بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مقرههای سیلیکون رابر تحت شرایط تمیز، شرایط وجود آلودگی، شرایط بارانی و شرایط یخبندان بررسی شدهاند. آلودگی در نظر گرفتهشده بر روی سطح مقرهها، نمک میباشد. نمک در این نواحی آلودگی اصلی به شمار میرود .
هدف از این پژوهش مقایسهی تاثیر وجود هرکدام از شرایط ذکرشده در توزیع میدان الکتریکی مقرههای سیلیکون رابر است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که وجود آلودگی نمک باعث افزایش میدان الکتریکی در مقره سیلیکون رابر می گردد. همچنین در صورت بارش باران، قطرات آب نشسته بر سطح مقره پلیمری، میدان الکتریکی بسیار بیشتری نسبت به آلودگی ایجاد میکند.
همچنین در شرایط یخبندان که سطح مقرههای سیلیکون رابر دچار یخزدگی می شود، میدان الکتریکی در سطح چترکها و روکش هستهی مقرههای سیلیکون رابر را افزایش مییابد. ولی این میدان الکتریکی نسبت به میدان الکتریکی ناشی از قطرات آب و میدان الکتریکی ناشی از وجود نمک کمتر است. همچنین در صورت وجود قطرات آب و آلودگی نمک به صورت همزمان بر سطح مقره سیلیکون رابر، این امر بیشترین میدان الکتریکی را در سطح این مقرهها به وجود میآورد.
مقدمه
مقرههای پلیمری روزبهروز درحال توسعه و افزایش محبوبیت هستند. این مقرهها برای کاربردهای موجود در فضاهای باز، از مقرههای پرسلانی و شیشهای بهتر هستند. این مقرهها با توجه به سطح آبگریزی که دارند، عملکرد بهتری در شرایط آلوده و بارانی از خودشان نشان می دهند. این مقرهها سبکتر هستند، دارای وزن کمتری هستند، دارای مقاومت بالاتری در مقابل ضربات هستند
از جمله مزایای استفاده ازمقرههای سیلیکون رابر می توان به موارد زیر اشاره کرد
- سیلیکونرابر انرژی کششی سطحی کمی دارد و در نتیجه وضعیت سطحی آبگریزی خود را حفظ میکند، که نتیجه آن این است که مقره در شرایط مرطوب و آلوده بهتر عمل میکند.
- مقرههای پلیمری با توجه به وزنشان از استحکام مکانیکی بالاتری نسبت به مقرههای شیشه ای یا مقره های پرسلانی برخوردارند، که این امر کاهش هزینه های تعمیر و نگه داری را برای خطوط انتقال و توزیع به همراه دارد.
- مقرههای پلیمری کمتر در معرض آسیبهای جدی از جمله برخورد گلولهی تفنگ شکارچیان می باشد.
معایب مقرههای پلیمری به شرح زیر است - : - Marungsari et al , 2006
- مقرههای پلیمری از موادآلی ساخته شده است . بنابراین بر روی سطح این مقرهها تغییرات شیمیایی به علت هوازدگی و قوس باندخشک ایجاد میشود.
- مقرههای پلیمری دچار فرسایش شده و یک ترک ممکن است به شکست مقره منجر شود.
- میزان قابلیت اطمینان این مقرهها به دلیل دشوار بودن پیدا کردن عمر آنها نامعلوم است.
- تشخیص مقره پلیمری معیوب، سخت است.
ساختار یک مقرهی پلیمری مطابق شکل 1 نشان داده شده است. طراحی اولیه یک مقره پلیمری به شرح زیر است:
از یک فیبر پلاستیکی تقویتشده به عنوان هسته استفاده میشود، که به اتصالات فلزی - یراق آلات - مقره متصل میشود. این مجموعه وظیفه تحمل بار مکانیکی را بر عهده دارد. در صورتی که هسته با رطوبت و آلودگی ارتباط پیداکند، در هنگام تخلیههای الکتریکی محلی مسیری را ایجاد کرده و به مروز زمان دچار فرسایش و نابودی کل مقره میشود.
به منظور حفاظت از هسته در مقابل تنشهای محیطی مختلف مانند اشعه ماوراءبنفش ،اسیدها، طوبت و همچنین به منظور ایجاد فاصله نشتی در طول مقرههای سیلیکون رابر، روکشی بر روی هسته و چترکهایی خارج از هسته نصب میشود. این چترکها برای مقرههای پلیمری عمدتاً از جنس سیلیکون رابر میباشد - . - Farhadinejad and Ehsani , 2012 از آن جا که مقرههای پلیمری از موادآلی ساخته شدهاند و این مواد روند پیرشدنشان اجتناب ناپذیر است، از اینرو زمان و روند پیرشدن این مقرهها نگرانی اصلی در مورد این مقرهها است.
شکل -1 اجزاء تشکیل دهنده مقره سیلیکون رابر
معادلات مورد استفاده برای حل مساله
یک راه ساده برای محاسبه میدان الکتریکی این است که اول پتانسیل الکتریکی را محاسبه کرد، سپس از این طریق میدان الکتریکی را بهدست آورد. پس میتوان توزیع میدان الکتریکی را بهصورت زیر نوشت : - Sangkhasad , 2006 -
از معادلهی ماکسول خواهیم داشت:
که در آن مقاومت ویژه و ثابت دی الکتریک مواد میباشد. با قرار دادن معادله - 1 - در معادله - 2 - معادلهی پواسن به دست میآید.در فضای بدون بار، مقاومت ویژه صفر است و معادله پواسن به معادله لاپلاس تبدیل خواهد شد.
حال اگر بخواهیم توزیع میدان الکتریکی را بهروش المان محدود بررسی کنیم، نرمافزار مراحل زیر را دنبال خواهدکرد. با توجه به اینکه تحلیل میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی شامل فضا و چگالی سطحی نیست، در نتیجه برای به دست آوردن دامنه می توان تابع دوبعدی F - u - را به صورت زیر بیان کرد
