الجمعة، 15 مايو 2020

عوازل خطوط النقل الكهربائية Insulators وضيفتها وأنواعها واصنافها

الدرس السابق :أكسسوارات خطوط الكهرباء :كرات تحذير الطائرات

عوازل خطوط النقل الكهربائية Insulators 

      معلوم أن جميع الموصلات المستخدمة في الشبكات الهوائية للجهد العالي والفائق هي موصلات غير معزولة ، و هذا هو السر في انخفاض التكلفة مقارنة بالكابلات ، لكن في المقابل يجب عزل هذه الموصلات عن الأرض وذلك بتعليقها و رفعها بعيدا عن مستوى الأرض ، و يجب عزلها عن الأبراج الحديدية من خلال سلاسل العوازل. 
     و تتكون العوازل المستخدمة في خطوط النقل من عدة أطباق Disc Insulators  . وبالطبع يتغير عدد أطباق السلسلة حسب الجهد المستخدم. وعندما يكو ن الحمل الميكانيكى كبيرا يمكن استعمال سلسلتين على التوازى لحمل الموصل الواحد. 

   وكلما كان الجهد المستخدم عاليا كلما كان عدد الــ Discs أكثر ، وبالتالى طول مجموعة العوازل أكبر . والجدول التالي يعطى مثالا على ذلك (وبالطبع سيؤدى ذلك لزيادة تكاليف العازلية و حجم الأبراج) .


    و هذه العوازل تمثل نقطة الضعف الأساسية في الشبكات الهوائية لعدة أسباب من أهمها تراكم الاتربة عليها مما يجعل من سطحها مسارا سهلا لتسرب التيار من الموصلات إلى الأرض خلال جسم البرج ، و لذا يجب عمل صيانة و نظافة دورية لهذه العوازل إضافة إلى مشكلة عدم انتظام توزيع الجهد على الأقراص المكونة لسلسلة العزل.

    1-وظيفة العوازل:

   للعوازل وظيفتان أساسيتان هما :
    1 -وظيفة كهربائية: وهي تأمين العزل الكهربائي الكامل بين الموصلات (الأسلاك) الكهربائية و بين ألابراج الحاملة لها. وهذا لن يتم إلا إذا توفرت فى العازل عدة سمات أهمها الكفاءة العالية للعزل الكهربائى تحت أسوأ الظروف الجوية كالمطر و الرطوبة و الأمطار و التلوث ، وأيضا تحمل جهد تشغيل الخط بالإضافة إلى الجهود الناتجة من عمليات الفصل و التوصيل للمهمات. 
   2 -وظيفة ميكانيكية : وهى تثبيت الموصلات الكهربائية على الأعمدة أو الأبراج الكهربائية في جميع الظروف الجوية المتوقعة ، بحيث تتحمل مختلف القوى الميكانيكية المؤثرة عليها مثل وزن الموصل و قوة الشد .  

   و يتوقف نوع العوازل و قوتها على نوع الخط المركبة عليه وجهده ، و كذلك على موضعها من البرج المستخدم ، ولها عدة تصنيفات :

2-تصنيف العوازل حسب الشكل التصميمى: 

    ويوجد منه عدة تصميمات :
 1.2-  تصميم عوازل الطاقية والمسمار :
       ويسمى Cap & Pin type insulator ، ويصنع هذا النوع من البورسلين أو الزجاج. و يتميز هذا النوع من العازلات بإمكانية استبدال أى طبق تالف من السلسلة ، كذلك فإنه يصلح لكافة الجهود بدءا من المتوسطة و حتى فائقة الجهد 500 ك ف . ويتم تركيب الأطباق المختلفة معا بتوصيل مسمار الطبق الثانى بالشق أو الثقب الموجود بالأول كما في الشكل التالي ، وهكذا حتى تتكون السلسلة بالطول المطلوب. 


2.2-تصميم عوازل الساق الطويلة
    ويصنع Long rod type insulator  من البورسلين أو المطاط السليكونى (الشكل أسفله) وأكثر استعمالاته فى الـــ Bushings الخاصة بالكابلات أو المحولات وفى محطات التحويل .
      وفى الجهد المتوسط لدينا نوع ثالث وهو Pin type  أى عازل المسمار فقط (الصورة أسفله) ويستخدم حتى 33 كيلو فولت كما فى الصورة . وهو مصنوع من قطعة واحدة من العزل مشكلة على شكل مظلة أو أكثر. والمظلة الواحدة تستعمل فى جهد 11 ك ف وبعده يستعمل مظلتين أو ثلاثة فى الجهود الأعلى كما فى الصورة. وتكون المظلات متباعدة عن بعضها لتحسين العزل أثناء الأمطار. ويصبح استعمال هذا النوع من العوازل مرفوضا فى الجهود العالية لصعوبة تغييره.


