جهان صنعت گستر

در سیستم‌های قدرت، از مقره الکتریکی (Electrical Insulator) برای جلوگیری از گذر جریان‌های ناخواسته به زمین استفاده می‌شود. مقره نقش مهمی در سیستم‌های الکتریکی ایفا می‌کند. در حقیقت، مقره یک مسیر بسیار مقاومتی است که عملاً جریانی از آن عبور نمی‌کند. در سیستم انتقال و توزیع، هادی‌های هوایی عموماً روی دکل‌ها یا تیرها قرار می‌گیرند. دکل‌ها و تیرها، هر دو، به طور مناسب زمین می‌شوند. بنابراین، مقره باید بین دکل یا تیر و هادی‌های حامل جریان قرار گیرد تا از عبور جریان هادی‌ها به زمین (از طریق بدنه دکل‌ها یا تیرها) جلوگیری شود. در واقع، برای نگه داشتن هادی‌های الكتريكی فشارقوی که دارای ولتاژ‌های بسیار بزرگی هستند از مقره‌های فشار قوی استفاده می‌شود.
مقره‌ها دو وظيفه مهم برعهده دارند:
وظیفه مکانیکی: مقره‌ها دارای استقامت مکانیکی بوده و قادرند بارها و نیروهای مکانیکی را تحمل کنند.
وظیفه الکتریکی: مقره‌ها می‌توانند ولتاژهای بزرگ كاری و نيز ولتاژ های ضربه و رعد و برق را تحمل کنند؛ به طوری که در بدترین شرایط رطوبت، باران و آلودگی و بروز صاعقه با ولتاژ های بالا، دچار شکست الکتریکی نمی‌شوند.
انواع مقره ها از نظر جنس
مقره‌هایی که در معرض هوای آزاد مورد استفاده قرار می‌گیرند از جنس چینی، شیشه و اخیراً مواد کامپوزیت هستند. در ادامه، این مقره‌ها را معرفی خواهیم کرد.
مقره چینی
امروزه، چینی Porcelainپرکاربردترین ماده مورد استفاده برای مقره‌های هوایی است. چینی از جنس آلومینیوم سیلیکات Aluminium Silicateاست. آلومینیوم سیلیکات با کاسولن پلاستیکی، فلدسپار و کوارتز مخلوط می‌شود تا ماده عایق پرسلن سخت و چینی لعاب‌دار به دست آید. سطح چینی باید به اندازه کافی لعاب‌دار و صیقلی باشد تا آب روی آن نماند و به آن نفوذ نکند. چینی همچنین باید از تخلخل عاری باشد، زیرا تخلخل عامل اصلی کاهش خاصیت دی الکتریک آن است. علاوه بر این، چینی باید از هرگونه ناخالصی و حباب هوا که می‌تواند بر خاصیت عایق تأثیر بگذارد، عاری باشد. شکل زیر یک مقره چینی را نشان می‌دهد.
از معايب مقره‌های چینی می‌توان به به وجود آمدن ترک‌های ريز در آن‌ها و در نتيجه، كاهش مقاومت در برابر ولتاژهای ضربه اشاره کرد.
مقره شیشه‌ای
مقره‌های شیشه‌ای را از مخلوطی از آهک و پودر کوارتز ذوب شده که به طور ناگهانی سرد و قالب‌ریزی شود، می‌سازند. امروزه مقره‌های شیشه‌ای نیز مورد استقبال قرار گرفته‌اند و در خطوط انتقال و توزیع به کار می‌روند. در این مقره‌ها، از شیشه‌های سخت آنیل برای عایق استفاده می‌شود. مقره شیشه‌ای مزیت‌هایی نسبت به مقره چینی معمولی دارد که عبارتند از:
قدرت دی الکتریکی بالایی در مقایسه با چینی دارد.
مقاومت آن بسیار بالا است.
ضریب انبساط حرارتی کمی دارد.
از استحکام کششی بالاتری نسبت به عایق چینی برخوردار است.
