۱۰ آذر ۱۳۹۴ ساعت ۹ و ۲۸ دقيقه

يكي از اجزاء مهم شبكه هاي فشار قوي ، مقره ها مي باشد كه بر حسب ولتاژ مورد استفاده و شرايط محيطي از نظر آلودگي و رطوبت ، شكل خاصي به خود مي گيرند. وظايف مقره ها در شبكه ها را مي توان به صورت زير بيان نمود :

 يكي از اجزاء مهم شبكه هاي فشار قوي ، مقره ها مي باشد كه بر حسب ولتاژ مورد استفاده و شرايط محيطي از نظر آلودگي و رطوبت ، شكل خاصي به خود مي گيرند. وظايف مقره ها در شبكه ها را مي توان به صورت زير بيان نمود :

1. تحمل وزن هادي هاي خطوط انتقال و توزيع براي نگهداري سيم هاي هوايي روي پايه ها و دكل ها در بدترين شرايط (يعني موقعي كه ضخامت يخ و برف تشكيل شده روي سيم ها در حداكثر مقدار باشد) را داشته باشد و اصولاً بايد بتوانند بيشترين نيروهاي مكانيكي وارد شده بر ان ها را تحمل كنند.

2. عايق بندي هادي ها و زمين و بين هادي ها با يكديگر به عهده مقره است. يعني مقره ها بايد از استقامت الكتريكي كافي برخوردار باشند تا بتوانند بين فازهاي شبكه و دكل ها كه متصل به زمين هستند ايزولاسيون كافي براي تحمل ولتاژ فازها را داشته باشند. استقامت الكتريكي آن ها بايد در حدي باشد كهدر بدترين شرايط (يعني در حضور رطوبت ، باران ، آلودگي و بروز صاعقه با ولتاژ بالا) دچار شكست كامي الكتريكي نشوند.

بنابراين مقره ها بايد داراي خصوصيات زير باشند :

1. استقامت الكتريكي بالا.

2. استقامت مكانيكي بالا.

3. عاري از ناخالصي و حفره هاي داخلي.

4. استقامت در برابر تغييرات درجه حرارت و عدم تغيير شكل در اثر تغيير دما (با توجه به ضريب انبساط حرارتي كه بايستي كم باشد).

5. ضريب اطمينان بالا.

6. ضريب تلفات عايقي كم.

7. در برابر نفوذ آب و آلودگي ها مقاوم باشد.

 جنس مقره ها

 جنس مقره ها معمولاً از چيني يا شيشه است. مقره هاي چيني از سه ماده مختلف تشكيل شده است

1. كائولين يا خاك چيني AL2O3-2SIO2-2H2O به مقدار 40 تا 50 درصد.

2. سيليكات آلومينيوم (فلداسپات) K2O-AL2O3-6SIO2 به مقدار 25 تا 30 درصد.

3. خاك كوارتز SIO2 به مقدار حداكثر 25 درصد.

اين سه نوع با ترتيب براي بالا بردن استقامت حرارتي ، الكتريكي و مكانيكي به كار مي روند. به عبارت ديگر خواص الكتريكي ، مكانيكي و حرارتي چيني بستگي به درصد فراواني اين سه جزء دارد. هر چه فلداسپات بيشتر باشد استقامت الكتريكي آن زيادتر مي شود و هر چه مقدار كوارتز بيشتر شود ، استقامت مكانيكي آن بيشتر شده و با افزايش كائولين ، استقامت حرارتي آن بيشتر مي شود.

براي تهيه چيني ، مواد فوق را با كمي آب خالص مخلوط مي كنند تا به صورت گل و خمير در آيد. سپس اين گل را در قالب هاي معيني شكل داده و در كوره حرارت مي دهند تا پخته شود و رطوبت آن نيز گرفته شود. البته قبل از قالب گيري ، درصد رطوبت گل را پايين مي آورند و تحت خلاء ان را پرس مي كنند ، پس از ريخته شدن آن را سرد مي كنند. ولي سرد كردن آن به طور ناگهاني انجام نمي شود و با ملايم اين كار صورت مي گيرد. تا تركي در آن ايجاد نشود. پس از اين مرحله يك لايه لعاب شيشه اي بر روي آن مي ريزند تا سطح آن كاملاً خالي از وجود حباب ها و ترك هاي مويين گردد. لعاب شيشه اي علاوه بر افزايش استقامت مكانيكي مقره قدرت چسبندگي گرد و غبار و نفوذ گرد و غبار و رطوبت را كاهش مي دهد. همچنين باعث ايجاد يك سطح كاملاً صاف مي شود كه باعث افزايش مقاومت سطحي عايق مي شود.

درجه حرارت پختن در كوره نيز در تعيين استقامت الكتريكي و مكانيكي مقره چيني مؤثر است كه هر چه در درجه حرارت بالاتري قرار داده شود ، حبابهاي هوا در آن كمتر به وجود مي آيند و استقامت الكتريكي آن زياد مي شود اما در عوض عايق خيلي ترد و شكننده مي شود و هرچه درجه حرارت پختن در كوره كمتر شود استقامت مكانيكي آن بيشتر مي شود و هر چه درجه حرارت پختن در كوره كمتر مي شود ، استقامت مكانيكي آن بيشتر مي شود ، ولي حفره هاي بيشتري در آن باقي مي ماند و استقامت الكتريكي آن بيشتر مي شود ولي حفره هاي بيشتري در آن باقي مي ماند و استقامت الكتريكي آن كاهش مي يابد. معمولاً درجه حرارت پخت در كوره را بين 1200 تا 1500 درجه نگه م دارند. در نتيجه ، استقامت الكتريكي چيني

بين 120 (kv/cm) تا 280 (kv/cm) مي باشد. همچنين استقامت مكانيكي چيني در برابر نيروي فشاري 690 (MNt/m2) (در مقاطع بزرگتر 275 (MNt/m2) ) و در برابر نيروي كششي 48 (MNt/m2) (در مقاطع بزرگتر 20 (MNt/m2)) و در برابر نيروي خمشي 95 (MNt/m2) مي باشد. از خواص بسيار مهم چيني مي توان آسان شكل گرفتن آن ها و استقامت در برابر مواد شيميايي و تغييرات جوي را نام برد.

