علل تخریب مقره در شبکه های توزیع
در این مبحث قصد داریم علت هایی را که سبب آسیب به مقره ها در خطوط توزیع ایران شده است بررسی نماییم. ایران کشوری است که دارای تنوع آب هوایی میباشد. مناطق شمالی و جنوبی به دلیل نزدیکی به دریای خزر و خلیج فارس دارای رطوب و آلودگی زیادی است. این مقاله برخی از مشکلاتی که برای عایقها در خطوط توزیع ایران وجود دارد را بررسی میکند.
به طور کلی خطوط فشار متوسط در ایران، ۲۰ کیلو ولت است، ولی در برخی از مناطق از جمله جنوب، ۱۱ و ۳۳ کیلو ولت هم مشاهده میشود.
در گذشته از مقره شیشهای برای شبکه توزیع ایران استفاده میشده است اما به علت نداشتن اطلاعات کافی در مورد شرایط آب و هوایی و همچنین آلودگی هوا باعث شد استفاده از مقرههای کامپوزیت در سالهای اخیر رواج بیشتری پیدا کند.
مقرههای سرامیکی سنتی هنوز هم اغلب در خطوط توزیع ایران وجود دارد. حدود نوزده سال پیش اثبات شد که بیشتر قطعیها و خاموشیها در سیستم توزیع برق ایران به علت آسیب به مقره بوده است.
در شکل زیر علتهایی که باعث خرابی مقرهها شده را نشان میدهد.
علل خرابی مقره
۱- سوراخ سطحی (Interfacial Puncture)
بیشترین مشکلات مربوط به شکستگی مقره ها ترک خوردگی بوده است. به طور کلی این عامل به علت وجود رطوبت زیاد در شمال و جنوب کشور و در مناطق آب و هوای سرد مشاهده شده است. همچنین موارد دیگری میتواند بر روی این عامل تاثیر بگذارد. شناسایی و تعویض مقرههای سوراخ شده توسط کارکنان زمان بر است و نیاز به قطع مکرر برق دارد.
بخش زیادی از مشکل مقره ها نیز به علت مسایل مربوط به تولید آن ها می باشد. بررسی دقیق مقرههای آسیب دیده نشان می دهد که دلیل اصلی این ترک خوردگی و سوراخ شدگی به دلیل مشکلات مواد و فرایند تولید میباشد. مواد اولیه و کمبود نسبی مواد تشکیل دهنده اصلی از علت های پایین بودن کیفیت مقره ها هستند.
حفرههای کوچک هوا که در هنگام تولید در مقرههای سرامیکی به وجود می آیند باعث شکسته شدن آن میشود.
هنگامی که مقره در خطوط استفاده میشود و تحت شرایط مکانیکی و گرما قرار میگیرد حفرههای درون آن بیشتر می شود و این عامل، باعث نفوذ آب درون مقره شده، که در نتیجه، سبب ترک خوردن مقره و آسیب آن می شود.
رشد قارچ در سیمان
زمانی که مقرههای سرامیکی که ترک خورده اند را بررسی کردیم متوجه شدیم که مقرههایی که قارچ در مقره ها به علت رطوبت بالای مناطق ساحلی جنوب و شمال ایران سبب شکسته شدن این مقره ها شده است. دلیل این پدیده این است که مقره از ابتدا دارای ترک بوده که سبب سوراخ شدن آن شده است. تشخیص این نوع مسائل بدون استفاده از تجهیزات تخصصی مانند دوربین ترموویژن کار دشواری است. پینهای زنگ زده
زنگ زدگی پینهای مقره به علت بالا بودن سطح رطوبت در مناطق ساحلی است. زنگ زدگی، سبب کاهش تحمل مکانیکی و باعث جدایی آن میشود. همچنین زنگ زدگی باعث افزایش حجم پین در داخل و افزایش فشار بر روی مقره شده و در نهایت سوارخی در داخل آن بوجود میآورد.
