مقره ها و ایزولاسیون

مقدمه:
از آغاز پیدایش صنعت برق ، نیاز به تجهیزاتی که بتوانند نقش عایقی و جداسازی قسمتهای تحت ولتاژ‍ از سایر قسمت ها را داشته باشند وجود داشته و تحقیقات در این زمینه نیز همچنان ادامه دارد.اولین عنصری که به عنوان مقره مطرح گردید چوب خشک بود ولی بعلت اینکه پس از خیس شدن تا اندازه ای خاصیت عایقی خود را از دست میداد کنار گذاشته شد. پس از چوب استفاده از مصنوعات کلی وسرامیک مورد مطالعه قرار گرفت وامروز بطور گسترده از شیشه و چینی وپلاستیک در ساخت مقره ها استفاده می شود.
در خطوط انتقال نیرو نیز لازم است هادیهای تحت ولتاژ بنحوی از برجها ایزوله شوند که مقره ها عامل اصلی جداسازی هادیها از پایه ها وزمین می باشد و برای اینکه بتوانند وظایف خود را که در حقیقت تامین فاصله مناسب می باشد به خوبی انجام دهند باید دارای خواص کلی زیر باشند :
(1) خاصیت عایقی مناسب
(2) مقاومت مکانیکی کافی
(3) تحمل الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژ ها
(4) مقاومت الکتریکی بالا در جهت کاهش نشت جریان الکتریکی
(5) مقاوم در مقابل تغییرات درجه حرارت محیط
مسلما هرچه مقاومت الکتریکی و مکانیکی مقره ها بیشتر باشد،تحمل آنها در مقابل اضافه ولتاژها یا اضافه بارهای مکانیکی افزایش می یابد ،علاوه بر آن پایین بودن درجه عایقی مقره ها احتمال بروز جرقه بین هادیها با برجها را از طریق زنجیره مقرهها افزایش میدهد.که این امر سبب تخریب آنها میگردد که درمجموع کاهش قابلیت برق رسانی و در نتیجه خروج خطوط انتقال نیرو را بهمراه خواهد داشت.
ایزولاسیون و مقره ها :
برای اتصال هادی های خطوط انتقال به دکل ها که دارای ولتاژ های زیادی نسبت به بدنه ی دکل و نسبت به یکدیگر می باشند،از وسایل مجزا کننده استفاده میشود.این جدا کننده ها که عموما به صورت مقره در خطوط انتقال بکار می روند ، عموما دارای دو وظیفه ی مهم می باشند:
یکی وظیفه ی مکانیکی آنها است بطوری که باید دارای استقامت مکانیکی خوب بوده و قادر باشند بارهای مکانیکی راتحت شرایط متحمل از قبیل برف ،باد ، باران ، و غیره بخوبی تحمل نمایند.
دیگری وظیفه ی الکتریکی آنها است بطوری که باید دارای خواص غایقی خوب بوده و بتوانند هادی های دارای ولتاژ را بخوبی از دکل و از یکدیگر ازنظر الکتریکی جدا نمایند و علاوه بر تحمل ولتاژ کار خط ، در مقابل ولتاژ های ضربه ای ناشی از رعد و برق و قطع و وصل کلید ها و غیره که بعدا توضیح داده خواهد شد بخوبی مقاومت کنند.
در ضمن جریان نشتی مقره ها که ممکن است در اثر تخلیه ی کرونا ، تلفات دی
الکتریکی یاعایقی مواد داخلی مقره و جریان نشتی سطحی مقره به وجود اید باید حتیالامکان ناچیز باشد .
شکست ولتاژ اعمال شده روی مقره ممکن است به دلیل تخلیه ی الکتریکی در هوای اطراف مقره ، تخلیه ی الکتریکی سطحی از طریق گرد و غبار وآلودگی های روی سطح مقره ویا تخلیه ی الکتریکی ازداخل خود مقره صورت پذیرد که در حالت اخیر منجر به خرابی مقره می گردد .
اغراق نیست اگر بگوییم که ضریب اطمینان سیستم های قدرت بستگی به کیفیت و
ضریب اطمینان ایزولاتورها دارد و از آن جایی که ولتاژ انتقال و ظرفیت انتقال روز به روز در حال افزایش است میتوان گفت که نقش ایزولاتورها و مقره ها روز به روز مهمتر خواهد شد و همچنین نیاز برخورداری از تحمل مکانیکی بیشتر درآینده توام با خاصیت الکتریکی مناسب مسئولیت سنگینی را از هم اکنون بردوش مهندسان مواد گذاشته است به لحاظ اهمیت نقش ایزولاتورها ومواد تشکیل دهنده ی آنها در خطوط انتقال در اینجا به تشریح آنها می پردازیم.
1) مواد تشکیل دهنده عایقها و مقره ها
مواد مختلفی وجود دارند که بعنوان عایق الکتریکی در ساخت مقره ها به کار میروند. این مواد عموما بدوگروه سرامیکی و غیرسرامیکی (پلاستیک)می توانند تقسیم گردند . گروه سرامیکی که ازاهمیت بیشتری برخوردار می باشد خود انواع مختلفی را شامل می شود که عمده ی آنها بخصوص برای خطوط انتقال ، شامل پرسلین و شیشه می باشند.با این حال امروزه پرسلین به عنوان بهترین این مواد ازنقطه نظر استقامت الکتریکی ومکانیکی ، استقامت تحت شرایط جوی مختلف ، ضریب اطمینان بالا و غیره ، موردقبول صاحب نظراندر سراسر جهان می باشد و به عنوان بهترین ماده برای ساخت مقره ها شناخته شده است .
در این جا به دلیل اهمیت به تشریح این دو ماده می پردازیم :
1-1) پرسلین
این ماده مخلوطی است از رس و کائولین یا سیلیکات هیدراته و کوارتز ، فلدسپات