شيشه

معمولاً شيشه را در درجه حرارت هي بالا با مخلوطي از مواد مختلف از جمله آهك و پودر كوارتز ذوب مي نمايند و سپس به طور ناگهاني آن را سرد نموده و قالب ريزي مي كنند. اين عمل ((Toughening) باعث سفت شدن شيشه مي شود). بدين ترتيب مقره شيشه اي با استقامت مكانيكي خيلي زياد بدست مي آيد كه در مقابل لب پريدگي از چيني مقاوم تر است و استقامت مكانيكيفشاري آن 5/1 برابر چيني است و استقامت مكانيكي آن در برابر نيروهاي خمشي اندك ، كمتر از چيني است.

همچنين استقامت الكتريكي آن هم خيلي بيشتر از عايق هاي چيني است (بين 500 تا 1000 كيلو ولت بر سانتي متر).

مزيت ديگر شيشه اين است كه ضريب انبساط حرارتي آن كوچك است و در نتيجه تغيير شكل نسبي آن در اثر تغيير درجه حرارت ، خيلي كم است. همچنين در مقره هاي شيشه اي ، قبل از بروز ترك ، كاملاً خرد مي شوند و لذا از روي زمين به راحتي مي توان مقره معيوب را تشخيص داد. بر خلاف مقره هاي چيني ، در واقع ساخت مقره هاي شيشه اي ، معمولاً حفره در آن به وجود نمي آيد و اگر ترك يا حفره اي هم باشد به راحتي قابل مشاهده است. به علاوه به علت عبور نور خورشيد از آن در اثر شاف بودن ، مقاومت آن در برابر نور خورشيد بيشتر است . اما معايب شيشه آن است كه :

1. اولاً رطوبت به راحتي در سطح آن تقطير مي شود.

2. به علت تغيير شكل نسبي داخلي پس از سرد شدن ، نمي توان مقره هاي بزرگي از آن ها ساخت.

3. گرد و خاك را بيشتر به خود جذب مي كند.

شكست الكتريكي در مقره ها

دو نوع شكست در مقره ها ممكن است رخ دهد :

1. سوراخ شدن مقره ( شكست الكتريكي داخل بدنه مقره) :

اين شكست بستگي به جنس مقره ، ضخامت بدنه مقره و ناخالصي هاي آن دارد كه غالباً اتفاق نمي افتد ؛ مگر در هنگام صاعقه هاي بسيار خطرناك و امواج سيار روي خط چين رخ مي دهد. ضخامت بدنه مقره را طوري طراحي مي كنند كه براي ولتاژهاي ضربه صاعقه اي و امواج سيار ناشي از سويچينگ سوراخ نشود.

2. جرقه سطحي مقره :

به علت اينكه سح مقره ها با هوا در ارتباط است و با توجه به اينكه استقامت الكتريكي هوا خيلي كمتر از مقره ها است لذا قبل از سوراخ شدن ، در روي سطح مقره ها جرقه زده مي شود. معمولاً اگر بر روي سطح مقره ها گرد و غبار و رطوبت و آلودگي بنشيند به سطح آن رسانا مي شود و يك جريان نشتي روي سطح مقره بين هادي و پايه فلزي آن بر قرار مي گردد و باعث پايين آمدن ارزش عايقي سطح مقره مي شود. لذا اولاً سطح عايق ها را طويل مي سازندتا مسير جريان نشتي طولاني تر شود و ارزش عايقي سطحي زياد از دست نرود. ديگر آن كه سسطح عايق را به صورت چتري مي سازند تا باران از آن ريخته شده و ابعاد مقره نيز بزرگ نشود و بالاخره جاي خشك هم داشته باشد. شيب چترها بايد طوري باشد كه روي سطوح هم پتانسيل يعني عمود بر خطوط ميدان بين هادي و ميله قرار گيرند. زيرا اگر بين دو نقطه اي كه داراي اختلاف پتانسيل باشند ، سطح رساناي ناشي از گرد و غبار تشكيل مي شود ، جريان زيادتري جاري شده و جرقه سطحي زودتر زده مي شود.

انواع مقره ها

بر حسب كاربرد اين نوع وسيله ، مقره ها را به سه دسته تقسيم مي كنند :

1. مقره هاي خطوط هوايي : براي عايق كردن هادي ها نسبت به پايه (دكل) و نسبت به يكديگر و نگهداري هادي ها بر روي پايه ها از اين نوع مقره استفاده مي شود.

2. مقره هاي اتكايي : براي عايق كاري باس بارها در پست ها و تابلوها نسبت به زمين و نگهداري آن ها از اين نوع مقره ها استفاده مي شود.

3. مقره هاي عبوري يا بوشينگ ها : از اين نوع مقره ها براي عبور باس بارها از ديواره ها يا ورود به تجهيزات استفاده مي شود. همچنين براي ايزوله كردن خطوط يا باس بارها نسبت ديوارها يا بدنه تجهيزات هم به كار مي رود.

اكنون به توضيح تك تك اين نوع مقره ها خواهيم پرداخت . البته درصد بسيار زيادي از مقره هاي مورد استفاده از نوع مقره هاي خطوط هوايي مي باشد.

انواع مقره هاي

 خطوط هوايي

الف) مقره هاي سوزني (ميخي) :

از اين مقره ها براي نگهداري خطوط توزيع 11 و 20 و 33 كيلو ولت استفاده مي شود كه بيشتر به صورت يكپارچه ساخته مي شوند و معمولاً به شكل ناقوس كليسا هستند و هادي خط روي شيار بالايي مقره قرار مي گيرد و توسط يك سيستم به مقره محكم مي شود. مقره توسط يك پيچ فولادي كه در داخل مقره محكم شده است به بازوي دكل بسته مي شود. اطراف پيچ فولادي را با فلز نرم مانند سرب يا سيمان پر مي كنند تا چيني مقره با فولاد سخت در تماس نباشد و در اثر گشتاور خمشي شكسته نشود.

