بگذار بینمان مقره باشد

در طول اوایل قرن بیستم مقره های فشار قوی به سرعت پیشرفت کرده اند. ساخت این مقره ها با نوعی ساده از جنس چینی آغاز شد. امروزه در مقره ها از پلیمر به عنوان ماده اولیه در ساخت استفاده می شود. یک دسته بندی از انواع مقره ها در شکل زیر نشان داده شده است. مقره های سوزنی چینی: این نوع مقره ها به صورت مخصوص برای خطوط تلفن و خطوط توزیع ساخته شدند با اینحال به تدریج برای استفاده در خطوط انتقال نیز تکمیل گشتند.یک نوع ازین مقره را در شکل دو می بینید.

مقره های بشقابی این مقره ها از چینی یا شیشه و بر روش هایی مشابه با مقره های سوزنی ساخته می شوند. در این نوع تعدادی مقره بشقابی از طریق کلاهک فلزی و پین به هم متصل شده و تشکیل یک زنجیره می دهند. کلاهک و پین به وسیله سیمانی مخصوص (Alumina) به بدنه ی چینی  یا شیشه ای مقره متصل شده اند.شکل مخروطی این مجموعه امکان مقاوت مکانیکی خوبی را در مواجهه با تنش های کششی از خود نشان می دهد. یک زنجیره مقره های سوزنی می تواند باری بیش از 120 کیلو نیوتون معادل 12 تن را تحمل کند.همچنین مسیر زیر بشقاب به صورت چین دار بوده تا طول مسیر جریان نشتی افزایش یابد. یک نمونه مقره سوزنی در شکل نشان داده شده است. کلاهک از سوراخ ریز مقابل آن به پین متصل می شود. دو مقره صمن انصال محکم به هم در محل اتصال به صورت لولایی حرکت آزادانه هم دارند. قطر بشقاب های این مقره ها معمولن بین 150 تا 360 میلیمتر یا بیشتر می باشد.


مقره های بشقابی و سوزنی

هر دو در دسته مقره های نوع B گروه بندی می شوند: در این مقره ها صخامت داخلی برای مسیری از میان مقره، ما بین الکترودها کمتر از نصف طول کوتاه ترین مسیر جرقه بر روی سطح مقره در هواست.   مقره های پست این نوع مقره ها شامل یک سیلندر چینی ست که روی سطح آن چین خوردگی هایی به منظور افزایش مسیر جریان خزشی تعبیه شده و در دو انتهای این مقره نیز دو کلاهک آهنی وجود دارد.این مقره ها به منظور حفاظت از هادی های فشار قوی در پست استفاده شده و بر روی پایه های مخصوص و یا کراس آرم نصب می شوند.


مقره های پست

مقره های بلندی هستند و غالبا در پست های توزیع از آن ها استفاده می گردد. مقره های پست در زمره مقره های کلاس A قرار می گیرند بدین معنی که طول کوتاه ترین مسیر موجود بین دو الکترود که از داخل مقره بگذرد حداقل برابر نصف کوتاه ترین مسیر جرقه در هوای روی سطح مقره است.  شمایی از این مقره را در شکل زیر می بینید:


مقره های چینی یکپارچه Porcelain longrod insulator

مقره های یکپارچه شبیه مقره ای پست می باشند با این تفاوت که سبکتراند، ساده ترند، و همچنین به شکل آویز مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از برتری های این مقره نسبت به نوع بشقابی وجود کلاهک فلزی تنها در یکی از دو انتهای آن می باشد.


بوشینگ:

از مقره های بوشینگ جهت ایزوله کردن هادی های فشار قوی در ترمینال های ترانس استفاده می شود که در شکل 5 نشان داده شده است. معمولا مقره های بوشینگ ترانسفورماتور را از جنس چینی ساخته می شوند.



مقره های کامپوزیتی

این مقره ها مشابه مقره های یکپارچه اند با این تفاوت که شامل:

. هسته ای از جنس الیاف شیشه تقویت شده است که وظیفه تحمل تنش های وارده از طرف هادی و انتقال آن به دکل را به عهده دارد.

. روکش سیلیکونی که وظیفه محافظت هسته از خوردگی و اثرات مخرب رطوبت را بر عهده دارد.

دارای خاصیت هیدروفوبیک بوده و میزان جذب رطوبت آن بسیار ناچیز است که باعث افزایش مقاومت سطحی مقره و کاهش جریان خزشی می شود. همچنین مقاومت مقره نسبت به عوامل محیطی بالا بوده که نیاز به تعمیر و نگهداری را به حداقل می رساند و مقره را در شرایط سخت پایدار و قابل اطمینان میسازد. یکی دیگر برتری های مهم این مقره ها نسبت به مقره های چینی کمتر بودن وزنشان تا حدود نود درصد است.

تست استاندار برای این مقره ها بر اساس IEC 1109 انجام میگیرد.


تاثیر آلودگی:

مقره ها همواره در معرص آلودگی های محیطی ناشی از منابع مختلف قرار دارند. آلودگی ها روی سطح مقره ها به خصوص زمانی مرطوب نیز باشند اهمیت به خصوصی پیدا می کنند. مهم ترین منابع آلودگی به شکل زیر تعریف می شوند:


+ آلودگی های مناطق ساحلی:

نمک پراکنده شده از جانب دریا و همچنین مواد جامدی که به وسیله باد جابجا می شوند که مملو از مواد جامدی مانند ماسه نیز می باشند رفته رفته در سطح مقره ها رسوب می کنند.این لایه آلودگی خاصیت رسانایی بالایی به خصوص در زمان مه و یا مواقعی که رطوبت هوا بالاست و یا هوا مه الوده می باشد از خود نشان می دهند. سدیم کلرید ماده ی اصلی تشکیل دهنده این نوع آلودگی هاست.

+ آلودگی صنعتی: پست ها  و خطوط انتقالی که در نزدیکی مراکز صنعتی وجود دارند در معرض مواد منتشر شده از دودکش های کارخانجات قرار می گیرند.این مواد در هنگاه ته نشین شدن در سطح مقره معولا خشکند. با این وجود درصورت مرطوب شدن می توانند رسانای الکتریکی شوند. این مواد هر کدام به نسبت خاصی می توانند رطوبت را جذب کنند و جدا از نمک اسیدها نیز میتوانند در سطح مقره رسوب کنند.   نقش آب و هوا باد در فرایند ته نشین شدن آلودگی ها در سطح مقره نقش موثری ایفا می کند. همچنین رطوبت بالای جو، مه و باران های سبک می توانند سبب مرطوب شدن آلودگی های سطح مقره و افزایش جریان خزشی شوند. باران شدید می تواند آلودگی ها را به خصوص از روی سطح فوقانی برجستگی های مقره (shed) پاک کند. تخلیه الکتریکی اگر میدان الکتریکی در هوا با فشار یک اتمسفر به مفداری بالاتر از 3 kv/mm برسد یونیزاسیون اتفاق خواهد افتاد. ولتاژ لازم برای وقوع تخلیه الکتریکی در یک مقره با فاصله خزش creepage distance)) 280 میلی متر در وضعیت خشک 72 کیلوولت است. اما این عدد برای شرایطی با آلودگی متوسط حدود 3.67 kv است. این کاهش استقامت فوق العاده مربوط به وجود رسانایی الکتریکی در سطح مقره است. جریان خزشی در سطح مقره جاری شده گرمای ناشی از این جریان موجب خشک شدن لایه آلودگی در برخی نقاط می شود که ایجاد "باند خشک" در سطح مقره می کند. جرقه در طول این نوار ها اتفاق می افتند و اگر آلودگی در سطح مقره شدید باشد مقره ممکن است دچار فروپاشی شود.


مقره های آبگریز و آبدوست

همانطور که بیان شد وجود لایه رسانا در سطح مقره از دلایل اصلی وقوع فروپاشی مقره است. به خصوص وجود رطوبت کافی بر روی مقره به منظور تبدیل نمک خشک به ماده الکترولیت برای ایجاد جریان خزشی لازم می باشد.توانایی یک سطح در جذب رطوبت توسط پارامتری به نام آبگریزی (hydrophobicity)  تعریف می شود.مواد سرامیکی و برخی مواد پلیمری مانند EDPM آبدوستند (hydrophilic) به این معنا که رطوبت به راحتی در سطحشان جمع می شود.برای برخی از مواد مانند لاستیک های سیلیکونی آب به شکل دانه دانه در سطحشان در می آید. لاستیک سیلیکونی در زمانی که نو است خاصیت آبگریزی عالی ای از خود نشان می دهد.با این حال می دانیم که شرایط محیطی نامناسب و یا تنش های الکتریکی شدید می تواند این خاصیت را از لاستیک سیلیکونی سلب کند. هر چند این ماده می تواند خاصیت آبگریزی خود را پس از یک دوره استراحت (resting period) بازیابد. در حال حاضر در برخی از کشور ها بر روی این خاصیت لاستیک های سیلیکونی تحقیقاتی در حال انجام است.


فروپاشی مقره ها

تخلیه الکتریکی که به موجب یونیزاسیون هوا و یا  آلودگی سطحی حادث میشود معمولن از لحاظ فیزیکی به مقره آسیب نمی رساند و سیستم اغلب می تواند به وسیله کلیدهای خودکار مجددا برقدار شود. با این حال برخی دیگر از حوادث میتوانند به مقره ها صدمه بزنند.