یا سیلیکو آلومینات سوداو پتاس. در ساختمان بعضی ازپرسیلینهای مخصوص ممکن است اکسیدهای بخصوص شامل تیتان و زیرکونیم نیز موجود باشد درصد کوارتزچیزی در حدود25%و درصد فلدسپات یا سیلیکو آلومینات سود و پتاس نیز در همین حدودمی باشد و خواص الکتریکی و مکانیکی آن تابعی از درصد مواد تشکیل دهنده ی آن می باشد. این مواد را پس از آرد کردن خوب مخلوط کرده و به شکل مطلوب درآورده و درکوره باحرارتی در حدود 1300 درجه می پزند .
پرسلین دارای خاصیت عایقی بسیار خوب و قوی بوده و گرادیان ولتاژی که باعثخرابی آن می گردد در حدود mm / kv30 – 15 می باشد ودر مقابل ولتاژ ضربه تا 49mm/kv تحمل دارد. مقاومت مخصوص آن زیاد و در حدود mCΩ ٩٤ 10×3 است که در نتیجه جریاننشتی آن ناچیز می باشد .ثابت دی الکتریک پرسلین 6.5- 4 =εمی باشد . مقاومت مکانیکی آن درحدود در مقابل فشار حدود٢mm/kg 50 است و در مقابل کشش تا حدود0.1 مقدار فوق مقاومت از خود نشان می دهد . با ازدیاد درصد کوارتز مقاومت مکانیکی آن افزایش می یابد و افزایش درصد رس آن، اثرات درجه حرارت را بر روی آن کاهش می دهد. پرسلین براحتی لعابدار می شود و این کار مقاومتش را در مقابل ترک خوردن و
یا لبپریدگی زیادمی کند و براحتی تمیز می شود . از طرفی هدایت لعاب سطح آن باعث توزیع یکنواخت ولتاژ در سراسر طول رشته ی مقره می گردد مرور زمان و تغییرات شرایط جوی در دراز مدت ممکن است باعث آشکار شدن خلل و فرج و خرابی این مقره بشود . این نوع مقره در مقابل ضربه، معمولا ترک بر می دارد یا دارای لب پریدگی می شود ولی کاملا خورد نمی شود .
از معایب پرسلین این است که چنانچه تحت اثر موج ولتاژی ، تخلیه ی الکتریکی در داخل آن صورت گیرد موجب ایجاد کانال بسیار باریک و غیر قابل دیدن می گردد که سبب کاهش خاصیت عایقی آن می شود .
پرسلین خود شامل چهار نوع عمده می باشد که عبارتند از :
الف) پرسلین معمولی یا پرسلین فلدسپات ، که استقامت مکانیکی آن در مقابل خمش در حدود ٢Cm / kg1000-600می باشد .
ب) پرسلین آلومنیومی که بمنظور افزایش استقامت مکانیکی به جای پرسلین معمو لی به کار می رود.استقامت مکانیکی آن در مقابل خمش تقریبا دو برابرپرسلین معمولی و برابر با ٢ Cm/ kg 1700-1000می باشد .
ج) پرسلین کریستوبالایت که از مزایای آن یکنواختی بهتر جنس آن و قابلیت بهتر
کار با آن می باشد این پرسلین اولین بار توسط ژاپنیها ساخته شده است .
د) پرسلین کریستوبالایت آلومنیومی که جدیدترین نوع پرسلین بوده و دارای مزایای پرسلین کریستوبالایت از جمله یکنواختی و قابلیت بهترگار با آن و نیز دارای مزایایپرسلین آلومنیومییعنی استقامت مکانیکی خوب می باشد
1-2) شیشه
شیشه مخلوطی از سیلیس ( ٢SiOدر حدود 70%) اکسید سدیم (O ٢ Na)،اکسید کلسیم و منیزیم (МgOوCaO) می باشد که در حدود 1400درجه حرارت ذوب و پخته می شودخنک شدن شیشه پس از پختن ممکن است به دو صورت کند و تدریجی ویا خنک شدن ناگهانی به کمک دمیدن هوا باشد ، که در صورت اخیر سطح خارجی شیشه زود سرد و سخت شود ، در حالی که قسمت داخلی آن هنوز حرارت خود را دارااست . در نتیجه پس از خنک شدن تدریجی قسمت داخلی آن تحت کشش وقسمت خارجی وسطح شیشه تحت فشار قرار خواهد داشت .
استقامت الکتریکی شیشه در حالت معمولی بهتر از پرسلین و در حدود mm/kv 120-60 بوده و در مقابل ولتاژ ضربه استقامت آنmm/kv 195می باشد . خواص آن تقریبا مشابه پرسلین است . مقاومت مخصوص آن در حدود Cm.Ω 10١٩- 10١٠ بوده و با افزایش درجه حرارت مقدار آن کاهش می یابد ، بطوری که در حرارتهای بالاتر از 1100 درجه سانتیگراد به مقداری کمتر از Cm.Ω 10 می رسد ، ثابت دی الکتریک شیشه به مقدار 10-5.5 = ε میباشد .
از خصوصیات مقره شیشه ای اینست که در مقابل ضربه معمولا خرد می شود ونیز مقاومت مکانیکی آن با زمان تحمل نیرو کاهش و در حد گسیختگی به ⅔ تقلیل می یابدمقاومت ایزولاتورهای شیشه ای در مقابل شکنندگی و تغییرات ناگهانی جوی درمقایسهبا پرسلین چندان خوب نیست .
از معایب عمده ی آن اینست که چون در ساختمان آن ترکیبات بازی شامل اکسید
کلسیم و اکسید سدیم وجود دارد ، هنگامی که جریان نشتی زیادی بر روی سطح آن در اثر آلودگی سطح مقره ایجاد گردد ،ترکیبات مزبور در مقابل رطوبت واکنش نشان داده وباعث خوردگی سطح شیشه می شود که در نهایت ممکن است بدلیل بر هم زدن تعادل نیروهای سطحی و داخلی منجر به شکستن مقره گردد.بهمین دلیل در مناطق با آلودگی زیاد به کار نمی رونند .
از مزایای شیشه شفافیت آن است بطوریکه شکستگی و ترک در داخل آن با چشم قابل رویت بوده و کم بودن ضریب انبساط و ارزانی قیمت آن در مقایسه با پرسلین ازدیگر مزایای آن می باشد .

