عایق های الکتریکی یا isolation

از آغاز پیدایش صنعت برق ، نیاز به تجهیزاتی كه بتوانند نقش عایقی و جداسازی قسمتهای تحت ولتاژ‍ از سایر قسمت ها را داشته باشند وجود داشته و تحقیقات در این زمینه نیز همچنان ادامه دارد.اولین عنصری كه به عنوان مقره مطرح گردید چوب خشك بود ولی بعلت اینكه پس از خیس شدن تا اندازه ای خاصیت عایقی خود را از دست میداد كنار گذاشته شد. پس از چوب استفاده از مصنوعات كلی وسرامیك مورد مطالعه قرار گرفت وامروز بطور گسترده از شیشه و چینی وپلاستیك در ساخت مقره ها استفاده می شود.

در خطوط انتقال نیرو نیز لازم است هادیهای تحت ولتاژ بنحوی از برجها ایزوله شوند كه مقره ها عامل اصلی جداسازی هادیها از پایه ها وزمین می باشد و برای اینكه بتوانند وظایف خود را كه در حقیقت تامین فاصله مناسب می باشد به خوبی انجام دهند باید دارای خواص كلی زیر باشند :

استخراج آسان ارز دیجیتال جدید Pi Network بدون نیاز به برق و اینترنت

(1) خاصیت عایقی مناسب

(2) مقاومت مكانیكی كافی

(3) تحمل الكتریكی در مقابل اضافه ولتاژ ها

(4) مقاومت الكتریكی بالا در جهت كاهش نشت جریان الكتریكی

(5) مقاوم در مقابل تغییرات درجه حرارت محیط

مسلما هرچه مقاومت الكتریكی و مكانیكی مقره ها بیشتر باشد،تحمل آنها در مقابل اضافه ولتاژها یا اضافه بارهای مكانیكی افزایش می یابد ،علاوه بر آن پایین بودن درجه عایقی مقره ها احتمال بروز جرقه بین هادیها با برجها را از طریق زنجیره مقرهها افزایش میدهد.كه این امر سبب تخریب آنها میگردد كه درمجموع كاهش قابلیت برق رسانی و در نتیجه خروج خطوط انتقال نیرو را بهمراه خواهد داشت.

ایزولاسیون و مقره ها :

برای اتصال هادی های خطوط انتقال به دكل ها كه دارای ولتاژ های زیادی نسبت به بدنه ی دكل و نسبت به یكدیگر می باشند،از وسایل مجزا كننده استفاده میشود.این جدا كننده ها كه عموما به صورت مقره در خطوط انتقال بكار می روند ، عموما دارای دو وظیفه ی مهم می باشند:

یكی وظیفه ی مكانیكی آنها است بطوری كه باید دارای استقامت مكانیكی خوب بوده و قادر باشند بارهای مكانیكی راتحت شرایط متحمل از قبیل برف ،باد ، باران ، و غیره بخوبی تحمل نمایند.

دیگری وظیفه ی الكتریكی آنها است بطوری كه باید دارای خواص غایقی خوب بوده و بتوانند هادی های دارای ولتاژ را بخوبی از دكل و از یكدیگر ازنظر الكتریكی جدا نمایند و علاوه بر تحمل ولتاژ كار خط ، در مقابل ولتاژ های ضربه ای ناشی از رعد و برق و قطع و وصل كلید ها و غیره كه بعدا توضیح داده خواهد شد بخوبی مقاومت كنند.

در ضمن جریان نشتی مقره ها كه ممكن است در اثر تخلیه ی كرونا ، تلفات دی

الكتریكی یاعایقی مواد داخلی مقره و جریان نشتی سطحی مقره به وجود اید باید حتیالامكان ناچیز باشد .

شكست ولتاژ اعمال شده روی مقره ممكن است به دلیل تخلیه ی الكتریكی در هوای اطراف مقره ، تخلیه ی الكتریكی سطحی از طریق گرد و غبار وآلودگی های روی سطح مقره ویا تخلیه ی الكتریكی ازداخل خود مقره صورت پذیرد كه در حالت اخیر منجر به خرابی مقره می گردد .

اغراق نیست اگر بگوییم كه ضریب اطمینان سیستم های قدرت بستگی به كیفیت و

ضریب اطمینان ایزولاتورها دارد و از آن جایی كه ولتاژ انتقال و ظرفیت انتقال روز به روز در حال افزایش است میتوان گفت كه نقش ایزولاتورها و مقره ها روز به روز مهمتر خواهد شد و همچنین نیاز برخورداری از تحمل مكانیكی بیشتر درآینده توام با خاصیت الكتریكی مناسب مسئولیت سنگینی را از هم اكنون بردوش مهندسان مواد گذاشته است به لحاظ اهمیت نقش ایزولاتورها ومواد تشكیل دهنده ی آنها در خطوط انتقال در اینجا به تشریح آنها می پردازیم.

1) مواد تشكیل دهنده عایقها و مقره ها

مواد مختلفی وجود دارند كه بعنوان عایق الكتریكی در ساخت مقره ها به كار میروند. این مواد عموما بدوگروه سرامیكی و غیرسرامیكی (پلاستیك)می توانند تقسیم گردند . گروه سرامیكی كه ازاهمیت بیشتری برخوردار می باشد خود انواع مختلفی را شامل می شود كه عمده ی آنها بخصوص برای خطوط انتقال ، شامل پرسلین و شیشه می باشند.با این حال امروزه پرسلین به عنوان بهترین این مواد ازنقطه نظر استقامت الكتریكی ومكانیكی ، استقامت تحت شرایط جوی مختلف ، ضریب اطمینان بالا و غیره ، موردقبول صاحب نظراندر سراسر جهان می باشد و به عنوان بهترین ماده برای ساخت مقره ها شناخته شده است .

در این جا به دلیل اهمیت به تشریح این دو ماده می پردازیم :

1-1) پرسلین

این ماده مخلوطی است از رس و كائولین یا سیلیكات هیدراته و كوارتز ، فلدسپات

یا سیلیكو آلومینات سوداو پتاس. در ساختمان بعضی ازپرسیلینهای مخصوص ممكن است اكسیدهای بخصوص شامل تیتان و زیركونیم نیز موجود باشد درصد كوارتزچیزی در حدود25%و درصد فلدسپات یا سیلیكو آلومینات سود و پتاس نیز در همین حدودمی باشد و خواص الكتریكی و مكانیكی آن تابعی از درصد مواد تشكیل دهنده ی آن می باشد. این مواد را پس از آرد كردن خوب مخلوط كرده و به شكل مطلوب درآورده و دركوره باحرارتی در حدود 1300 درجه می پزند .