    ملحوظة هامة: قد يتساءل البعض هل هو مقصود فعلا أن يكون جسم العوازل بهذا الشكل وتلك المظلات؟ بالطبع نعم وهناك هدف هام من وراء هذا التصميم ، وهو جعل السطح الخارجى لمظالت العوازل يقع على الخطوط  متساوية الجهد Equi-Potential lines للمجال الكهربائي للموصلات (شكل التالي) ومن ثم يقل أو يمنع تسرب التيار بين هذه النقاط لأنها ستكون متساوية الجهد. لاحظ أن شكل العازل يشبه شكل خطوط توزيع المجال.

3-تصنيف العوازل حسب مادة الصنع:

 1.3-عوازل بورســيـلن  Porcelain:
      وهو نفسه الذى نسميه الخزف و يتمتع بعازلية كهربائية مرتفعة إذا كان متجانسا و نقيا و معالجا بصورة جيدة و خاليا من أي مسامات أو شوائب أو فقاعات مهما صغرت. 

     وتصنع عوازل البورسلين من سيليكات الألومنيوم ويخلط مع مادة الكاولين البالستيكية ومادة الكوارتز ، وتصل شدة المجال الكهربائي دون الانهيار إلى 60kV/cm  بينما يصل تحمله لقوى الضغط Compressive Strength  إلى Kg cm2 /5,000 ويصل تحمله لقوى الشد إلى 500 Kg / cm2 .
    ويصنع من البورسلين نوعي العوازل Cap Pin Type   و Long rod Type   على السواء.

2.3- العوازل الزجاجـــية Glasses:
     يتم تصنيع الزجاج (الشكل التالي) من السليكون ويكون عزله عاليا يصل إلى cm/kV 140 .و يتحمل قوة ضغط و قوة شد ميكانيكى بدرجة أكبر من أو على الأقل تساوى تلك التى يتحملها البورسلين (يصل تحمله لقوى الضغط Strength Compressive إلى  000,cm2 / Kg10 ، بينما يصل تحمله لقوى الشد Strength Tensile إلى cm2/Kg500 ) كما أنه أرخص وأطول عمرا من البورسلين.


   ويمتاز بأنه شفاف مما يجعل رؤية أي شوائب أو فقاعات غازية أو شروخ ممكنة بالعين المجردة و يعد شفافا بالنسبة لاشعاعات الحرارية ، و لذلك لا يسخن كثيرا بتعرضه لأشعة الشمس ، بالإضافة إلى أن معامل تمدده أقل من الخزف وهذا يجعل الإجهاد الذى يتعرض له نتيجة تغير درجة الحرارة أقل.
    و له ميزة عملية تكمن في أنه إذا تعرض لصدمات ميكانيكية كرمي الحجارة عليه فإنه يكسر بالكامل فيسهل اكتشاف موقع العطل في خط النقل (أصبحت نقطة ضعفه هى سر تميزه). بينما يتشقق عازل البورسلين فقط في الحالات المشابهة و بالتالي يصعب اكتشافه بالنظر إليه من سطح الأرض . ويصنع من الزجاج عوازل  Cap & pin  فقط .
    و يكمن العيب الرئيسي للزجاج في سهولة تكاثف الرطوبة على سطحه ، و هذا يقلل إمكانية استخدامه في المناطق الرطبة.

3.3- العوازل المطاطــــية rubber :
    تصنع هذه العوازل من البلاستيك المقوى و المطاط و تتميز هذه العوازل بخفة وزنها مقارنة بالعوازل الأخرى. و يمتاز هذا النوع بعازلية فائقة لا تسمح للماء بالتواصل مع التلوث على العازل مما يحد من تأثر هذه العوازل بالتلوث (يحدث نوع من التكور (الشكل التالي) ومن ثم لا يكون هناك مسار متصل فيصعب على التيار أن يتسرب من خلال سطح العازل).
    كما يمتاز بخفة وزنه الكبيرة مقارنة بالعوازل الأخرى (نسبة واحد إلى 30) من وزن عازل البورسلين كما يمتاز بسهولة تركيبه على الأبراج . إلا أن أسعارها لا زالت أعلى من أسعار العوازل الزجاجية أو المصنوعة من البورسلين . ويصنع منه عوازل من نوع Long rod   فقط.
الدرس القادم 
 الأعطال التي تتعرض لهل العوازل

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق