علم سرامیک

مقره سیلیکون رابر :

يك مؤلفه كليدي قابليت اطمينان در خطوط انتقال ، انتخاب مقره هاي آويز فشار قوي است مقره هاي آويز زنجيره اي از جنس پرسلين يا شيشه ، سالها بصورت استاندارد در تاسيسات فشار قوي بكار برده شده اند .ولي از آنجا كه بيش از نيمي از خاموشي هاي برنامه ريزي نشده انتقال مي تواند ناشي از خرابي اين مقره ها باشد ، لذا كم كم راه براي استفاده از مقره هاي كامپوزيتي هموار شده است . آن دسته از شركتهاي برق كه داراي مشكلات جدي محيطي و آب و هوائي هستند ، اولين كساني بوده اند كه به سمت استفاده از مقره هاي كامپوزيتي سوق داده شده اند ، زيرا اين نوع مقره در معرض خوردگي و اشكالات ديگري كه عايقهاي پرسليني دچار آن مي گردند ، نيستند . براي نصب يك مقره معمولي جهت ولتاژهای بالاتر از 500 كيلوولت ، نياز به جرثقیل و يا تجهيزات مخصوصي است كه مي توانند منجر به آسيب ديدن مقره ها شوند . در دهساله اخير ، مواد كامپوزيتي ، يك نسل جديد از محصولات سبك وزن ، با نسبتهاي بالاتر ”قدرت به وزن” بوجود آورده است كه در مقايسه با پرسلين داراي عملكردي برابر يا بالاتر مي باشند . يك مقره كامپوزيتي 765 كيلو ولت مي تواند بوسيله دو مرد بلند شده و بدون نياز به تلاش زياد تا پاي كار آورده شود. توسعه استانداردهاي مرتبط به آزمايشهاي الكتريكي براي نسل جديد مقره هاي كامپوزيتي يك گام مهم در توسعه آنها بوده است . سازمانهاي بين المللي مانند مؤسسه مهندسين برق و الكترونيك (IEEE) در نيويورك ، كميسيون بين المللي الكتروتكنيك ( IEC ) در ژنو سوئيس و سازمان برق كانادا ( CEA ) در مونترال كانادا ، مشوق توسعه روشهاي آزمايش استاندارد براي آنها بوده اند ، انجام آزمايشهاي فشار قوي در آزمايشگاههاي مربوط به سازندگان و آزمايشگاههاي مستقل ، از قبيل مؤسسه تحقيقات انتقال (STRI)سوئد ، به دادن تائيديه براي استفاده از اين مقره ها در فضاي باز كمك كرده اند. پليمر مورد استفاده در مراحل ساخت با پركننده ها ( fillers ) مخلوط مي شود تا مشخصه هاي دلخواه را براي مقره تامين كند . برخي از پر كننده ها ، پايداري در مقابل اشعه ماوراء بنفش را تامين مي كنند ، در حاليكه برخي ديگر به بالارفتن مقاومت سطحي در مقابل شكست الكتريكي و فرسودگي كمك مي نمايند . بعضي ديگر نيز اضافه مي شوند تا به تسهيل پروسه ساخت كمك نمايند ( از قبيل پلاستيك سازها كه سياليت را تامين مي كنند يا زمان پخت را كاهش مي دهند ) . قابليت ساخت مقره هاي كامپوزيتي به ابعاد ، تحمل مكانيكي و قدرت هاي عايقي متنوع ، غالبا به آنها اجازه مي دهد كه براي كاربردهاي ويژه ، آسانتر از مقره هاي سراميكي ، تطبيق داده شوند .اگرچه استفاده از مقره هاي كامپوزيتي اكنون در شمال آمريكا و اروپا معمول شده است ، اما مهندسين سنت گرا در سراسر دنيا در قبول اين فناوري جديد آهسته تر پيش رفته اند .
مشخصات محيطي در رابطه با عملكرد يك مقره بسيار تعيين كننده است .مقره هاي كامپوزيتي ابتدا نه تنها براي خواص عايقي الكتريكي شان ، بلكه بعلت مقاومت آنها در مقابل رطوبت سطحي برگزيده شدند . قدرت دفع آب و تشكيل قطرات شبنم مانند در سطح آنها ، بجاي آنكه يك لايه يكنواخت آب ايجاد گردد ، خاصيتي است كه بعنوان آب گريزي( hydrophobicity ) شناخته مي شود. در مورد سایر مقره های غیر سیلیکونی با كم شدن قابليت آب گريزي يك مقره ، مقاومت آن در مقابل تخليه سطحي نيز كاهش مي يابد . در فواصل زماني طولاني ، جرقه هاي سطحي مي تواند به عبور جريان الكتريكي بر روي سطح مقره، شكست عايق مقره و نهايتا خرابي فاجعه آميز آن منجر شود قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش ، سرما ، گرما يا آلودگي محيطي مي تواند سطح يك مقره را دچار پيري كند . آلودگيها از قبيل نمك ، رطوبت ، آلودگي صنعتي ، فضولات پرندگان و ماسه مي توانند باعث شوند كه خاصیت آب گريزي خود را از دست بدهد .

