مقاله مقره ها وایزولاسیون

توضیحات

  مقاله مقره ها وایزولاسیون دارای 51 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 كه 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 كه به عنوان مقره مطرح گردید چوب خشك بود ولی بعلت اینكه پس از خیس شدن تا اندازه ای خاصیت عایقی خود را از دست میداد كنار گذاشته شد. پس از چوب استفاده از مصنوعات كلی وسرامیك مورد مطالعه قرار گرفت وامروز بطور گسترده از شیشه و چینی وپلاستیك در ساخت مقره ها استفاده می شود.

در خطوط انتقال نیرو نیز لازم است هادیهای تحت ولتاژ بنحوی از برجها ایزوله شوند كه مقره ها عامل اصلی جداسازی هادیها از پایه ها وزمین می باشد و برای اینكه بتوانند وظایف خود را كه در حقیقت تامین فاصله مناسب می باشد به خوبی انجام دهند باید دارای خواص كلی زیر باشند :
(1) خاصیت عایقی مناسب
(2) مقاومت مكانیكی كافی
(3) تحمل الكتریكی در مقابل اضافه ولتاژ ها
(4) مقاومت الكتریكی بالا در جهت كاهش نشت جریان الكتریكی
(5) مقاوم در مقابل تغییرات درجه حرارت محیط

مسلما هرچه مقاومت الكتریكی و مكانیكی مقره ها بیشتر باشد،تحمل آنها در مقابل اضافه ولتاژها یا اضافه بارهای مكانیكی 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.كه این امر سبب تخریب آنها میگردد كه درمجموع كاهش 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 دكل ها كه دارای ولتاژ های زیادی نسبت به بدنه ی دكل و نسبت به یكدیگر می باشند،از وسایل مجزا كننده استفاده میشود.این جدا كننده ها كه عموما به صورت مقره در خطوط انتقال بكار می روند ، عموما دارای دو وظیفه ی مهم می باشند:
یكی وظیفه ی مكانیكی آنها است بطوری كه باید دارای استقامت مكانیكی خوب بوده و قادر باشند بارهای مكانیكی راتحت شرایط متحمل از قبیل برف ،باد ، باران ، و غیره بخوبی تحمل نمایند.

دیگری وظیفه ی الكتریكی آنها است بطوری كه باید دارای خواص غایقی خوب بوده و بتوانند هادی های دارای ولتاژ را بخوبی از دكل و از یكدیگر ازنظر الكتریكی جدا نمایند و علاوه بر تحمل ولتاژ كار خط ، در مقابل ولتاژ های ضربه ای ناشی از رعد و برق و قطع و وصل كلید ها و غیره كه بعدا توضیح داده خواهد شد بخوبی مقاومت كنند.
در ضمن جریان نشتی مقره ها كه ممكن است در اثر تخلیه ی كرونا ، تلفات دی

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

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

1) مواد تشكیل دهنده عایقها و مقره ها
مواد مختلفی وجود دارند كه بعنوان عایق الكتریكی در ساخت مقره ها به كار میروند. این مواد عموما بدوگروه سرامیكی و غیرسرامیكی (پلاستیك)می توانند تقسیم گردند . گروه سرامیكی كه ازاهمیت بیشتری برخوردار می باشد خود انواع مختلفی را شامل می شود كه 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 الكتریكی ومكانیكی ، 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 :
1-1) پرسلین
این ماده مخلوطی است از رس و كائولین یا سیلیكات هیدراته و كوارتز ، فلدسپات
یا سیلیكو آلومینات سوداو پتاس. در ساختمان بعضی ازپرسیلینهای مخصوص ممكن است اكسیدهای بخصوص شامل تیتان و زیركونیم نیز موجود باشد درصد كوارتزچیزی در حدود25%و درصد فلدسپات یا سیلیكو آلومینات سود و پتاس نیز در همین حدودمی باشد و خواص الكتریكی و مكانیكی آن تابعی از درصد مواد تشكیل دهنده ی آن می باشد. این مواد را پس از آرد كردن خوب مخلوط كرده و به شكل مطلوب درآورده و دركوره باحرارتی در حدود 1300 درجه می پزند .

