برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

 توزیع پتانسیل و میدان الكتریكی در طول مقره‌های سیلیكونی با قطرات آب

مطالعه فلش اور در مقره‌های سلیكونی با آلودگی مصنوعی در تستهای مه‌نمكی نشان می‌دهد كه تخلیه روی مقره كاملاً آلوده تابع مسیر نشتی در طول سطح مقره است. در مقره‌هایی كه بصورت تكه‌تكه آلوده می‌شوند، تخلیه در مسیر آلوده تابع مسیر نشتی در قسمت آلوده سطح مقره است. وجود قطرات آب و لایه‌های آلودگی شدت میدان الكتریكی را روی سطح مقره‌های سیلیكونی افزایش می‌دهد. بنابراین مطالعه توزیع پتانسیل ومیدان الكتریكی در مقره‌های سیلیكونی تحت شرایط مرطوب و آلوده، برای درك عمیق شروع مكانیزم فلش اور ناشی از آلودگی بسیار مهم است.
قطرات آب نقشهای متعددی در فلش اور ناشی از‌ آلودگی و پیری مقره‌های سیلیكونی ایفا می‌كند كه عبارتند از
:
1-
قطرات به علت پرمیتیویته و رسانایی بالایشان میدان الكتریكی را بشدت زیاد می‌كند
.
2-
تخلیه‌های كرونای سطحی از قطرات آب، مواد چتركهای مقره را پیر می‌كند
.
3-
تخلیه كرونا خاصیت آبگریزی در قسمتهایی از سطح را از بین می‌برد و سبب گسترش قطرات و بهم پیوستن آنها می‌شود.

1- بدست آوردن مدل:
در اولین قدم، یك مدل نمونه بایدبدست آورد تا مشخصات اصلی توزیع میدان الكتریكی اطراف قطره آب مطالعه شود. به همین دلیل، یك سطح سیلیكون رابر مسطح آبگریز با یك قطره آب مجزای برای مطالعه افزایش میدان الكتریكی در اطراف قطره آب مورد استفاده قرار گرفته است. برای ساده سازی بیشتر، قطره آب مجزای منفردی كه نیمكره آن در شكلها آمده است فرض می‌كنیم
.
یك مقره بشقابی عمودی را فرض می‌كنیم كه قطرات آب ساكن روی چترك و sheath عمورد بر خطوط هم پتانسیل قرار دارند. برای نشان دادن ناحیه sheath و ناحیه چترك مقره، دو الكترود با یك صفحه سیلیكون رابر به ابعاد (cm10*cm10*cm10) را فرض می‌كنیم. هدایت نسبی مواد سیلیكونی 3/4 است
.
دو الكترود به فاصله 10 سانتی‌متر و صفحه سیلیكون دردو موقعیت متفاوت قرار می‌گیرد. ناحیه sheath بوسیله صفحه سیلیكونی كه بین دو الكترود مانند اسپیسر قرار گرفته است شبیه‌سازی می‌شود و صفحه سیلیكونی بصورت موازی، بین دو الكترود، برای شبیه‌سازی ناحیه چترك قرار می‌گیرد
.
در هر دو مورد ولتاژ اعمالی 100 ولت است كه میانگین شدت میدان الكتریكی v/cm (10= (10/100)) است. هدایت نسبی آب 80 است.