بعلاوه ، هنگامي كه نقاط هادي شده بر روي سطح مقره مرطوب شوند ، مكانيزم شكست ديگري بوجود مي آيد كه قوس خشك ناميده مي شوند و مي تواند به شكست سطحي منجر گردد . مرتفع شدن این مشکلات با استفاده از مقره های سیلیکونی کامپوزیت باعث علاقمندی مهندسین بهره بردار در استفاده از این از مقره ها در خطوط انتقال نیرو گردید و لاستيك سيليكوني براي بسياري از اين شرايط سخت مورد انتخاب قرار گرفت ، زيرا آب گريزي خود را تحت شرايط آلودگي بنحو بسيار خوبي نگه مي دارد . اين مشخصه نتيجه اي از انتقال روغنهاي سيليكوني با وزن ملكولي پايين از درون حجم ماده عايقي به سطح آن است . اين تركيبات با وزن ملكولي پايين ، به داخل لايه آلودگي جذب مي شوند و طبيعت آب گريزي سطح آن را دوباره برقرار مي نمايند.
اين كلاس جديد از مواد ، با پيوند اجزاي كاملاً مختلف و غيرمشابه به يكديگر بوجود مي آيند.بطوريكه عملكرد آنها با هم ، باعث توانايي ها و خواصي مي شوند كه بسيار فراتر و بهتر از خواص هر يك از آن مواد بطور جداگانه مي باشد. خواص منحصر بفرد اين مواد آنها را بعنوان عوامل مهمي در پيشرفتهاي تكنولوژيكي مطرح ساخته است.
از ميان انواع مختلف كامپوزيت ها ، كامپوزيت هاي پليمري بطور گسترده اي در صنعت برق بخصوص در ساخت نسل جديد مقره ها موسوم به مقره هاي پليمري ( مقره كامپوزيت ) مورد استفاده قرار گرفته اند.
اكنون مقره هاي كامپوزيت پس از گذشت بيش از سه دهه از عرضه آنها به صنعت برق و انجام اصلاحات در طراحي و مواد مصرفي آنها ، بعنوان محصولاتي كاملاً شناخته شده و مناسب در خطوط فشار قوي ، مورد استفاده قرار مي گيرند. برخلاف مقره هاي سراميكي رايج كه تنها از يك ماده عايقي تشكيل مي شوند و اين ماده هم مسؤول عملكرد الكتريكي مقره و هم مسؤول عملكرد مكانيكي آن است ، مقره هاي كامپوزيت حداقل از دو ماده عايقي تشكيل مي شوند ، يكي براي تأمين خواص الكتريكي ( روكش پليمري مقره Housing ) و ديگري براي تأمين خواص مكانيكي آن ( هسته كامپوزيت ) . قرار گرفتن اين دو قيسمت در كنار هم ، مزيت هايي چون وزن سبك و مقاومت در برابر آسیب های مکانیکی را براي اين نوع مقره ها بخصوص در كاربردهاي فشارقوي ، موجب شده است.
با توجه به موارد بيان شده ، مي توان سه جزء اصلي براي يك مقره کامپوزيت در نظر گرفت :
1. هسته ( ميله ) كامپوزيت : هسته كامپوزيت ، ميله FRP (Fiber Reinforced Polymeric Rod ) نيز ناميده مي شود و وظيفه تحمل بار كششي وارد شده از طرف هادي به آن به دكل را بر عهده دارد و استقامت الكتريكي لازم را نيز تأمين مي نمايد.
2. روكش ( چتر ) پليمري (Polymeric Housing or Polymeric Sheds ) : روكش پليمري مقره ، به منظور حفاظت هسته از هوازدگي و اثرات مخرب رطوبت و شرايط جوي و افزايش ولتاژ لازم براي شكست الكتريكي و ايجاد جرقه ، روي هسته را مي پوشاند.
3. يراق آلات ( End-Fittings ): هسته مقره كامپوزيت از دو انتها توسط يراق آلات حمايت مي گردد كه اين يراق آلات مسؤول برقراري ارتباط مكانيكي و انتقال بار از هادي داراي ولتاژ بالا به هسته مقره و از آنجا به برج مي باشد.
با طراحي دقيق مقره هاي كامپوزيت اين مقره ها ، مزاياي بسيار زيادي بخصوص از لحاظ خواص عايقي نسبت به مقره هاي معمولي خواهند داشت ، که از مهم ترين اين مزايا مي توان به موارد ذيل اشاره كرد :
1. وزن كمتر
2. انعطاف پذيري
3. عملكرد و طول عمر بهتر حتي در شرايط آلودگي سنگين و آب و هواي بد.
4.ضايعات كمتر در مراحل توليد و نصب و بهره برداری نسبت به انواع پرسلین (سرامیکی)
5. استقامت بهتر در برابر فشارهاي خمشي ، بارهاي زياد ناگهاني ( بارهاي ضربه اي )

 6. خاصيت عايقي بهتر نسبت به انواع مرسوم.
در سال هاي اخير با انجام تحقيقات گسترده در زمينه ساخت مقره هاي كامپوزيت و در نتيجه پيشرفتهاي متعددي كه حاصل گرديده است ، اين مقره ها جهت مناطق با آلودگی سنگین و ساحلی و مهی و نمکی بسیار مورد استفاده بوده و هم اکنون تا در سطح ولتاژهاي 20 الی 1000 كيلوولت در حال استفاده مي باشند.
با توجه به مطالب فوق الذکر و مرتفع ساختن معايب و تقويت مزاياي اين مقره ها ، پیشرفت تکنولوژی مقره های سیلیکونی کامپوزیتی  به مرحله اي رسيده كه تعداد بيشتري از كاربران و مهندسین به استفاده از آنها روي آورده اند.