۲ ) از آن جایی که ثابت دی الکتریک هوا ومقره متفاوت می باشند خطوط نیرو در داخل هوا و عایق متفاوت بوده ، دارای فشردگی بیشتری در هوا خواهند بود . این امر بخصوص در مواردی که عایق دارای شیارها و برآمدگیهای پیچیده باشد می تواند گاه سبب تشگیل گرادیان ولتاژ قوی در هوا و در نتیجه وقوع تخلیه ی جزئی و نهایتا تخلیه ی الکتریکی کامل گردد . از طرفی چون وجود شیارها و برآمدگی های پیچیده به خصوص در شرایط هوایی ساکن باعث کثیف شدن سریعتر عایق شود ، لذا در مورد ایزولاتورهایی که در محل های سرپوشیده نصب می شوند شیارها دارای عمق کمتری باید باشند .

۶-۲ ) در کاربرد وانتخاب ایزولاتور باید به شرایط جوی منطقه و میزان آلودگی هوای محل ونوع آلودگی توجه بیشتری بشود .
۷-۲ ) در انتخاب شکل و طول ایزولاتور به نکات اقتصادی باید توجه شود . به
خصوص توجه به این مطلب حائز اهمیین است که ولتاژ مقاوم در نظر گرفته شده برای ایزولاتورآن چنان نباشد که هرموج ولتاژ ممکنی را تحمل کند .زیرا این امرسبب طولانی شدن بیش از حد زنجیره ی ایزولاتور و در نتیجه هزینه ی سنگین طرح خواهد شد .

۳ ) انواع مختلف ایزولاتورها
توجه به نکات مختلف وشرایطمخصوص نصب منجر به طراحی وساخت ایزولاتورهای مختلفی شده است . این ایزولاتورها معمولا به دو گروه ایزولاتورهای نگهدارنده(ثابت )و ایزولاتورهای آویزان تقسیم می شوند :
الف ) ایزولاتورهای نوع نگهدارنده
این ایزولاتورها معمولا تحت نیروی فشاری و خمشی قرار می گیرند دو نمونه از آنها با اهمیت تر از بقیه می باشند که عبارتند از :
الف-۱ ) مقره های سوزنی :

همانطور که از نام این مقره ها بر می آید ، مقره توسط یک سوزن یا میخ به پایه بسته می شود . معمولا از پرسلین ساخته می شود . نحوه ی استفاده از این مقره طوری است که معمولا تحت نیروی فشاری قرار می گیرد ولی چنانچه بصورت معکوس به بازوهای پایه هابسته شودتحت تاثیرنیروی کشش قرار خواهد گرفت.طبق استانداردهای مختلف تماس مستقیم بین پرسلین و فلز سخت سوزن مقره چندان مناسب نمی باشد وباید تو- سط یک انگشتانه ی فلزی از جنس نرمتر از هم جدا گردند . برای این منظور معمولا از فلز روی استفاده می

شود . این مقره ها را می توان با افزایش طبقات عایق بای ولتاژهای بالاتر به کار برد اما معمولا برای ولتاژهای توزیع ساخته می شوند و کاربرد آن به ولتاژهای زیرkv 70محدود می شود زیرا در ولتاژهای بالاترهزینه ی آن غیر اقتصادی بوده وبا افزایش ولتاژازدیاد قیمتی نشان می دهدکه تقریبا متناسب با V است بطوری که عددی بزرگتر از ۲ می باشد. در این نوع مقره ضخامت پرسلین واقع بین سوزن وهادی باید به قدری باشد که در صورت افزایش ولتاژغیرمعمولی تخلیه ی سطحی ازروی عایق زودتراز شکست الکتر_ یکی در داخل آن صورت پذیرد . نسبت ولتاژ لازم برای تخلیه ی الکتریکی سطحی به ولتاژ کار مقره را ضریب اطمینان می نامند که برای ولتاژهای کمتر مقدار بیشتری دارامی باشد .