پرسلین دارای خاصیت عایقی بسیار خوب و قوی بوده و گرادیان ولتاژی كه باعثخرابی آن می گردد در حدود mm / kv30 - 15 می باشد ودر مقابل ولتاژ ضربه تا 49mm/kv تحمل دارد. مقاومت مخصوص آن زیاد و در حدود mCΩ ٩٤ 10×3 است كه در نتیجه جریاننشتی آن ناچیز می باشد .ثابت دی الكتریك پرسلین 6.5- 4 =εمی باشد . مقاومت مكانیكی آن درحدود در مقابل فشار حدود٢mm/kg 50 است و در مقابل كشش تا حدود0.1 مقدار فوق مقاومت از خود نشان می دهد . با ازدیاد درصد كوارتز مقاومت مكانیكی آن افزایش می یابد و افزایش درصد رس آن، اثرات درجه حرارت را بر روی آن كاهش می دهد. پرسلین براحتی لعابدار می شود و این كار مقاومتش را در مقابل ترك خوردن و

یا لبپریدگی زیادمی كند و براحتی تمیز می شود . از طرفی هدایت لعاب سطح آن باعث توزیع یكنواخت ولتاژ در سراسر طول رشته ی مقره می گردد مرور زمان و تغییرات شرایط جوی در دراز مدت ممكن است باعث آشكار شدن خلل و فرج و خرابی این مقره بشود . این نوع مقره در مقابل ضربه، معمولا ترك بر می دارد یا دارای لب پریدگی می شود ولی كاملا خورد نمی شود .

از معایب پرسلین این است كه چنانچه تحت اثر موج ولتاژی ، تخلیه ی الكتریكی در داخل آن صورت گیرد موجب ایجاد كانال بسیار باریك و غیر قابل دیدن می گردد كه سبب كاهش خاصیت عایقی آن می شود .

پرسلین خود شامل چهار نوع عمده می باشد كه عبارتند از :

الف) پرسلین معمولی یا پرسلین فلدسپات ، كه استقامت مكانیكی آن در مقابل خمش در حدود ٢Cm / kg1000-600می باشد .

ب) پرسلین آلومنیومی كه بمنظور افزایش استقامت مكانیكی به جای پرسلین معمو لی به كار می رود.استقامت مكانیكی آن در مقابل خمش تقریبا دو برابرپرسلین معمولی و برابر با ٢ Cm/ kg 1700-1000می باشد .

ج) پرسلین كریستوبالایت كه از مزایای آن یكنواختی بهتر جنس آن و قابلیت بهتر

كار با آن می باشد این پرسلین اولین بار توسط ژاپنیها ساخته شده است .

د) پرسلین كریستوبالایت آلومنیومی كه جدیدترین نوع پرسلین بوده و دارای مزایای پرسلین كریستوبالایت از جمله یكنواختی و قابلیت بهترگار با آن و نیز دارای مزایایپرسلین آلومنیومییعنی استقامت مكانیكی خوب می باشد

1-2) شیشه

شیشه مخلوطی از سیلیس ( ٢SiOدر حدود 70%) اكسید سدیم (O ٢ Na)،اكسید كلسیم و منیزیم (МgOوCaO) می باشد كه در حدود 1400درجه حرارت ذوب و پخته می شودخنك شدن شیشه پس از پختن ممكن است به دو صورت كند و تدریجی ویا خنك شدن ناگهانی به كمك دمیدن هوا باشد ، كه در صورت اخیر سطح خارجی شیشه زود سرد و سخت شود ، در حالی كه قسمت داخلی آن هنوز حرارت خود را دارااست . در نتیجه پس از خنك شدن تدریجی قسمت داخلی آن تحت كشش وقسمت خارجی وسطح شیشه تحت فشار قرار خواهد داشت .

استقامت الكتریكی شیشه در حالت معمولی بهتر از پرسلین و در حدود mm/kv 120-60 بوده و در مقابل ولتاژ ضربه استقامت آنmm/kv 195می باشد . خواص آن تقریبا مشابه پرسلین است . مقاومت مخصوص آن در حدود Cm.Ω 10١٩- 10١٠ بوده و با افزایش درجه حرارت مقدار آن كاهش می یابد ، بطوری كه در حرارتهای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد به مقداری كمتر از Cm.Ω 10 می رسد ، ثابت دی الكتریك شیشه به مقدار 10-5.5 = ε میباشد .

از خصوصیات مقره شیشه ای اینست كه در مقابل ضربه معمولا خرد می شود ونیز مقاومت مكانیكی آن با زمان تحمل نیرو كاهش و در حد گسیختگی به ⅔ تقلیل می یابدمقاومت ایزولاتورهای شیشه ای در مقابل شكنندگی و تغییرات ناگهانی جوی درمقایسهبا پرسلین چندان خوب نیست .

از معایب عمده ی آن اینست كه چون در ساختمان آن تركیبات بازی شامل اكسید

كلسیم و اكسید سدیم وجود دارد ، هنگامی كه جریان نشتی زیادی بر روی سطح آن در اثر آلودگی سطح مقره ایجاد گردد ،تركیبات مزبور در مقابل رطوبت واكنش نشان داده وباعث خوردگی سطح شیشه می شود كه در نهایت ممكن است بدلیل بر هم زدن تعادل نیروهای سطحی و داخلی منجر به شكستن مقره گردد.بهمین دلیل در مناطق با آلودگی زیاد به كار نمی رونند .

از مزایای شیشه شفافیت آن است بطوریكه شكستگی و ترك در داخل آن با چشم قابل رویت بوده و كم بودن ضریب انبساط و ارزانی قیمت آن در مقایسه با پرسلین ازدیگر مزایای آن می باشد .

2 ) طراحی شكل و انواع ایزولاتورها

همانطور كه قبلا گفته شد شكست الكتریكی بر روی مقره معمولا به دو علت ممكن

است صورت پذیرد ، یكی تشكیل جرقه از داخل مقره و دیگر تشكیل جرقه سطحی ، كه اولی چون عایق بدلیل سوراخ شدن خاصیت خودراازدست می دهد،حائزاهمیت بیشتری است . تخلیه ی نوع دوم خود ممكن است به سه صورت مختلف وقوع پذیرد:

الف) تخلیه ی بین هادی و بدنه از طریق هدایت سطحی عایق كه معمولا در شرایطی كه ایزولاتور بعلت كثیف بودن، آلودگی و مرطوب بودن خاصیت عایقی كمتری دارد ممكن است وقوع پذیرد (شكل 1 ) در این حالت كوتاهترین مسیر بر روی سطح ایزولاتور كه هادی را به بدنه مربوط می سازد خط فراری نامیده می شود .

ب) تخلیه ی ناشی از افزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی و بدنه هنگامیكه سطح ایزولاتورخشك و نسبتا تمیز باشد كه معمولا از طریق كوتاهترین مسیر انجام میگیرد (شكل 2 )

شكل (1) مسیر تخلیه ی بین هادی و بدنه بعلت كثیف بودن مقره

ج) تخلیه ی ناشی ازافزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی وبدنه هنگامی كه سطح ایزولاتورمرطوب باشد ، در این حالت مسیر تخلیه ی طولانی تری را نسبت به حالت قبلی طی می كند كه به سطح عایق نزدیكی بیشتری نشان می دهد (شكل 3 ) .

با توجه به لزوم پایداری شبكه های فشار قوی و با اطلاع از مسائل فوق الذكرتوجه به مسائل متعددی در طرح شكل و نحوه كاربرد ایزولاتورها اهمیت پیدا می كند . متذكرمی شود كه پاره ای ازاین نكات طراحی و رسیدن به طرح مناسب از جهات مختلف ممكن است با یكدیگر متضاد باشند. بدیهی است درچنین شرایطی حالت اپتیمم اتخاذ می گردد.