پرسلین دارای خاصیت عایقی بسیار خوب و قوی بوده و گرادیان ولتاژی كه باعثخرابی آن می گردد در حدود mm / kv30 – 15 می باشد ودر مقابل ولتاژ ضربه تا 49mm/kv تحمل دارد. مقاومت مخصوص آن زیاد و در حدود mC 94 10×3 است كه در نتیجه جریاننشتی آن ناچیز می باشد .ثابت دی الكتریك پرسلین 65- 4 =می باشد . مقاومت مكانیكی آن درحدود در مقابل فشار حدود2mm/kg 50 است و در مقابل كشش تا حدود01 مقدار فوق مقاومت از خود نشان می دهد . با ازدیاد درصد كوارتز مقاومت مكانیكی آن افزایش می یابد و افزایش درصد رس آن، اثرات درجه حرارت را بر روی آن كاهش می دهد. پرسلین براحتی لعابدار می شود و این كار مقاومتش را در مقابل ترك خوردن و

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

از معایب پرسلین این است كه چنانچه تحت اثر موج ولتاژی ، تخلیه ی الكتریكی در داخل آن صورت گیرد موجب ایجاد كانال بسیار باریك و غیر قابل دیدن می گردد كه سبب كاهش خاصیت عایقی آن می شود .

پرسلین خود شامل چهار نوع عمده می باشد كه عبارتند از :
الف) پرسلین معمولی یا پرسلین فلدسپات ، كه استقامت مكانیكی آن در مقابل خمش در حدود 2Cm / kg1000-600می باشد .
ب) پرسلین آلومنیومی كه بمنظور افزایش استقامت مكانیكی به جای پرسلین معمو لی به كار می رود.استقامت مكانیكی آن در مقابل خمش تقریبا دو برابرپرسلین معمولی و برابر با 2 Cm/ kg 1700-1000می باشد .

ج) پرسلین كریستوبالایت كه از مزایای آن یكنواختی بهتر جنس آن و قابلیت بهتر
كار با آن می باشد این پرسلین اولین بار توسط ژاپنیها ساخته شده است .
د) پرسلین كریستوبالایت آلومنیومی كه جدیدترین نوع پرسلین بوده و دارای مزایای پرسلین كریستوبالایت از جمله یكنواختی و قابلیت بهترگار با آن و نیز دارای مزایایپرسلین آلومنیومییعنی استقامت مكانیكی خوب می باشد

1-2) شیشه
شیشه مخلوطی از سیلیس ( 2SiOدر حدود 70%) اكسید سدیم (O 2 Na)،اكسید كلسیم و منیزیم (gOوCaO) می باشد كه در حدود 1400درجه حرارت ذوب و پخته می شودخنك شدن شیشه پس از پختن ممكن است به دو صورت كند و تدریجی ویا خنك شدن ناگهانی به كمك دمیدن هوا باشد ، كه در صورت اخیر سطح خارجی شیشه زود سرد و سخت شود ، در حالی كه قسمت داخلی آن هنوز حرارت خود را دارااست . در نتیجه پس از خنك شدن تدریجی قسمت داخلی آن تحت كشش وقسمت خارجی وسطح شیشه تحت فشار قرار خواهد داشت .
استقامت الكتریكی 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 كاهش می یابد ، بطوری كه در حرارتهای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد به مقداری كمتر از Cm. 10 می رسد ، ثابت دی الكتریك شیشه به مقدار 10-55 = میباشد .