2 ) طراحی شکل و انواع ایزولاتورها
همانطور که قبلا گفته شد شکست الکتریکی بر روی مقره معمولا به دو علت ممکن
است صورت پذیرد ، یکی تشکیل جرقه از داخل مقره و دیگر تشکیل جرقه سطحی ، که اولی چون عایق بدلیل سوراخ شدن خاصیت خودراازدست می دهد،حائزاهمیت بیشتری است . تخلیه ی نوع دوم خود ممکن است به سه صورت مختلف وقوع پذیرد:
الف) تخلیه ی بین هادی و بدنه از طریق هدایت سطحی عایق که معمولا در شرایطی که ایزولاتور بعلت کثیف بودن، آلودگی و مرطوب بودن خاصیت عایقی کمتری دارد ممکن است وقوع پذیرد (شکل 1 ) در این حالت کوتاهترین مسیر بر روی سطح ایزولاتور که هادی را به بدنه مربوط می سازد خط فراری نامیده می شود .
ب) تخلیه ی ناشی از افزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی و بدنه هنگامیکه سطح ایزولاتورخشک و نسبتا تمیز باشد که معمولا از طریق کوتاهترین مسیر انجام میگیرد (شکل 2 )

شکل (1) مسیر تخلیه ی بین هادی و بدنه بعلت کثیف بودن مقره
ج) تخلیه ی ناشی ازافزایش ولتاژ ناگهانی بین هادی وبدنه هنگامی که سطح ایزولاتورمرطوب باشد ، در این حالت مسیر تخلیه ی طولانی تری را نسبت به حالت قبلی طی می کند که به سطح عایق نزدیکی بیشتری نشان می دهد (شکل 3 ) .
با توجه به لزوم پایداری شبکه های فشار قوی و با اطلاع از مسائل فوق الذکرتوجه به مسائل متعددی در طرح شکل و نحوه کاربرد ایزولاتورها اهمیت پیدا می کند . متذکرمی شود که پاره ای ازاین نکات طراحی و رسیدن به طرح مناسب از جهات مختلف ممکن است با یکدیگر متضاد باشند. بدیهی است درچنین شرایطی حالت اپتیمم اتخاذ می گردد.
پاره ای از نکات مهمی که باید در مورد انتخاب نوع ایزولاتور در نظر داشت بشرح زیر بیان می گردند :

شکل (2) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام خشک بودن هادی

شکل (3) مسیر تخلیه ناشی از اضافه ولتاژ ناگهانی بهنگام مرطوب بودن هادی
1-2 ) سطح مقره صاف باشد تا از نشستن و تشکیل گرد و غبار و آلودگی های موجود در هوا که باعث کاهش ایزولاسیون سطحی و با لطبع افزایش جریان نشتی و افزایش احتمال وقوع تخلیه ی سطحی می گردد حتی الامکان جلوگیری شود . این امر در مناطق باهوای خیلی آلوده مستلزم کاربرد ایزولاتورهای با شیارهای کم عمقتر می باشد.
2-2) به منظور کاهش جریان نشتی و احتمال وقوع تخلیه ، طول خط فراری حتی الامکان بیشتر شود . این امر مستلزم ایجاد شیارها وفرورفتگیهای عمیق بر روی سطح زیرین ایزولاتورها می باشد .
3-2 ) شکل ایزولاتورچنان طراحی گردد که آب باران بر روی سطح آن نماند و حتی الامکان سریع خشک شود.این امرمعمولابه طراحی ایزولاتورهای چتری شکل منجرشده است که از خواص مطلوب آن این است که در شرایط بارانی اگر باد نباشد معمولابخش زیرین آن خشک باقی می ماند .
4-2 ) ضخامت قسمتی از ایزولاتور که قسمتهای فلزی رابط بالا و پایین را از هم از نظر الکتریکی جدا می کنند طوری انتخاب شود ، که در صورت افزایش ولتاژ ، قبل ازوقوع تخلیه ی الکتریکی از داخل ،جرقه در سطح مقره تشکیل گردد . هر چه نسبت ولتاژلازم برای وقوع تخلیه ی الکتریکی از داخل یعنی ولتاژ سوراخ شدن به ولتاژ لازم جهت وقوع تخلیه ی سطحی بیشتر باشداین ضریب اطمینان افزایش مییابد.حداقل این نسبت باید از 3/1 بزرگتر باشد ، در موارد معمولی نسیت 6/1 و حتی گاه نسبت 2 را انتخاب می نمایند .
5-2 ) از آن جایی که ثابت دی الکتریک هوا ومقره متفاوت می باشند خطوط نیرو در داخل هوا و عایق متفاوت بوده ، دارای فشردگی بیشتری در هوا خواهند بود . این امر بخصوص در مواردی که عایق دارای شیارها و برآمدگیهای پیچیده باشد می تواند گاه سبب تشگیل گرادیان ولتاژ قوی در هوا و در نتیجه وقوع تخلیه ی جزئی و نهایتا تخلیه ی الکتریکی کامل گردد . از طرفی چون وجود شیارها و برآمدگی های پیچیده به خصوص در شرایط هوایی ساکن باعث کثیف شدن سریعتر عایق شود ، لذا در مورد ایزولاتورهایی که در محل های سرپوشیده نصب می شوند شیارها دارای عمق کمتری باید باشند .
6-2 ) در کاربرد وانتخاب ایزولاتور باید به شرایط جوی منطقه و میزان آلودگی هوای محل ونوع آلودگی توجه بیشتری بشود .
7-2 ) در انتخاب شکل و طول ایزولاتور به نکات اقتصادی باید توجه شود . به
خصوص توجه به این مطلب حائز اهمیین است که ولتاژ مقاوم در نظر گرفته شده برای ایزولاتورآن چنان نباشد که هرموج ولتاژ ممکنی را تحمل کند .زیرا این امرسبب طولانی شدن بیش از حد زنجیره ی ایزولاتور و در نتیجه هزینه ی سنگین طرح خواهد شد .
3 ) انواع مختلف ایزولاتورها
توجه به نکات مختلف وشرایطمخصوص نصب منجر به طراحی وساخت ایزولاتورهای مختلفی شده است . این ایزولاتورها معمولا به دو گروه ایزولاتورهای نگهدارنده(ثابت )و ایزولاتورهای آویزان تقسیم می شوند :
الف ) ایزولاتورهای نوع نگهدارنده
این ایزولاتورها معمولا تحت نیروی فشاری و خمشی قرار می گیرند دو نمونه از آنها با اهمیت تر از بقیه می باشند که عبارتند از :
الف-1 ) مقره های سوزنی :
همانطور که از نام این مقره ها بر می آید ، مقره توسط یک سوزن یا میخ به پایه بسته می شود . معمولا از پرسلین ساخته می شود . نحوه ی استفاده از این مقره طوری است که معمولا تحت نیروی فشاری قرار می گیرد ولی چنانچه بصورت معکوس به بازوهای پایه هابسته شودتحت تاثیرنیروی کشش قرار خواهد گرفت.طبق استانداردهای مختلف تماس مستقیم بین پرسلین و فلز سخت سوزن مقره چندان مناسب نمی باشد وباید تو- سط یک انگشتانه ی فلزی از جنس نرمتر از هم جدا گردند . برای این منظور معمولا از فلز روی استفاده می شود . این مقره ها را می توان با افزایش طبقات عایق بای ولتاژهای بالاتر به کار برد اما معمولا برای ولتاژهای توزیع ساخته می شوند و کاربرد آن به ولتاژهای زیرkv 70محدود می شود زیرا در ولتاژهای بالاترهزینه ی آن غیر اقتصادی بوده وبا افزایش ولتاژازدیاد قیمتی نشان می دهدکه تقریبا متناسب با ⁿV است بطوری که ⁿ عددی بزرگتر از 2 می باشد. در این نوع مقره ضخامت پرسلین واقع بین سوزن وهادی باید به قدری باشد که در صورت افزایش ولتاژغیرمعمولی تخلیه ی سطحی ازروی عایق زودتراز شکست الکتر_ یکی در داخل آن صورت پذیرد . نسبت ولتاژ لازم برای تخلیه ی الکتریکی سطحی به ولتاژ کار مقره را ضریب اطمینان می نامند که برای ولتاژهای کمتر مقدار بیشتری دارامی باشد .
شکل( 4 )دو نوع مقره ی سوزنی را نشان می دهد .