تجزیه و تحلیل افزایش میدان الكتریكی بوسیله قطرات آب

خطوط هم پتانسیل و خطوط میدان الكتریكی اطراف قطره آب كه روی صفحه سیلیكونی قرار گرفته است، ناحیه sheath و ناحیه چترك را شبیه‌سازی می‌كند كه به ترتیب در شكلهای 2 و 3 نشان داده شده است. خطوط پیوسته برای نشان دادن خطوط هم پتانسیل وخط چین‌ها برای مسیر میدان الكتریكی بكار رفته است.
از شكلهای 2 و 3 چنین به نظر می‌رسد كه وجود قطره آب سبب انحراف قابل توجهی در ترتیب خطوط هم پتانسیل و مسیر میدان الكتریكی در اطراف قطره اب شده است. برای ناحیه sheath شبیه‌سازی شده، شدت میدان الكتریكی در خطوط مرزی قطره آب؛ هوا و مواد عایقی بشدت زیاد شده است. برای ناحیه چترك شبیه‌سازی شده شكل 3، شدت میدان الكتریكی در نوك قطره آب زیاد شده است
.
بردار شدت میدان الكتریكی هم از نظر كمیت و هم از نظر جهت در طول سطح مقره آب تغییر می‌كند. بدنبال این تغییرات، كمیتهای متعددی تغییر می‌كنند كه بعنوان مثال می‌توان به مولفه‌های x و y و z بردار شدت میدان الكتریكی یا كمیت بردار اشاره كرد
.
كمیت شدت میدان الكتریكی روی سطح قطره آب در ناحیه sheath و ناحیه چترك، بترتیب در شلكهای 4 و 5 نشان داده شده است. هر نقطه روی سطح قطره آب بوسیله سه مولفه x و y و z مشخص شده است
.
در حقیقت بعد چهارمی نیاز است تا توزیع كمیت (بزرگی) شدت میدان الكتریكی را نشان دهد. به عبارت دیگر، باید بتوانیم توزیع شدت میدان الكتریكی روی سطح قطره آب را بوسیله دیاگرام سه بعدی نشان دهیم. به عبارت دیگر، تمام نقاط روی سطح قطره آب بوسیله تصویر آنها روی صفحه x و y نشان داده می‌شود. بنابراین بعد z می تواند برای نشان دادن كمیت بردار شدت میدان الكتریكی درتمام نقاط سطح قطره آب استفاده شود
.
واحدهای x و y به سانتیمتر و شدت میدان الكتریكی به v/cm است
.
برای قطره در ناحیه sheath بیشترین مقدار شدت میدان الكتریكی روی سطح قطره آب و در سطوح مرزی قطره آب، هوا و مواد عایقی است كه v/cm 29 است شكلهای 2 و 4 و برای قطره در ناحیه چترك، حداكثر مقدار شدت میدان الكتریكی در بالای قطره اب است كه v/cm 6/27 است شكلهای 3 و 5

اگر هدایت نسبی و رسانای قطره آب با هم مطالعه شوند حداكثر مقدار شدت میدان الكتریكی ذكر شده در بالا كم است. اگر هدایت نسبی 80 باقی بماند و رسانایی s/cmµ 250 است، حداكثر مقدار شدت میدان الكتریكی برای قطره آب در ناحیه sheath برابر v/cm 5/35 و در ناحیه چترك v/cm7/31 است كه افزایش میدان الكتریكی زیاد است.

تجزیه و تحلیل توزیع پتانسیل تحت شرایط بارانی و مه‌ای
مقره‌ای سیلیكونی با چهار چترك كه ابعاد آن در شكل 6 آمده است مدل می‌شود. برای كاهش زمان محاسبات فقط یك قسمت 10 درجه از سطح چترك مدل شده است و ولتاژ اعمالی 100 ولت است. سه مدل زیر برای شبیه‌سازی شرایط آب و هوایی خاص مورد استفاده قرار گرفته است.

1- مدل خشك و تمییز:
این مدل برای مقره‌های سیلیكونی تمییز و خشك بكار می‌رود.

2- مدل بارانی:
در این مدل، هفت قطره آب روی هر سطح 10 درجه چترك فرض می شود كه 256=36*7 قطره روی هر چترك و 1008=4*252 قطره آب روی چهار چترك مقره می‌افتد. شكل تمام قطرات آب نیمكره با قطره mm2 است. هدایت نسبی قطرات آب 80 و رسانایی آنها µs/cm 250 است. سطح عمودی sheath و زیر چتركها خشك است.


3-
مدل مه‌ای:
در این مدل توزیع قطره آب شبیه‌ مدل بارانی است، با این تفاوت كه زیر چتركها بوسیله لایه نازك آب پوشانده شده است. هدایت نسبی قطرات آب 80 و رسانایی آنها µs/cm 250 است
.
خطوط همپتانسیل در هر سه مورد فوق در شكل 7 نشان داده شده است. شكل (7-الف) توزیع یكنواخت میدان الكتریكی در طول قره تمییز و خشك را نشان می‌دهد. (7-ب) نشان می‌دهد كه فرض كردن شرایط بارانی، شدت میدان الكتریكی را در اطراف نواحی انتهای چترك به آرامی نسبت به مدل خشك و تمییز كم می‌كند. وجود قطرات آب روی چتركهای، توزیع میدان الكتریكی را روی هم رفته كمی غیریكنواخت‌تر از حالت خشك می‌كند، (البته شدت میدان الكتریكی موضعی در اطراف هر مقره آب بیشتر است). نتیجه اینكه، میدان الكتریكی روی هم رفته، در مناطق محل تقاطع سه گانه (پوشش، هوا و فیتینگها) كمی كوچكتر از حالت خشك و تمییز است. در نهایت شكل (7-ج) نشان می‌دهد كه فرض كردن مدل شرایط مه‌ای، نواحی خشك در طول sheath مقره، حداكثر مقدار ولتاژ را تحمیل می‌كند. شدت میدان الكتریكی روی هم رفته در طول نواحی انتهایی مقره بیشتر از حالت خشك تمییز است.