چترهاي روي مقره هم به خاطر ايجاد مسير طولاني و همچنين ايجاد نقاط خشك در هنگام بارندگي و هم لغزان بودن سطح مقره براي باقي نماندن باران بر روي سطح مقره ايجاد مي شود. به عبارت ديگر در حالت مرطوب بودن مقره ، فاصله جرقه برابر مجموع كوتاهترين فاصله از لبه يك چتر به نزديكترين نقطه روي چتر پاييني به اضافه فاصله از لبه چتر پاييني تا پايه فلزي مقره مي باشد. همچنين در حالت خشك بودن مقره كوتاهترين فاصله از هادي تا پايه فلزي مقره است. به اين منظور ، ضريب اطمينان مقره را به صورت زير تعريف مي كنند.

ولتاژ لازم براي جرقه سطحي = ضريب اطمينان مقره

ولتاژ نامي مقره

در شبكه هاي 20 كيلو ولت ، ضريب اطمينان هواي خشك مقره هاي ميخي برابر 6 و براي هواي مرطوب به مقدار 4 است. همچنين در شبكه هاي 11 KV اين ضريب در هواي خشك برابر 2/8 و براي هواي مرطوب به مقدار 5 است.

ب) مقره هاي آويزان (در مقره هاي خطوط هوايي) :

 در ولتاژهاي بالاتر از 50 كيلو ولت كه در سيستم هاي انتقال و فوق توزيع استفاده مي شود ، استفاده از مقره هاي سوزني به علت نياز به ضخامت زيادتر و پيچيده تر شدن ساختمان مقره ها و گرانتر شدن و غير اقتصادي بودن آن ها امكان پذير نيست. لذا در ولتاژهاي بالا از مقره هاي آويزان مي شود و هادي خط به وسيله كلمپ فلزي به پايين ترين مقره بشقابي زنجيره متصل مي گردد.

هر مقره بشقابي از يك ديك بشقاب از جنس چيني يا شيشه تشكيل شده است كه در قسمت بالايي آن ،يك كلاهك چدني گالوانيزه توسط سيمان مخصوصي به نام Alumina (كه مقاومت الكتريكي بالا و از استقامت مكانيكي و چسبندگي بالايي برخوردار است) به شيشه يا چيني متصل شده است و در قيمت پايين مقره نيز يك پين (pin) فولادي گالوانيزه كه آن هم به وسيله سيمان مخصوص Alumina به مقره متصل شده است. همچنين مسير زير بشقاب ها به صورت چين دار است تا طول مسير جريان نشتي افزايش يابد. پين فولادي هر مقره در داخل حفره كلاهك مقره پاييني قرار گرفته و با زدن گيره اطمينان ( اشپيل Split-Pin ).

حفره : كلاهك از سوراخ ريز مقابل آن اتصال پين و كلاهك محكم مي شود. دو مقره ضمن اتصال محكم به مقره در محل اتصال به صورت لولايي حركت آزادانه هم دارند. قطر بشقاب هاي اين نوع مقره ها معمولاً بين 150 تا 360 ميليمتر و يا بيشتر مي باشد . استقامت مكانيكي آن ها هم معمولاً بين 40 تا 300 كيلو نيوتن مي باشد.

مزاياي استفاده از مقره هاي بشقابي را مي توان به صورت زير بيان نمود :

1. چون هر واحد مقره بشقابي براي يك ولتاژ نامي پاييني (در حدود 11 كيلو ولت) طراحي مي شود. متناسب با ولتاژ خط مي توان به تعداد دلخواه از اين بشقاب ها را به هم متصل نمود تا يك زنجيره آن بتواند ولتاژ خط را تحمل كند (قابليت انتخاب تعداد بشقاب ها).

2. اگر هر كدام از بشقاب هاي يك زنجيره مقره آويزان ، معيوب يا صدمه ببيند فقط لازم است همان يك بشقاب عوض شود و نيازي به تعويض كل زنجيره نيست (اقتصادي بودن مقره).

3. چون زنجيره مقره به كراس آرم خط آويزان است و مي تواند به صورت آزادانه حركت نمايد ، حداقل فشار مكانيكي بر مقره هاي آويزان وارد مي شود (تنش هاي مكانيكي كمتري به مقره وارد مي شود).

4. اگر به دليلي بخواهند ولتاژ نامي خط را افزايش دهند به راحتي مي توان با اضافه نمودن چند تا بشقاب ، قدرت عايقي مناسب را به دست آورد و نيازي به تعويض زنجيره مقره نيست (قابليت انعطاف در افزايش ولتاژ خط).

5. چونهادي خط به زنجيره آويزان مي گردد و پايين تر از بازوي كراس آرم (صليبي) دكل خط انتقال قرار مي گيرد در نتيجه هنگام برخورد صاعقه به خط ، صاعقه ابتدا به بازوي كراس آرم خط برخورد مي نمايد تا حدود زيادي از خط حفاظت مي شود (حفاظت خط در برابر صاعقه به وسيله بازوي كراس آرم دكل انجام مي شود).

6. اگر بار مكانيكي خط زياد باشد مثلاً : در اسپن هاي بلند ، هنگام عبور خطوط انتقال از روي رودخانه ها ، دره ها ، اتوبان ها مي توان از زنجيره هاي دوبل يا بيشتر استفاده نمود (قابليت استفاده از زنجيره هاي دوبل يا بيشتر).

پ) مقره هاي سنتي :

مقره هاي كششي در جاهايي كه نيروي كشش افقي زيادي به مقره وارد مي شود استفاده مي گردد. از اين مقره ها در پايه هاي ابتدا و انتهايي خطوط انتقال ، توزيع و در پايه هايي كه در مسير خط از حالت مستقيم خارج شده و يا نسبت به افق ، زاويه پيدا مي كنند ، استفاده مي شوند. مقره هاي مذكور همان مقره هاي بشقابي هستند كه به صورت افقي نسب مي شوند و بايد بيوري كششي خط را در پايه ها تحمل نمايند و چون نيروي زيادتري را بايد تحمل كنند فقط استقامت مكانيكي آن ها نسبت به مقره هاي آويزان بيشتر است.

