أنواع العوازل المستخدمة فى خطوط النقل الكهربى

ff
 تعد العوازل أحد العناصر الرئيسية التي تؤخذ بالأهمية عند دراسة انشاء خط نقل كهربائي، و خاصة كلما زادت فولتية النقل لازدياد تكاليف العازلية و حجم الأبراج.
 إن الوظيفة الأساسية لعوازل خطوط النقل الهوائية الحيلولة دون السماح للإلكترونات الناتجة من سريان التيار الكهربائي في الموصلات الكهربائية بالتسرب إلى الأجزاء الموصلة في الأعمدة و الأبراج عن طريق العوارض، و يزداد تأثير تلك الإلكترونات كلما زادت فولتية خط النقل، و بذلك فهي تعمل على حماية خطوط النقل نفسها من التلامس أو التفرغ مع الأرض، و كذلك حماية الانسان و الحيوان من الصدمة الكهربائية.
و للعوازل وظيفتان أساسيتان وهما :
- وظيفة كهربائية : وهي تأمين العزل الكهربائي الكامل بين الموصلات (النواقل) الكهربائية و الأبراج أو الأعمدة الحاملة لها.

- وظيفة ميكانيكية : تثبيت الموصلات (النواقل) الكهربائية على الأعمدة أو الأبراج الكهربائية في جميع الظروف الجوية المتوقعة بحيث تتحمل مختلف القوى الميكانيكية المؤثرة عليها .

المتطلبات الرئیسیة للعوازل الكھربیة:

