کاربرد انواع شینه و مقره در پست برق انواع مقره، فاصله خزشی مقره، فاصله هوایی
وظیفه اصلی مقره، ایزوله نمودن هادی از بدنه تابلو است. از انواع مقره های موجود می توان به مقره های اتکایی اشاره نمود. نوعی از آن در صنعت ساختمان استفاده می شود با نام مقره های نول تابلویی شناخته می شوند.
انواع مقره
مقره ها در دسته های مقره سوزنی، مقره کششی، مقره آویزی، مقره اتکایی، مقره چرخی، مقره عبوری و مقره مهار قرار دارند. مقره ها از جنس چینی، شیشه و کامپوزیت هستند.
مقره سوزنی
این نوع مقره بر روی پیچ یا پایه فولادی نصب می شود. مقره سوزنی در محل خود (به طور مثال روی کراس آرم) ثابت است و هادی که از روی آن عبور می کند به وسیله سیم بر روی آن محکم می شود.
مقره آویزی
این نوع مقره در ابتدا و انتهای قسمت های زاویه دار شده در خطوط استفاده می شود. مقره آویزی همان طور که از نامش پیداست از کراس آرم آویزان می شود و سیم هادی به وسیله کلمپ به انتهای آن وصل می شود.
مقره کششی
کاربرد این مقره ه اغلب در شروع و پایان خطوط برق در محل های دارای پیچ و زاویه و در مکان هایی مانند عبور از رودخانه ها و دره هاست.
مقره اتکایی
مقره های اتکایی به شکل استوان های دارای برجستگی و فرورفتگی هستند که در دو نوع توپر و توخالی وجود دارند. مقره اتکایی نوع تو پر استقامت مکانیکی و الکتریک بیشتری در برابر سوراخ شدن دارد و نوع توخالی برای مواردی که نیاز به قابلیت تحمل نیروی مکانیکی بالاتری است استفاده می شود.
مقره چرخی
این مقره ها از جنس چینی هستند و در شبک های فشار ضعیف کاربرد دارند.
فاصله خزشی مقره
جریان نشت مجموعه جریان نشت حجمی (ظرفیتی و مقاومتی) و جریان نشت سطحی است. جریان نشت سطحی بین دو قسمت هادی (الکترود) دارای پتانسیل متفاوت، از روی سطح عایق جامد می گذرد.
در بررسی و اندازه گیری فاصله خزش، سطوح در دسترس محفظه های عایقی تجهیزات برقی هم یک الکترود محسوب می شود. ملاک در دسترس بودن امکان برقراری تماس با انگشتان دست یا انگشتک آزمون است. آلودگی هایی که هادی جریان برق هستند و یا آلودگی هایی که خود هادی نیستند ولی با جذب آب یا رطوبت هادی می شوند، در فاصله خزش می نشینند و در نتیجه جریان نشت سطحی عبور می کند. مقدار جریان نشت سطحی به ولتاژ و امپدانس منبع نیروی برق، هدایت الکتریکی آلودگی، فاصله خزش و پهنای مسیر، وابسته است.
پوشیده شدن فاصله خزش با آلودگی هایی مانند غبار فلزات موجب عبور جریان نشست سطحی به مقدار خیلی زیاد شده و در نتیجه عایق خراب می شود.
آلودگی هایی که با نم کشیدن یا جذب آب هادی شده اند هم جریان نشت سطحی را عبور می دهند. رطوبت در محلی از این مسیر زودتر از بقیه نقاط خشک می شود و ریز قوس های الکتریکی ایجاد می شود. اگر انرژی این ریز قوس ها کافی باشد عایق جامد را تجزیه می کند و پس ماند کربنی از خود برجای می گذارد و مسیری هادی در سطح عایق تشکیل می شود.
عوامل موثر بر فاصله خزشی
تأثیر آلودگی بر ریز محیطی است که فاصله خزش یا فاصله هوایی در آن قرار می گیرند. از این رو حتی در قسمت های مختلف تجهیزات برقی واحد هم ممکن است فواصل خزش از هم متفاوت باشند. آلودگی اطراف فواصل هوایی و خزشی به چهار درجه تقسیم می شود:
در آلودگی های درجه ۲، ۳، ۴ امکان تراکم ذرات آب باید در نظر گرفته شود. تراکم می تواند در اثر پایین رفتن درجه حرارت تجهیزات به پایین تر از نقطه شبنم محیط، آلوده شدن سطح عایق با غبارهای نم گیر، آلوده شدن سطح عایق با نمک در جایی که رطوبت نسبی آن زیاد است، و غیره ایجاد شود.
جهت و محل قرارگیری فاصله خزش، و فاصله هوایی می تواند از نظر انباشت آلودگی در اثر نیروهای گرانش، گریز از مرکز، جریان طبیعی یا مصنوعی هوا، مؤثر باشد.
فواصل خزشی که در مجاورت المان گرمازا یا اجزاء دارای تلفات حرارتی قرار می گیرند به علت خشک شدن سریع سطح عایق، کمتر آسیب پذیرند. ولی اگر امکان تراکم ذرات آب به طور مکرر دراین فواصل وجود داشته باشد، خطر احتمال ایجاد مسیر هادی در سطح عایق افزایش می یابد.
فاصله هوایی
برحسب تعریف فاصله هوایی کوتاهترین فاصله بین دو قسمت هادی از راه هوا است. در اندازه گیری فاصله هوایی سطوح قابل دسترس محفظه عایقی تجهیزات برقی هم یک قسمت هادی به حساب می آید. ملاک در دسترس بودن، امکان برقراری تماس با انگشتان دست یا انگشتک استاندارد است.
حفاظت تجهیزات برقی در برابر اضافه ولتاژهای گذرایی که مستقیماً یا از طریق سیستم توزیع نیروی برق به آنها منتقل می شود و یا در خود آنها ایجاد می شود از نظر ایمنی، عدم وقفه در بهره برداری و غیره، ضروری است.
برای مهار اضافه ولتاژهای گذرا از وسایلی استفاده می شود که با انباشت یا اتلاف انرژی ضربه ولتاژ گذرا، عمل می کند. برق گیرها، ضربه شکن ها و واریستورهای اکسید فلز، نمونه هایی از این قبیل اند.
در آن سیستم های تأسیساتی که برای مهار اضافه ولتاژهای گذرا اقدامی نشده است، اضافه ولتاژهای گذرا در مسیری که استقامت دی الکتریکی آن کمتر است، از راه فاصله بین هادی ها یا از طریق عایق بندی جامد، شکسته می شود. عواقب کار می تواند جزئی یا فاجعه آمیز باشد. این عواقب به مقدار انرژی ضربه ای اضافه ولتاژ گذرا، ولتاژ نامی تأسیسات و ایجاد جریان اتصالی وابسته است.
ایجاد جریان اتصالی غیرقابل پیش بینی است. چون به انطباق مراحل زمانی ولتاژ گذرا و مراحل زمانی ولتاژ سیستم توزیع، گازهای یونیزه بین الکترودها در اثر جرقه ناشی از ولتاژ ضربه ای، همگن یا ناهمگن بودن میدان الکتریکی بین الکترودها، جنس ماده الکترودها و همچنین مشخصه امپدانس مدار در برابر ضربه ولتاژ وابسته است.
حداکثر مقدار قله ولتاژ ضربه ای (با شکل موج استاندارد) را که عایق بندی می تواند در شرایط استاندارد تحمل کند، تراز تحمل ولتاژ ضربه ای می گویند.
به ولتاژ اسمی عایق بندی و تراز تحمل ولتاژ ضربه ای تراز عایق بندی گفته می شود. تراز عایق بندی برای تجهیزات برقی از نظر هماهنگی اجزاء عایق بندی، امری ضروری است.
فاصله هوایی به عنوان وسیله مهار اضافه ولتاژ گذرا
ولتاژ عوامل موثر بر فاصله هوایی در جاهایی که انرژی ضربه اضافه ولتاژ گذرا محدود است و تراز تحمل ولتاژ ضربه ای از ۱۰۰۰ ولت بیشتر است، می توان در تجهیزات برقی از فاصله هوایی به عنوان وسیله ای ساده برای مهار اضافه ولتاژ گذرا استفاده کرد، بدون آنکه بهره برداری دچار وقفه شود و به تجهیزات و اطراف صدمه ای برسد. در این صورت این امر باید واضح و آشکار اظهار شود تا سهو و غفلت در طراحی یا تغییر فواصل هوایی در اثر دست کاری در مونتاژ یا تعمیر و غیره هماهنگی عایق بندی را از بین نبرد.
هر فاصله هوایی دارای تراز تحمل ولتاژ ضربه ای مربوط به خود است که به عوامل عمده ای مانند شکل هادی ها یا الکترودها که فاصله بین آنها قرار دارد، فشار هوا و آلودگی، وابسته است.
اگر اندازه الکترودها خیلی بزرگتر از فاصله بین آن ها باشد، میدان در فاصله هوایی همگن و در غیر این صورت میدان ناهمگن است. در میدان ناهمگن، تنش های دی الکتریکی یکنواخت و همگن توزیع نمی شود یعنی تنش دی الکتریکی در نقطه یا نقاطی بیشتر از سایر نقاط است. از این رو فاصله هوایی بزرگتر انتخاب می شود تا از فروپاشی دی الکتریک جلوگیری شود.
تأثیر ارتفاع
ارتفاع هم عامل عمده است، در دمای ثابت و فشار بالاتر از فشار بحرانی، در میدان همگن مقدار ولتاژ فروپاشی متناسب با حاصل ضرب فشار هوا در فاصله بین الکترودهاست. این رابطه با تقریب برای میدان های ناهمگن هم معتبر است. عامل مؤثر دیگر برتر از تحمل ولتاژ ضربه ای فاصله هوایی، آلودگی است.
تأثیر آلودگی
آلودگی عبارت از افزایش مواد خارجی اعم از جامد، مایع و گاز است که می تواند به تقلیل استقامت دی الکتریکی هوا، تقلیل فاصله هوایی و خزشی و مقاومت سطحی عایق جامد، منتهی می شود. آلودگی ریز محیط هایی را که فواصل هوایی و فواصل خزشی در آن قرار دارند به درجه های ۱، ۲ ، ۳ ، ۶ تقسیم می شود.
هدایت الکتریکی مواد آلوده کننده عمدتاً به علت وجود ، آب، دوده، غبار فلز، ذغال و اجزاء مشابه است. آلودگی هادی در اثر گازهای یونیزه و رسوب فلزی که بیشتر در ادوات قطع و وصل پیش می آید موضوع بحث ما نیست. در صورت وجود گازهای یونیزه نمی توان از فاصله هوایی برای مهار اضافه ولتاژ گذرا استفاده کرد، بلکه باید روشی مناسب قوس را خفه کرد.
برای جلوگیری از آلودگی برحسب مورد می توان از محفظه یا درزبندی که برای آلوده کننده موردنظر غیرقابل نفوذ است، استفاده کرد. ولی اگر در تجهیزات ذرات آب متراکم شود یا مواد آلوده کننده ایجاد شود، این تمهیدات هم کارساز نیست. به هرحال و در هر صورت اصل بر این است که فواصل هوایی منظور شده برای مهار اضافه ولتاژ گذرا، در طول عمر مفید تجهیزات برقی، برقرار و مؤثر باشد
رابطه فاصله خزشی و فاصله هوایی مقره
یک فاصله خزش نمی تواند از فاصله هوایی هم بسته کوتاه تر باشد. یعنی کوتاه ترین فاصله خزش برابر فاصله هوایی گرفته می شود. مثلاً در مورد مواد عایق معدنی که استعداد ایجاد مسیر هادی در سطح را ندارند می توان فاصله هوایی را برابر فاصله خزش گرفت. جز این محدودیت هیچ رابطه فیزیکی دیگری بین فاصله هوایی و فاصله خزش وجود ندارد.
در ولتاژ کار کمتر از ۳۲ ولت ایجاد مسیر هادی در سطح عایق یا فرسایش عایق پیش نمی آید و تعیین حداقل فاصله خزش فقط برای خوردگی الکترولیتی است.