د) مقره هاي مهار :

 در خطوط توزيع براي پايه هايي كه در ابتدا و انتهاي خط قرار مي گيرند و يا براي پايه هايي قرار گرفته در زاويه براي خنثي كردن نيروي كششي كه از يك طرف به پايه وارد مي شود از سيم مهار استفاده مي شود. اين سيم مهار از يك طرف به رأس تير محكم مي شود و از طرف ديگر به وسيله مهار و صفحه مهار در داخل زمين محكم مي شود.

براي ايمني و حفاظت بيشتر كه احتمالاً سيم مهار در بالا از طريق ميلگرد تير برق و الکتریک دار گرديد ، سيم مهار در نزديكي زمين برق و الکتریکدار نشود ، در وسط سيم مهار از مقره مهار استفاده مي شود و سيم هاي مهار از دو طرف به مقره مهار متصل مي شود. اين مقره به گونه اي است كه اگر شكسته شود ، سيم مهار رها نمي شود و البته بايستي تحمل نيروي كششي سيم مهار را داشته باشند.

ﻫ )مقره هاي استوانه اي :

اين مقره ها به صورت يك زنجيره استوانه اي و به صورت يكپارچه از جنس چيني يا اخيراً از مواد تركيبي (كه استقامت مكانيكي بسيار بالايي داشته و آب بر روي سطح آن ها پخش نمي شود و براي مناطق صحرايي مناسب هستند) ساخته مي شوند و به دو طرف انتهايي آن ها دو كلاهك فلزي با سيمان مخصوص اتصال داده شده است. قطر استوانه عايق متناسب با قطر مكانيكي نياز انتخاب مي شود. از اين مقره بعضاً در خطوط انتقال استفاده مي شود. اين مقره ها در مقايسه مقره هاي آويزان بشقابي از وزن بسيار كمتري برخوردارند (وزن مقره هاي اويزان دريك زنجيره بيشتر به خاطر وزن كلاهك هاي فلزي آن است) و لذا از نظر اقتصادي ارزان تر هستند. ولي نقطه ضعف اصلي آن ها امكان خراب شدن كامل مقره در اثر يك قوس الكتريكي يا ضربه مكانيكي بيروني بر آن است. در صورتي كه در مقره هاي بشقابي تمام زنجيره از بين نمي رود. در زنجيره هاي بشقابي اگر يك مقره دچار ترك شود تا مدت زيادي بقيه آن ها مي توانند ولتاژ خط را تحمل كنند و همچنين بار مكانيكي خط را تحمل نمايند.

در ولتاژهاي بالا مي توان دو يا سه مقره استوانه اي را به هم متصل نمود. نوع ساخته شده از مواد تركيبي (Composite Material) اين نوع مقره ها داراي خاصيت آب گريزي بوده و آب و آلودگي بر روي سطح مقره پخش نمي شود ، بلكه اين آلودگي و رطوبت در يك نقطه روي سطح باقي مي ماند و چون تمام سطح مرطوب نمي شود ، مي توان مسير خزشي آن را كوتاه نمود. جريان نشتي اين نوع مقره ها خيلي كم است و در مناطق با آلودگي زياد روي سطح آن ها جرقه زده نمي شود و نيازي به تميز كردن هم ندارند. اين مقره ها ضمن داشتن استقامت مكانيكي بالا از وزن بسيار كمي نيز برخوردارند.

مقره هاي مخصوص

براي مناطق با شرايط آب و هوايي بسيار بد مانند مناطقي كه آلودگي صنعتي يا آلودگي آب و هوايي بيش از حد معمول وجود دارد يا مناطقي كه مه زياد وجود دارد يا مناطقي كه صاعقه هاي خطرناك با شيب زياد وجود دارد ، از مقره هاي استاندارد معمولي نمي توان استفاده نمود و بايد از مقره هاي با طراحي خاص براي آن مناطق استفاده نمود و بايد از مقره هاي با طراحي خاص براي ان مناطق استفاده نمود. در اين نوع مقره ها معمولاً از بشقاب هاي گودتر استفاده مي كنند و داخل بشقاب گود ، چترهاي بلندتري به آن داده مي شود. در نتيجه فاصله خزش مقره افزايش مي يابد و جريان نشتي آن به دليل طولاني تر شدن مسير و بزرگ شدن مقاومت سطحي كاهش يافته و ديرتر جرقه سطحي زده مي شود (به خاطر آلودگي و رطوبت). همچنين سطح مقره را پر شيب مي سازند تا در اثر باران سطح آن به راحتي تميزتر شود.

ز) مقره چرخي :

از اين مقره ها در خطوط فشار ضعيف 400 ولت استفاده مي شود. اين مقره ها توسط تسمه فلزي U شكل به نام اتريه و پين واشپيل به پايه هاي خطوط توزيع هوايي بسته مي شوند و سيم هوايي شبكه بر روي شيار چرخي مانند مقره قرار مي گيرد و از آن به عنوان مقره كششي نيز استفاده مي شود و در دو نوع يك شياري و دو شياري استفاده مي شود.

مقره هاي اتكايي

اين مقره ها براي نگهداشتن شين هاي فشار قوي و ديگر تجهيزات به كار برده مي شوند. اين مقره ها به شكل استوانه اي چيني توپر يا توخالي ساخته مي شوند كه براي تأسيساتي كه مقره بايد نيروي مكانيكي بيشتري را تحمل كند از نوع توخالي آن استفاده مي شود. زيرا نوع توپر آن فقط با يك قطر معين و محدودي قابل ساخت است ولي براي افزايش استقامت الكتريكي نوع توخالي آن سوراخ داخل مقره ها به صورت افقي يا عمودي نصب مي شوند.

مقره هاي عبوري (بوشينگ ها)

براي سرهاي خروجي و ورودي دستگاه هاي فشار قوي ، براي جلوگيري از ايجاد جرقه بين ولتاژ آن خط عبوري و بدنه دستگاه به كار مي روند (مثل بوشينگ ترانس ها). اين مقره ها به صورت لايه هاي استوانه اي به كار مي روند و نسبت به محيط مورد استفاده ، شكل مقره هاي عبوري متفاوت است. ساده ترين آن ها استوانه هاي درهم است. فضاي داخل اين استوانه هاي مابقي ، معمولاً توسطگازها يا مايع هاي عايق پر مي شود. در ترانسفورماتورها ، بوشينگ ها حاوي روغن هستند. ارتفاع آن ها برحسب ميزان ولتاژ و ارتفاع از زمين متفاوت است. به منظور جلوگيري از ازدياد حرارت در بوشينگ ها از فيبرهاي عايقي در سر بوشينگ ها استفاده مي شود زيرا فيبر هدايت حرارتي بهتري نسبت به چنين دارد.

آزمايش مقره هاي خطوط هوايي

به طور كلي سه دسته آزمايش بر روي مقره ها انجام مي گيرد :

1. Type Test : كه فقط روي سه عدد مقره انجام مي گيرد و صرفاً به خاطر بررسي مشخصات الكتريكي يك مقره است كه اساساً بستگي به شكل مقره و جنس و ابعاد آن به طور كلي به طراحي مقره بستگي دارد. اين آزمايش ها را فقط يك بار براي تأييد صحت طراحي مقره ها و مقايسه نتايج حاصل با مقادير تعيين شده توسط استانداردها انجام مي دهند. به اين آزمايش ها ، آزمايش هاي تخليه يا آزمايش هاي جرقه نيز مي گويند (Flashover Test).

2. Sample Test (آزمايش هاي نمونه) : اين آزمايش ها بر روي تعدادي از مقره ها كه به صورت كاملاً اتفاقي انتخاب مي شوند ، انجام مي گيرد و به منظور بررسي مشخصات مقره و كيفيت موارد مورد استفاده در آن ها است و در حقيقت معياري براي پذيرش كيفيت مقره هاي توليدي يك توليد كننده است.

3. Routine Test (آزمايش هاي سري) : اين آزمايش ها بر روي تك تك تمام مقره هاي توليد شده در خط توليد شده در خط انجام مي گيرد و به منظور خارج شدن مقره هايي كه احتمالاً در جريان ساختن آن اشكالي به وجود آمده مي باشد. بدين طريق مقره هاي كاملاً معيوب از خط توليد خارج مي شوند.

Type Test بر طبق استاندارد بين المللي IEC

گروه اول آزمايش ها شامل آزمايش هاي زير است :

1. آزمايش استقامت در برابر ولتاژ ضربه اي ، صاعقه در هواي خشك : اين آزمايش در دو حالت انجام مي شود :

الف) با موج ضربه اي مقاوم : براي هر مقره اي حداكثر دامنه موج ضربه اي استاندارد (كه براي امواج صاعقه مدل مي شود) باعث ايجاد جرقه بر روي سطح مقره نمي شود را استاندارد مشخص كرده است. البته مقادير براي شرايط جوي استاندارد داده مي شود. حالا اگر شرايط آزمايش از نظر فشار و درجه حرارت و ميزان رطوبت متفاوت با شرايط استاندارد باشد ، بايد مقادير فوق را تصحيح نمود. در اين آزمايش 15 بار موج ضربه اي استاندارد 1.2/50 μsec به مقره به دفعات متوالي اعمال مي شود. فاصله زماني بين هر بار بايد به اندازه كافي باشد تا اثر قبلي از بين رود. دامنه موج ضربه اي همان مقدار مشخص شده در استانداردها با ضريب تصحيح مربوطه است. اگر اين آزمايش در هيچ دفعه اي جرقه سطحي روي مقره زده نشود يا تعداد دفعات جرقه سطحي كمتر از 2 بار باشد و سطح مقره ها آسيب كلي نبيند. اين آزمايش جواب مثبت داده است. البته اثر جزئي جرقه روي سطح مقره (مثل خش انداختن) مجاز است.

ب) با موج ضربه اي با احتمال 50 % جرقه سطحي : دامنه موج ضربه اي استاندارد كه با احتمال 50% بر روي سطح مقره جرقه زده مي شود در استانداردها مشخص شده است. حالا براي يك مقره مورد آزمايش ، يك موج ضربه اي استاندارد با دامنه Vk نزديك به سطح تقريبي دامنه ولتاژ جرقه 50% انتخاب مي شود. همچنين يك دامنه متغير ولتاژ ΔV كه تقريباً 3% از ولتاژ V است ، انتخاب مي گردد. حالا يك موج ضربه اي استاندارد با دامنه VK به مقره اعمال مي شود. اگر اين موج سبب بروز جرقه سطحي روي مقره نگرديد ، دامنه موج ضربه اي بعدي بايد Vk + ΔV انتخاب شود كه اگر حدود 30 بار و چون ممكن است Vk اوليه خيلي كوچك يا خيلي بزرگ انتخاب شده باشد ، 1 تا 9 آزمايش اول را 30 بار محسوب نمي كنند. اگر هر ولتاژ UV در اين آزمايش nV بار تكرار شده باشد ، ولتاژ جرقه سطحي 50% از رابطه زير بدست مي آيد :

 ∑nVUV

مقره به شرطي اين قسمت را جواب مي دهد كه 50%U بدست آمده از رابطه بالا براي آن از 04/1 برابر ولتاژ جرقه مقاوم آن كمتر نباشد و مقره ها در اثر جرقه اي سطحي روي آن ها آسيب كلي نبيند.

2. آزمايش استقامت در برابر ولتاژ ضربه اي سوئچينگ در هواي مرطوب :

موج ضربه اي براي مدل كردن سوئچينگ ، يك موج ضربه اي 250/2500μsec است كه با موج ضربه اي صاعقه متفاوت است و زمان رسيدن به يك مقدار يك و نيم موج پشت آن خيلي بيشتر از موج ضربه اي صاعقه مي باشد. در اين حالت مقره تحت آزمايش ، زير بارش يك باران مصنوعي قرار مي گيرد. شدت بارش باران بايد حداقل بين 1 ميليمتر بر دقيقه تا 2 ميليمتر بر دقيقه باشد و به صورت مورب با زاويه °45 بارش نمايد. درجه حرارت محيط هم بين c°15- تا c°15 باشد و مقاومت مخصوص آن در c°20 بايد – m Ω 15±100 باشد.

مقره بايد به مدت 15 دقيقه قبل از شروع تست تحت بارش اين باران قرار گيرد ، البته اين زمان مي تواند كمتر هم باشد ، مخصوصاً زماني كه تست هاي متوالي انجام مي گيرد. در اين جا نيز اين آزمايش در دو حالت مختلف مي تواند انجام بگيرد :

الف) با موج ضربه اي با احتمال 50% جرقه سطحي : طريقه آزمايش مانند حالت هواي خشك است (با موج ضربه اي صاعقه) ولي دامنه موج ضربه اي 50% بدست آمده از رابطه نبايد كمتر از 085/1 برابر دامنه موج ضربه اي مقاوم تعيين شده در استاندارد براي موج ضربه اي مقاوم تعيين شده در استاندارد مربوط به شرايط جوي استاندارد است كه براي شرايط آزمايشگاهي بايد در ضرايب تصحيحي ، اصلاح شود.

ب) با موج ضربه اي مقاوم : اين آزمايش نيز با دامنه موج ضربه اي مقاوم تعيين شده در استاندارد براي 15 بار تكرار مي شود و اگر تعداد دفعاتي كه جرقه سطحي روي مقره زده مي شود بيشتر از 2 بار نباشد اين ازمايش جواب مثبت داده است. در اين آزمايش نيز نبايد سطح مقره ها آسيب كلي ببيند (اثرهاي جزئي روي سطح مقره قابل پذيش است).

3. آزمايش استقامت در برابر ولتاژ با فركانس صنعتي در هواي مرطوب

Wet Power – Freuency Test

دراين لحظه مقره نيز تحت آزمايش در يك شرايط باران مصنوعيمانند حالت قبل قرار مي گيرد. متناسب با شرايط جوي زمان آزمايش از نظر فشار و درجه حرارت ، مقدار ولتاژ قابل استفاده مقره را بر اساس مقدار تعيين شده آن در استانداردها بدست مي آوريم (با استفاده از ضرايب تصحيح). سپس يك ولتاژ در حدود 75% ولتاژ فوق را به مقره اعمال مي كنيم و سپس به تدريج و به آرامي با يك شيب در حدود 2% ولتاژ فوق بر ثانيه ، ولتاژ را افزايش مي دهيم تا به مقدار 100% فوق برسد. سپس اين ولتاژ را در حدو يك دقيقه بر روي مقره نگه مي داريم. طي اين آزمايش هيچ گونه جرقه سطحي يا سوراخ شدن مقره نبايد اتفاق بيفتد. دراين آزمايش مي توان افزايش ولتاژ را هنوز ادامه دهيم تا جرقه سطحي حاصل شود. اين آزمايش را 5 بار تكرار مي كنيم و مقدار متوسط ولتاژهاي جرقه سطحي را به عنوان ولتاژ جرقه هواي مرطوب در ولتاژ سينوسي با فركانس هاي صنعتي تعيين كنيم. فركانس موج سينوسي بايد بين 15kv تا 100kv باشد.

هر واحد مقره ، نام توليد كننده و سال توليد آن نوشته مي شود. همچنين حداكثر قدرت مكانيكي مقره نيز بر روي آن نوشته مي شود. مثلاً U300 مقره 300 كيلونيوتني است. شرايط استاندارد به صورت T = 20°c وP = 760mmHy رطوبت 119 water/m3 = است. قبل از پرداختن به آزمايش هايي كه بر روي مقره هاي نمونه انجام مي گيرد ، ساختمان مقره ها را بيان مي كنيم ، كه به دو دسته تقسيم مي شوند :

1. نوع A : مقره هايي كه طول يا ضخامت كوتاهترين مسير موجود در داخل آن ها براي سوراخ شدن داخل بدنه مقره حداقل برابر با نصف طول كوتاهترين مسير جرقه در هواي روي سطح مقره است.

2. نوع B : مقره هايي كه ضخامت داخل آن ها براي مسير سوراخ شدن مقره كمتر از نصف طول كوتاهترين مسير جرقه بر روي سطح مقره در هوا است.

آزمايش هاي روي مقره هاي نمونه طبق استاندارد (Sample Test IEC )

براي يك محموله اي از مقره هاي يك نوع با مشخصات يكسان از همه نظر كه به وسيله خريدار از توليد كننده مقره خريداري مي شود. تعدادي مقره به صورت كاملاً اتفاقي و تصادفي از بين محموله آماده انتخاب مي شود و تعدادي آزمايش روي نمونه هاي انتخابي انجام مي شود. در صورتي كه نتايج آزمايش ها مثبت باشند ، كيفيت محصول آن ها از طرف خريدار تأييد مي شود. تعداد نمونه هاي انتخابي بر اساس استاندارد IEC به صورت زير است:

با فرضP تعداد مقره هاي انتخابي به عنوان نمونه و N تعداد كل مقره ها باشد ، آنگاه :

1) اگر N < 500 باشد ، P با توافق طرفين تعيين مي شود.

2) اگر 500 < N < 2000 باشد (P = 4 + (1/5N ÷ 1000 است.

3) اگر N > 20000 باشد ، P = 14 + ( 0/75N ÷ 1000)  است.

آزمايش هايي كه بر روي مقره هاي نمونه انتخاب شده انجام مي گيرند ، عبارتند از :

1- بررسي سيستم قفل و بست.

2- كنترل مقدار وزن مقره ها و ابعاد قسمت هاي مختلف آن ها.

3- آزمايش سيكل حرارتي.

4- آزمايش حداكثر تحمل بار الكترومكانيكي (فقط روي مقره هاي شيشه اي).

5- آزمايش حداكثر تحمل بار مكانيكي.

6- آزمايش شوك حرارتي (فقط براي مقره هاي شيشه اي).

7- آزمايش تحمل ولتاژ در برابر سوراخ شدن (فقط براي مقره هاي نوع B).

8- آزمايش تخلخل (وجود حفره) (فقط براي مقره هاي چيني).