مهندس هادی خسروی- مهندس منصور حجابی

ماهنامه صنعت برق

مَقَرّه یا گیرهٔ چینی پایه عایقی است که در دکل‌های انتقال برق در محل اتصال کابل‌های برق با دکل بکار می‌رود.

در خطوط انتقال نیرو لازم است هادی‌های تحت ولتاژ به نحوی از برج‌ها ایزوله شوند و برای این کار از مقره‌ها استفاده می‌شود. این مقره‌ها دو وظیفه عمده دارند:

  • وظیفه اصلی مقره‌ها، ایزوله کردن هادی از بدنه برج می‌باشد. این مقره‌ها باید بتوانند بدون داشتن جریان نشتی، ولتاژهای بالای خطوط انتقال را از بدنه برج ایزوله نمایند.
  • مقره‌ها باید تحمل نیروهای مکانیکی حاصل از وزن هادی‌ها و نیروهای اعمالی ناشی از باد و یخ را داشته باشند.


جنس مقره‌ها و طراحی شکل آنها

متداول ترین جنس مقره‌های مورد استفاده در صنعت برق عبارتند از

مقره‌های چینی

این مقره‌ها از ترکیبات آلکالین و سیلیکات آلومینیوم ساخته شده‌است. جهت بالا بردن استقامت مکانیکی چینی به آن اکسید آلومینیوم اضافه می‌کنند. مقره‌های چینی هم به صورت بشقابی و هم به صورت یکپارچه ساخته می‌شوند.مهندس ایمان زومکان

مقره‌های شیشه‌ای

از شیشه نیز در ساخت مقره‌ها استفاده می‌شود ولی به دلیل پایین بودن استقامت مکانیکی شیشه لازمست به طریقی آن را تقویت نمود. یک روش، سرد کردن سریع شیشه پس از شکل دادن آن می‌باشد که با این روش سطح خارجی مقره سخت شده، موجب افزایش استقامت مکانیکی آن می‌شود. اشکال این نوع مقره‌ها این است که در مقابل ضربات مستقیم شکننده می‌باشد و با کوچکترین ضربه مستقیم، مقره کاملاً خرد می‌شود.

[ویرایش] مقره‌های پلاستیکی

این مقره‌ها از جنس پلاستیک و از ترکیبات شیمیائی اتیلن، پروپیلن و رزین می‌باشد. مزیت این مقره‌ها در دفع خوب آب می‌باشد زیرا پلاستیک این مزیت را دارد که قطرات آب روی سطح آن جاری نمی‌شود تا با قطرات دیگر ترکیب شده مسیری را برای هدایت قوس فراهم کند. در صورتی که در مقره‌های چینی و شیشه‌ای آب به راحتی روی سطح مقره جاری می‌شود.

طراحی شکل مقره‌ها

ولتاژ اعمالی بر مقره‌ها و عملکرد آن در مقابل اضافه ولتاژها شکل و فرم مقره را تعیین می‌نماید. شکست الکتریکی بر روی مقره‌ها به دو صورت انجام می‌گیرد.

  • در داخل مقره جرقه‌ای زده شده و موجب سوراخ شدگی و از بین رفتن خاصیت عایقی مقره می‌شود.
  • تخلیه در سطح عایق صورت می‌گیرد و جرقه‌هایی در سطح آن زده می‌شود و به این ترتیب ارتباط الکتریکی در طرفین عایق برقرار می‌شود. که رطوبت و آلودگی در سطح مقره در این نوع تخلیه تاثیر گذارند.

مواردی که در ساخت مقره رعایت می‌شود به شرح زیر است:

  • سطح مقره باید کاملاً صاف و صیقلی باشد تا امکان نشستن گرد و غبار و آلودگی روی آن به حداقل برسد.
  • سطح مقره باید این قابلیت را داشته باشد که هنگام ریزش باران شسته شود و باران روی آن نماند.
  • جهت جلوگیری از جریان نشتی لازم است طول خزشی مقره‌ها (Creepage distance) افزایش یابد.