پاره ای از نكات مهمی كه باید در مورد انتخاب نوع ایزولاتور در نظر داشت بشرح زیر بیان می گردند :

شكل (2) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام خشك بودن هادی

شكل (3) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام مرطوب بودن هادی

1-2 ) سطح مقره صاف باشد تا از نشستن و تشكیل گرد و غبار و آلودگی های موجود در هوا كه باعث كاهش ایزولاسیون سطحی و با لطبع افزایش جریان نشتی و افزایش احتمال وقوع تخلیه ی سطحی می گردد حتی الامكان جلوگیری شود . این امر در مناطق باهوای خیلی آلوده مستلزم كاربرد ایزولاتورهای با شیارهای كم عمقتر می باشد.

2-2) به منظور كاهش جریان نشتی و احتمال وقوع تخلیه ، طول خط فراری حتی الامكان بیشتر شود . این امر مستلزم ایجاد شیارها وفرورفتگیهای عمیق بر روی سطح زیرین ایزولاتورها می باشد .

3-2 ) شكل ایزولاتورچنان طراحی گردد كه آب باران بر روی سطح آن نماند و حتی الامكان سریع خشك شود.این امرمعمولابه طراحی ایزولاتورهای چتری شكل منجرشده است كه از خواص مطلوب آن این است كه در شرایط بارانی اگر باد نباشد معمولابخش زیرین آن خشك باقی می ماند .

4-2 ) ضخامت قسمتی از ایزولاتور كه قسمتهای فلزی رابط بالا و پایین را از هم از نظر الكتریكی جدا می كنند طوری انتخاب شود ، كه در صورت افزایش ولتاژ ، قبل ازوقوع تخلیه ی الكتریكی از داخل ،جرقه در سطح مقره تشكیل گردد . هر چه نسبت ولتاژلازم برای وقوع تخلیه ی الكتریكی از داخل یعنی ولتاژ سوراخ شدن به ولتاژ لازم جهت وقوع تخلیه ی سطحی بیشتر باشداین ضریب اطمینان افزایش مییابد.حداقل این نسبت باید از 3/1 بزرگتر باشد ، در موارد معمولی نسیت 6/1 و حتی گاه نسبت 2 را انتخاب می نمایند .

5-2 ) از آن جایی كه ثابت دی الكتریك هوا ومقره متفاوت می باشند خطوط نیرو در داخل هوا و عایق متفاوت بوده ، دارای فشردگی بیشتری در هوا خواهند بود . این امر بخصوص در مواردی كه عایق دارای شیارها و برآمدگیهای پیچیده باشد می تواند گاه سبب تشگیل گرادیان ولتاژ قوی در هوا و در نتیجه وقوع تخلیه ی جزئی و نهایتا تخلیه ی الكتریكی كامل گردد . از طرفی چون وجود شیارها و برآمدگی های پیچیده به خصوص در شرایط هوایی ساكن باعث كثیف شدن سریعتر عایق شود ، لذا در مورد ایزولاتورهایی كه در محل های سرپوشیده نصب می شوند شیارها دارای عمق كمتری باید باشند .

6-2 ) در كاربرد وانتخاب ایزولاتور باید به شرایط جوی منطقه و میزان آلودگی هوای محل ونوع آلودگی توجه بیشتری بشود .

7-2 ) در انتخاب شكل و طول ایزولاتور به نكات اقتصادی باید توجه شود . به

خصوص توجه به این مطلب حائز اهمیین است كه ولتاژ مقاوم در نظر گرفته شده برای ایزولاتورآن چنان نباشد كه هرموج ولتاژ ممكنی را تحمل كند .زیرا این امرسبب طولانی شدن بیش از حد زنجیره ی ایزولاتور و در نتیجه هزینه ی سنگین طرح خواهد شد .

3 ) انواع مختلف ایزولاتورها

توجه به نكات مختلف وشرایطمخصوص نصب منجر به طراحی وساخت ایزولاتورهای مختلفی شده است . این ایزولاتورها معمولا به دو گروه ایزولاتورهای نگهدارنده(ثابت )و ایزولاتورهای آویزان تقسیم می شوند :

الف ) ایزولاتورهای نوع نگهدارنده

این ایزولاتورها معمولا تحت نیروی فشاری و خمشی قرار می گیرند دو نمونه از آنها با اهمیت تر از بقیه می باشند كه عبارتند از :

الف-1 ) مقره های سوزنی :

همانطور كه از نام این مقره ها بر می آید ، مقره توسط یك سوزن یا میخ به پایه بسته می شود . معمولا از پرسلین ساخته می شود . نحوه ی استفاده از این مقره طوری است كه معمولا تحت نیروی فشاری قرار می گیرد ولی چنانچه بصورت معكوس به بازوهای پایه هابسته شودتحت تاثیرنیروی كشش قرار خواهد گرفت.طبق استانداردهای مختلف تماس مستقیم بین پرسلین و فلز سخت سوزن مقره چندان مناسب نمی باشد وباید تو- سط یك انگشتانه ی فلزی از جنس نرمتر از هم جدا گردند . برای این منظور معمولا از فلز روی استفاده می شود . این مقره ها را می توان با افزایش طبقات عایق بای ولتاژهای بالاتر به كار برد اما معمولا برای ولتاژهای توزیع ساخته می شوند و كاربرد آن به ولتاژهای زیرkv 70محدود می شود زیرا در ولتاژهای بالاترهزینه ی آن غیر اقتصادی بوده وبا افزایش ولتاژازدیاد قیمتی نشان می دهدكه تقریبا متناسب با ⁿV است بطوری كه ⁿ عددی بزرگتر از 2 می باشد. در این نوع مقره ضخامت پرسلین واقع بین سوزن وهادی باید به قدری باشد كه در صورت افزایش ولتاژغیرمعمولی تخلیه ی سطحی ازروی عایق زودتراز شكست الكتر_ یكی در داخل آن صورت پذیرد . نسبت ولتاژ لازم برای تخلیه ی الكتریكی سطحی به ولتاژ كار مقره را ضریب اطمینان می نامند كه برای ولتاژهای كمتر مقدار بیشتری دارامی باشد .

شكل( 4 )دو نوع مقره ی سوزنی را نشان می دهد .

شكل (4) دو نوع مقره ی سوزنی

هنگامی كه مقره تر باشد بخصوص در صورتی كه بر روی سطح مقره آلودگی زیادایجاد شده باشد سطح بالایی چترهای مقره عملا خاصیت عایقی خود را از دست داده و حتی ممكن است هدایت خیلی زیادی از خودنشان دهند.در این صورت مسافتی كه تخلیه ی الكتریكی بین هادی و سوزن صورت می گیرد عبارتست از جمع كوتاهترین فواصل موجودبین كناره ی هرچتر با نزدیكترین نقطه روی چتر پایین تر به اضافه ی كوتاهتر- ین فاصله ی موجود بین لبه ی چتر پایینی وسوزن مقره ، كه در شكل ( 5 الف ) با جمع (c+b+a) نشان داده شده است . در مقره های خشك و تمیز ، پرسلین نقش عایقی خود را حفظ كرده و بنا براین مسیر جرقه عبارت است از كوتاهترین فاصله ی هوایی بین هادی و سوزن مقره كه این مسیر به صورت حاصل جمع (c+b+a) در شكل (5 ب) نشان

داده شده است .

استقامت مقره و سوزن آن از نظر مكانیگی باید چنان باشد كه تحمل نیروهای مكانیكی در شرایط سخت ممكن را با ضریب اطمینان كافی را داشته با شند و در مورد پایه های انتهایی كه تحت نیروی كشش یكطرفه قراردارند ،مقره باید استقامت كافی در مقابل نیروی خمشی راداشته باشد .در غیراین صورت بهتر است از مقره های كششی استفاده شود .

