مقره ها و ایزولاسیون

موضوع : مقره ها و ایزولاسیون

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

 مقدمه:
از آغاز پيدايش صنعت برق ،  نياز به تجهيزاتي كه بتوانند نقش عايقي و جداسازي قسمتهاي تحت ولتاژ‍ از ساير قسمت ها را داشته باشند وجود داشته و تحقيقات در اين زمينه نيز همچنان ادامه دارد.اولين عنصري كه به عنوان مقره مطرح گرديد چوب خشك بود ولي بعلت اينكه پس از خيس شدن تا اندازه اي خاصيت عايقي خود را از دست ميداد كنار گذاشته شد. پس از چوب استفاده از مصنوعات كلي وسراميك مورد مطالعه قرار گرفت وامروز بطور گسترده از شيشه و چيني وپلاستيك در ساخت مقره ها استفاده مي شود.
در خطوط انتقال نيرو نيز لازم است هاديهاي تحت ولتاژ بنحوي از برجها ايزوله شوند كه مقره ها عامل اصلي جداسازي هاديها از پايه ها وزمين مي باشد و براي اينكه بتوانند وظايف خود را كه در حقيقت تامين فاصله مناسب مي باشد به خوبي انجام دهند بايد داراي خواص كلي زير باشند :
(1) خاصيت عايقي مناسب
(2) مقاومت مكانيكي كافي
(3) تحمل الكتريكي در مقابل اضافه ولتاژ ها
(4) مقاومت الكتريكي بالا در جهت كاهش نشت جريان الكتريكي
(5) مقاوم در مقابل تغييرات درجه حرارت محيط
مسلما هرچه مقاومت الكتريكي و مكانيكي مقره ها بيشتر باشد،تحمل آنها در مقابل اضافه ولتاژها يا اضافه بارهاي مكانيكي افزايش مي يابد ،علاوه بر آن پايين بودن درجه عايقي مقره ها احتمال بروز جرقه بين هاديها با برجها را از طريق زنجيره مقرهها افزايش ميدهد.كه اين امر سبب تخريب آنها ميگردد كه درمجموع كاهش قابليت برق رساني و در نتيجه خروج خطوط انتقال نيرو را بهمراه خواهد داشت.
ايزولاسيون و مقره ها :
براي اتصال هادي هاي خطوط انتقال به دكل ها كه داراي ولتاژ هاي زيادي نسبت به بدنه ي دكل و نسبت به يكديگر مي باشند،از وسايل مجزا كننده استفاده ميشود.اين جدا كننده ها كه عموما به صورت مقره در خطوط انتقال بكار مي روند ، عموما داراي دو وظيفه ي مهم مي باشند:
يكي وظيفه ي مكانيكي آنها است بطوري كه بايد داراي استقامت مكانيكي خوب بوده  و قادر باشند بارهاي مكانيكي راتحت شرايط متحمل از قبيل برف ،باد ، باران ، و غيره بخوبي تحمل نمايند.
ديگري وظيفه ي الكتريكي آنها است بطوري كه بايد داراي خواص غايقي خوب بوده و بتوانند هادي هاي داراي ولتاژ را بخوبي از دكل و از يكديگر ازنظر الكتريكي جدا نمايند و علاوه بر تحمل ولتاژ كار خط ، در مقابل ولتاژ هاي ضربه اي ناشي از رعد و برق و قطع و وصل كليد ها و غيره كه بعدا توضيح داده خواهد شد بخوبي مقاومت كنند.
در ضمن جريان نشتي مقره ها كه ممكن است در اثر تخليه ي كرونا ، تلفات دي
الكتريكي ياعايقي مواد داخلي مقره و جريان نشتي سطحي مقره به وجود ايد بايد حتيالامكان ناچيز باشد .
شكست ولتاژ اعمال شده روي مقره ممكن است به دليل تخليه ي الكتريكي در هواي اطراف مقره ، تخليه ي الكتريكي سطحي از طريق گرد و غبار وآلودگي هاي روي سطح مقره ويا تخليه ي الكتريكي ازداخل خود مقره صورت پذيرد كه در حالت اخير منجر به خرابي مقره مي گردد .
اغراق نيست اگر بگوييم كه ضريب اطمينان سيستم هاي قدرت بستگي به كيفيت و
ضريب اطمينان ايزولاتورها دارد و از آن جايي كه ولتاژ انتقال و ظرفيت انتقال روز به روز در حال افزايش است ميتوان گفت كه نقش ايزولاتورها و مقره ها روز به روز مهمتر خواهد شد و همچنين نياز برخورداري از تحمل مكانيكي بيشتر درآينده توام با خاصيت الكتريكي مناسب مسئوليت سنگيني را از هم اكنون بردوش مهندسان مواد گذاشته است به لحاظ اهميت نقش ايزولاتورها ومواد تشكيل دهنده ي آنها در خطوط انتقال در اينجا به تشريح آنها مي پردازيم.
