بخشی از مقاله
اثر اشعه ماوراء بنفش (UV) بر روي ولتاژ شکست مقره هاي پليمري در شرايط مختلف
واژه هاي کليدي : مقره پليمري ، ولتاژ شکست ، اشعه ماوراء بنفش ، آب گريزي
چکيده
در سالهاي اخير استفاده از مقره هاي پليمـري در ايـران روز به روز در حال افزايش مي باشد. مخصوصا در منـاطق جنـوبي کشور به دليل شرايط محيطي و آلودگي اين رشـد نسـبت بـه مناطق ديگر کشور بيشتر بوده است . خاصيت اصلي مقره هـاي پليمري که منجر به افزايش تمايل به کاربرد اين نوع از مقره ها شده است بـالاتر بـودن ولتـاژ شکسـت آلـودگي نسـبت بـه مقره هاي سراميکي به دليل خاصيت آب گريزي آنها مـي باشـد.
عوامل محيطي از جملـه اشـعه مـاوراء بـنفش (UV) بـر روي خاصيت آب گريزي مقره هاي پليمري اثر مي گذارد.
در اين مقاله ٥ نمونه مقره بـه مـدت ١٦٠ روز در معـرض اشعه UV قرار گرفته اند. سپس مقادير ولتاژ شکست مقره هـاي فوق در شرايط آلودگي مختلف با رسانايي الکتريکي متفـاوت اندازه گيري شده اسـت . نتـايج نشـان مـي دهـد کـه خاصـيت آب گريزي مقره ها در حضور اشعه UV و با گذشت زمـان بـه طرز چشمگيري کاهش مي يابد و به تبع آن ولتاژ شکست نيـز کاهش مي يابد. البته ميزان اين کاهش در شـرايط و دوره هـاي متفاوت يکسان نمي باشد که در نتايج آزمـايش بررسـي شـده است .
١- مقدمه
قدمت استفاده از مقره هاي پليمري در محيط هـاي بـاز بـه حدود ٦٠ سال پيش برمي گردد.
Bisphenol Epoxy Resins بصورت تجاري در کاربردهاي محيط هاي داخل ، از اواسط دهه ٤٠ ميلادي استفاده مي شـود.
از دهـه ٥٠ مـيلادي cycloaliphatic epoxy resins بـه دليـل عملکرد بهتـر در محـيط هـاي بيرونـي در انگلسـتان اسـتفاده مي شود[١]. عايق هاي فـوق از حـدود سـال ١٩٦٤ در آلمـان ، فرانسه ، ايتاليـا، انگلسـتان و آمريکـا در خطـوط انتقـال مـورد استفاده قرار مي گيرند[٢].
در ســالهاي اخيــر تحقيقــات بســياري بــر روي عملکــرد مقره هاي پليمري مخصوصا در مورد مزايا و معايب ايـن نـوع مقره ها نسبت بـه مقـره هـاي شيشـه اي و چينـي انجـام شـده است [٣،٤، ١].
از مهمترين مزاياي مقره هاي پليمري موارد زير را مـي تـوان
نام برد :
١) کاهش وزن تا ٩٠ در صد که اين کاهش وزن در کاهش هزينه هاي طراحي ، ساخت و نصب دکل ها و خطوط انتقال قدرت بسيار موثر مي باشد.
٢) تحمل مکانيکي بيشتر
٣) کاهش خطرات آسيبهاي انساني از جمله تيراندازي شکارچيان و..
٤) عملکرد بسيار بهتر و مطلوبتر در شرايط آلودگي سنگين کاهش هزينه هاي تعميرات و نگهداري از جمله شسـت و شوي دوره اي مقره ها که در مقره هاي سراميکي لازم است .
همچنين از جمله مهمترين عيوب مقره هاي پليمري موارد زير را مي توان نام برد.
١) تغييرات شيميايي سطح مقره به دليل عوامل جوي و تشکيل جرقه هاي باند خشک .
٢) خوردگي ١ و تراکينگ ٢ که ميتواند منجر به از بين رفتن مقره شود.
٣) عمر مفيد اين مقره ها را به سختي ميتوان پيش بيني کرد.
٤) تشخيص مقره معيوب به راحتي امکانپذير نمي باشد.
عليرغم معايب فوق ، مزاياي مقره هاي پليمري ، شرکت هاي وابسته به صنايع برق را به استفاده از اين نوع مقره ها ترغيب کرد. بنابراين در سالهاي اخير مقره هاي پليمري بـه صـورت گسترده اي در تمامي سطوح ولتاژ(شبکه هاي توزيع ، خطوط انتقال و تجهيزات فشار قـوي ) در ايـران بکـار گرفتـه شـده است .
خاصيت اصلي مقره هاي پليمـري کـه منجـر بـه افـزايش تمايل به کاربرد اين نوع از مقره ها شده است افـزايش ولتـاژ
3
شکست به دليل خاصيت آب گريزي مقره هاي فوق مي باشد.
البته خاصيت کاهش وزن را نيزبه عنوان يکـي از مهـم تـرين عوامل نبايد فراموش کرد.
با افزايش کاربرد و استفاده مقره هاي پليمري ، نگرانـي در مورد عملکرد آنها پس از پير شدن مواد پليمـري نيـز رو بـه افزايش است .
شرايط محيطي از جمله اشعه ماوراء بنفش (UV٤)، منجـر به کاهش خاصيت آبگريزي مقره شده و به تبـع آن کـاهش ولتاژ شکست مقره را در پي خواهد داشـت . بـدليل اهميـت تاثير اشعه UV بر روي عملکرد مقره مطالعات و آزمايشـات
1. Erosion
2. Tracking
3. Hydrophobicity
4. Ultra Violet
بسياري در شرايط مختلف در سالهاي اخير بر روي مقره هاي پليمري انجام شده است [٥،٦،٧]. اشعه UV بر اساس طول موج بـه سـه گـروه A ،B و C تقسيم ميشود.