طول خزشی مقره عبارت است از کوتاهترین مسیری که لازمست جرقه برای رسیدن از ابتدا تا انتهای مقره طی کند. هر چه این مسیر طولانی تر باشد امکان ایجاد قوس کمتر می‌شود. افزایش این مسیر موجب سنگین شدن مقره می‌شود، بنابراین مقره را به صورت دندانه دندانه می‌سازند و به این ترتیب طول مقره را کوتاهتر بوده ولی مسیر عایقی آن افزایش می‌یابد.

  • چون تخلیه نوع اول موجب از بین رفتن مقره می‌شود باید به هر شکل ممکن از آن جلوگیری کرد. برای این کار باید فاصله بین قسمت‌های فلزی بالا (cap) و پایین (pin) به اندازه‌ای انتخاب شود تا قبل از وقوع جرقه در داخل مقره، جرقه سطحی زده شود و از تولید جرقه در داخل مقره جلوگیری شود.
  • نوع مقره باید با توجه به شرایط محیطی انتخاب شود و همچنین مسائل اقتصادی نیز در نظر گرفته شود.


انواع مختلف مقره‌ها

مقره‌ها بر حسب کاربرد و سطح ولتاژ به کار رفته انواع مختلفی دارند.

مقره چرخی

جنس این نوع مقره‌ها می‌تواند از چینی، شیشه یا پلاستیک باشد. این مقره‌ها به صورت یک شیاره یا دو شیاره می‌باشند و بیشتر در ولتاژهای توزیع کاربرد دارند. تعداد شیارها بستگی به سطح ولتاژ دارد.

[ویرایش] مقره سوزنی

جنس این نوع مقره‌ها می‌تواند از چینی، شیشه یا پلاستیک باشد. از این نوع مقره در برج‌های میانی و تا ولتاژ ۳۳ کیلو ولت استفاده می‌شود. جهت ارتباط این نوع مقره‌ها با پایه فلزی، از یک فلز نرم تر به عنوان رابط استفاده می‌شود تا حرکات و تنش‌های ناگهانی باعث شکسته شدن مقره نشود. همچنین می‌توان این مقره را به صورت افقی نصب نمود.

مقره بشقابی

این نوع مقره از جنس شیشه و یا چینی و به شکل دیسک بوده و از نظر کاربرد نیز رایج ترین مقره در خطوط هوایی انتقال انرژی می‌باشد. این مقره‌ها به صورت زنجیره مقره استفاده می‌شوند که تعداد دیسک‌ها در زنجیر مقره بستگی به سطح ولتاژ، محل استفاده و اضافه ولتاژ دارد. ارتباط این دیسک‌ها با دیسک دیگر توسط دو قطعه فلزی که با پودر سیمان و شیشه و چسب مخصوص به مقره محکم می‌شود، صورت می‌گیرد. این نوع مقره بسته به نحوه اتصال به یکدیگر و با توجه به شکل آنها در انواع مختلف وجود دارد.

مقره بشقابی استانداد

این مقره خود انواع مختلفی دارد. مقره‌های نوع کلاهکی (Ball & Socket Type Insulator) و مقره‌های نوع شیار و زبانه (Tongue & Clevis Type Insulator).

مقره بشقابی ضد مه (Anti Fog Insulator)

این مقره در مناطق آلوده و مه آلود که به فاصله خزشی بیشتری نیاز دارند استفاده می‌شود. در این مقره شیارهای پایین بزرگتر از شیارهای مقره‌های معمولی می‌باشد. ولی وزن آنها زیادتر بوده و موجب افزایش نیروی مکانیکی روی برج می‌شود.

مقره‌های بشقابی آئرودینامیک (Aerofoil Insulator)

این مقره‌ها در مناطق بادگیر استفاده می‌شود زیرا سطح بادگیر کمتری نسبت به دیگر مقره‌ها دارد و در زنجیر مقره انحراف زاویه کمتری داشته و نیروهای وارده به برج کم می‌شود. به علت فاصله خزشی کم این نوع مقره، جهت حفظ ایزولاسیون در زنجیر مقره از تعداد بیشتری از این نوع استفاده می‌شود که اینکار باعث افزایش هزینه خواهد بود.