1)     مواد تشكيل دهنده عايقها و مقره ها 
مواد مختلفي وجود دارند كه بعنوان عايق الكتريكي در ساخت مقره ها به كار ميروند. اين مواد عموما بدوگروه سراميكي و غيرسراميكي (پلاستيك)مي توانند تقسيم گردند . گروه سراميكي كه ازاهميت بيشتري برخوردار مي باشد خود انواع مختلفي را شامل مي شود كه عمده ي آنها بخصوص براي خطوط انتقال ، شامل پرسلين و شيشه مي باشند.با اين حال امروزه پرسلين به عنوان بهترين اين مواد ازنقطه نظر استقامت الكتريكي ومكانيكي ، استقامت تحت شرايط جوي مختلف ، ضريب اطمينان بالا و غيره ، موردقبول صاحب نظراندر سراسر جهان مي باشد و به عنوان بهترين ماده براي ساخت مقره ها شناخته شده است .
در اين جا به دليل اهميت به تشريح اين دو ماده مي پردازيم :
1-1)    پرسلين
اين ماده مخلوطي است از رس و كائولين يا سيليكات هيدراته و كوارتز ، فلدسپات
يا سيليكو آلومينات سوداو پتاس. در ساختمان بعضي ازپرسيلينهاي مخصوص ممكن  است اكسيدهاي بخصوص شامل تيتان و زيركونيم نيز موجود باشد درصد كوارتزچيزي در حدود25%و درصد فلدسپات يا سيليكو آلومينات سود و پتاس نيز در همين حدودمي باشد و خواص الكتريكي و مكانيكي آن تابعي از درصد مواد تشكيل دهنده ي آن مي باشد. اين مواد را پس از آرد كردن خوب مخلوط كرده و به  شكل مطلوب درآورده و دركوره باحرارتي در حدود 1300 درجه مي پزند .
پرسلين داراي خاصيت عايقي بسيار خوب و قوي بوده و گراديان ولتاژي كه باعثخرابي آن مي گردد در حدود mm / kv30 - 15  مي باشد ودر مقابل ولتاژ ضربه تا  49mm/kv تحمل دارد.  مقاومت مخصوص آن زياد و در حدود  mCΩ  ٩٤ 10×3 است كه در نتيجه جرياننشتي آن ناچيز مي باشد .ثابت دي الكتريك پرسلين 6.5- 4 =εمي باشد  . مقاومت مكانيكي آن درحدود در مقابل فشار حدود٢mm/kg 50 است و در مقابل كشش تا حدود0.1 مقدار فوق مقاومت از خود نشان مي دهد . با ازدياد درصد كوارتز مقاومت مكانيكي آن افزايش مي يابد و افزايش درصد رس آن، اثرات درجه حرارت را بر روي آن كاهش مي دهد. پرسلين براحتي لعابدار مي شود و اين كار مقاومتش را در مقابل ترك خوردن و
يا لبپريدگي زيادمي كند و براحتي تميز مي شود . از طرفي هدايت لعاب سطح آن باعث توزيع يكنواخت ولتاژ در سراسر طول رشته ي مقره مي گردد مرور زمان و تغييرات شرايط جوي در دراز مدت ممكن است باعث آشكار شدن خلل و فرج و خرابي اين مقره بشود . اين نوع مقره در مقابل ضربه، معمولا ترك بر مي دارد يا داراي لب پريدگي مي شود ولي كاملا خورد نمي شود .
 فهرست مطالب
 مقدمه1
  ايزولاسيون ومقره ها2
1)مواد تشكيل دهنده عايق ها و مقره ها3
1-1)پرسلين  4
2-1) شيشه6
2) طراحي شكل و انواع ايزولاتورها8
3) انواع مختلف ايزولاتورها 12
الف) ايزولاتورهاي نوع نگهدارنده  12
الف-1) مفره هاي سوزني  12
الف-2) مقره هاي نوع پست  15
ب) مقره هاي آويزي17
ب-1) مقره هاي آويزي بشقابي  19
ب-2) مقره هيوليت 20
ب-3) مقره هاي توپر بلند آويزي  22
ج) مقره هاي مخصوص  23 
4) توزيع ولتاژ در طول يك زنجيره مقره آويزي  26
5) روشهاي توزيع مساوي ملتاژ در طول زنجيره مقره31
1-5) كنترل m  31   
2-5) درجه بندي كاپاسيتانس واحدهاي مقره32
3-5) كاربرد حفاظ استاتيكي يا حلقه محافظ34
4-5) لعاب هادي           36
6) طراحي وانتخاب ايزولاتور خطوط انتقال از نقطه نظر استقامت مكانيكي     36
2-6) طراحي مكانيكي مقره هاي آويزي معمولي  38
2-2-6) طراحي مكانيكي مقره هاي آويزي v شكل  39
3-2-6) طراحي مكانيكي مقره هاي آويزي براي دكلهاي انتهايي        41
4-2-6) قابليت اطمينان طولاني مدت مقره ها     42
3-6) تطبيق ايزولاسيون44