شکل (4) دو نوع مقره ی سوزنی
هنگامی که مقره تر باشد بخصوص در صورتی که بر روی سطح مقره آلودگی زیادایجاد شده باشد سطح بالایی چترهای مقره عملا خاصیت عایقی خود را از دست داده و حتی ممکن است هدایت خیلی زیادی از خودنشان دهند.در این صورت مسافتی که تخلیه ی الکتریکی بین هادی و سوزن صورت می گیرد عبارتست از جمع کوتاهترین فواصل موجودبین کناره ی هرچتر با نزدیکترین نقطه روی چتر پایین تر به اضافه ی کوتاهتر- ین فاصله ی موجود بین لبه ی چتر پایینی وسوزن مقره ، که در شکل ( 5 الف ) با جمع (c+b+a) نشان داده شده است . در مقره های خشک و تمیز ، پرسلین نقش عایقی خود را حفظ کرده و بنا براین مسیر جرقه عبارت است از کوتاهترین فاصله ی هوایی بین هادی و سوزن مقره که این مسیر به صورت حاصل جمع (c+b+a) در شکل (5 ب) نشان
داده شده است .
استقامت مقره و سوزن آن از نظر مکانیگی باید چنان باشد که تحمل نیروهای مکانیکی در شرایط سخت ممکن را با ضریب اطمینان کافی را داشته با شند و در مورد پایه های انتهایی که تحت نیروی کشش یکطرفه قراردارند ،مقره باید استقامت کافی در مقابل نیروی خمشی راداشته باشد .در غیراین صورت بهتر است از مقره های کششی استفاده شود .

شکل (5) مسیر جرقه در حالت تر و خشک
الف-2) مقره های نوع پست :
این مقره ها به صورت استوانه ای بلند می باشند که دارای فرورفتگی ها و برآمدگی ها ای بر روی سطح استوانه می باشد و از نظر ساخت می تواند به دو صورت تو خالی و تو پرساخته شود .نوع توپر آن دارای استقامت مکانیکی و نیزاستقامت الکتریکی بهتری در مقابل سوراخ شدن می باشد . امروزه مقره های نوع پست بیشتر به صورت تو پر ساخته می شوند .
مقره های نوع پست می توانند در خطوط انتقال مورد استفاده قرار گیرند (شکل 6 ).
و یا برای پستهای فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند (شکل 7 ) .

شکل (6) مقره نوع پست مخصوص خطوط انتقال

شکل (7) مقره ی نوع پست مخصوص پستهای فشار قوی
مقره های نوع پست ممکن است به صورت افقی ، عمود و یا مایل مورد استفاده قرار می گیرند . جدول (1 ) نمومه هایی از نحوه ی کاربرد مقره های نوع پست را در خطوط انتقال نشان می دهد .

جدول 1 : نحوه ی کاربرد مقره های نوع پست در خطوط انتقال

ب) مقره های آویزی
همانطور که گفتیم استفاده از مقره های سوزنی در ملتاژهای بالا از نظر اقتصادی
چندان مقرون به صرفه نمی باشد . از طرف دیگر برای ولتاژهای بالا اندازه ی آنها بیش از حد بزرگ می شود . این نکات موجب گرایش توجه متخصصان به مقره های آویزی برای خطوط انتقال با ولتاژ بالا شد یکی ازاین افرادآقای لاکه صاحب امتیاز کمپانی مقره سازی لاکه بود که اولین مقره ی آویزی دنیا توسط وی در سال 1903 به مرحله ی ساخت در آمد . این مقره خیلی زود به صورت مقره ی آویزی دانکن ( سال 1905 ) تکامل یافت . مقره های آویزی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند در حقیقت از تکامل تدریجی این مقره بوجود آمده اند .
همان طور که ازنام این مقره ها بر می آید ، هادی توسط مقره ، زیر بازوهای دکل به صورت آویزان قرار می گیرد .این سیستم دارای مزایای متعددی است که معمولاعبارتنداز :
1- هر واحد آن برای ولتاژ کار نسبتا کمی طراحی و ساخته می شود و برای ایزولاسیون هادی خط از پایه ها لازم است که یک رشته ی سری از آن ها مورد استفاده قرار گیرد .
2- درصورت خرابی ویا شکستن عایق معمولا تعویض یک واحد به جای تمام زنجیر کافی می باشد .
3- از آنجایی که هادی خط به زیرمقره ها بسته می شود ومقره هامی توانند نوسان کنند ، نیروهای مکانیکی کمتری در مقایسه با نوع مقره های سوزنی بر عایق وارد می شود ضمنا آزاد بودن نسبی این نوع مقره سبب تعادل کشش هادی در اسپنهای طرفین آن می گردد .
4- در صورتی که بخواهیم ولتاژ کار خط را افزایش دهیم با افزایش تعداد مناسبی می توان ایزولاسیون لازم را برای شرایط کار جدید تامین کرد و احتیاجی به تعویض کل زنجیر وجود ندارد .
به دلیل آزاد بودن حرکت مقره های آویزی دامنه ی نوسان هادی هایی که با مقره ی آویزی به دکل وصل شده اند در مقایسه با دامنه ی نوسان هادیهای بسته شده به مقره های سوزنی بزرکتر بوده وبنابراین در طرح برج باید فاصله ی هادی ها با یکدیگر و بابرج کمی بیشتر در نظر گرفته شوند .
چندین نوع مقره ی آویزی مورد استفاده قرار می گیرند که عبا رتند از :

ب-1 ) مقره های آویزی بشقابی :
هر واحد این مقره شامل یک بشقهب عایق از جنس پرسلین ، یک کلاهک فلزی ویک سوزن فلزی می باشد .کلاهک وسوزن مزبورتوسط سیمان بخصوصی به بشقاب مقره متصل شده اند . مقره های متوالی در یک زنجیر توسط کلاهک ویک سوزن بهم متصل می گردند و نوع اتصال ممکن است به دو صورت باشد . یکی اتصال کلاهک و سوزن توسط یک میله ی نازک که از سوراخ مشترک کلاهک مقره ی پایینی و سوزن مقره ی بالایی می گذردو نوع دیگراتصال بوسیله ی جفت شدن انتهای کروی شکل سوزن واحد مقره ی بالایی با کلاهک واحد مقره ی پایینی صورت می گیرد که نوع اخیر معمول تر است (شکل 8 ) .

