خطوط انتقال و توزیع
مقره و انواع آن
بهمن
مقره و انواع آن
در این مقاله قصد داریم در مورد مقره، اهمیت مقره، نحوه عملکرد و انواع آن صحبت کنیم.
فهرست مطالب
- 1- مقره چیست؟
- 2- اهمیت مقره در چیست؟
- 3- مقره‌ها چگونه عمل می‌کنند؟
- 4- انواع مقره
- 5- ویژگی و کاربرد مقره
————————————————–
1- مقره چیست؟
مقره، نوعی عایق الکتریکی است که از عبور جریان آزاد برق در خود جلوگیری می‌کنند.از این رو، می‌توان از آنها برای متوقف کردن جریان الکتریسیته در مدار و محافظت از افراد و اشیاء در برابر شوک الکتریکی استفاده کرد.مقره‌ها در مواد مختلفی از جمله شیشه، پلاستیک، لاستیک و هوا در دسترس هستند و به طور گسترده در ساختمان تجهیزات و سیستم های الکتریکی استفاده می‌شوند و نقش مهمی در ایمنی الکتریکی دارند.
آنها می‌توانند از عبور جریان الکتریکی یا حرارتی جلوگیری کنند و یا حرکت آنها را کندکنند.این عایق‌های الکتریکی، هادی‌ها را در جای خود نگه می دارند و در عین حال آنها را از یکدیگر و ساختمان های مجاور جدا می‌کنند.آنها به عنوان یک مانع بین عناصر برق دار یک مدار الکتریکی عمل می‌کنند و می‌توانند در صورت لزوم، گردش جریان را به سیم‌ها یا سایر مسیرهای رسانا محدود کنند.
عایق مدار الکتریکی یک پیش نیاز برای عملکرد مناسب هر وسیله الکتریکی و الکترونیکی است.
در عایق‌های الکتریکی، از چندین ماده که انتخاب آنها عمدتاً بر اساس نیازهای منحصر به فرد هر برنامه است، استفاده‌می‌شود.به عنوان مثال، برای عایق بندی هادی‌های مسی در سیم کشی برق خانگی و تاسیسات صنعتی از لاستیک یا پلاستیک استفاده‌می‌شود.سیم‌های برق هوایی توسط عایق‌های چینی پشتیبانی می‌شوند که در مواجهه با عناصر مختلف خراب نمی‌شوند.میکا به طور گسترده، برای عایق کاری ژنراتورها و موتورهای الکتریکی بزرگ در ولتاژها و دماهای بالا استفاده‌می‌شود.عایق جامد در شرایط مختلف با عایق مایع یا گاز ترکیب می‌شود.به عنوان مثال، عایق جامد، استحکام مکانیکی را در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا ارائه می‌دهد، در حالی که روغن یا سایر مواد مایع، استحکام عایق را افزایش‌داده و به حذف گرما از تجهیزات کمک می‌کند.مواد عایق مانند نیترید سیلیکون ممکن‌است در معماری های مدارهای مجتمع کوچک با ضخامت کمتر از یک میکرون نیز استفاده شود.
1-1- عایق حرارتی
مواد عایق حرارتی شامل فایبرگلاس، چوب پنبه و پشم سنگ، سنگ آهک یا سرباره هستند.
این نوع عایق، سرعت حرکت گرما را کاهش می‌دهد. بدین ترتیب که، به دلیل مات‌بودن در برابر گرمای تابشی و قرار‌گرفتن حفره های هوای متعدد، مسیر گردش گرما را از بین می‌برند.
هدایت حرارتی همیشه برای هر ماده خاصی ثابت نیست و ممکن‌است با دما تغییر کند.
در بیشتر فلزات و سایر مواد کریستالی، رسانایی با افزایش دما کاهش می‌یابد، در حالی که در مواد آمورف مانند شیشه افزایش می‌یابد.
————————————————–
2- اهمیت مقره در چیست؟
این تجهیز در سیستم های توزیع و انتقال بر روی تیرها یا دکل ها قرار‌می‌گیرد تا از گذر جریان های ناخواسته به زمین از طریق بدنه دکل و تیر جلوگیری کند.آنها به عنوان یک مانع بین عناصر فعال در سیستم عمل می‌کنند و در صورت لزوم، گردش جریان را به سیم‌ها یا سایر مسیرهای رسانا محدود می‌کنند.
هنگامی که الکترون در یک سیم حرکت می‌کند، جریان الکتریکی ایجاد می‌شود.مقره‌ها بی‌حرکت هستند، زیرا الکترون‌های آنها به طور ایمن به هم متصل هستند و در سراسر ماده حرکت نمی‌کنند.آنها حالت خود را حفظ می‌کنند و برای جلوگیری از نشت جریان به زمین، قطب را از هادی جدا می‌کنند.اگر هادی به اندازه کافی عایق بندی نشده باشد، جریان از روی قطب می گذرد.