از خصوصیات مقره شیشه ای اینست كه در مقابل ضربه معمولا خرد می شود ونیز مقاومت مكانیكی آن با زمان تحمل نیرو كاهش و در حد گسیختگی به تقلیل می یابدمقاومت ایزولاتورهای شیشه ای در مقابل شكنندگی و تغییرات ناگهانی جوی درمقایسهبا پرسلین چندان خوب نیست .
از معایب عمده ی آن اینست كه چون در ساختمان آن تركیبات بازی شامل اكسید

كلسیم و اكسید سدیم وجود دارد ، هنگامی كه جریان نشتی زیادی بر روی سطح آن در اثر آلودگی سطح مقره ایجاد گردد ،تركیبات مزبور در مقابل رطوبت واكنش نشان داده وباعث خوردگی سطح شیشه می شود كه در نهایت ممكن است بدلیل بر هم زدن تعادل نیروهای سطحی و داخلی منجر به شكستن مقره گردد.بهمین دلیل در مناطق با آلودگی زیاد به كار نمی رونند .
از مزایای شیشه شفافیت

آن است بطوریكه شكستگی و ترك در داخل آن با چشم قابل رویت بوده و كم بودن ضریب انبساط و ارزانی قیمت آن در مقایسه با پرسلین ازدیگر مزایای آن می باشد .

2 ) طراحی شكل و انواع ایزولاتورها

همانطور كه قبلا گفته شد شكست الكتریكی بر روی مقره معمولا به دو علت ممكن
است صورت پذیرد ، یكی تشكیل جرقه از داخل مقره و دیگر تشكیل جرقه سطحی ، كه اولی چون عایق بدلیل سوراخ شدن خاصیت خودراازدست می دهد،حائزاهمیت بیشتری است . تخلیه ی نوع دوم خود ممكن است به سه صورت مختلف وقوع پذیرد:

الف) تخلیه ی بین هادی و بدنه از طریق هدایت سطحی عایق كه معمولا در شرایطی كه ایزولاتور بعلت كثیف بودن، آلودگی و مرطوب بودن خاصیت عایقی كمتری دارد ممكن است وقوع پذیرد (شكل 1 ) در این حالت كوتاهترین مسیر بر روی سطح ایزولاتور كه هادی را به بدنه مربوط می سازد خط فراری نامیده می شود .
ب) تخلیه ی ناشی از افزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی و بدنه هنگامیكه سطح ایزولاتورخشك و نسبتا تمیز باشد كه معمولا از طریق كوتاهترین مسیر انجام میگیرد (شكل 2 )

شكل (1) مسیر تخلیه ی بین هادی و بدنه بعلت كثیف بودن مقره
ج) تخلیه ی ناشی ازافزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی وبدنه هنگامی كه سطح ایزولاتورمرطوب باشد ، در این حالت مسیر تخلیه ی طولانی تری را نسبت به حالت قبلی طی می كند كه به سطح عایق نزدیكی بیشتری نشان می دهد (شكل 3 ) .

با توجه به لزوم پایداری شبكه های فشار قوی و با اطلاع از مسائل فوق الذكرتوجه به مسائل متعددی در طرح شكل و نحوه كاربرد ایزولاتورها اهمیت پیدا می كند . متذكرمی شود كه پاره ای ازاین نكات طراحی و رسیدن به طرح مناسب از جهات مختلف ممكن است با یكدیگر متضاد باشند. بدیهی است درچنین شرایطی حالت اپتیمم اتخاذ می گردد.
پاره ای از نكات مهمی كه باید در مورد انتخاب نوع ایزولاتور در نظر داشت بشرح زیر بیان می گردند :

شكل (2) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام خشك بودن هادی

شكل (3) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام مرطوب بودن هادی
1-2 ) سطح مقره صاف باشد تا از نشستن و تشكیل گرد و غبار و آلودگی های موجود در هوا كه باعث كاهش ایزولاسیون سطحی و با لطبع افزایش جریان نشتی و افزایش احتمال وقوع تخلیه ی سطحی می گردد حتی الامكان جلوگیری شود . این امر در مناطق باهوای خیلی آلوده مستلزم كاربرد ایزولاتورهای با شیارهای كم عمقتر می باشد.
2-2) به منظور كاهش جریان نشتی و احتمال وقوع تخلیه ، طول خط فراری حتی الامكان بیشتر شود . این امر مستلزم ایجاد شیارها وفرورفتگیهای عمیق بر روی سطح زیرین ایزولاتورها می باشد .