- المتانة المیكانیكیة لتحمل أكبر الإجھادات المتوقعة

 - جوده العزل تحت أسوأ الظروف.
 - خالیة تماما من الشوائب و الشروخ وغیر مسامیة.
 - لا تتأثر بتغیر درجھ الحرارة المحیطة.
  – مقاومة للانھیار الداخلي puncture
والانھیار السطحي الكھربيflashover
تتكون العوازل المستخدمة في خطوط النقل من عدة صحون Disc Insulators  يتوقف نوعها و قوتها على الغاية المستخدمة من أجلها , و كذلك على موضعها من البرج المستخدم .
أنواع العوازل :
*
أولا– من حيث مادة الصنع وهي ثلاثة :
  – عوازل البورســـلين : Porcelain insulators 
و يتمتع بعازلية كهربائية مرتفعة إذا كان متجانسا و نقيا و معالجا بصورة جيدة , و خاليا من أي مسامات مهما صغرت .
وتصنع عوازل البورسلين من سیلیكات الالومنیوم ویخلط مع مادة الكاولين البلاستيكيه ومادة الكوارتز ويسخن الخليط لدرجة لدرجة الحرارة المناسبة لكي یحدث توازن بین القوة المیكانیكیة المطلوبة ومسامیة المادة والتي تؤثر علي شدة العزل الكهربى وتصل شدة المجال الكهربى دون الإنهيار إلى 60KV/cm ويصنع من البورسلين نوعين العوازل Cap&pin و Long rod على السواء.
العوازل الزجاجـــية: Glass insulators 
  ويتم تصنيع الزجاج من السليكون ويكون عزله عاليا يصل إلى 140KV/cm وله شدة ضغط ميكانيكى عاليه مقارنة بالبورسلين ويمتاز بأنه شفاف مما يجعل رؤية اى شوائب أو فقاعات غازيه أو شروخ ممكنه بالعين المجردة  و يعد شفافا بالنسبة للإشعاعات الحرارية , و لذلك لا يسخن كثيرا بتعرضه لأشعة الشمس , و يكمن عيبه الرئيسي في سهولة تكاثف الرطوبة على سطحه , و هذا يقلل إمكانية استخدامه في المناطق الرطبة , و له ميزة عملية تكمن في انه إذا تعرض لصدمات ميكانيكية كرمي الحجارة عليه , يكسر بالكامل فيسهل اكتشاف موقع العطل في خط النقل , بينما يتشقق عازل البورسلان فقط في الحالات المشابهة , و بالتالي يصعب اكتشافه بالنظر إليه من سطح الأرض , ويصنع من الزجاج عوازل Cap&pin فقط.
 العوازل المطاطــــية : Rubber insulators
تصنع هذه العوازل من البلاستيك المقوى و المطاط (البوليمر) و تتميز هذه العوازل بخفة وزنها و عدم بالعوازل الأخرى،.  ويمتاز هذا النوع بعازلية فائقة لا تسمح للماء بالتواصل مع التلوث على العازل مما يحد من تأثر هذه العوازل بالتلوث كما يمتاز بخفة وزنه الكبيره مقارنة بالعوازل الأخرى (1/30) من وزن عازل البورسلين كما يمتاز بسهولة تركيبه على الأبراج  إلا أن أسعارها لا زالت أعلى من أسعار العوازل الزجاجية أو المصنوعة من البورسلان، ويصنع منه عوازل من نوع  Long rod فقط.
 ثانيا – من حيث الشكل التصميمى :
1- نوع الطاقية والمسمار    Cap&Pin type insulator 
ويصنع هذا النوع من البورسلين أو الزجاج
 2- نوع الساق الطويلة     Long rod type insulator 
ويصنع من البورسلين أو المطاط السليكونى وتجد علامة مميزة على كل عازل توضح إسم المصنع أو العلامة التجارية وسنة الصنع وهو مطبوع وليس محفور
 ثالثا – من حيث مكان استخدامها :
العازل القياسي Standard Insulators  
  و تستخدم في المناطق متوسطة درجة الحرارة و قليلة التلوث، و يصمم السطح السفلي للعازل بتعرجات عادية.
 العازل المضاد للتلوث  -  Anti-pollution insulators
يناسب هذا العازل المناطق ذات تلوث متوسط أو عال وهو عازل یسمح بتقلیل تأثیر التلوث (creepage distance ) یتمتع بحد زحف عال بدون الحاجة الي زیادة طول السلسلة.
عوازل مضادة للضباب: Anti Fog Insulators
و تستخدم في المناطق التي يكثر فيها الضباب و خاصة في حالة عوازل التعليق، إذ يصمم السطح السفلي للعازل بتعرجات كثيرة تزيد طول مسافة الزحف
    عوازل صحــــــــراوية: Aero Dynamic (Desert) Insulators   
يكون سطح العازل مفتوحا دون نتؤات أو تعرجات وذلك لمنع تراكم الغبار و الأملاح عليه، و يستخدم هذا النوع من العوازل في المناطق الصحراوية و المناطق التي تكثر فيها المواد الملوثة للجو كالغبار و كذلك الشوائب المختلفة.
 العازل الكروي : Spherical insulators
كما ھو الحال في العازل السابق فان عدم وجود تجاویف یساعد علي عدم تراكم الملوثات ھذا الشكل الكروى یساعد علي عدم تكسیر العازل
 رابعا – من حيث نوع البرج المركبة علية نوعان :
عوازل الشد: Tension Insulators
و تستخدم على أبراج الشد مثل أبراج البداية و النهاية و الزاوية و المقطع و تكون قوية بحيث تتحمل قوة شد الموصل نفسه إذ تتحمل قوى شد 3500 كغم للقرص الواحد .
عوازل التعليق : Suspension Insulators
 و تستخدم على أبراج الاستقامة , و تكون متدلية اسفل العوارض و معلقا بها الموصل الكهربائي دون أي قوة شد سوى كتلة الموصل نفسه و قوة الريح المؤثرة عليه و تتحمل قوى شد 1800 كغم .
مكونات سلسلة العوازل :
  • مربط على شكل  D- D-Shackle
  • عيــــن الـــشد  Pulleyes
  • العـــــــــازل  Insulators
  • لسان الشد أو التعليق Socket Tung
  • قرون تفريغ الشرارة  Arcing Horns م
  • ربط استقامة  Suspension Clamp
  • مربط نهاية , وصلة نهاية Termination Clamp
وظيفة مكونات سلسلة العوازل :
- مربط على شكل:  D  لربط مكونات العوازل مع جناح البرج .
- عين الشد : لربط سلسلة العوازل و مربط شكل D.
- العوازل : العزل بين الموصل و الأجزاء المعدنية (البرج).
- لسان الشد أو التعليق : للربط بين سلسلة العوازل و مربط الاستقامة و الشد.
- قرون تفريغ الشرارة : يتم تثبيتها على لسان الشد لحماية سلسلة العوازل من التلف عند حدوث تفريغ (قوس كهربائي) على السلسة و تساعد على توزيع الجهد بانتظام على سلسلة العوازل .
- مربط استقامة : يتم تثبيته مع لسان الشد و يقوم بحمل الموصل على سلسلة العوازل .
- مربط نهاية : لربط العازل مع الموصل .
الأعطال التي تتعرض لها العوازل :
- التكسر : وذلك نتيجة تعرضها للعوامل الجوية مثل (الصواعق) أو نتيجة تعرضها للعبث البشري .
- نتيجة صدأ و تشقق القطع المعدنية المكونة لسلسلة العوازل نتيجة للعوامل الجوية و التلوث.
انهيار العازلية : يكون ذلك كنتيجة للعوامل التالية :
- نتيجة تلوث العوازل سواء من العوامل الجوية أو قربها من المصانع التي تخرج مخلفات تؤثر على سلاسل العوازل ( كالإسمنت , البوتاس , . . . الخ) .
- تعرضها للعوامل الجوية كالصواعق المفاجئة . . . الخ .  – وجود تيارات تسربيه Leakage Current.
العوامل الرئسیھ في ظاھره تلوث العازلات:
 تنشأ مشكلھ تلوث العازلات بسببین :
- تراكم مواد التلوث العالقة في الجو على سطح العازل.
  – ترطیب طبقھ التلوث.
یعتبر ھذا السبب ھو المؤثر الذي یجعل سطح العازل موصلا ، وهو أول خطوه لحدوث الومیض السطحي.
توزیع الجھد على سلسة العازل:
بالنظر إلى الشكل التالى و باعتبار
 ω: ضعف ألنسبھ التقریبیة × حاصل ضرب التردد
ω = 2 π f c
التردد : ω
السعھ الذاتیة للطبق : C
المواسعھ المتبادلة بین الطبق وجسم البرح :Xc
m: النسبة بین المواسعة المتبادلة والمواسعة الذاتیة للطبق
I1 = V1. ω.C
I1 = m.V1 ω.C
I2 = I1 + I2
I2 = V2. ω .C = V1. ω.C + m .V1 ω.C
V2 . ω.C = ω.C.V1 (1 + m )
V2 = V1 (1 + m ) ————- ( 1 )
V3 = V1 (1 +3m + m2 ) ————- ( 2 )
V4 = V1 (1 +6m + 5m2 + m3 ) ————- ( 3 )
V5 = V1(1 +10m +15m2 +7m3 +m4 ) ————- ( 4 )
وبالجمع
V = V1 + V2 +V3 + V4 + V5
V = V1 (5 +20m + 21m2 +8m3 +m4 ) ————- ( 5 )

من خلال ھذه المعادلات یتضح أن الطبق المتصل بالموصل علیھ جھد أعلى من الجھد على الطبق الذي يلیه، وھكذا یقل الجھد على الأطباق حتى یصل للصفر عند ذراع البرج وباستمرار ھذه الظاھرة تقل كفاءة السلسلة:

حیث أن: كفاءة السلسلة   ή =

.( جهد الخط / (قيمة الجهد على الطبق المجاور × عدد أطباق السلسلة

 

 

طرق زیادة كفاءة السلسلة

:m تقلیل قیمة

وبالنظر إلى المعادلات نلاحظ أنھ كلما اقتربت قیمة m من الصفر فإن الجهد على وحدات العازلات یتساوى تقریبا و للوصول إلى ھذه القیمة فإنھ یجب زیادة طول زراع البرج لكن ھناك حدود تصمیمیة لزیادة طول ذراع البرج لذلك فإن ھذه الطریقة غیر عملیة.

بتدرج العوازل:

إذا قمنا بتدرج في قیم السعة المتبادلة للعوازل بحیث تكون الوحدة العلیا في السلسلة.