در این صورت، اگر هر حیوان یا شخصی با هادی تماس پیدا کند، شوکه می‌شود و در برخوردهای شدید منجر به مرگ می‌شود.بنابراین، وظیفه مقره کنترل جریان‌های الکتریکی و همچنین ایزوله کردن هادی‌ها با ولتاژ بالا (بدون نشتی) از بدنه برج است.
————————————————–
3- مقره‌ها چگونه عمل می‌کنند؟
انرژی همیشه از یک جسم با دمای بالاتر به یک جسم با دمای پایین تر منتقل می‌شود.به بیان دیگر، گرما همیشه از جسم گرم به سرد جریان دارد.استفاده از مقره مانع از انتقال گرما و انرژی از یک جسم گرم به یک جسم سرد می‌شود.همه اجسام از ذرات ریز با سرعت حرکت ثابت تشکیل شده‌اند که بواسطه پیوندها به هم متصل شده‌اند.
در این میان، مقره‌ها با اتصالات قوی بین ذرات خود در جای خود ثابت هستند و از آنجایی که ذرات در یک مقره‌با سرعت حرکت نمی‌کنند، مقدار انرژی منتقل‌شده به ذرات دیگر حداقل است.
این کار از قدرت‌گرفتن ذرات و افزایش دما جلوگیری می‌کند. در رساناها نیز پیوندها سست هستند که به همین دلیل به ذرات اجازه داده‌می‌شود با سرعت حرکت کنند و انرژی را از یک ذره به ذره دیگر منتقل کنند. فلزات نیز تمایل دارند که به عنوان یک رسانای عالی عمل کنند.
————————————————–
4- انواع مقره
انواع مقره‌های مورد استفاده در خطوط انتقال برق به شرح زیر است:
1) مقره‌های دیسکی (بشقابی)
این مدل مقره، به شکل یک دیسک است و از این رو به عنوان مقره دیسکی شناخته می‌شود و این مقره‌ها اغلب در خطوط انتقال و توزیع ولتاژ بالا یافت می‌شوند. مقره‌های دیسکی به گونه ای ساخته‌می‌شوند که از مقاومت الکترومکانیکی لازم برخوردار باشند.آنها یک گزینه کم هزینه برای مناطق متوسط با آلودگی اندک هستند.
این‌مقره ها به دلیل ویژگی‌هایی نظیر حداقل خوردگی و ساختار محکم، در خطوط انتقال و کاربردهای صنعتی و تجاری استفاده می‌شوند.آنها می‌توانند ولتاژهای بالا را تحت بارهای زیاد نگه دارند.
مزایای مقره دیسکی
دارای محدوده ولتاژ 11 کیلو ولت است.بنابراین، می‌توان از آن برای‌ساخت یک رشته تعلیق با مجموعه‌ای از دیسک‌ها استفاده‌کرد.اگر دیسک آسیب ببیند، امکان تعویض آن وجود دارد.محافظ در برابر صدا، الکتریسیته و گرما است و می‌تواند از هادی فوق پشتیبانی کند.
معایب مقره دیسکی
رشته‌های مقره نسبت به انواع دیگر هزینه بیشتری دارند.آنها به ارتفاع قابل توجهی برای حفظ برج و حفظ لایسنس زمینی هادی نیاز دارند. همچنین، معمولاً به بازوی متقاطع کشیده‌تری نیاز دارند.برج نیز باید برای تحمل وزن مقره‌تقویت شود.
2) مقره پین
مقره‌های پین اغلب در خطوط توزیع برق دیده‌می‌شوند.مقره پین وسیله ای است که از یک سیم در برابر پشتیبان فیزیکی محافظت می‌کند.این نوع‌مقره، شکلی تک لایه است که از مواد غیر رسانا، اغلب چینی یا شیشه ساخته‌شده‌است.بسته به کاربرد ولتاژ، ممکن‌است از مقره‌های تک یا چند پین بر روی پشتیبانی فیزیکی استفاده‌شود.مقره پین می‌تواند تا 11 کیلو ولت را تحمل‌کند. این مدل از ماده ای با مقاومت مکانیکی بالا ساخته‌شده‌است و به صورت عمودی یا افقی قرار‌می‌گیرد.
مزایای مقره پین
مقره‌های پین نسبت به سایر مواد استحکام مکانیکی بالاتر و فاصله خزش بیشتری دارند.آنها برای خطوط توزیع برق ولتاژ بالا ایده آل هستند.مزیت مهم آنها در این است که می‌توانند به صورت عمودی و افقی نصب شوند.