شكل (5) مسیر جرقه در حالت تر و خشك

الف-2) مقره های نوع پست :

این مقره ها به صورت استوانه ای بلند می باشند كه دارای فرورفتگی ها و برآمدگی ها ای بر روی سطح استوانه می باشد و از نظر ساخت می تواند به دو صورت تو خالی و تو پرساخته شود .نوع توپر آن دارای استقامت مكانیكی و نیزاستقامت الكتریكی بهتری در مقابل سوراخ شدن می باشد . امروزه مقره های نوع پست بیشتر به صورت تو پر ساخته می شوند .

مقره های نوع پست می توانند در خطوط انتقال مورد استفاده قرار گیرند (شكل 6 ).

و یا برای پستهای فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند (شكل 7 ) .

شكل (6) مقره نوع پست مخصوص خطوط انتقال

شكل (7) مقره ی نوع پست مخصوص پستهای فشار قوی

مقره های نوع پست ممكن است به صورت افقی ، عمود و یا مایل مورد استفاده قرار می گیرند . جدول (1 ) نمومه هایی از نحوه ی كاربرد مقره های نوع پست را در خطوط انتقال نشان می دهد .

جدول 1 : نحوه ی كاربرد مقره های نوع پست در خطوط انتقال

ب) مقره های آویزی

همانطور كه گفتیم استفاده از مقره های سوزنی در ملتاژهای بالا از نظر اقتصادی

چندان مقرون به صرفه نمی باشد . از طرف دیگر برای ولتاژهای بالا اندازه ی آنها بیش از حد بزرگ می شود . این نكات موجب گرایش توجه متخصصان به مقره های آویزی برای خطوط انتقال با ولتاژ بالا شد یكی ازاین افرادآقای لاكه صاحب امتیاز كمپانی مقره سازی لاكه بود كه اولین مقره ی آویزی دنیا توسط وی در سال 1903 به مرحله ی ساخت در آمد . این مقره خیلی زود به صورت مقره ی آویزی دانكن ( سال 1905 ) تكامل یافت . مقره های آویزی كه امروزه مورد استفاده قرار می گیرند در حقیقت از تكامل تدریجی این مقره بوجود آمده اند .

همان طور كه ازنام این مقره ها بر می آید ، هادی توسط مقره ، زیر بازوهای دكل به صورت آویزان قرار می گیرد .این سیستم دارای مزایای متعددی است كه معمولاعبارتنداز :

1- هر واحد آن برای ولتاژ كار نسبتا كمی طراحی و ساخته می شود و برای ایزولاسیون هادی خط از پایه ها لازم است كه یك رشته ی سری از آن ها مورد استفاده قرار گیرد .

2- درصورت خرابی ویا شكستن عایق معمولا تعویض یك واحد به جای تمام زنجیر كافی می باشد .

3- از آنجایی كه هادی خط به زیرمقره ها بسته می شود ومقره هامی توانند نوسان كنند ، نیروهای مكانیكی كمتری در مقایسه با نوع مقره های سوزنی بر عایق وارد می شود ضمنا آزاد بودن نسبی این نوع مقره سبب تعادل كشش هادی در اسپنهای طرفین آن می گردد .

4- در صورتی كه بخواهیم ولتاژ كار خط را افزایش دهیم با افزایش تعداد مناسبی می توان ایزولاسیون لازم را برای شرایط كار جدید تامین كرد و احتیاجی به تعویض كل زنجیر وجود ندارد .

به دلیل آزاد بودن حركت مقره های آویزی دامنه ی نوسان هادی هایی كه با مقره ی آویزی به دكل وصل شده اند در مقایسه با دامنه ی نوسان هادیهای بسته شده به مقره های سوزنی بزركتر بوده وبنابراین در طرح برج باید فاصله ی هادی ها با یكدیگر و بابرج كمی بیشتر در نظر گرفته شوند .

چندین نوع مقره ی آویزی مورد استفاده قرار می گیرند كه عبا رتند از :

ب-1 ) مقره های آویزی بشقابی :

هر واحد این مقره شامل یك بشقهب عایق از جنس پرسلین ، یك كلاهك فلزی ویك سوزن فلزی می باشد .كلاهك وسوزن مزبورتوسط سیمان بخصوصی به بشقاب مقره متصل شده اند . مقره های متوالی در یك زنجیر توسط كلاهك ویك سوزن بهم متصل می گردند و نوع اتصال ممكن است به دو صورت باشد . یكی اتصال كلاهك و سوزن توسط یك میله ی نازك كه از سوراخ مشترك كلاهك مقره ی پایینی و سوزن مقره ی بالایی می گذردو نوع دیگراتصال بوسیله ی جفت شدن انتهای كروی شكل سوزن واحد مقره ی بالایی با كلاهك واحد مقره ی پایینی صورت می گیرد كه نوع اخیر معمول تر است (شكل 8 ) .

شكل (8) مقره های آویزی بشقابی

ایزولاتورهای بشقابی در اندازه ها و شكلهای متفاوت ساخته می شود كه در خطوط انتقال فشار قویایزولاتور های به قطر 254 و 304.8 میلیمتر با طول های 65/120 و 05/ 146 میلمتر معمول تر است . این بعلت مشاهداتی است كه نشان داده است به ازای اندازه های فوق الذكر نسبت ولتاژ لازم برای تخلیه ی الكتریكی سطحی به ولتاژ لازم برای سوراخ شدن مقره مقدار مناسبی خواهد داشت . افزایش قطر مقره سبب افزایش ولتاژلازم برای تخلیه ی الكتریكی سطحی و در نتیجه كاهش نسبت فوق می گردد كه نامطلوب است . افزایش ولتاژ خطوط EHV و UHV در سال های اخیر لزوم كاربرد مقره های با قطر و ضخامت خیلی بیشتر را فراهم نموده است .

ب-2 ) مقره ی هیولیت :

این مقره كه خودبشقابی می باشد برای اولین بار در سال 1907 میلادی توسط آقای هیولیت ساخته شد.

در هر واحد این مقره دو حفره ی U مانند در خلاف جهت یكدیگر طوری قرار دارند كه در خلاف جهت یكدیگر بوده ودر دو صفحه ی عمود بر هم قرار می گیرند . بست هایU شكل از فلز سخت واحد های این نوع مقره را بهم مربوط می سازند (شكل 9 )

این بست ها چنان قرار می گیرند كه مانند حلقه های زنجیر به هم وصل شده و از

نظر الكتریكی توسط پرسلین از یك دیگر ایزوله می شوند .

از مزا یای آن ها بالا بودن مقاومت مكانیكی آن ها است زیرا اتصال آن ها نیازی به سیمان ندارد و نیز اگر یك و.احد به عللی شكسته شود اتصال واحد های بالایی و پا یینی توسط حلقه های U شكل تامین می گردد و خط از سرویس خارج نمی شود امااز آن جایی كه ضخامت پرسلین بین دو فلز U شكل بالا و پایین در مقایسه با دیگر انواع مقره ها كم می باشد ، میدان الكترو استاتیكی در حد فاصل میله های فولادی زیاد بوده و احتمال سوراخ شدن پرسلین در اثر شكست الكتریكی در داخل مقره بیشتر از دیگر انواع مقره ها می باشد .