از آنجایی که ماهیت آن شفاف است، در شرایط تابش نور خورشید به اندازه چینی گرم نمی‌شود.
به دلیل شفافیت شیشه، ناخالصی‌ها و حباب‌های هوای داخل آن به راحتی در داخل بدنه قابل تشخیص هستند.
شیشه طول عمر بسیار بالایی دارد، زیرا خصوصیات مکانیکی و الکتریکی آن با گذشت زمان تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
شیشه ارزان‌تر از چینی است.
در مقره‌های شیشه‌ای، استقامت الکتریکی بین 140 تا 500 كيلوولت بر سانتی‌متر است. همچنین، استقامت مکانیکی فشاری و مکانیکی کششی آن‌ها، به ترتیب، 1٫5 و ۲ برابر مقره‌های چینی است. از طرفی، استقامت مکانیکی خمشی مقره‌های شیشه‌ای تقریباً برابر با مقره‌های چینی (كمی كمتر) است.

از مزایای مقره‌های شیشه‌ای می‌توان به ضریب انبساط حرارتی بسیار کم اشاره کرد که در نتیجه، تغییرات شکل آن‌ها در اثر افزایش درجه حرارت بسیار کم است. مقره‌های شیشه‌ای قبل از بروز ترک کاملاً خرد می‌شوند و از این رو به راحتی می‌توان مقره‌های معیوب را پیدا کرد. برخلاف مقره‌های چینی، در هنگام ساخت مقره‌های شیشه‌ای، حفره به وجود نمی‌آید و یا اگر حفره‌ای هم باشد قابل مشاهده است.
معایب مقره‌های شیشه‌ای نیز به شرح زیر است:
رطوبت می‌تواند به راحتی روی سطح شیشه متراکم شود و از این رو، گرد و غبار هوا روی سطح شیشه قرار گیرد که خود موجب ایجاد مسیر جریان نشتی می‌شود.
برای شیشه‌هایی با ولتاژ‌ بالاتر، نمی‌توان شکل‌های نامنظمی را قالب‌گیری کرد، زیرا به دلیل سرمایش نامنظم، کرنش‌های ناشی از سرمایش داخلی رخ خواهد داد.
مقره‌های شیشه‌ای گرد و خاک بیشتری را به خود جذب می‌کنند.
مقره کامپوزیتی
مقره‌های کامپوزیتی ترکیبی از مواد پلیمری بوده و در برابر اشعه فرابنفش خورشید مقاوم هستند. این مقره‌ها به علت خواص الکتریکی و مکانیکی بسیار خوب، در حال جایگزین شدن به جای مقره‌های چینی و شیشه هستند. مقره‌های کامپوزیتی بسیار سبک هستند و برخلاف چینی و شیشیه، قابل شکستن نیستند و از این رو استحکام مکانیکی بسیار خوبی دارند. همچنین، به دلیل بالاتر بودن جریان نشتی در مناطق آلوده، برای استفاده در این مناطق بسیار مفید بوده و نیازی به شست‌وشو و تمیز کردن آن‌ها نیست.
مقره‌های رزینی به طور عمده از ترکیبات بی سفنل و اپی کلروهیدرین ساخته می‌شوند. برای سخت‌تر شدن ترکیب مذکور، معمولاً مواد اضافی مانند کوارتز نیز اضافه می‌شود. این نوع مقره‌ها به دلیل نداشتن مقاومت در برابر اشعه فرابنفش خورشید، در فضای آزاد قابل استفاده نیستند و فقط در فضاهای داخلی به کار می‌روند.
مقره پلیمری نیز دو بخش دارند: یکی هسته که از جنس رزین اپوکسی تقویت شده با فیبر شیشه‌ای است و دیگری لاستیک سیلیکونی یا اتیلن پروپیلن داین مونومر EPDM که پوسته را می‌سازد. از آنجایی که مقره پلیمری از دو قسمت هسته و هوا ساخته شده است، مقره کامپوزیتی نامیده می‌شود.

