احتمالا شما هم شی‌های قهوه‌ای رنگ عایق را روی دکل‌های برقی دیده‌اید. این‌ها تنها یک نمونه از مقره‌ها موجود در صنعت برق است. مقره یک تجهیز مهم در تابلو برق فشار قوی و خطوط انتقال برق است که تنوع زیاد با کاربردهای مختلف دارد. در این مقاله قصد داریم شما را با انواع مقره برق و کاربرد آن آشنا کنیم. پس با ماهر آکادمی همراه باشید.
مقره چیست؟
سال‌هاست که سرامیک‌ها به دلیل مقاومت فوق‌العاده بالایی که در برابر جریان الکتریکی دارند به عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقره یک عایق نارسانای ساخته شده از سرامیک و خاک رس متخلخل قرمز، قهوه‌ای یا سفید است.
این عایق پلی بین اجزای الکتریکی ایجاد می‌کند و از عبور جریان‌های الکتریکی ناخواسته به زمین از طریق بدنه تیر یا دکل برق، قوس الکتریکی و اتلاف برق جلوگیری می‌کند.
استفاده گسترده از مقره برق در دهه ۱۹۵۰ آغاز شد. در ابتدا مقره‌ها از شیشه ساخته می‌شدند. هنوز برخی از مقرههای شیشه‌ای در حال استفاده هستند. تولید عایق‌های شیشه‌ای در دهه ۱۹۶۰ متوقف شد و در دهه ۱۹۷۰ به طور کامل با عایق‌های سرامیکی جایگزین شد. زیرا مقره سرامیکی ویژگی‌های بهتری از جمله ساخت ارزان‌تر، انعطاف‌پذیری و دوام بیشتر نسبت به مدل شیشه‌ای دارد.
مقره چگونه کار می‌کند؟
انرژی از شیء گرم‌تر به شیء سردتر جابه‌جا می‌شود. از آنجایی که بین ذرات مقره سرامیکی پیوند قوی وجود دارد، ذرات انرژی‌دار در برخورد با مقره سرعت و انرژی خود را از دست می‌دهند. این کار از افزایش دما و حرکت الکترون‌ها جلوگیری می‌کند.
کاربرد مقره چیست؟
مقره برای محدود کردن انتقال برق یا گرما به کار می‌رود. مقره حرارتی با متوقف کردن حامل گرما، باعث کاهش دما می‌شود. مقرههای برق از جمله مقره سرامیکی از جاری شدن جریان الکتریکی در مسیر ناخواسته جلوگیری می‌کنند.
مقره برق در طیف گسترده‌ای از کاربردهای الکترونیکی، از ایستگاه‌های توزیع برق گرفته تا ایستگاه‌های تلفن همراه، خطوط توزیع و انتقال یافت می‌شوند.
انواع مقره
مقره نگهدار سیم ( Wire Support Insulator)
این نوع مقره برای نگهداری و تحمل وزن سیم‌ها و هادی‌های الکتریکی در سیتسم‌های توزیع فشار ضعیف استفاده می‌شود. شکل ۱ مقره نگهدارنده سیم را نشان می‌دهد.
مقره کششی (Tension Insulator)
مقرههای کششی می‌توانند سیم‌ها یا کابل‌های آویزان را در اتصال به پایه‌ها و دکل‌ها نگه دارند و نیروهای کششی کابل را تحمل کنند. همچنین آن‌ها را می‌توان بین دو سیم برق قرار داد تا از هم جدا شوند.
از این نوع مقره در پایه‌های ابتدایی و انتهایی خطوط انتقال، توزیع و یا در پایه‌هایی که از امتداد خط مستقیم خارج شده و زاویه در مسیر خط ایجاد کرده‌اند، استفاده می‌شود. شکل ۲ مقره کششی را نشان می‌دهد.
مقره چرخشی (Pole Insulator)
مقره چرخشی شامل یک عایق قرقره شکل است که به یک براکت وصل می‌شود و یک میله کوچک از وسط مقره عبور می‌کند، به بالا و پایین قرقره متصل می‌شود. این مقره‌ها توسط یک پیچ در وسط براکت به دیوارها، تیرها، پایه‌ها یا سطوح نصب می‌شوند.
کاربرد این مقره همانند مقره کششی است با این تفاوت که نیروی کششی کمتری را می‌تواند تحمل کند. این نوع مقره در دو مدل تک‌شیاره و دو‌شیاره تولید می‌شود.
مقره مهار (Stay Insulator)
در خطوط توزیع، برای خنثی‌سازی نیروهای وارد شده به پایه‌های واقع در ابتدا و انتهای خط یا پایه‌های قرار گرفته در زاویه، از سیمی فولادی با عنوان «مهار» استفاده می‌شود. این سیم مهار از یک طرف به سر تیر محکم می‌شود و از طرف دیگر به میله مهار و صفحه مهار در عمق مشخصی درون زمین (معمولا ۲ متر) قرار می‌گیرد.
با توجه به رسانا بودن سیم مهار به منظور تأمین ایمنی و جلوگیری از بروز حوادث برق‌گرفتگی مقره مهار در میانه سیم مهار به کار می‌رود و سیم‌های مهار را از دو طرف به مقره مهار متصل می‌کنند.