شكل (9) مقره ی هیولیت

ب-3 ) مقره های توپر بلند آویزی :

این نوع مقره به صورت توپر و یك پارچه بوده و دارای طولی معادل چندین بشقاب متوالی وشبیه مقره های نوع پست می باشد .

دو انتهای آن به دو كلاهك فلزی مقاوم منتهی می شود كه اتصال را تامین می كنند .

این نوع مقره به دلیل طول زیاد پرسلین موجود بین دو كلاهك فلزی در مقابل سوراخ

شدن در اثر موج ولتاژ ضربه ای از خود مقاومت خوبی نشان می دهد و تشكیل گرد و خاك وآلودگی بر روی سطح آن كمتر از آلودگی بر روی سطح دیگر مقره های آویزی می باشد . عیب آن این است كه چنان چه مقره بشكند باید تمام طول مقره تعویز گردد (شكل 10 ) .

شكل (10) مقره ی توپر بلند آویزی

ج) مقره های مخصوص :

در شرایط خاص محیط مثلا هنگامی كه آلودگی ناشی ازدود ،مواد شیمیایی و یا نمك بر روی سطح مقره ها بیش از حد معمول باشد ،ممكن است استفاده از مقره هایی با یك مشخصات ویژه الزامی گردد ، ویا چنان چه مثلا در محیطی رعد و برق زیاد باشد برای جلوگیری از سوراخ شدن مقره ها در مقابل ازدیاد ولتاژ های ناشی از رعدو برق باید از مقره هایی با ضخامت پرسلین بیشتر استفاده شود . مشاهد ه شده است در محیطهای با آب وهوای مدیترانه ای كه از طرفی دارای رطوبت نسبی زیاد بوده و از طرفی به دلیل تراكم نسبتا زیاد مردم دارای آلودگی های ناشی از تاسیسات صنعتی می باشند ، بهتر است از ایزولاتور های مقاوم در مقابل مه ویا كثافت استفاده شود .این مقره ها باید دارای خط فراری طولانی بوده وآنچنان باشند كه در اثر باران سطح مقره به خوبی تمیز گردد . شكل 11 یكی از انواع سوزنی این مقره ها را نشان میدهد .

شكل (11) مقره ی سوزنی مقاوم در مقابل مه و كثافت

چنانچه هدف محافظت در مقابل سوراخ شدن مقره در اثر ازدیاد ولتاژ ناگهانی باشد می توان از مقره هایی استفاده كرد كه فاصله ی بین هادی و سوزن در آن ها زیاد باشد. شكل 12 یكی از انواع مقره های سوزنی را نشان ممی دهد . همان طور كه از شكل پیدا است سوزن قسمت پایین مقره به جای این كه در داخل مقره باشد توسط كلاهكی به قسمت برآمده ی پایین مقره وصل شده است كه در نتیجه باعث افزایش استقامت مقره در مقابل سوراخ شدن ناشی از ازدیاد ولتاژ می گردد .

شكل (12) مقرهی سوزنی توپر با تحمل ولتاژ بالادر مقابل جرقه ی داخلی

از دیگرانواع مقره های مخصوص ، مقره های بشقابی ضد آلودگی است كه بشقابهای هر واحد دارای انحراف نا چیزی نسبت به افق بوده و واحدهای متوالی آن چنان به هم مرتبط می گردند كه به صورت یكدر میان به چپ و راست انحراف داشته باشند بطوری كه این امر باعث افزایش طول خط فراری می گردد (شكل 13 ) .

در نقاطی كه رطوبت هوا قبل از ریزش باران خیلی بالا می رود و آلودگی هم زیاد باشد ممكن است رطوبت سبب افزایش شدید هدایت بر روی سطح ایزولاسیون شود، به طوری كه احتمال شكست الكتریكی بر روی سطح مقره قبل ازریزش باران وشستشوی مقره خیلی زیاد می باشد تحت این چنین شرایط جوی بهتر است از مقره های با فرورفتگیهای عمیق استفاده گردد (شكل 14 ) .

شكل (13) مقرهی اویزی بشقابی دارای انحراف نسبت به محور

شكل (14) مقره ی بشقابی با فرورفتگیهای عمیق

4 ) توزیع ولتاژدر طول یك زنجیره ی مقره ی آویزی

چنان چه یك زنجیره ی ایزولاتور متشكل از المانهای یكنواخت به اندازه ی كافی از بدنه ی دكل دور باشد به طوری كه ظرفیت بین قسمتهای فلزی دكل و قسمت های فلزی كلاهك و سوزن مقره در مقایسه با ظرفیت موجود بین كلاهك و سوزن هر واحد مقره بسیار كوچك باشد ، اختلاف پتانسیل اعمال شده در طول زنجیره بطور مساوی بین واحد های مقره تقسیم خواهد شد .

اما در عمل بخاطر نزدیك بودن نسبی زنجیره ی مقره به هادی خط ، بازو های دكل و تنه دكل این شرایط برآورده نمی شود و ظرفیت های اضافی مزبور اثرات مهمی بر روی توزیع ولتاژ در طول زنجیره خواهند داشت . نتیجه این كه نزدیكترین واحد ها به هادی خط به میزان حد اكثر مجاز تحت فشار الكتریكی قرار می گیرند ممكن است فشار الكتریكی چندانی اعمال نشود كه این خود سبب كاهش راندمان مفید ایزولاسیون می شود . راندمان یك زنجیره ی ایزولاتورمقیاسی از میزان بهره گیری از ایزولاسیون زنجیره می باشد و اگر ولتاژ جرقه ی زنجیره را با V و ولتاژ جرقه ی یك واحد مقره را v نشان دهیم ، راندمان زنجیره ی ایزولاتور طبق تعریف عبارت است از :

(1)

كه در رابطه ی فوق n تعداد واحد های مقره در طول زنجیره ی ایزولاتور می باشد .

راندمان زنجیره ی مقره ، بستگی به تعداد واحد های مقره در طول زنجیره و بستگی به نسبت m دارد ، بطوری كه :

(2) m=

هر چند ظرفیت بین واحد های مختلف در طول یك زنجیره و زمین مقادیر مختلفی را دارا می باشد ، اما این اختلاف ناچیز بوده وبا تقریب می توان آنها را برابر دانست و در نتیجه می توان فرض كرد كه مقدار m برای همه ی مقره های یك زنجیره ی مقره مقدار ثابتی است .برای برسی توزیع ولتاژ در طول زنجیره ی ایزولاتور ، فرض می كنیم كه C ظرفیت هرواحد مقره بوده و  ظرفیت نسبت به زمین(دكل)باشد دراین صورت برای زنجیره ی ایزولاتور آویزی شكل 15 می توانیم بنویسیم :

در حالت كلی می توانیم بنویسیم :

پس :

و یا :

(3)

رابطة فوق را می توان برای واحدهای متوالی یک زنجیرة مقره تکرار کرد و با کمک آن رابطة و

شکل 15 توزیع ولتاژدرطول یک رشته مقره آویزی

ولتاژ را در طول هر واحد بر حسب V_n به دست آورد. سپس با استفاده از این اصل که ولتاژ اعمال شده بر روی زنجیرة معادل با جمع ولتاژهای واحدهای مختلف می باشد مقدار V_n را می توان تعیین کرد. سپس با کمک رابطة (3) مقادیر₁V_{n+ ، 2}V_n+ و ... محاسبه می شود.