315nm UV -A 400nm
290nm UV -B 315nm
UV -C 290nm
اشعه UV بـا طـول مـوج کوتـاهتر، بـراي مقـره مضـرتر مي باشد اما از آنجاييکه UV-C توسط اتمسفر فيلتر شده و به سطح زمين نمي رسد، UV-B مضـرترين نـوع اشـعه مـاوراء بنفش براي سطح مقره مي باشد.
البته از آنجاييکه فوتونها انرژي لازم براي شکستن پيونـد Si-O را ندارند، سيليکون رابر داراي مقاومت بالايي در برابر اشعه UV مي باشد. با افزايش کربن در ساختار سيليکون رابر ميتوان مقاومت آن را در برابر اشعه UV افـزايش داد، امـا از آنجايکه کربن خاصيت عايقي مقره را کاهش مي دهـد، بايـد تعادل منطقي بـين افـزايش مقاومـت در برابـر اشـعه UV و کاهش مقاومت در برابر تراکينگ برقرار کرد[٨].
١-١- مکانيزم شکست الکتريکي مقره هاي آلوده
آلودگي به همراه رطوبت باعث افزايش هدايت الکتريکي روي سطح مقره خواهد شد کـه جريـان نشـتي را بـه دنبـال خواهــد داشــت . ميــزان ايــن جريــان بســتگي بــه مقاومــت الکتروليتــي لايــه آلــودگي ســطح مقــره دارد. از آنجائيکــه الکتروليت داراي ضريب دمائي منفي مي باشد، با بـالا رفـتن دما مقاومت آن کاهش پيدا مي کند که باعث افزايش جريـان نشتي سطح مقره مي شود. با افزايش جريـان نشـتي و ايجـاد سطح مرطوب و خشک ، جرقه هاي منقطع روي نوار خشک ٥ بوجود مي آيند که نهايتا منجر بـه شکسـت الکتريکـي مقـره مي شوند.
در شکل ١ نحوه بوجود آمدن جرقه هاي نوار خشک نشان داده شده است .
٢- شرايط و چگونگي انجام آزمايش
براي بررسي اثرات اشعه UV و آلودگي بر روي مقـره هـاي پليمري ، ٥ نمونه مقره پليمري ٢٠ کيلو ولت مورد بررسي قرار گرفته اند. مقره ها از نظـر آرايـش و طـول چتـرک هـا تفـاوت اندکي با يکديگر دارند.
مشخصه ظاهري مقره هـاي فـوق در جـدول ١ و شـکل ٢ نشان داده شده است . همچنين شکل شماره ٣ مقره هـاي مـورد آزمايش را در آزمايشگاه نشان مي دهد.
UV-C ٤٠ وات بــا شــدت ௐమ ٥ قــرار دارنــد. بــاوجود اينکه UV- C از اتمسفر عبور نمي کند، اما به منظور بـالا بـردن ســرعت پيرشــدن مقــره هــا و کــم کــردن زمــان تســت از لامپ هاي UV- C که اثـر مخـرب تـري بـر روي مقـره دارنـد استفاده شده اسـت . مقـره هـا در کـل بـه مـدت ١٦٠ روز در معرض اشعه UV قرار گرفته اند.
همانطور که در شکل ٤ نشان داده شده اسـت مقـره هـا در داخل محفظه اي فلزي به ابعاد m ١ × ١× ١.٥ و شامل ٨ عـدد
لامپ
شکل ٥ مدار تست اندازه گيري ولتـاژ شکسـت مقـره هـا را نشان مي دهد. به منظور افزايش تدريجي ولتاژ، در مدار تسـت
از يک اتو ترانس اسـتفاده شـده و بـه کمـک ترانسـفورماتور 200kV.220V ولتاژ لازم براي شکست مقره هـا فـراهم شـده است . همچنين همانطور که در مـدار تسـت نشـان داده شـده است از يک مقسم خازني به منظور اندازه گيري ولتاژ شکست مقره ها استفاده شده است .
براي اندازه گيري ولتاژ شکست مقره هـاي فـوق ، ولتـاژ بـه کمک اتوترانس به آرامي زيـاد شـده تـا زمـاني کـه شکسـت الکتريکي رخ دهد. ولتاژي کـه در آن شکسـت الکتريکـي بـر روي مقره رخ مي دهد ولتاژ شکست مقره مي باشد.
شکل ٦ مدار تست اندازه گيري ولتاژ شکست مقره هـا را در آزمايشگاه فشار قوي نشان مي دهد.
ولتاژ شکست مقره هـا در ٣ نوبـت (قبـل از قرارگـرفتن در معرض اشعه UV، پس از ٨٠ روز و پس از ١٦٠ روز ) مـورد آزمايش قرار گرفته است .
همچنين به منظور داشتن سطوح آلودگي مختلف ، محلـول آب نمک با رسانايي الکتريکي مختلف به سطح مقره پاشـيده شده است .
رسانايي الکتريکي سه محلولي که در آزمايش مورد استفاده قرار گرفته اند به شرح زير مي باشد.
ms.cm ٠.٤ : آب شهري
ms.cm ٨.٥ : محلول ١ ms.cm ١٨.٥ : محلول ٢ بنابراين تست ولتاژ شکست درچهار حالـت (خشـک ، آب شهري و دو نوع محلول آب نمک ) انجام شده است .