ذکر این نکته ضروری است که این مقره مانند مقره کششی باید تحمل نیروی کششی زیادی را داشته باشد و البته حتی اگر شکسته هم شود باز سیم مهار قطع نشده و فقط میزان ایمنی آن افت می‌کند. شکل ۴ مقره مهار را نشان می‌دهد.
مقره توزیع ولتاژ پایین ( Low Voltage Distribution Insulator)
مقره توزیع ولتاژ پایین به صورت عمودی یا افقی با استفاده از پیچ و یا روی بازوی متقاطع نصب می‌شوند. این نوع مقره به دلیل اطمینان بالایی که دارد به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی مقره توزیع ولتاژ پایین مشابه مقره چرخشی است. از این مقره در خطوط هوایی با ولتاژ پایین تا متوسط استفاده می‌شود. در شکل ۵ مقره توزیع ولتاژ پایین نشان داده شده است.
مقره واشر بوشی (Sleeve Washers)
مقره واشر بوشی که به عنوان واشر شانه‌ای نیز شناخته می‌شوند، جریان الکتریکی را مسدود کرده و از خوردگی گالوانیکی (خوردگی در اثر اختلاف پتانسیل بین فلزها) جلوگیری می‌کنند. این مقره‌ها تمام خواص و ویژگی‌های مطلوب عایق‌های سرامیکی معمولی را دارند و می‌توانند تا دمای ۳۰۰۰ درجه فارنهایت را تحمل کنند.
علاوه بر این، طراحی خاص واشرهای عایق بوشی سرامیکی باعث می‌شود که در برابر اثرات گازهای هیدروکلریک و اسید نیتریک مقاومت کنند. در شکل ۶ نمونه‌ای از این نوع مقره نشان داده شده است.
مقره آویزی (Suspension Ceramic Insulators)
مقره آویزی هادی‌های خطوط برق را جدا می‌کند. این مقره شامل تعدادی دیسک سرامیکی است که توسط پیوند فلزی به همدیگر متصل هستند. به مجموعه دیسک‌ها و پیوند فلزی، رشته می‌گویند. مقره آویزی به «کراس‌آرم» در خطوط بین پایه‌ها یا دکل‌ها با فواصل زیاد آویزان می‌شود. شکل ۸ مقره آویزی را نشان می‌دهد.
مقره پین (Pin Ceramic Insulators)
مقره پین معمولا در خطوط توزیع برق استفاده می‌شوند. برای همین به آن مقره سرامیکی توزیع نیز گفته می‌شود. این نوع مقره از یک تکه سرامیک یا شاید دو قطعه سرامیکی تشکیل شده است که توسط سیمان به هم وصل می‌شوند.
از آنجایی که مقاومت مکانیکی این مقره‌ها بالا است، تحمل ولتاژ تا ۵۶ کیلوولت برای عایق‌کاری و پشتیبانی هادی در خطوط توزیع برق را دارند. این عایق برقی هم به صورت عمودی و هم افقی نصب می‌شوند. شکل ۹ مقره پین را نشان می‌دهد.
مقره بشقابی (Disc Ceramic Insulator)
مقره بشقابی (دیسکی) مانند یک دیسک است. قسمت فلزی این عایق شامل پایه‌های فولادی، کلاهک‌های آهنی و فلنج‌ها می‌شود. بخش عایق و فلزی با چسب یا گیره مکانیکی متصل هستند. از این مقره برق در خطوط انتقال و توزیع فشار قوی استفاده می‌شود.
مقره دیسکی از ۱۱ تا ۱۴ کیلوولت را می‌توانند تحمل کنند. مزیت مقره بشقابی، امکان تعویض هر کدام از دیسک‌ها است، بدون اینکه به دیگر دیسک‌ها آسیبی برسد. ضمنا می‌توان با شماره تعداد مقره‌ها به سطح ولتاژ خط پی برد. شکل ۱۰ مقره بشقابی را نشان می‌دهد.
به طور مثال، در شکل زیر ۱۸ مقره بشقابی وجود دارد که حاصل ضرب این عدد در ۱۴ کیلوولت برابر با ۲۵۲ کیلوولت می‌شود. نزدیک‌ترین سطح ولتاژ به عدد به‌دست‌آمده، عدد ۲۳۰ کیلوولت است و نتیجه می‌گیریم که این عدد، سطح ولتاژ خطی است که این مقره برای آن طراحی شده است.
مقره اتکایی (Reliable Insulator)
مقره اتکایی، یک مقره تابلویی است که برای عایق‌کاری هادی، نگهداری باس‌بار و شینه در تابلو برق فشار قوی به کار می‌رود. در ولتاژهای بالا وجود هادی‌ها در کنار هم، خازن الکتریکی ایجاد می‌شود. برای همین از مقره اتکایی برای جلوگیری از تخلیه الکتریکی این خازن‌ها استفاده می‌شود.
مقره تابلویی می‌تواند توخالی و توپر باشد. نوع توپر نسبت به توخالی از مقاومت مکانیکی بالاتر و استحکام بیشتری برخوردار است. انواع مقره تابلویی شامل مقره اتکایی شش‌گوش، مقره اتکایی درام، مقره اتکایی استوانه‌ای و مقره اتکایی مخروطی است. شکل ۱۱ مقره اتکایی را نشان می‌دهد.
مقره بوشینگ (Bushing Insulator)
مقره بوشینگ یک مقره عبوری است، به منظور عایق‌سازی خطوط انتقال برق و باس‌بار نسبت به بدنه تجهیزات و دیوار در ورودی و خروجی تجهیزات فشار قوی قرار می‌گیرد. شکل استوانه‌ای دارد و برای جلوگیری از حرارت زیاد روی سر آن فیبر عایق قرار می‌گیرد. مقره بوشینگ یکی از پرکاربردترین انواع مقره برق است. شکل ۱۲ مقره بوشینگ را نشان می‌دهد.
مقره سوزنی (needle Insulator)
مقره سوزنی دیسک‌های باریکی هستند که بر روی یک پایه فولادی نصب می‌شوند. بر روی دکل برق معمولا مقره سوزنی روی کراس آرم قرار می‌گیرد و سپس سیم به کمک هادی اصلی بر روی آن محکم می‌شود. هادی‌هایی که از بالای مقره رد می‌شوند، به وسیله یک سیم مسی به عایق بسته می‌شوند تا در اثر باد از عایق سوزنی خارج نشوند.
به این کار اصلی کردن سیم می‌گویند. مقره سوزنی دو نوع سرگرافیتی و معمولی دارد. شکل ۱۳ چند نوع مقره سوزنی برای سطوح مختلف ولتاژ را نشان می‌دهد.
مزایای مقره سرامیکی
استفاده از مقره سرامیکی روز به روز به علت مزایای فراوانی که دارند در حال افزایش است. در این بخش برخی از مهم‌ترین مزایای مقره را باهم بررسی می‌کنیم.
- سختی: ممکن است این تصویر وجود داشته باشد که مقره‌ها در درازمدت سختی و استحکام زیادی ندارند؛ اما مقرههای سرامیکی چهار برابر سخت‌تر از فولاد ضد زنگ هستند؛ بنابراین طول عمر زیادی نیز دارند.
- مقاومت در برابر فرسایش: انواع مقره سرامیکی در برابر فرسایش مقاوم هستند. بنابراین انعطاف‌پذیری و دوام بالایی دارند.
- ویژگی‌های مکانیکی: همه اجزای شبکه توزیع برق باید در شرایط سخت، خواص مکانیکی خود را حفظ کنند. مقرههای از جنس سرامیک خواص مکانیکی و استحکام خود را به خوبی حفظ می‌کنند.
- دی‌الکتریک زیاد: سرامیک از جمله موادی است که دی‌الکتریک بالا و تلفات الکتریکی کم دارد. برای همین عایق‌های الکتریکی را از این مواد می‌سازند.
- مقاومت در برابر خوردگی: از آنجایی که مقره‌ها فلزی نیستند، در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی مقاوم‌اند. در نتیجه، آن‌ها را می‌توان در فضای باز روی پایه‌های حصار، میله‌های برقی و سایر خطوط برق استفاده کرد.
- رسانایی گرمایی: افزایش دما باعث کاهش خاصیت رسانایی مقره می‌شود.
- نگهداری آسان
معایب مقره سرامیکی
- شکننده بودن
- وزن زیاد
- باید با احتیاط حمل شود
- نیاز به سیمان برای اتصال برخی مقره‌ها. سیمان به مرور زمان دچار ترک‌خوردگی، افزایش تنش در گوشه‌ها پین و منجر به سوراخ شدن در هنگام صاعقه می‌شوند.
- برای تمامی شرایط آب و هوایی از جمله مناطق شرجی و آلودگیِ زیاد مناسب نیستند.
جمع‌بندی
در این مقاله با انواع مقره سرامیکی در خطوط توزیع برق و مقره تابلویی آشنا شدیم و در ادامه از مزایا و معایب آن‌ها صحبت کردیم. همان‌طور که در مقاله خواندید در ولتاژهای بالا خطرات جانی بسیاری در اثر برق گرفتگی، قوس الکتریکی و تخلیه الکتریکی خازنی بین دو هادی وجود دارد.
برای همین از مقره‌ها برای بالا بردن ضریب اطمینان استفاده می‌شود. در دوره جامع ارتینگ ماهر می‌توانید نحوه اجرای یک سیستم زمین برای حفاظت جان افراد و وسایل الکتریکی در یک سیستم توزیع را به صورت کاملاً علمی و کاربردی بیاموزید.
سوالات متداول
خیر. مقره تابلویی مانند مقره اتکایی در تابلو برق فشار قوی کاربرد دارد.
خیر مقره شیشه‌ای و پلاستیکی یکی دیگر از انواع مقره‌هاست
مقره سرامیکی گرا‌ن‌تر است، اما به طبع مزایا و کاربرد آن نیز بیشتر است.