+ ترک خوردگی همان طور که قبلن اشاره شد مقره های بشقابی و سنجاقی

ممکن است بین پین و پین دیگر و یا هادی فشار قوی دچار ترک خوردگی شوند.این اتفاق ممکن است بر اثر ولتاژهای ضربه در شبکه رخ دهد. همچنین ترک خوردگی در مقره های پلیمری هم ممکن است به علت تنش های شدید در باند خشک چه در سطح پلیمری و چه در غلاف مقره اتفاق بیفتد. ترک خوردگی در غلاف ازین جهت مهم است که الیاف شیشه ای داخل مفره را در معرض محیط قرار می دهد. (ر.ک Brittle Fracture در پایین)


+ خرد شدن مقره شیشه ای

مقره های شیشه ای زمانی که در مواجهه با قوس های الکتریکی شدید قرار می گیرند و یا ترک می خورند دچار فروپاشی می گردند.


+  فرسودگی

طولانی شدن و وقوع پیاپی قوس الکتریکی در مقره های شیشه ای سطح شیشه را رفته رفته فرسوده می کند که در نهایت می تواند منجر به خرد شدن شیشه شود.وقوع قوس الکتریکی  و کرونا در بازه های زمانی طولانی می تواند موجب برداشته شدن سطح بیرونی مقره پلیمری و یا ضامن آن شود.


  Brittle Fraction+ 

آب وارد شده به فیبرهای شیشه ای  هسته در مقره های کاپوزیتی که خاصیت اسیدی هرچند کمی هم داشته باشد میله میانی مفره را به سمت خرد شدن سوق می دهد.   راه حل ها شست و شو مقره های پست ها و مقره های خطوط انتقال چه در زمانی که سیستم برقدار و یا بی برق باشد قابل شست و شو هستند. برای این منظور از دستگاه های شست وشوی اتوماتیک و یا هلیکوپترها استفاده می گردد


روغن کاری

لایه نازکی از گریس سیلیکون می تواند خاصیت آبگریزی مقره چینی را بهبود ببخشد.به این وسیله ذرات آلودگی موجود در سطح مقره در مقابل رطوبت و نم عایق می شوند. مشکل این روش این است که باید به طور سالیانه روغن مقره های شسته شده و مقره ها را دوباره روغنکاری کرد.


افزایش فاصله خزشی

در صورتی که مشکل فضا مطرح نباشد می توان از دیسک های اضافی برای مقره ها استفاده کرد تا مسیر جریان خزشی افزایش یابد. به خصوص در مورد مقره های بکپارچه و مقره های پست نصب این دیسک ها نباید موجب افزایش بیش از حد فضای اشغالی توسط مقره شود. این روش معمولا گران و غیرممکن است. تعویض مقره های آبدوست با آبگریز یکی از راه های افزایش ظریب اطمینان مقره ها می تواند تعویض مقره های آبدوست با آبگریز با طول اتصال و فاصله خزشی یکسان باشد. این روش گران بوده و تنها برای شرایطی است که مشکل آلودگی محیط حاد باشد.


استانداردها

طراحی یک خط جدید و انتخاب نوع و اندازه مقره ها یک امر تخصصی است.جدا از انتخاب صحیح مقره ها برای تحمل ضربه های  ناشی از صاعقه و ولتاژهای کلیدزنی میزان آلودگی محیط نیز باید مد نظر قرار گیرد.. برای این منظور استاندارد IEC 815 رعایت میگردد.


انتخاب فاصله خزشی

فاصله خزشی مناسب برای مقره های سرامیکی بسته به میزان الودگی محیط در جدول 1 آمده است.

زمانی که از مقره های غیر سرامیکی استفاده می کنیم به خصوص در مکان هایی با آلودگی بالا بهتر است که فاصله خزشی کوچک انتخاب کنیم. تحقیقات نشان می دهد تحت شرایطی که با رطوبت شدید در محیط مواجهیم برای مقره های سیلیکونی به علت بروز پدیده جرقه های باند خشک ممکن است مقره خاصیت آبگریزی خود را از دست بدهد. در صورت استفاده از مقره های سیلیکونی استاندارد IEC 815 مد نظر قرار میگیرد.


انتخاب جنس پوشش مقره های کامپوزیتی

برای مناطقی با  درصد رطوبت و آلودگی بالا مواد آبگریز مانند silicon robber پیشنهاد می شود.

نتیجه گیری در اوایل قرن بیستم سرامیک چینی و شیشه به عنوان مواد قابل اطمینان برای ساخت مقره فشار قوی شناخته می شدند.در طی چند دهه گذشته مقره هایی دارای تکنولوژی هایی پیشرفته که از پلیمر استفاده می کردندبه طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفتند به طوری که هم اکنون در آمریکا 60 درصد و در کل جهان 50 درصد مقره ها از این نوع می باشند. برای سیستم های انتقال و توزیع این مقره ها برتری بسیاری بر دیگر مقره ها دارند.