شکل (8) مقره های آویزی بشقابی
ایزولاتورهای بشقابی در اندازه ها و شکلهای متفاوت ساخته می شود که در خطوط انتقال فشار قویایزولاتور های به قطر 254 و 304.8 میلیمتر با طول های 65/120 و 05/ 146 میلمتر معمول تر است . این بعلت مشاهداتی است که نشان داده است به ازای اندازه های فوق الذکر نسبت ولتاژ لازم برای تخلیه ی الکتریکی سطحی به ولتاژ لازم برای سوراخ شدن مقره مقدار مناسبی خواهد داشت . افزایش قطر مقره سبب افزایش ولتاژلازم برای تخلیه ی الکتریکی سطحی و در نتیجه کاهش نسبت فوق می گردد که نامطلوب است . افزایش ولتاژ خطوط EHV و UHV در سال های اخیر لزوم کاربرد مقره های با قطر و ضخامت خیلی بیشتر را فراهم نموده است .
ب-2 ) مقره ی هیولیت :
این مقره که خودبشقابی می باشد برای اولین بار در سال 1907 میلادی توسط آقای هیولیت ساخته شد.
در هر واحد این مقره دو حفره ی U مانند در خلاف جهت یکدیگر طوری قرار دارند که در خلاف جهت یکدیگر بوده ودر دو صفحه ی عمود بر هم قرار می گیرند . بست هایU شکل از فلز سخت واحد های این نوع مقره را بهم مربوط می سازند (شکل 9 )
این بست ها چنان قرار می گیرند که مانند حلقه های زنجیر به هم وصل شده و از
نظر الکتریکی توسط پرسلین از یک دیگر ایزوله می شوند .
از مزا یای آن ها بالا بودن مقاومت مکانیکی آن ها است زیرا اتصال آن ها نیازی به سیمان ندارد و نیز اگر یک و.احد به عللی شکسته شود اتصال واحد های بالایی و پا یینی توسط حلقه های U شکل تامین می گردد و خط از سرویس خارج نمی شود امااز آن جایی که ضخامت پرسلین بین دو فلز U شکل بالا و پایین در مقایسه با دیگر انواع مقره ها کم می باشد ، میدان الکترو استاتیکی در حد فاصل میله های فولادی زیاد بوده و احتمال سوراخ شدن پرسلین در اثر شکست الکتریکی در داخل مقره بیشتر از دیگر انواع مقره ها می باشد .

شکل (9) مقره ی هیولیت

ب-3 ) مقره های توپر بلند آویزی :
این نوع مقره به صورت توپر و یک پارچه بوده و دارای طولی معادل چندین بشقاب متوالی وشبیه مقره های نوع پست می باشد .
دو انتهای آن به دو کلاهک فلزی مقاوم منتهی می شود که اتصال را تامین می کنند .
این نوع مقره به دلیل طول زیاد پرسلین موجود بین دو کلاهک فلزی در مقابل سوراخ
شدن در اثر موج ولتاژ ضربه ای از خود مقاومت خوبی نشان می دهد و تشکیل گرد و خاک وآلودگی بر روی سطح آن کمتر از آلودگی بر روی سطح دیگر مقره های آویزی می باشد . عیب آن این است که چنان چه مقره بشکند باید تمام طول مقره تعویز گردد (شکل 10 ) .

شکل (10) مقره ی توپر بلند آویزی

ج) مقره های مخصوص :
در شرایط خاص محیط مثلا هنگامی که آلودگی ناشی ازدود ،مواد شیمیایی و یا نمک بر روی سطح مقره ها بیش از حد معمول باشد ،ممکن است استفاده از مقره هایی با یک مشخصات ویژه الزامی گردد ، ویا چنان چه مثلا در محیطی رعد و برق زیاد باشد برای جلوگیری از سوراخ شدن مقره ها در مقابل ازدیاد ولتاژ های ناشی از رعدو برق باید از مقره هایی با ضخامت پرسلین بیشتر استفاده شود . مشاهد ه شده است در محیطهای با آب وهوای مدیترانه ای که از طرفی دارای رطوبت نسبی زیاد بوده و از طرفی به دلیل تراکم نسبتا زیاد مردم دارای آلودگی های ناشی از تاسیسات صنعتی می باشند ، بهتر است از ایزولاتور های مقاوم در مقابل مه ویا کثافت استفاده شود .این مقره ها باید دارای خط فراری طولانی بوده وآنچنان باشند که در اثر باران سطح مقره به خوبی تمیز گردد . شکل 11 یکی از انواع سوزنی این مقره ها را نشان میدهد .

شکل (11) مقره ی سوزنی مقاوم در مقابل مه و کثافت
چنانچه هدف محافظت در مقابل سوراخ شدن مقره در اثر ازدیاد ولتاژ ناگهانی باشد می توان از مقره هایی استفاده کرد که فاصله ی بین هادی و سوزن در آن ها زیاد باشد. شکل 12 یکی از انواع مقره های سوزنی را نشان ممی دهد . همان طور که از شکل پیدا است سوزن قسمت پایین مقره به جای این که در داخل مقره باشد توسط کلاهکی به قسمت برآمده ی پایین مقره وصل شده است که در نتیجه باعث افزایش استقامت مقره در مقابل سوراخ شدن ناشی از ازدیاد ولتاژ می گردد .

شکل (12) مقرهی سوزنی توپر با تحمل ولتاژ بالادر مقابل جرقه ی داخلی
از دیگرانواع مقره های مخصوص ، مقره های بشقابی ضد آلودگی است که بشقابهای هر واحد دارای انحراف نا چیزی نسبت به افق بوده و واحدهای متوالی آن چنان به هم مرتبط می گردند که به صورت یکدر میان به چپ و راست انحراف داشته باشند بطوری که این امر باعث افزایش طول خط فراری می گردد (شکل 13 ) .
در نقاطی که رطوبت هوا قبل از ریزش باران خیلی بالا می رود و آلودگی هم زیاد باشد ممکن است رطوبت سبب افزایش شدید هدایت بر روی سطح ایزولاسیون شود، به طوری که احتمال شکست الکتریکی بر روی سطح مقره قبل ازریزش باران وشستشوی مقره خیلی زیاد می باشد تحت این چنین شرایط جوی بهتر است از مقره های با فرورفتگیهای عمیق استفاده گردد (شکل 14 ) .

شکل (13) مقرهی اویزی بشقابی دارای انحراف نسبت به محور

شکل (14) مقره ی بشقابی با فرورفتگیهای عمیق
4 ) توزیع ولتاژدر طول یک زنجیره ی مقره ی آویزی
چنان چه یک زنجیره ی ایزولاتور متشکل از المانهای یکنواخت به اندازه ی کافی از بدنه ی دکل دور باشد به طوری که ظرفیت بین قسمتهای فلزی دکل و قسمت های فلزی کلاهک و سوزن مقره در مقایسه با ظرفیت موجود بین کلاهک و سوزن هر واحد مقره بسیار کوچک باشد ، اختلاف پتانسیل اعمال شده در طول زنجیره بطور مساوی بین واحد های مقره تقسیم خواهد شد .
اما در عمل بخاطر نزدیک بودن نسبی زنجیره ی مقره به هادی خط ، بازو های دکل و تنه دکل این شرایط برآورده نمی شود و ظرفیت های اضافی مزبور اثرات مهمی بر روی توزیع ولتاژ در طول زنجیره خواهند داشت . نتیجه این که نزدیکترین واحد ها به هادی خط به میزان حد اکثر مجاز تحت فشار الکتریکی قرار می گیرند ممکن است فشار الکتریکی چندانی اعمال نشود که این خود سبب کاهش راندمان مفید ایزولاسیون می شود . راندمان یک زنجیره ی ایزولاتورمقیاسی از میزان بهره گیری از ایزولاسیون زنجیره می باشد و اگر ولتاژ جرقه ی زنجیره را با V و ولتاژ جرقه ی یک واحد مقره را v نشان دهیم ، راندمان زنجیره ی ایزولاتور طبق تعریف عبارت است از :
(1)
که در رابطه ی فوق n تعداد واحد های مقره در طول زنجیره ی ایزولاتور می باشد .
راندمان زنجیره ی مقره ، بستگی به تعداد واحد های مقره در طول زنجیره و بستگی به نسبت m دارد ، بطوری که :

(2) m=

هر چند ظرفیت بین واحد های مختلف در طول یک زنجیره و زمین مقادیر مختلفی را دارا می باشد ، اما این اختلاف ناچیز بوده وبا تقریب می توان آنها را برابر دانست و در نتیجه می توان فرض کرد که مقدار m برای همه ی مقره های یک زنجیره ی مقره مقدار ثابتی است .برای برسی توزیع ولتاژ در طول زنجیره ی ایزولاتور ، فرض می کنیم که C ظرفیت هرواحد مقره بوده و  ظرفیت نسبت به زمین(دکل)باشد دراین صورت برای زنجیره ی ایزولاتور آویزی شکل 15 می توانیم بنویسیم :

در حالت کلی می توانیم بنویسیم :

پس :

و یا :
(3)
رابطه فوق را می توان برای واحدهای متوالی یک زنجیره مقره تکرار کرد و با کمک آن رابطه و

شکل 15 توزیع ولتاژدرطول یک رشته مقره آویزی
ولتاژ را در طول هر واحد بر حسب Vn به دست آورد. سپس با استفاده از این اصل که ولتاژ اعمال شده بر روی زنجیره معادل با جمع ولتاژهای واحدهای مختلف می باشد مقدار Vn را می توان تعیین کرد. سپس با کمک رابطه (3) مقادیر1Vn+ ، 2Vn+ و … محاسبه می شود.
مثال 1 – 1 : اختلاف پتانسیل موجود در طول هر واحد مقره را برای یک زنجیره ایزولاتور شامل 4 واحد مقره یکسان مربوط به یک خط هوایی پیدا کنید در صورتی که می دانیم ولتاژ بین هادی و زمین برابر با KV 60 و ظرفیت هر واحد مقره پنج برابر ظرفیت قسمتهای فلزی بین مقره ها نسبت به زمین می باشد، راندمان زنجیره ایزولاتور را حساب کنید.
حل : 5 = m
با کمک رابطه (3) داریم :
Vn+1=
اما:
پس :

بطوریکه :

در نتیجه داریم :

اما جمع ولتاژ واحدهای مقره مساوی با ولتاژ هادی خط نسبت به زمین (دکل) می باشد، پس :

و یا :

اگر واحدهای زنجیره مشابه باشند و نزدیکترین واحد به هادی بتواند بخوبی ولتاژ kv 5/23 را تحمل کند دیده می شود که از حداکثر استقامت واحدهای دوم و سوم و چهارم استفاده نشده است. در این صورت راندمان زنجیره ایزولاتور عبارتست از :

چنانچه مثال فوق را برای مقادیر مختلف m حل کنیم دیده می شود که هرچه m بزرگتر باشد توزیع ولتاژ یکنواخت تر و راندمان بهتر می شود مثلاً برای 4 واحد مقره فوق و ولتاژ kv 60 نسبت به زمین چنانچه m مقادیر 1 و 5 و 10 را اختیار کند، داریم :

با توجه به اثر فوق بخصوص برای خطوط با ولتاژ بالا مقدار m باید به اندازه کافی بزرگ باشد، در غیر اینصورت از تعداد خیلی زیادی مقره به صورت سری باید استفاده کرد.
در بحث فوق از اثر کرونا و جیان نشتی در روی سطح ایزولاتور چشم پوشی شده است. در عمل کرونا و جریان نشتی تا حدودی باعث تقسیم ولتاژ بطور مساوی بر روی واحدهای مختلف مقره می گردند. همچنین از اثر ظرفیتهای بین هادیهای خط و قسمتهای فلزی زنجیره ایزولاتور صرفنظر شده است. تحت شرایط خاصی، تحت تاثیر ظرفیتهای فوق ممکن است حداقل ولتاژ بر روی مقره دومی از بالا و نه بالاترین مقره اعمال شود. اما همیشه بیشترین ولتاژ بر روی پایین ترین مقره اعمال می شود.
5)روشهای توزیع مساوی ولتاژ در طول زنجیره مقره
توزیع یکنواخت ولتاژ در طول زنجیره مقره سبب افزایش راندمان زنجیره مقره می شود. روشهای مختلفی جهت رسیدن به این هدف وجود دارد که عبارتند از :
1-5)کنترل m
دیدیم که افزایش ضریب m سبب بهبود و یکنواخت تر شدن توزیع ولتاژ در طول زنجیره ایزولاتور می شود. برای این منظور باید ظرفیت بین قسمتهای فلزی مقره ها و زمین نسبت به ظرفیت واحدهای مقره حتی الامکان کوچک گردد. یکی از روشهای ممکن برای نیل به این هدف کاربرد دکلهایی با بازوهای بلند است. اما آشکار است که طول بازوها با توجه به مسائل مربوط به استقامت مکانیکی و گرانی هزینه نمی تواند از حد معینی بلندتر باشد. به دلیل محدودیتهای مزبور ماکزیمم مقدار در حدود 10 می باشد.
2-5) درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره
از محاسبات قسمت قبل واضح می شود که اگر کاسپتانس پایین ترین واحد مقره را بتوان افزایش داد و بترتیب کاپاسیتانس واحدهای متوالی بسمت بالای زنجیره مقره را کاهش دهیم، ولتاژ روی واحدهای پایینی کاهش یافته و بر روی واحدهای بالاتر افزایش خواهد یافت. با تنظیم صحیح کاپاسیتانس واحدهای مقره می توان توزیع ولتاژ در طول زنجیره را کاملاً یکنواخت تنظیم کرد. با توجه به شکل چنانچه ولتاژ روی هر واحد مقره برابر با v فرض شود و ظرفیت واحد مقره n ام برابر با Cn فرض شود می توانیم بنویسیم :