مقره زنگوله‌ای شکل (Bell Type Insulator)

این مقره به شکلی ساخته می‌شود که امکان نشستن گرد و خاک و آلودگی روی آن حداقل باشد. از این مقره در مناطق استفاده می‌شود که آلودگی زیاد است و باران کم می‌بارد.

مقره‌های یکپارچه (Long rod Insulator)

این مقره‌ها به شکل استوانه‌ای بلند بوده که دارای شیارها و برآمدگی‌هایی است. جنس این مقره‌ها معمولاً از چینی و سرامیک است و به دو صورت توپر (solid core sylindrical posts) و تو خالی (Hollow Insulator) ساخته می‌شود. این مقره‌ها می‌توانند به صورت‌های مختلفی به هم وصل شوند. (عمودی یا مایل)

مقره‌های بوشینگ (Bushing Insulator)

این نوع مقره‌ها مانند مقره‌های یکپارچه می‌باشد با این تفاوت که قطر ابتدا و انتهای آن متفاوت است. از این نوع مقره در ترانس‌ها استفاده می‌شود که محل اتصال مقره به ترانس دارای قطر بیشتری است.

آرایش مقره‌ها در زنجیره

مقره‌های بشقابی با توجه به نیروی مکانیکی و سطوح ولتاژ به صورت تیپ ساخته می‌شوند. با توجه به سطح ولتاژ و نیروی مکانیکی نحوه اتصال و تشکیل زنجیره مقره‌ها متفاوت و به شرح زیر است.

زنجیره مقره‌های آویزی (Suspension String)

این نوع زنجیره مقره دارای انواع مختلف می‌باشد.

زنجیره مقره آویزی (I - String)

این زنجیره در مواردی استفاده می‌شود که نیروی مکانیکی چندان زیاد نباشد. معمولاً در هادی‌های تک سیمه از آن استفاده می‌شود.

زنجیره مقره آویزی دوبل (II - String)

در این فرم جهت لابا بردن استقامت مکانیکی، دو ردیف زنجیری مقره به موازات یکدیگر و به شکل II مورد استفاده قرار می‌گیرد. معمولاً در هادی‌های باندل از این تیپ استفاده می‌شود.

زنجیره مقره آویزی V شکل (V - String)

در مناطق با سرعت باد زیاد، نوسانات بوجود آمده بر روی زنجیره مقره و در نتیجه انحراف بیش از حد آن می‌تواند منجر به کاهش فاصله ایزولاسیون گردیده و در نتیجه بروز قوس الکتریکی و اختلال در برق رسانی را به دنبال آورد. جهت جلوگیری از این مشکلات در این مناطق از زنجیری مقره V استفاده می‌شود تا از نوسانات زنجیره مقره جلوگیری شود. در زنجیره مقره V شکل معمولاًٌ طول دو بازو برابر می‌باشد. اما در مواردی که به دلیل زاویه خط نیاز به بازوهای متفاوت باشد، می‌توان با کاهش و یا افزایش طول یک بازو به این حالت دست پیدا کرد. معمولاً زاویه بین دو بازو در زنجیره مقره بین ۹۰ تا ۱۰۰ درجه می‌باشد.

زنجیره مقره آویزی V شکل دوبل (Double V - String)

برای داشتن استقامت مکانیکی بیشتر، زنجیره مقره V شکل می‌تواند به صورت دوبل نصب شود.

زنجیره مقره کششی (Tension String)

در برج‌های کششی، مقره‌ها بصورت زنجیره مقره وظیفه اتصال هادی به برج را به عهده دارمد. این زنجیره مقره‌ها می‌توانند به صورت دوبل یا سه تایی و یا بیشتر مورد استفاده قرار گیرند که انتخاب آن بستگی به تعداد هادی‌های هر فاز و همچنین شرایط بارگذاری و نوع مقره دارد.

زنجیره مقره جامپر (Jumper Insulator String)

این زنجیره مقره، سیم جامپر ارتباطی فازها را در برج کششی به صورت آویزی نگه داشته و از حرکت جانبی آن جلوگیری می‌کند. نیروی مکانیکی وارده به این نوع زنجیره چندان قابل ملاحظه نیست.

http://neon1.mihanblog.com/post/216
 

مطلب کوتاهی 15 صفحه‌ای در مورد مقره از لینک زیر قابل دانلود است
 برگرفته شده از وبلاگ تخصصی مهندسی برق به آدرس پسورد

پسورد فایل: http://foodaji.blogfa.com

..:: دانلود ::..

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :