کاربرد مقره در تابلو برق چیست + معرفی مقره در تابلو برق
برق یکی از ضروریات زندگی روزمره ماست. این انرژی حیاتی از طریق تجهیزات متنوعی منتقل و توزیع می‌شود که یکی از آنها تابلو برق است. تابلوهای برق نقش بسیار مهمی در کنترل، مدیریت و ایمنی سیستم‌های برقی دارند؛ اما یکی از اجزای کلیدی و مهم در ساختار این تابلوها، مقره‌ها هستند. مقره‌ها قطعاتی عایق هستند که در نگهداشتن ایمنی سیستم‌های برقی، جلوگیری از اتصالات خطرناک و اطمینان از کارکرد مناسب و پایدار سیستم برقی نقشی اساسی دارند. در این مقاله، به بررسی نقش و کاربرد مقره در تابلو برق، انواع آنها و مزایای استفاده از هر نوع می‌پردازیم.
مقره چیست؟
مقره‌ها اجزایی عایق هستند که در سیستم‌های الکتریکی برای جداسازی هادی‌ها از یکدیگر و از قطعات فلزی به کار می‌روند. از آنجا که جریان برق تمایل دارد به سمت کمترین مقاومت حرکت کند، مقره‌ها وظیفه دارند تا مسیر جریان را به شکلی هدایت کنند که هیچ‌گونه اتصال ناخواسته بین بخش‌های مختلف رخ ندهد. این قطعات عایق، معمولاً از موادی مانند سرامیک، پلیمر، شیشه و گاهی کامپوزیت ساخته می‌شوند و بسته به نوع سیستم و شرایط محیطی، نوع خاصی از مقره‌ها در تابلوهای برق استفاده می‌شود.
کاربرد مقره در تابلو برق
مقره‌ها در تابلوهای برق کاربردهای متنوع و مهمی دارند که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم:
عایق‌بندی هادی‌ها
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای مقره‌ها در تابلوهای برق، عایق‌بندی هادی‌ها است. با استفاده از مقره‌ها، هادی‌ها به‌طور ایمن از یکدیگر و از سایر قطعات فلزی تابلو جدا می‌شوند. این عایق‌بندی مانع از وقوع اتصال کوتاه و جریان‌های غیرمجاز و خطرناک می‌شود. اگر مقره‌ها به درستی نصب و استفاده شوند، به مقدار قابل توجهی از وقوع حوادث الکتریکی مانند اتصالات کوتاه که ممکن است منجر به آسیب‌های جدی و خسارات مالی شوند، جلوگیری می‌کنند.
حمایت مکانیکی
مقره‌ها وظیفه مهمی در نگهداشتن و حمایت مکانیکی از هادی‌ها و قطعات برقی دارند. تابلوهای برق معمولاً دارای قطعات فلزی و هادی‌های مختلفی هستند که ممکن است به دلایل محیطی، دما، لرزش یا سایر عوامل تحت فشار باشند. مقره‌ها با نگهداشتن و تثبیت هادی‌ها از آسیب دیدگی آنها جلوگیری می‌کنند و موجب کاهش استهلاک و افزایش طول عمر تجهیزات می‌شوند.
افزایش ایمنی
یکی از اهداف مهم در طراحی و استفاده از تابلوهای برق، تامین ایمنی کاربران است. مقره‌ها با جداسازی و عایق‌بندی صحیح، از دسترسی غیرمجاز افراد به بخش‌های برقدار تابلو جلوگیری می‌کنند. این ویژگی به‌ویژه در محیط‌های صنعتی و فضاهای عمومی که تعداد زیادی افراد با تابلوهای برق در تماس هستند اهمیت ویژه‌ای دارد. استفاده از مقره‌های با کیفیت و نصب صحیح آنها می‌تواند تا حد زیادی خطرات الکتریکی و خطرات ناشی از تماس ناخواسته با قطعات برقدار را کاهش دهد.
کاهش اتلاف انرژی
اتلاف انرژی ناشی از نشت جریان یکی از مسائلی است که می‌تواند باعث کاهش بهره‌وری سیستم برقی شود. مقره‌ها با عایق‌بندی مناسب، مسیر جریان را به شکل مناسبی هدایت کرده و از بروز نشتی‌های ناخواسته جلوگیری می‌کنند. این مسئله به‌خصوص در تابلوهای برق فشار قوی که جریان‌های بالایی از آنها عبور می‌کند، اهمیت بیشتری دارد. کاهش نشت جریان با استفاده از مقره‌های با کیفیت، می‌تواند به بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک کند.