بنابراین چنانچه کاپاسیتانس یکی از واحدهای مقره (واحد پایینی یا بالایی) ثابت و مشخص باشد، ظرفیت دیگر واحدها با توجه به آن می توانند تعیین گردند.
واضح است که برای درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره آن چنان که ولتاژ کاملاً بر روی واحدهای مختلف زنجیره مقره یکنواخت توزیع گردد، باید تمام واحدهای مقره در طول یک زنجیره متفاوت باشند که این امر منجر به گرانی هزینه خط خواهد شد. در عمل استفاده از یک یا دو واحد مقره بزرگتر (دارای کاپاستانس بیشتر) در سمت پایین زنجیره ایزولاتور (نزدیک هادی) و کاربرد واحدهای یکسان و مشابه

شکل 16 درجه بندی کاپاستیانس
برای بقیه طول زنجیره منجر به نتیجه ای رضایت بخش می شود. روش دیگر برای افزایش کاپاسیتانس واحدهای پایینی استفاده از کلاهکهای فلزی بزرگتر برای واحدهای پایینی و یا نقاشی بخشی از سطح بالایی مقره های پایینی با رنگهای هادی می باشد. روش درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره برای خطوط انتقال معمولی متداول نبوده و برای خطوط با ولتاژ خیلی زیاد EHV و UHV اعمال می شود.
3-5) کاربرد حفاظ استاتیکی یا حلقه محافظ
در این روش بمنظور توزیع یکنواخت ولتاژ از یک حلقه فلزی که در اطراف واحد مقره پایینی زنجیره ایزولاتور قرار گرفته و به هادی خط متصل است، استفاده می شود.
این حلقه سبب افزایش کاپاسیتانس بین قسمتهای فلزی زنجیره و هادی خط که در محاسبات قبلی از آن صرفنظر کردیم، می شود.
چنانچه فرض کنیم که کاپاسیتانس واحدهای مختلف مقره یکسان بوده و کاپاسیتانس بین مقره n ام و حلقه محافظ برابر با Sn باشد ، (شکل پایین) در این صورت برای توزیع یکنواخت ولتاژ و برابری ولتاژ در طول واحدهای n ام و (1+n ) ام باید داشته باشیم.

این امر ایجاب می کند که باشد، بنابراین :

چنانچه ولتاژ در طول یک واحد مقره v باشد :

در رابطه فوق k تعداد کل واحدهای زنجیره و v ( k-n) ولتاژ بین واحد n ام و هادی خط می باشد. با کمک رابطه فوق می توانیم بنویسیم :
(4)
در عمل رسیدن به یک توزیع برابر ولتاژ بر روی واحدهای مختلف با استفاده از روش فوق کاری بسیار مشکل است، زیرا باید حلقه محافظ برای واحدهای مختلف مقره در طول زنجیره ایزولاتور تنظیم شود که این امر عملی نیست، اما با کاربرد حلقه فوق بهبود قابل ملاحظه ای حاصل می شود بعنوان مثال، آزمایشات بر روی

شکل 17 کاربرد حلقه محافظ
یک زنجیره نمونه با 14 واحد مقره نشان داد که ولتاژ اعمال شده روی واحد مقره پایینی با کاربرد حلقه محافظ از 3/18% کل ولتاژ به 8/11% کل ولتاژ در طول زنجیره کاهش می یابد.
حلقه محافظ فلزی در ضمن بعنوان شاخک هوایی در قسمت پایینی زنجیره ایزولاتور مورد استفاده قرار می گیرد و در هنگام تخلیه الکتریکی ناشی از ازدیاد ولتاژ با برقراری قوس الکتریکی بین شاخک هوایی و حلقه محافظ، مانع تشکیل جرقه در سطح مقره می شود.
4-5) لعاب هادی
چنانچه هرکدام از کاپاسیتانهای واحدهای مقره یک زنجیر را بتوان با یک مقاومت موازی کرد، بطوری که اثر جریان خازنی در مقایسه با جریان مقاومتی ناچیز باشد، توزیع غیریکنواخت ولتاژ در طول زنجیره ایزولاتور ناشی از اثر کاپاسیتانس واحدهای مقره نسبت به زمین بطور محسوسی اصلاح خواهد شد و با کمک مقاومتهای مزبور توزیع یکنواخت تری در طول زنجیره مقره نتیجه خواهد شد. این عمل را می توان با پوشش ایزولاتورها بوسیله یک لعاب که دارای هدایت کمی باشد (مقاومت موازی با کاپاسیتانس) انجام داد. کاربرد عملی این روش به خاطر این که تهیه این چنین لعابی که بتواند خاصیت خود را در زمان طولانی حفظ نماید امری بسیار مشکل است و نیز به خاطر تلف انرژی الکتریکی زیاد محدود مانده است.
6- طراحی و انتخاب ایزولاتور خطوط انتقال از نقطه نظر استقامت مکانیکی
ایزولاتور خطوط انتقال باید از نظر استقامت کانیکی چنان باشد که بتواند نیروهای وارده بر زنجیره مقره در شرایط طبیعی و نرمال، از جمله وزن هادی، نیری وارد بر مقره در اثر زاویه دار بودن خط، فشار باد و نیروی ناشی از وزن یخ و برف را براحتی تحمل کند و همچنین تحمل نیروهای غیرطبیعی ناشی از تخلیه ناگهانی برف و یخ از روی هادی، پارگی سیم ، شکستن یک زنجیره مقره و غیره را داشته باشد. همچین مقره ها باید قابلیت اطمینان طولانی مدت را داشته باشند. برای مقره های آویزی که می توانند در امتداد مسیر خط، حرکت داشته باشند نیروی افقی در جهت خط انتقال در نظر گرفته نمی شود و نیروی مزبور برای مقره های بدون حرکت از جمله مقره های نوع سوزنی و مقره های نگهدارنده که عمدتاً در پستها نصب می شوند در نظر گرفته می شود. در محاسبه بارهای وارد بر ایزولاتور در شرایط نرمال از رابطه زیر استفاده می شود.
(4 – 5)