9- آزمايش ميزان گالوانيزه بودن قسمت هاي فلزي مقره.

مقره هاي نمونه انتخاب شده را طبق استاندارد IEC به دو گروه تقسيم مي كنند :

گره اول شامل دو سوم تعداد مقره هاي انتخاب شده و گروه دوم شامل يك سوم تعداد مقره هاي انتخاب شده است. بر اساس نوع A يا B مقره ها و نوع بشقابي يا اتكايي ، آزمايش هاي نمونه فوق تعدادي بر روي گروه اول و تعدادي بر روي هر دو گروه انجام مي شود.

مقره هايي كه بر روي آن ها آزمايش هاي نمونه صورت مي گيرد نبايد در سرويس از آن ها استفاده شود.

شرح آزمايش

1- بررسي سيستم قفل و بست : در اين جا چند آزمايش مختلف براي اطمينان از مكانيزم قفل و بست انجام مي گيرد :

الف) با اتصال بشقاب ها به همديگر و تشكيل يك يا چند زنجيره ، خركت هاي افقي شبيه به حركت هايي كه در حالت سرويس ممكن است پيدا شود به آن ها داده مي شود كه اتصال زنجيره ها بايد باز شود.

ب) اشپيل (Split – Pin) تمام بشقاب ها در موقعيت قفل قرار داده مي شود و به وسيله يك دستگاه كه نيروي كششي وارد مي كنند بار كششي براي حركت كردن اشپيل هر بشقاب اعمال مي شود. براي هر بشقاب اين عمل 3 بار تكرار مي شود. مقدار اين نيرو طبق استاندارد ، بين 50 تا 500 نيوتن بايستي اعمال شود.

ج) هشپيل هر مقره يا نيروي كششي حداكثر يعني 500N كشيده مي شود (به وسيله دستگاه كشنده). اشپيل ها در اثر اين نيرو نبايد از محل قفل به طور كامل خارج شوند.

2- كنترل ابعاد مقره (Verification Of Dimensions) :

اين كنترل ابعاد عبارتند از :

الف) اندازه گيري وزن مقره هاي نمونه و متوسط گيري به عنوان وزن مقره.

ب) اندازه گيري قطر خارجي مقره از بالاترين تا پايين ترين نقطه.

ج) اندازه گيري ارتفاع مقره از بالاترين تا پايين ترين نقطه.

د) اندازه گيري فاصله خزشي مقره ( Creep Age Distance ).

ﻫ) كنترل قطر حفره كلاهك و قطر پين فلزي مقره با اشل هاي استاندارد (اشل هايي كه بايد داخل حفره بروند يا از قطر پين بگذرند و اشل هايي كه نبايد بگذرند).

3- آزمايش سيكل حرارتي ( Temperature Cycle Test )

در اين آزمايش يك مخزن آب سرد و يك مخزن آب گرم تهيه مي شود. درجه حرارت مخزن آب گرم بايد 70°c بيشتر از درجه حرارت مخزن آب سرد باشد و به وسيله يك سيستم اتوماتيك ، درجه حرارت مخزن ها ثابت نگه داشته شوند. مقره هاي نمونه به مدت T دقيقه در مخزن آب گرم قرار داده مي شوند.

Aمقره نوع T = 15 + 0/7 m , m = kgجرم مقره بر حسب

Bمقره نوع T = 15 min

بعد از طي زمان فوق ، سريعاً بدون هيچ تأخيري (حداكثر تأخير 30 ثانيه) و براي مدت زمان T دقيقه نيز در مخزن آب سرد غوطه ور مي شوند. اين سيكل گرما و سرما 3 بار تكرار مي شود. براي مقره هاي اتكايي به جاب مخزن آب سرد ، بايد آن را بعد از خارج كردن از مخزن آب گرم (براي مدت 15 دقيقه در مخزن آب گرم قرار گرفته است) به مدت 15 دقيقه در معرض باران مصنوعي با شدت 3 ميليمتر بر دقيقه قرار مي دهيم و اين سيكل را 3 بار تكرار مي كنيم.

شرط پذيرش اين آزمايش اين است كه در پايان هيچ يك از مقره هاي نمونه ترك خوردگي پيدا نكرده باشند.

4- آزمايش تحمل بار الكترومكانيكي ( Electromechanical Failing Load Test)

در اين آزمايش همزمان با اعمال ولتاژ با فركانس صنعتي به مقره يك بار مكانيكي كششي نيز به مقره اعمال مي شود تا اگر تخليه الكتريكي داخلي در اثر تخليه هاي داخل مقره اتفاق مي افتد ، در اثر نيروي كششي اعمال شده به صورت عيب مكانيكي (مثلاً ترك خوردن مقره) مشخص مي شود. ولتاژ اعمالي به مقره همان ولتاژ مقاوم با فركانس صنعتي در هواي مرطوب است. چون در مقره هاي شيشه اي تخليه هاي موضعي داخل مقره كاملاً پيدا است ، لذا اين آزمايش براي مقره هاي شيشه اي انجام نمي شود.

5- آزمايش تحمل حداكثر بار مكانيكي ( Mechanical Failing Load Test )

در اين آزمايش مقره نمونه ، تك تك و به نوبت در داخل دستگاه مخصوص اعمال نيروي كششي قرارگرفته و نيروي كششي اعمالي به آن ها از صفر به طور سريع به مقدار 75% حداكثر تحمل بار مكانيكي نامي مقره افزايش داده مي شود. سپس به آرامي در يك مدت زمان معين بين 15 تا 45 ثانيه بار كششي اعمالي را به 100% حداكثر بار مكانيكي مي رسانيم. شدت اين افزايش به مقدار 35% حداكثر بار مكانيكي نامي در هر دقيقه مي باشد. در اين آزمايش مقره بايد بتواند بار مكانيكي كششي اعمال شده را تحمل كند و دچار شكست مكانيكي لازم براي شكست مقره دست يابيم. لازم به ذكر است كه براي مقره هاي اتكايي (سوزني) بار مكانيكي خمشي به جاي كشش اعمال مي شود.