3-2 ) شكل ایزولاتورچنان طراحی گردد كه آب باران بر روی سطح آن نماند و حتی الامكان سریع خشك شود.این امرمعمولابه طراحی ایزولاتورهای چتری شكل منجرشده است كه از خواص مطلوب آن این است كه در شرایط بارانی اگر باد نباشد معمولابخش زیرین آن خشك باقی می ماند .

4-2 ) ضخامت قسمتی از ایزولاتور كه قسمتهای فلزی رابط بالا و پایین را از هم از نظر الكتریكی جدا می كنند طوری انتخاب شود ، كه در صورت افزایش ولتاژ ، قبل ازوقوع تخلیه ی الكتریكی از داخل ،جرقه در سطح مقره تشكیل گردد . هر چه نسبت ولتاژلازم برای وقوع تخلیه ی الكتریكی 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 3/1 بزرگتر باشد ، در موارد معمولی نسیت 6/1 و حتی گاه نسبت 2 را انتخاب می نمایند .

5-2 ) از آن جایی كه ثابت دی الكتریك 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 كه 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 الكتریكی كامل گردد . از طرفی چون وجود شیارها و برآمدگی های پیچیده به خصوص در شرایط هوایی ساكن باعث كثیف شدن سریعتر عایق شود ، لذا در مورد ایزولاتورهایی كه در محل های سرپوشیده نصب می شوند شیارها دارای عمق كمتری باید باشند .

6-2 ) در كاربرد وانتخاب ایزولاتور باید به شرایط جوی منطقه و میزان آلودگی هوای محل ونوع آلودگی توجه بیشتری بشود .
7-2 ) در انتخاب شكل و طول ایزولاتور به نكات اقتصادی باید توجه شود . به
خصوص توجه به این مطلب حائز اهمیین است كه ولتاژ مقاوم در نظر گرفته شده برای ایزولاتورآن چنان نباشد كه هرموج ولتاژ ممكنی را تحمل كند .زیرا این امرسبب طولانی شدن بیش از حد زنجیره ی ایزولاتور و در نتیجه هزینه ی سنگین طرح خواهد شد .

3 ) انواع مختلف ایزولاتورها
توجه به نكات 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 كه عبارتند از :
الف-1 ) مقره های سوزنی :

همانطور كه از نام این مقره ها بر می آید ، مقره توسط یك سوزن یا میخ به پایه بسته می شود . معمولا از پرسلین ساخته می شود . نحوه ی استفاده از این مقره طوری است كه معمولا تحت نیروی فشاری قرار می گیرد ولی چنانچه بصورت معكوس به بازوهای پایه هابسته شودتحت تاثیرنیروی كشش قرار خواهد گرفت.طبق استانداردهای مختلف تماس مستقیم بین پرسلین و فلز سخت سوزن مقره چندان مناسب نمی باشد وباید تو- سط یك 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 كار برد اما معمولا برای ولتاژهای توزیع ساخته می شوند و كاربرد آن به ولتاژهای زیرkv 70محدود می شود زیرا در ولتاژهای بالاترهزینه ی آن غیر اقتصادی بوده وبا افزایش ولتاژازدیاد قیمتی نشان می دهدكه تقریبا متناسب با V است بطوری كه عددی بزرگتر از 2 می باشد. در این نوع مقره ضخامت پرسلین واقع بین سوزن وهادی باید به قدری باشد كه در صورت افزایش ولتاژغیرمعمولی تخلیه ی سطحی ازروی عایق زودتراز شكست الكتر_ یكی در داخل آن صورت پذیرد . نسبت ولتاژ لازم برای تخلیه ی الكتریكی سطحی به ولتاژ كار مقره را ضریب اطمینان می نامند كه برای ولتاژهای كمتر مقدار بیشتری دارامی باشد .

برای دریافت اینجا کلیک کنید