در سیستم‌های قدرت، از مقره الکتریکی (Electrical Insulator) برای جلوگیری از گذر جریان‌های ناخواسته به زمین استفاده می‌شود. مقره نقش مهمی در سیستم‌های الکتریکی ایفا می‌کند. در حقیقت، مقره یک مسیر بسیار مقاومتی است که عملاً جریانی از آن عبور نمی‌کند. در سیستم انتقال و توزیع، هادی‌های هوایی عموماً روی دکل‌ها یا تیرها قرار می‌گیرند. دکل‌ها و تیرها، هر دو، به طور مناسب زمین می‌شوند. بنابراین، مقره باید بین دکل یا تیر و هادی‌های حامل جریان قرار گیرد تا از عبور جریان هادی‌ها به زمین (از طریق بدنه دکل‌ها یا تیرها) جلوگیری شود. در واقع، برای نگه داشتن هادی‌های الكتريكی فشارقوی که دارای ولتاژ‌های بسیار بزرگی هستند از مقره‌های فشار قوی استفاده می‌شود.
مقره‌ها دو وظيفه مهم برعهده دارند:
وظیفه مکانیکی: مقره‌ها دارای استقامت مکانیکی بوده و قادرند بارها و نیروهای مکانیکی را تحمل کنند.
وظیفه الکتریکی: مقره‌ها می‌توانند ولتاژهای بزرگ كاری و نيز ولتاژ های ضربه و رعد و برق را تحمل کنند؛ به طوری که در بدترین شرایط رطوبت، باران و آلودگی و بروز صاعقه با ولتاژ های بالا، دچار شکست الکتریکی نمی‌شوند.
انواع مقره ها از نظر جنس
مقره‌هایی که در معرض هوای آزاد مورد استفاده قرار می‌گیرند از جنس چینی، شیشه و اخیراً مواد کامپوزیت هستند. در ادامه، این مقره‌ها را معرفی خواهیم کرد.
مقره چینی
امروزه، چینی Porcelainپرکاربردترین ماده مورد استفاده برای مقره‌های هوایی است. چینی از جنس آلومینیوم سیلیکات Aluminium Silicateاست. آلومینیوم سیلیکات با کاسولن پلاستیکی، فلدسپار و کوارتز مخلوط می‌شود تا ماده عایق پرسلن سخت و چینی لعاب‌دار به دست آید. سطح چینی باید به اندازه کافی لعاب‌دار و صیقلی باشد تا آب روی آن نماند و به آن نفوذ نکند. چینی همچنین باید از تخلخل عاری باشد، زیرا تخلخل عامل اصلی کاهش خاصیت دی الکتریک آن است. علاوه بر این، چینی باید از هرگونه ناخالصی و حباب هوا که می‌تواند بر خاصیت عایق تأثیر بگذارد، عاری باشد. شکل زیر یک مقره چینی را نشان می‌دهد.
از معايب مقره‌های چینی می‌توان به به وجود آمدن ترک‌های ريز در آن‌ها و در نتيجه، كاهش مقاومت در برابر ولتاژهای ضربه اشاره کرد.
مقره شیشه‌ای
مقره‌های شیشه‌ای را از مخلوطی از آهک و پودر کوارتز ذوب شده که به طور ناگهانی سرد و قالب‌ریزی شود، می‌سازند. امروزه مقره‌های شیشه‌ای نیز مورد استقبال قرار گرفته‌اند و در خطوط انتقال و توزیع به کار می‌روند. در این مقره‌ها، از شیشه‌های سخت آنیل برای عایق استفاده می‌شود. مقره شیشه‌ای مزیت‌هایی نسبت به مقره چینی معمولی دارد که عبارتند از:
قدرت دی الکتریکی بالایی در مقایسه با چینی دارد.
مقاومت آن بسیار بالا است.
ضریب انبساط حرارتی کمی دارد.
از استحکام کششی بالاتری نسبت به عایق چینی برخوردار است.