معایب مقره پین
مقره باید با استفاده از یک دوک مرتب شود.درجه ولتاژ به 36 کیلو ولت محدود شده‌است و فقط در خطوط توزیع استفاده‌می‌شود.پین مقره ممکن‌است به رزوه مقره آسیب برساند.
3) مقره کششی
این مقره‌ها برای مقاومت در برابر کشش سیم یا کابل برق آویزان تحت فشار مکانیکی، در نظر گرفته‌شده‌اند.مقره کششی عملکردی مشابه‌مقره تعلیق دارد که از آنتن های رادیویی و کابل های برق سربار پشتیبانی می‌کند.یک مقره کششی بین دو طول سیم قرار داده‌می‌شود تا آنها را جدا کند و در عین حال تماس مکانیکی را از نظر الکتریکی حفظ کند.
از طرف دیگر، اگر یک سیم به یک تیر یا برج متصل شود، از آن برای تامین کشش سیم (در حالی که عایق الکتریکی آن است)، استفاده‌می‌شود.پتانسیل ولتاژ این مقره‌ها حدود 33 کیلو ولت است.
مزایای مقره کششی
مقره‌های کششی به سادگی از شیشه، چینی یا فایبر گلاس ساخته‌می‌شوند.اگر مقره از بین برود، سیم ثابت بر روی زمین نمی‌افتد.مقره‌کششی برای کاربردهای خطوط ولتاژ پایین از زمین ایزوله شده‌است.
4) مقره پست
این مدل یک عایق ولتاژ بالا است‌که برای استفاده در پست‌ها ساخته‌شده‌است.از این مدل مقره جهت تضمین توزیع ایمن و سازگار انرژی تولید‌شده در نیروگاه‌ها استفاده‌می‌شود.
مزایای مقره پست
مقره‌های پست، مقاومت شیمیایی و حرارتی بالایی دارند.مقره‌های پست برای بارهای مکانیکی مشخص با قدرت های صدها کیلوولت به راحتی ساخته‌می‌شوند.از نظر وزن سبک و مستعد آسیب‌هستند.
معایب مقره پست
از آنجایی که‌مقره پست سبک وزن‌است، فشار کمتری بر چارچوب نگهدارنده وارد می‌کند.هزینه اولیه ارزان است، اما طول عمر مقره‌کوتاه می‌باشد.
5) مقره شاکله
دارای یک سوراخ مخروطی است که نیروی بار را به طور یکنواخت توزیع می‌کند و خطر شکستگی را در هنگام بارگذاری زیاد کاهش می‌دهد.
مزایای مقره شاکله
ساخت مقره شاکله برای برآوردن نیازهای برق بسیار ساده‌است.بسته به کاربرد، ممکن‌است به صورت عمودی یا افقی قرار‌گیرند.این مقره‌ها بهترین راه برای محافظت از ایمنی تجهیزات الکتریکی مختلف هستند.
معایب مقره شاکله
آنها فقط برای شبکه های توزیع فشار ضعیف قابل استفاده هستند.
6) مقره‌های معلق
مقره‌هایی از این نوع اغلب به عنوان هادی برای محافظت از کابل های انتقال هوایی استفاده می‌شوند.این مقره‌ها اغلب در برج ها و در شرایطی که ولتاژ بالایی، حدود 33 کیلوولت نیاز باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.جنس این مدل‌مقره از چینی‌است که از اتصال رشته ای تعداد زیادی مقره‌ساخته‌میشود.ابتدای مقره به بازوی متقاطع برج متصل می‌شود و در انتهای آن یک هادی قدرت وجود دارد.
مزایای مقره تعلیق
هر دستگاه می‌تواند با ولتاژ حدود 11 کیلو ولت کار کند.اگر کل واحد فرسوده‌شود، ممکن‌است به سرعت با یک دستگاه جدید بدون تعویض رشته عوض‌شود.از آنجا که ممکن‌است رشته در هر جهتی تاب بخورد، دارای انعطاف پذیری عالی‌است.هزینه عایق بندی آن نیز ارزان است.
معایب مقره تعلیق
ریسمان‌مقره نسبت به مقره‌های پین و پست هزینه بیشتری دارد.برای حفظ فاصله دقیق از زمین به عنوان هادی جریان، یک سازه نگهدارنده مورد نیاز‌است. از آنجایی که دامنه نوسان قابل دسترسی هادی‌ها در این مورد مهم تر است، فضای بین هادی‌ها حیاتی‌تر است.
7) مقره پلیمری
این محافظ های الکتریکی اغلب از مواد پلیمری و اتصالات فلزی و همچنین از میله های فایبرگلاس که خود با مواد پلیمری احاطه شده‌اند، ساخته‌می‌شوند.مقره‌های پلیمری وزن کمتری نسبت به مقره‌های چینی دارند و قدرت بیشتری را ارائه می‌دهند.به دلیل ویژگی های خاص‌شان، به عنوان عایق حرارتی و الکتریکی عالی در نظر گرفته‌می‌شود.