افزایش قابلیت اطمینان
در سیستم‌های برق، قابلیت اطمینان و پایداری یکی از اولویت‌های مهم است. مقره‌های با طراحی و ساخت مناسب به افزایش قابلیت اطمینان سیستم کمک می‌کنند. آنها مانع از بروز اتصال‌های ناخواسته و اتصالات کوتاه شده و همچنین از شکستگی و فرسایش قطعات برقی جلوگیری می‌کنند. در نتیجه، تابلوهای برق مجهز به مقره‌های مناسب با اطمینان بیشتری کار می‌کنند و خرابی کمتری دارند.
انواع مقره در تابلو برق
مقره‌ها در تابلوهای برق بسته به مواد اولیه و نوع ساخت به چند دسته تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه به معرفی انواع مقره‌های مورد استفاده در تابلوهای برق می‌پردازیم:
1. مقره‌های سرامیکی
مقره‌های سرامیکی معمولاً از پرسلان یا سرامیک ساخته می‌شوند و به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، خوردگی و رطوبت، در تابلوهای برق فشار قوی و محیط‌های سخت صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع مقره‌ها دارای مقاومت الکتریکی و مکانیکی بالایی هستند و در برابر تغییرات دمایی و آلودگی‌های محیطی پایداری خوبی دارند. البته وزن بالای آنها ممکن است در برخی موارد محدودیتی ایجاد کند.
2. مقره‌های پلیمری
مقره‌های پلیمری از جنس پلیمرهای مصنوعی مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن یا سیلیکون ساخته می‌شوند. این نوع مقره‌ها در برابر شرایط آب و هوایی مختلف و آلودگی‌های محیطی مقاوم هستند و وزن کمتری نسبت به مقره‌های سرامیکی دارند. به دلیل انعطاف‌پذیری بیشتر، استفاده از این نوع مقره‌ها در تابلوهای برق فشار متوسط و پایین رایج‌تر است. همچنین، آنها در برابر شوک‌های مکانیکی و لرزش نیز پایداری خوبی دارند.
3. مقره‌های شیشه‌ای
مقره‌های شیشه‌ای نیز مقاومت الکتریکی و مکانیکی بالایی دارند و در برابر آلودگی‌ها و رطوبت مقاوم هستند. این مقره‌ها بیشتر در سیستم‌های برق فشار متوسط به کار می‌روند. شفافیت شیشه و همچنین استحکام آن از ویژگی‌های بارز این نوع مقره‌ها است. با این حال، شکنندگی شیشه ممکن است در برخی شرایط، کاربرد این مقره‌ها را محدود کند.
4. مقره‌های کامپوزیتی
مقره‌های کامپوزیتی ترکیبی از مواد پلیمری و سرامیکی هستند که مزایای هر دو نوع را در خود جمع کرده‌اند. این نوع مقره‌ها دارای وزن سبک، مقاومت بالا و انعطاف‌پذیری مناسب هستند. آنها در برابر شرایط آب و هوایی و آلودگی‌های محیطی مقاوم بوده و در تابلوهای برق صنعتی و تجاری کاربرد دارند. به دلیل طراحی ترکیبی و خواص ویژه، این مقره‌ها در بسیاری از تابلوهای برق جدید استفاده می‌شوند و به طور گسترده در صنعت برق به کار می‌روند.
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.
نتیجه‌گیری
مقره‌ها به عنوان یکی از اجزای اصلی و ضروری در تابلوهای برق، نقش بسیار مهمی در ایمنی، پایداری و کارایی سیستم‌های برقی دارند. آنها با عایق‌بندی هادی‌ها، جلوگیری از بروز اتصالات کوتاه و حفظ استحکام و پایداری سیستم، بهبود قابل توجهی در ایمنی و بهره‌وری تابلوهای برق ایجاد می‌کنند. انتخاب صحیح نوع مقره‌ها با توجه به شرایط محیطی و نیازهای سیستم، می‌تواند از هزینه‌های عملیاتی و تعمیرات احتمالی در آینده جلوگیری کرده و طول عمر تابلوهای برق را افزایش دهد. برای اطلاعات بیشتر درباره انواع مقره، می توانید با کارشناسان بنیان تابلو تماس بگیرید.