از آنجایی که ماهیت آن شفاف است، در شرایط تابش نور خورشید به اندازه چینی گرم نمی‌شود.
به دلیل شفافیت شیشه، ناخالصی‌ها و حباب‌های هوای داخل آن به راحتی در داخل بدنه قابل تشخیص هستند.
شیشه طول عمر بسیار بالایی دارد، زیرا خصوصیات مکانیکی و الکتریکی آن با گذشت زمان تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
شیشه ارزان‌تر از چینی است.
در مقره‌های شیشه‌ای، استقامت الکتریکی بین 140 تا 500 كيلوولت بر سانتی‌متر است. همچنین، استقامت مکانیکی فشاری و مکانیکی کششی آن‌ها، به ترتیب، 1٫5 و ۲ برابر مقره‌های چینی است. از طرفی، استقامت مکانیکی خمشی مقره‌های شیشه‌ای تقریباً برابر با مقره‌های چینی (كمی كمتر) است.

از مزایای مقره‌های شیشه‌ای می‌توان به ضریب انبساط حرارتی بسیار کم اشاره کرد که در نتیجه، تغییرات شکل آن‌ها در اثر افزایش درجه حرارت بسیار کم است. مقره‌های شیشه‌ای قبل از بروز ترک کاملاً خرد می‌شوند و از این رو به راحتی می‌توان مقره‌های معیوب را پیدا کرد. برخلاف مقره‌های چینی، در هنگام ساخت مقره‌های شیشه‌ای، حفره به وجود نمی‌آید و یا اگر حفره‌ای هم باشد قابل مشاهده است.
معایب مقره‌های شیشه‌ای نیز به شرح زیر است:
رطوبت می‌تواند به راحتی روی سطح شیشه متراکم شود و از این رو، گرد و غبار هوا روی سطح شیشه قرار گیرد که خود موجب ایجاد مسیر جریان نشتی می‌شود.
برای شیشه‌هایی با ولتاژ‌ بالاتر، نمی‌توان شکل‌های نامنظمی را قالب‌گیری کرد، زیرا به دلیل سرمایش نامنظم، کرنش‌های ناشی از سرمایش داخلی رخ خواهد داد.
مقره‌های شیشه‌ای گرد و خاک بیشتری را به خود جذب می‌کنند.
مقره کامپوزیتی
مقره‌های کامپوزیتی ترکیبی از مواد پلیمری بوده و در برابر اشعه فرابنفش خورشید مقاوم هستند. این مقره‌ها به علت خواص الکتریکی و مکانیکی بسیار خوب، در حال جایگزین شدن به جای مقره‌های چینی و شیشه هستند. مقره‌های کامپوزیتی بسیار سبک هستند و برخلاف چینی و شیشیه، قابل شکستن نیستند و از این رو استحکام مکانیکی بسیار خوبی دارند. همچنین، به دلیل بالاتر بودن جریان نشتی در مناطق آلوده، برای استفاده در این مناطق بسیار مفید بوده و نیازی به شست‌وشو و تمیز کردن آن‌ها نیست.
مقره‌های رزینی به طور عمده از ترکیبات بی سفنل و اپی کلروهیدرین ساخته می‌شوند. برای سخت‌تر شدن ترکیب مذکور، معمولاً مواد اضافی مانند کوارتز نیز اضافه می‌شود. این نوع مقره‌ها به دلیل نداشتن مقاومت در برابر اشعه فرابنفش خورشید، در فضای آزاد قابل استفاده نیستند و فقط در فضاهای داخلی به کار می‌روند.
مقره پلیمری نیز دو بخش دارند: یکی هسته که از جنس رزین اپوکسی تقویت شده با فیبر شیشه‌ای است و دیگری لاستیک سیلیکونی یا اتیلن پروپیلن داین مونومر EPDM که پوسته را می‌سازد. از آنجایی که مقره پلیمری از دو قسمت هسته و هوا ساخته شده است، مقره کامپوزیتی نامیده می‌شود.