مثال 1 – 1 : اختلاف پتانسیل موجود در طول هر واحد مقره را برای یک زنجیرة ایزولاتور شامل 4 واحد مقرة یکسان مربوط به یک خط هوایی پیدا کنید در صورتی که می دانیم ولتاژ بین هادی و زمین برابر با KV 60 و ظرفیت هر واحد مقره پنج برابر ظرفیت قسمتهای فلزی بین مقره ها نسبت به زمین می باشد، راندمان زنجیرة ایزولاتور را حساب کنید.

حل : 5 = m

با کمک رابطة (3) داریم :

V_n+1=

اما:

پس :

بطوریکه :

در نتیجه داریم :

اما جمع ولتاژ واحدهای مقره مساوی با ولتاژ هادی خط نسبت به زمین (دکل) می باشد، پس :

و یا :

اگر واحدهای زنجیره مشابه باشند و نزدیکترین واحد به هادی بتواند بخوبی ولتاژ kv 5/23 را تحمل کند دیده می شود که از حداکثر استقامت واحدهای دوم و سوم و چهارم استفاده نشده است. در این صورت راندمان زنجیرة ایزولاتور عبارتست از :

چنانچه مثال فوق را برای مقادیر مختلف m حل کنیم دیده می شود که هرچه m بزرگتر باشد توزیع ولتاژ یکنواخت تر و راندمان بهتر می شود مثلاً برای 4 واحد مقرة فوق و ولتاژ kv 60 نسبت به زمین چنانچه m مقادیر 1 و 5 و 10 را اختیار کند، داریم :

با توجه به اثر فوق بخصوص برای خطوط با ولتاژ بالا مقدار m باید به اندازة کافی بزرگ باشد، در غیر اینصورت از تعداد خیلی زیادی مقره به صورت سری باید استفاده کرد.

در بحث فوق از اثر کرونا و جیان نشتی در روی سطح ایزولاتور چشم پوشی شده است. در عمل کرونا و جریان نشتی تا حدودی باعث تقسیم ولتاژ بطور مساوی بر روی واحدهای مختلف مقره می گردند. همچنین از اثر ظرفیتهای بین هادیهای خط و قسمتهای فلزی زنجیرة ایزولاتور صرفنظر شده است. تحت شرایط خاصی، تحت تأثیر ظرفیتهای فوق ممکن است حداقل ولتاژ بر روی مقرة دومی از بالا و نه بالاترین مقره اعمال شود. اما همیشه بیشترین ولتاژ بر روی پایین ترین مقره اعمال می شود.

5)روشهای توزیع مساوی ولتاژ در طول زنجیرة مقره

توزیع یکنواخت ولتاژ در طول زنجیرة مقره سبب افزایش راندمان زنجیرة مقره می شود. روشهای مختلفی جهت رسیدن به این هدف وجود دارد که عبارتند از :

1-5)کنترل m

دیدیم که افزایش ضریب m سبب بهبود و یکنواخت تر شدن توزیع ولتاژ در طول زنجیرة ایزولاتور می شود. برای این منظور باید ظرفیت بین قسمتهای فلزی مقره ها و زمین نسبت به ظرفیت واحدهای مقره حتی الامکان کوچک گردد. یکی از روشهای ممکن برای نیل به این هدف کاربرد دکلهایی با بازوهای بلند است. اما آشکار است که طول بازوها با توجه به مسائل مربوط به استقامت مکانیکی و گرانی هزینه نمی تواند از حد معینی بلندتر باشد. به دلیل محدودیتهای مزبور ماکزیمم مقدار در حدود 10 می باشد.

2-5) درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره

از محاسبات قسمت قبل واضح می شود که اگر کاسپتانس پایین ترین واحد مقره را بتوان افزایش داد و بترتیب کاپاسیتانس واحدهای متوالی بسمت بالای زنجیرة مقره را کاهش دهیم، ولتاژ روی واحدهای پایینی کاهش یافته و بر روی واحدهای بالاتر افزایش خواهد یافت. با تنظیم صحیح کاپاسیتانس واحدهای مقره می توان توزیع ولتاژ در طول زنجیره را کاملاً یکنواخت تنظیم کرد. با توجه به شکل چنانچه ولتاژ روی هر واحد مقره برابر با v فرض شود و ظرفیت واحد مقره n ام برابر با C_n فرض شود می توانیم بنویسیم :

بنابراین چنانچه کاپاسیتانس یکی از واحدهای مقره (واحد پایینی یا بالایی) ثابت و مشخص باشد، ظرفیت دیگر واحدها با توجه به آن می توانند تعیین گردند.

واضح است که برای درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره آن چنان که ولتاژ کاملاً بر روی واحدهای مختلف زنجیرة مقره یکنواخت توزیع گردد، باید تمام واحدهای مقره در طول یک زنجیره متفاوت باشند که این امر منجر به گرانی هزینة خط خواهد شد. در عمل استفاده از یک یا دو واحد مقرة بزرگتر (دارای کاپاستانس بیشتر) در سمت پایین زنجیرة ایزولاتور (نزدیک هادی) و کاربرد واحدهای یکسان و مشابه

شکل 16 درجه بندی کاپاستیانس

برای بقیة طول زنجیره منجر به نتیجه ای رضایت بخش می شود. روش دیگر برای افزایش کاپاسیتانس واحدهای پایینی استفاده از کلاهکهای فلزی بزرگتر برای واحدهای پایینی و یا نقاشی بخشی از سطح بالایی مقره های پایینی با رنگهای هادی می باشد. روش درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره برای خطوط انتقال معمولی متداول نبوده و برای خطوط با ولتاژ خیلی زیاد EHV و UHV اعمال می شود.

3-5) کاربرد حفاظ استاتیکی یا حلقة محافظ

در این روش بمنظور توزیع یکنواخت ولتاژ از یک حلقة فلزی که در اطراف واحد مقرة پایینی زنجیرة ایزولاتور قرار گرفته و به هادی خط متصل است، استفاده می شود.

این حلقه سبب افزایش کاپاسیتانس بین قسمتهای فلزی زنجیره و هادی خط که در محاسبات قبلی از آن صرفنظر کردیم، می شود.

چنانچه فرض کنیم که کاپاسیتانس واحدهای مختلف مقره یکسان بوده و کاپاسیتانس بین مقرة n ام و حلقة محافظ برابر با S_n باشد ، (شکل پایین) در این صورت برای توزیع یکنواخت ولتاژ و برابری ولتاژ در طول واحدهای n ام و (1+n ) ام باید داشته باشیم.

این امر ایجاب می کند که باشد، بنابراین :

چنانچه ولتاژ در طول یک واحد مقره v باشد :

در رابطة فوق k تعداد کل واحدهای زنجیره و v ( k-n) ولتاژ بین واحد n ام و هادی خط می باشد. با کمک رابطة فوق می توانیم بنویسیم :

(4)

در عمل رسیدن به یک توزیع برابر ولتاژ بر روی واحدهای مختلف با استفاده از روش فوق کاری بسیار مشکل است، زیرا باید حلقة محافظ برای واحدهای مختلف مقره در طول زنجیره ایزولاتور تنظیم شود که این امر عملی نیست، اما با کاربرد حلقة فوق بهبود قابل ملاحظه ای حاصل می شود بعنوان مثال، آزمایشات بر روی

شکل 17 کاربرد حلقه محافظ

یک زنجیرة نمونه با 14 واحد مقره نشان داد که ولتاژ اعمال شده روی واحد مقره پایینی با کاربرد حلقة محافظ از 3/18% کل ولتاژ به 8/11% کل ولتاژ در طول زنجیره کاهش می یابد.

حلقة محافظ فلزی در ضمن بعنوان شاخک هوایی در قسمت پایینی زنجیرة ایزولاتور مورد استفاده قرار می گیرد و در هنگام تخلیة الکتریکی ناشی از ازدیاد ولتاژ با برقراری قوس الکتریکی بین شاخک هوایی و حلقة محافظ، مانع تشکیل جرقه در سطح مقره می شود.

4-5) لعاب هادی

چنانچه هرکدام از کاپاسیتانهای واحدهای مقرة یک زنجیر را بتوان با یک مقاومت موازی کرد، بطوری که اثر جریان خازنی در مقایسه با جریان مقاومتی ناچیز باشد، توزیع غیریکنواخت ولتاژ در طول زنجیرة ایزولاتور ناشی از اثر کاپاسیتانس واحدهای مقره نسبت به زمین بطور محسوسی اصلاح خواهد شد و با کمک مقاومتهای مزبور توزیع یکنواخت تری در طول زنجیرة مقره نتیجه خواهد شد. این عمل را می توان با پوشش ایزولاتورها بوسیلة یک لعاب که دارای هدایت کمی باشد (مقاومت موازی با کاپاسیتانس) انجام داد. کاربرد عملی این روش به خاطر این که تهیة این چنین لعابی که بتواند خاصیت خود را در زمان طولانی حفظ نماید امری بسیار مشکل است و نیز به خاطر تلف انرژی الکتریکی زیاد محدود مانده است.

6- طراحی و انتخاب ایزولاتور خطوط انتقال از نقطه نظر استقامت مکانیکی

ایزولاتور خطوط انتقال باید از نظر استقامت کانیکی چنان باشد که بتواند نیروهای وارده بر زنجیرة مقره در شرایط طبیعی و نرمال، از جمله وزن هادی، نیری وارد بر مقره در اثر زاویه دار بودن خط، فشار باد و نیروی ناشی از وزن یخ و برف را براحتی تحمل کند و همچنین تحمل نیروهای غیرطبیعی ناشی از تخلیة ناگهانی برف و یخ از روی هادی، پارگی سیم ، شکستن یک زنجیرة مقره و غیره را داشته باشد. همچین مقره ها باید قابلیت اطمینان طولانی مدت را داشته باشند. برای مقره های آویزی که می توانند در امتداد مسیر خط، حرکت داشته باشند نیروی افقی در جهت خط انتقال در نظر گرفته نمی شود و نیروی مزبور برای مقره های بدون حرکت از جمله مقره های نوع سوزنی و مقره های نگهدارنده که عمدتاً در پستها نصب می شوند در نظر گرفته می شود. در محاسبة بارهای وارد بر ایزولاتور در شرایط نرمال از رابطة زیر استفاده می شود.

(4 – 5)

که در رابطه فوق ₇ p بار قائم وارد بر زنجیره بر حسب کیلوگرم ، ₇ S اسپن قائم (وزنی) بر حسب متر، W_c وزن واحد طول هادی به کیلوگرم بر متر و w_i وزن برف یا یخ روی واحد طول هادی برحسب کیلوگرم بر متر می باشد. وزن یخ یا برف روی واحد طول هادی از رابطة زیر محاسبه می شود :

(5)

که در آن t ضخامت قشر یخ (برف) برحسب متر و d قطر هادی برحسب متر می باشد.

همچنین در جهت عرضی و در امتداد عمود بر مسیر خط بر زنجیرة مقره نیروی 8 P از طرف هادی وارد می شود که عبارتست از :

(6)

که در رابطة فوق p_A نیروی عمود بر امتداد خط بر حسب kg ، S_w اسپن بادگیر یا افقی بر حسب متر، q زاویة انحراف خط در محل دکل مزبور ( در مورد خطوط مستقیم q صفر است) بر حسب درجه و W_Wنیروی ناشی از باد بر واحد طول هادی بر حسب کیلوگرم بر متر می باشد که از رابطه زیر محاسبه می شود.

در رابطة فوق d قطر هادی برحسب متر، V سرعت باد بر حسب متر بر ثانیه، C_a ضریب دینامیک هوا و R ضریبی است که توضیح داده شده است.

2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی معمولی :

در مورد مقره های آویزی باید استقامت مکانیکی آن طوری در نظر گرفته شود که از ماکزیمم نیروی کشش وارده بر مقره در حالت معمولی و در بدترین شرایط غیرطبیعی بیشتر باشد تا مانع از هم گسیختگی زنجیرة مقره گردد.

ماکزیمم کشش که در شرایط طبیعی برای مقره در نظر گرفته می شود شامل وجود باد و برف و باران می باشد که در این حالت برآیند نیروهای وارد بر زنجیرة مقره به ازای هر هادی عبارتست از

که در رابطه فوق P_w نیروی عمودی ناشی از هادی و P_A نیروی وارد بر ایزولاتور از طرف هادی خط در جهت عمود بر امتداد خط، H_i نیروی عمود بر امتداد خط در اثر فشار باد بر زنجیرة مقره و W_in وزن زنجیرة مقره می باشد چنانچه N تعداد هادی هر فاز (تعداد هادی باندل) و a ضریب اطمیمان در نظر گرفته شده برای کشش و P استقامت مکانیکی زنجیرة مقره باشد باید انتخاب مقره از نظر مکانیکی چنان باشد که در رابطة زیر صدق کند :

در شرایط خاصی ( شرایط غیرطبیعی) نیروی وارد بر زنجیرة مقره ممکن است خیلی بیشتر از مقدار فوق باشد. معمولاً بدترین شرایط غیرطبیعی که برای زنجیرة مقره از مکانیکی در نظر گرفته می شود وقتی است که هادی یا هادیهایی از یکطرف مقره پاره شو و طبیعه مقره در این حالت به حالت کشش قرار خواهد گرفت و نیروی وارد بر زنجیرة مقره در این حالت تقریباً برابر با نیروی کشش هادی در سمت دیگر مقره خواهد بود.

2-2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی V شکل

در خطوط انتقال EHV و UHV برای کاهش حریم جانبی خطوط انتقال و نیز کاهش فاصلة بین فازهای مختلف باید حتی الامکان از حرکت هادیها در جهت عرضی جلوگیری شود برای این منظور به جای زنجیره های مقره آویزی به صورت معمول از ترکیب V شکل استفاده می شود. در این حالت طراحی مکانیکی زنجیره باید دارای شرایط زیر باشد :

الف) چون بازوهای ترکیب V شکل خود ترکیب سری تعدادی مقره است. در حالت معمولی به صورت منحنی شنت قرار می گیرند و برای این که بازوها به صورت مستقیم قرار گیرند و از حالت خمیده خارج شوند نیروی عمودی وارد بر مقره باید حداقل kg 500 باشد، یعنی باید داشته باشیم :

ب) در شرایطی که نیروی وارد بر امتداد خط کوچکتر از نصف نیروی عمودی وارد بر مجموعة مقره باشد می توان گفت که تقریباً نقطة آویز هادی جابجایی عرضی نخواهد داشت این شرایط ایجاب می کند که رابطة زیر برقرار باشد :

در این حالت W_w نیروی ناشی از باد بر واحد طول هادی به ازای سرعت بادی برابر با 20 می باشد.

ج) برای بادهای با نیروی بیشتر در جهت عمود بر امتداد خط که باعث انحراف عرضی نقطه آویز هادی می شوند، نیرو فقط توسط بازویی تأمین خواهد شد که در سمت وزش باد قرار دارد. بنابراین این بازو به تنهایی باید تحمل کشش موجود را داشته باشد. در این حالت معمولاً سرعت 40 بعنوان ماکزیمم سرعت باد در نظر گرفته می شود. در این حالت نیروی کشش وارد بر بازوی مربوطه عبارتست از :

که در رابطة فوق وزن یک بازوی مقره های V شکل و نیروی باد بر بازوی مزبور می باشد. چنانچه تعداد هادیها N و ضریب اطمینان در نظر گرفته شده a باشد داریم :

استقامت مکانیکی زنجیره مقره

3-2-6 ) طراحی مکانیکی مقره های آویزی برای دکلهای انتهایی (مقره های تحت کشش)

در این حالت زنجیرة مقره مستقیماً تحت نیروی کشش هادی قرار دارد و بنابراین برای مجموعه هایی که فقط شامل یک زنجیرة مقره باشند اگر کشش ماکزیمم هر هادی T_m و تعداد هادیهای آویزان شده از یک زنجیره N و ضریب اطمینان در نظر گرفته شده a و استقامت مکانیکی زنجیرة مقره P باشد باید داشته باشیم :

باید مواردی که مجموعة مقره ها شامل دو یا تعداد بیشتری رشتة موازی هم باشد باید اولاً نیروی وارد بر کل مجموعه به نسبت مساوی بین رشته ها تقسیم گردد که این بستگی به دقت نصب و ترکیب صحیح آنها دارد و ثانیاً باید هر کدام از رشته ها تحمل کافی را داشته باشند که در اثر بار اضافی ناشی از گسیختن یک رشته از مجموعه بقیة رشته ها پاره نشوند. برای این منظور باید حداقل استقامت یک رشته بیشتر از بار نقطة تسلیم مواد تشکیل دهندة مقره ها نباشد. بار نقطة تسلیم برای یک مقره برابر با %60 نیروی نقطة استحکام نهایی و برای یک مجموعة مقره (زنجیره) برابر با %55 نیروی نقطة استحکام نهایی در نظر گرفته می شود که اگر کشش اعمال شده بر رشته های سالم بعد از گسیختن یک رشته T_B و بار نقطه تسلیم رشته های سالم P₀ باشد باید داشته باشیم :

هنگامی که کشش هادیها برابر با %70 مقدار کشش ماکزیمم در نظر گرفته شده باشد، اگر نیروی کشش اعمال شده بر هر رشته را با T_A نشان دهیم خواهیم داشت :

a ضریبی است که مقدارش بسته به شکل و تعداد رشته ها تغییر می کند. آزمایشات نشان داده است که مقدار مناسب برای a هنگام طراحی برابر با 3 برای مجموعه های دور رشته ای و برابر با 2 برای مجموعه های سه رشته ای موازی می باشد.

4-2-6) قابلیت اطمینان طولانی مدت مقره ها :

از دیگر مسائلی که باید در انتخاب ایزولاتور خطوط انتقال به آن توجه شود توجه به اثر گذشت زمان بر کیفیت مقره ها (پیری) می باشد و از آن جایی که خطوط انتقال برای استفادة طولانی مدت طراحی می شوند در انتخاب مقره علاوه بر استقامت الکتریکی و استقامت مکانیکی باید به جنس مقره توجه بشود و حتی الامکان مقره هایی را انتخاب نماییم که قابلیت اطمینان خود را در طولانی مدت از دست ندهند.

بطور خلاصه عوامل مؤثر در طراحی ایزولاتور و نحوة انتخاب ایزولاتور از نظر الکتریکی و مکانیکی را می توان با دیاگرام شکل پایین نشان داد.

شکل 18 نحوه طراحی وانتخاب ایزولاتوربرای خطوط انتقال

3-6) تطبیق ایزولاسیون

تطبیق ایزولاسیون در یک شبکة قدرت حائز اهمیت زیاد است. جهت درک آسان مطلب می توان آن را شبیه طراحی و کاربرد فیوز و دیگر وسایل حفاظتی دانست که در آن اساس طراحی بر این اصل استوار است که در صورت ازدیاد جریان تا حد غیرمجاز حتی الامکان بخش کوچکی از شبکه از سرویس خارج گردد و قسمتهای دیگر در شرایط کار باقی بمانند.

در شبکه های قدرت که دارای افزایش ولتاژهای غیرطبیعی هستند باید تطبیق ایزولاسیون با دقت زیادی انجام گردد زیرا چنانچه مثلاً قسمتی از شبکه دارای سطح ایزولاسیون خیلی زیادی باشد، اضافه ولتاژ ممکن است سبب از بین رفتن ایزولاسیون در قسمتهای مهم و حیاتی سیستم از قبیل ترانسفورماتورها گردد. مثلاً ترجیح داده می شود که در صورت ازدیاد ولتاژ خیلی زیاد شکست الکتریکی بین دو سر مقره های خط سریعتر از بوشینگ ترانسفورماتورها صورت گیرد. همچنین استقامت الکتریکی بوشینگ ترانسفورماتورها باید کمتر از ایزولاسیون داخل ترانسفورماتور باشد که این امر بوسیله کاربرد شاخکهای هوایی در مقره های خط و بوشینگ ترانسفورماتورها انجام می گیرد. بطوری که قبل از این که ولتاژ در سر مقره ها و بوشینگها به مقدار خطرناکی برسد موج ولتاژ توسط شاخکهای هوایی طرفین آنها اتصال کوتاه شده و مستهلک می گردد. معمولاً ولتاژ جرقه شاخکهای هوایی بوشینگ ترانسفورماتورها 80% ولتاژ مقاوم ترانسفورماتور می باشد.

بطور کلی در طراحی ایزولاسیون جهت حفاظت صحیح شبکه و تجهیزات الکتریکی لازم است که کل اجزای تشکیل دهندة شبکه را با هم در نظر گرفته و تطبیق ایزولاسیون با توجه به مشخصات کل سیستم صورت گیرد و باید چنان باشد که در صورت احتمال وقوع شکست الکتریکی بین دو سر ایزولاتورها و یا در داخل تجهیزات این شکست حتی الامکان در محلی وقوع یابد که آسیب کمتری به سیستم وارد گردد.

بعنوان مثال ایزولاسیون خط در اسپن آخری که مجاور پست است که معمولاً کمی کمتر در نظر گرفته می شود تا حتی الامکان سبب حذف و یا محدود کردن موجهای ولتاژ رعد و برق و رسیدن آنها به پست گردد. سطح ایزولاسیون باسبارها در یک پست بسیار مهم بوده و به منظور تأمین تداوم تغذیه باید بیشترین مقدار را داشته باشد.

برای کلیدها، ایزولاتورها، وسایل اندازه گیری و ترانسفورماتورهای اندازه گیری ( ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ) سطح ایزولاسیون کمتری از سطح ایزلاسیون باسبارها در نظر گرفته می شود.

از آن جایی که ترانسفورماتورهای قدرت موجود در شبکه های قدرت بسیار گران است سطح ایزولاسیون در نظر گرفته شده برای آن بسیار کم می باشد تا بخوبی حفاظت شوند.