شکست مکانیکی (Mechanical failure)
عوامل تاثیرگذار در شکست مکانیکی
خسارت نصب و راه اندازی، در زمان نصب تعداد زیادی از مقرهها شکسته میشوند. تحقیقات نشان داده شده که مقدار قابل توجهی از مقرههای سرامیکی در زمان بهره برداری در شبکههای توزیع شهرستانها و مناطق روستایی آسیب دیده اند
۳- تخلیه الکتریکی ناشی از آلودگی (Pollution Flashover) آلودگیهای زیست محیطی و دریایی خطوط توزیع ایران در تنوع آب و هوایی مختلفی قرار گرفته است. به ویژه در منطقه سواحل جنوبی، آلودگی دریایی بسیار سنگین است. مقرههای سرامیکی هسته جامد با میلههای دراز و مقرههای خطوطی که دارای مشخصههای اتصالات ضد خوردگی و مقاومت بالا در تولید جرقه و خزش جرقه هستند، جایگزینهای مناسبی برای هر دو مقرههای پین دار و آویزی در مناطق با میزان آلودگی بالا میباشند. آلودگی هوا و رطوبت ظرفیت عایق را، ۲۰ درصد در مقایسه با یک منطقه خشک کاهش میدهد. به منظور مقایسه، مقرههای پیندار سرامیکی که در خطوط ۳۳ کیلو ولت، استفاده شده اند آلودگی کمی ایجاد کرده اند؛ بنابراین استفاده از این نوع مقرهها در مناطق با سطح آلودگی بالا، بسیار مناسبتر است. همچنین مقرههای آویز سرامیکی از نوع تیره که روی خطوط توزیع مورد استفاده قرار گرفتند، به نظر میرسد حجم قابل توجهی آلودگی جذب و انباشته کنند. در طراحی شبکههای ۲۰ و ۳۳ کیلوولتی، معمولاً ۲ یا ۳ مقرهی بشقابی وجود دارد. در مناطق نزدیک به سواحل جنوبی و شمالی و همچنین در مناطق با حجم آلودگی زیاد، مقدار فاصله خزشی پیشنهادی به وسیلهی این واحدها، کافی نیست؛ که این مقدار کم فاصله خزشی موجب آسیب زدن به مقرهها و در نتیجه باعث ناپایداری شبکه میگردد.
آسیب در مناطق بیابانی: در مناطق مرکزی و جنوب شرقی کشور که در آن شرایط بیابانی و بعضی اوقات طوفان شن رخ میدهد، مقرههای سرامیکی به تدریج دچار آسیب و عملکرد عایق آن کاهش مییابد.
مقره شیشه ای: به طور کلی، مقره شیشهای دارای مزایایی بیشتر از سرامیکی از دیدگاه خواص عایق، وزن کمتر و تجمع کمتر از لحاظ آلودگی است. چند نمونه از انواع مقره کششی شیشهای استفاده شده در خطوط توزیع برق ایران نشان داده شده است.
شکست مکانیکی (Mechanical failure)
مطالعات نشان میدهد بیشتر شکستها یا خرابیها در زمان حمل و نقل، نصب و راه اندازی مقرههای شیشهای بوده است. همچنین اگر کیفیت مقره شیشهای ضعیف باشد میزان شکستگی مقره در مراحل مختلف افزایش مییابد.
۲- دلیل سوراخ شدگی (Interfacial Puncture)
پین کج
اگر زمان تولید مقرههای شیشهای توجه کافی به مراحل ساخت نشود، در نتیجه پین کج نصب میشود و این باعث عدم تعادل فشار در نهایت ترک خوردگی و شکسته شدن را در پی خواهد داشت.
کیفیت پایین سیمان
اگر کیفیت سیمان مورد استفاده در مقره شیشهای کم باشد، میتواند به سرعت به شکستگی مقره، تحت بارهای مکانیکی منجر شود.
آلودگی و حبابهای هوا
وجود ذرات خارجی و حبابهای هوا در مقره باعث تضغیف عایق شیشهای و در نهایت شکست آن میشود.
۳- آلودگی صاعقه (Pollution Flashover)
تحقیق و تجربه استفاده از مقرههای شیشهای در ایران نشان داده است که در این نوع مقره آلودگی کمتری نسبت به مقرههای سرامیکی جمع می شود. جرقههای مربوط به آلودگی بر عملکرد این مواد تاثیر نسبتاً کمی دارند.
مقرههای پلیمری
با توجه به موارد ذکر شده در موارد بالا مقرههای کامپوزیت هم در حال استفاده است.
عایقهای پلیمری با توجه به مباحث گفته شده برتری بیشتری نسبت به عایقهای سرامیکی و شیشهای دارند.
نتیجه گیری:
با توجه به طیف گسترده شرایط آب و هوایی و آلودگی در ایران باید مقرهای انتخاب شود که امکان استفاده در این کشور را داشته باشد.
در صورت آلودگی هوا مقرههای سرامیکی شکست می شوند و مقرههای شیشهای هم اگر کیفیت پایینی داشته باشند نسبت به مقرههای سرامیکی کمتر دچار آسیب می شوند.
مقرههای پلیمری دارای ویژگی های خوبی هستند که به همین علت استفاده از آن در ایران در حال رونق است و ادامه استفاده از این مقره بستگی به عملکرد و استحکام خوب آن در شبکه برق دارد.