مزایای مقره پلیمری
مقره پلیمری استحکام کششی بهتری نسبت به‌مقره چینی دارد.به طور قابل توجهی عملکرد برتری نسبت به سایر مدل‌ها، به ویژه در مناطق آلوده، دارد. وزن کم آن فشار کمتری به چارچوب نگهدارنده وارد می‌کند.
به دلیل ماهیت آبگریز مقره، به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز است.
معایب مقره پلیمری
هنگامیکه میان هسته و هوا فضای خالی وجود داشته باشد، رطوبت می‌تواند وارد بدنه مقره‌شود و به آن آسیب برساند.چین خوردگی بیش از حد در اتصالات‌می‌تواند باعث شکستن هسته و در نتیجه شکست‌مکانیکی مقره‌شود.
8) مقره مهار
مقره مهار، یک عایق ولتاژ پایین است که از دو طرف به سیم‌های فولادی مهار متصل می‌شود.این مقره‌ها به شکل استوانه-مستطیل هستند و اندازه های کوچک تری نسبت به انواع دیگر دارند.ممکن‌است از آنها برای اتصال هادی خط به زمین استفاده شود.علاوه بر این، آنها به عنوان مکانیسم های محافظتی، در برابر خطاهای کوتاه و جابجایی ولتاژ عمل‌می‌کنند.
مزایای مقره مهار
عمدتاً برای متعادل کردن تنش در آرایش سیم‌ها استفاده می‌شوند.آنها همچنین در حفظ عایق بین قطب های انتقال نقش حیاتی دارند.
معایب مقره مهار
آنها به طور انحصاری در خطوط انتقال ولتاژ پایین استفاده می‌شوند.
9) مقره شیشه ای
این مقره‌ها معمولاً از شیشه‌های آنیل شده یا سخت شده ساخته‌می‌شوند و در خطوط انتقال نیرو مورد استفاده قرار‌می‌گیرند.نقش این‌مقره، عایق بندی سیم‌های برق است تا برق به تمام قطب‌ها و زمین نشت نکند.مقره‌های شیشه ای زمانی در خطوط تلگراف و تلفن به کار می‌رفتند، اما در نهایت در قرن نوزدهم با انواع سرامیکی و چینی جایگزین شدند.
مزایای مقره شیشه ای
استحکام دی الکتریک بسیار بیشتری نسبت به مقره‌های چینی دارد. به دلیل شفافیت‌مقره، ممکن‌است آلاینده ها و حباب‌های هوا به راحتی شناسایی شوند.مقاومت بالایی دارد و ضریب انبساط حرارتی پایینی دارد.
معایب مقره شیشه ای
رطوبت به سرعت در سطح آن متراکم می‌شود و استفاده از آن را به ولتاژ پایین محدود می‌کند.برای ولتاژهای بالا، شیشه را نمی‌توان به شکل نامنظم درآورد چراکه باعث خنک شدن و کشش داخلی‌می‌شود.
10) مقره‌های لانگراد
مقره‌های لانگراد اغلب به منظور عایق کاری خطوط انتقال به برج های فولادی متصل‌می‌شوند.آنها همچنین با تامین ایمنی برق به عنوان وسایل حفاظتی عمل‌می‌کنند. مقره‌های لانگراد بسته به عملکرد و نیازهایشان، اغلب از مقره‌های زیادی تشکیل‌می‌شوند.مزیت استفاده از این نوع مقره این است که می‌توان از آن در دو کاربرد کششی و تعلیق استفاده‌کرد.
————————————————–
5- ویژگی و کاربرد مقره
پنج ویژگی مقره عبارتند از:
مقاومت بالایی دارد. این بدان معنی است که اجازه نمی‌دهد جریان الکتریکی به راحتی در مسیر گردش یابد.رسانایی پایینی دارد.عایق خوبی برای صدا است. این بدان معنی است که از عبور صدا و ارتعاشات از خود جلوگیری می‌کند.از مواد غیر مغناطیسی است.
کاربرد مقره
مقره‌ها در سیستم های قدرت برای اطمینان از تکنیک های ایمنی استفاده می‌شوند.این مقره‌ها از اجسام در برابر نوسانات ولتاژ بالا و گرما محافظت می‌کنند. نکته : هنگام انتخاب یک مقره، توجه به چندین فاکتور از جمله عنصر دی الکتریک، دمای عملیاتی، فاکتور اقتصادی و ماده استفاده شده ضروری است.
مرجع
مطالب مرتبط