6- آزمايش شوك حرارتي (فقط براي مقره هاي شيشه اي)

در اين آزمايش يك مخزن آب كه درجه حرارت كمتر از c°50 را دارد ، مهيا مي شود. سپس مقره هاي نمونه را در داخل يك كوره هواي گرم كه درجه حرارت آن حداقل °c100 بالاتر از درجه حرارت مخزن آب است ، 20 دقيقه قرار مي دهند. سپس مقره ها را به طور ناگهاني وارد مخزن آب مي نمايند و حداقل 2 دقيقه در مخزن با آب نگه مي دارند. مقره ها نبايد دچار ترك يا شكستگي شوند.

7- آزمايش تحمل ولتاژ در برابر سوراخ شدن مقره ( Pun Chore Tesr )

اين آزمايش مي تواند با يك موج ولتاژ سينوسي با فركانس صنعتي و يا با يك موج ضربه اي انجام گيرد. البته معمولاً با فركانس صنعتي انجام مي شود. مقره هاي نمونه در اين آزمايش كاملاً خشك و تميز مي شوند و در داخل يك محفظه روغن شناور مي شوند. كه روغن بايد عاري از رطوبت و ناخالصي باشد و استقامت الكتريكي بالايي داشته باشد. اگر محفظه روغن فلزي باشد بايد ابعاد آن خيلي بزرگ باشد كه جرقه بين قسمت فلزي مقره و بدنه محفظه روغن زده نشود. ولتاژ با فركانس صنعتي بين قسمت هاي فلزي مقره اعمال مي شود. همچنين روغن براي اين استفاده مي شود كه استقامت الكتريكي خيلي بالاتري نسبت به هوا دارد و از بروز جرقه سطحي روي مقره در اثر اعمال ولتاژ بالا جلوگيري مي كند. براي آزمايش ، ولتاژ اعمالي را سريعاً به مقدار حداكثر ولتاژ نامي قابل تحمل مقره مي رسانيم كه در استانداردها مشخص شده است كه بر اثر اين ولتاژ نبايد در مقره شكست الكتريكي و سوراخ شدن به وجود آيد. اگر ميزان استقامت مقره مورد نظر باشد بايستي ولتاژ را آنقدر افزايش داد تا مقره سوراخ شود.

8- آزمايش تخلخل (فقط براي مقره هاي چيني) Poorsity Test

در اين آزمايش قطعات شكسته شده يك مقره چيني در يك محلول الكل يك درصد كه مقداري جوهر قرمز نيز به آن اضافه شده (يك گرم جوهر قرمز درصد گرم الكل) و تحت فشار 15 مگانيوتن بر متر مربع براي چندين ساعت (حدود 24 ساعت) قرار داده مي شود. سپس قطعات بيرون آورده شده و تميز و خشك مي شوند و دوباره شكسته شده و به قطعات كوچكتري تبديل مي شوند. در سطوح شكسته شده نبايد هيچ اثري از نفوذ الكل مشاهده شود.

اين آزمايش براي لعاب (glaze) مقره است (براي اطمينان از عدم وجود ترك هاي مويين در لعاب مقره) لذا مي توان مقره را پس از آزمايش وزن كرد و سپس براي 24 ساعت در آب تحت فشار قرار داده و سپس مجدداً وزن نمود. اگر افزايش وزن داشته باشيم نشان دهنده نفوذ آب در خلل و فرج مقره است.

9- آزمايش ميزان گالوانيزاسيون قسمت هاي فلزي (Galvanizing Test)

در اين آزمايش اولاً وضعيت ظاهري پوشش سطحي روي قسمت هاي فلزي مقره هاي نمونه از نظر يكنواختي و هموار بودن بررسي مي گردد. همچنين به وسيله يك دستگاه مخصوص جرم فلز (روي) بر روي سطوح فلزي در واحد تعيين مي گردد. دستگاه مخصوص فوق ، ضخامت فلز روي را مي تواند در يك نقطه هم اندازه گيري كند. براي اين منظور 10 نقطه به طور تصادفي بر روي كلاهك و 10 نقطه بر روي پين انتخاب مي شوند. سپس با داشتن جرم حجمي روي ، مقدار جرم فلز روي در واحد سطح مشخص مي شود. در هر مقره نمونه ، جرم روي در واحد سطح نبايد كمتر از 500 گرم بر متر مربع باشد و براي تمام نمونه ها به طور متوسط از مقدار 600 گرم بركتر مربع نبايد كمتر باشد.

تست هاي معمول مقره ها (Routine Test)

اين آزمايش ها به تك تك مقره ها در خط توليد اعمال مي شود كه شامل آزمايش هاي زير هستند :

1- بررسي وضعيت ضاهري مقره ها از نظر شكل و ابعاد و رنگ ظاهري آن ها.

2- آزمايش هاي مكانيكي :

براي مقره هاي نوع A: يك زنجيره از مقره ها به مدت يك دقيقه تحت يك بار كششي معادل 60% حداكثر تحمل بار مكانيكي قرار مي گيرند.

براي مقره هاي نوع B: يك زنجيره از مقره ها براي مدت 10 ثانيه تحت يك بار كششي معادل 40% حداكثر تحمل بار مكانيكي قرار مي گيرند.

مقره هايي كه در اين آزمايش دچار شكست و ترك خوردگي شوند از خط توليد خارج مي شوند.

3- آزمايش الكتريكي :

مقره هاي بشقابي يا مقره هاي اتكايي (سوزني) در اين آزمايش به آنها يك ولتاژ سينوسي با فركانس صنعتي اعمال مي شود. دامنه ولتاژ بايد به حدي باشد كه هر چند ثانيه يك بار جرقه سطحي روي مقره زده مي شود. زمان اعمال ولتاژ بايد حداقل 5 دقيقه باشد. اگر مقره ها دچار سوراخ شدگي شوند از خط توليد خارج مي شوند.

اين متن به سفارش وبسايت پارسيان الكتريك لاله زار بخش مقالات برق و الکتریک و الكتريك گردآوري شده است.شمارگان 266

گردآوري و تدوين: فاطمه فروغي