که در رابطه فوق 7 p بار قائم وارد بر زنجیره بر حسب کیلوگرم ، 7 S اسپن قائم (وزنی) بر حسب متر، Wc وزن واحد طول هادی به کیلوگرم بر متر و wi وزن برف یا یخ روی واحد طول هادی برحسب کیلوگرم بر متر می باشد. وزن یخ یا برف روی واحد طول هادی از رابطه زیر محاسبه می شود :
(5)
که در آن t ضخامت قشر یخ (برف) برحسب متر و d قطر هادی برحسب متر می باشد.
همچنین در جهت عرضی و در امتداد عمود بر مسیر خط بر زنجیره مقره نیروی 8 P از طرف هادی وارد می شود که عبارتست از :
(6)
که در رابطه فوق pA نیروی عمود بر امتداد خط بر حسب kg ، Sw اسپن بادگیر یا افقی بر حسب متر،  زاویه انحراف خط در محل دکل مزبور ( در مورد خطوط مستقیم  صفر است) بر حسب درجه و WWنیروی ناشی از باد بر واحد طول هادی بر حسب کیلوگرم بر متر می باشد که از رابطه زیر محاسبه می شود.

در رابطه فوق d قطر هادی برحسب متر، V سرعت باد بر حسب متر بر ثانیه، Ca ضریب دینامیک هوا و R ضریبی است که توضیح داده شده است.
2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی معمولی :
در مورد مقره های آویزی باید استقامت مکانیکی آن طوری در نظر گرفته شود که از ماکزیمم نیروی کشش وارده بر مقره در حالت معمولی و در بدترین شرایط غیرطبیعی بیشتر باشد تا مانع از هم گسیختگی زنجیره مقره گردد.
ماکزیمم کشش که در شرایط طبیعی برای مقره در نظر گرفته می شود شامل وجود باد و برف و باران می باشد که در این حالت برآیند نیروهای وارد بر زنجیره مقره به ازای هر هادی عبارتست از

که در رابطه فوق Pw نیروی عمودی ناشی از هادی و PA نیروی وارد بر ایزولاتور از طرف هادی خط در جهت عمود بر امتداد خط، Hi نیروی عمود بر امتداد خط در اثر فشار باد بر زنجیره مقره و Win وزن زنجیره مقره می باشد چنانچه N تعداد هادی هر فاز (تعداد هادی باندل) و  ضریب اطمیمان در نظر گرفته شده برای کشش و P استقامت مکانیکی زنجیره مقره باشد باید انتخاب مقره از نظر مکانیکی چنان باشد که در رابطه زیر صدق کند :

در شرایط خاصی ( شرایط غیرطبیعی) نیروی وارد بر زنجیره مقره ممکن است خیلی بیشتر از مقدار فوق باشد. معمولاً بدترین شرایط غیرطبیعی که برای زنجیره مقره از مکانیکی در نظر گرفته می شود وقتی است که هادی یا هادیهایی از یکطرف مقره پاره شو و طبیعه مقره در این حالت به حالت کشش قرار خواهد گرفت و نیروی وارد بر زنجیره مقره در این حالت تقریباً برابر با نیروی کشش هادی در سمت دیگر مقره خواهد بود.
2-2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی V شکل
در خطوط انتقال EHV و UHV برای کاهش حریم جانبی خطوط انتقال و نیز کاهش فاصله بین فازهای مختلف باید حتی الامکان از حرکت هادیها در جهت عرضی جلوگیری شود برای این منظور به جای زنجیره های مقره آویزی به صورت معمول از ترکیب V شکل استفاده می شود. در این حالت طراحی مکانیکی زنجیره باید دارای شرایط زیر باشد :
الف) چون بازوهای ترکیب V شکل خود ترکیب سری تعدادی مقره است. در حالت معمولی به صورت منحنی شنت قرار می گیرند و برای این که بازوها به صورت مستقیم قرار گیرند و از حالت خمیده خارج شوند نیروی عمودی وارد بر مقره باید حداقل kg 500 باشد، یعنی باید داشته باشیم :

ب) در شرایطی که نیروی وارد بر امتداد خط کوچکتر از نصف نیروی عمودی وارد بر مجموعه مقره باشد می توان گفت که تقریباً نقطه آویز هادی جابجایی عرضی نخواهد داشت این شرایط ایجاب می کند که رابطه زیر برقرار باشد :

در این حالت Ww نیروی ناشی از باد بر واحد طول هادی به ازای سرعت بادی برابر با 20 می باشد.
ج) برای بادهای با نیروی بیشتر در جهت عمود بر امتداد خط که باعث انحراف عرضی نقطه آویز هادی می شوند، نیرو فقط توسط بازویی تامین خواهد شد که در سمت وزش باد قرار دارد. بنابراین این بازو به تنهایی باید تحمل کشش موجود را داشته باشد. در این حالت معمولاً سرعت 40 بعنوان ماکزیمم سرعت باد در نظر گرفته می شود. در این حالت نیروی کشش وارد بر بازوی مربوطه عبارتست از :

که در رابطه فوق وزن یک بازوی مقره های V شکل و نیروی باد بر بازوی مزبور می باشد. چنانچه تعداد هادیها N و ضریب اطمینان در نظر گرفته شده  باشد داریم :
استقامت مکانیکی زنجیره مقره
3-2-6 ) طراحی مکانیکی مقره های آویزی برای دکلهای انتهایی (مقره های تحت کشش)
در این حالت زنجیره مقره مستقیماً تحت نیروی کشش هادی قرار دارد و بنابراین برای مجموعه هایی که فقط شامل یک زنجیره مقره باشند اگر کشش ماکزیمم هر هادی Tm و تعداد هادیهای آویزان شده از یک زنجیره N و ضریب اطمینان در نظر گرفته شده  و استقامت مکانیکی زنجیره مقره P باشد باید داشته باشیم :

باید مواردی که مجموعه مقره ها شامل دو یا تعداد بیشتری رشته موازی هم باشد باید اولاً نیروی وارد بر کل مجموعه به نسبت مساوی بین رشته ها تقسیم گردد که این بستگی به دقت نصب و ترکیب صحیح آنها دارد و ثانیاً باید هر کدام از رشته ها تحمل کافی را داشته باشند که در اثر بار اضافی ناشی از گسیختن یک رشته از مجموعه بقیه رشته ها پاره نشوند. برای این منظور باید حداقل استقامت یک رشته بیشتر از بار نقطه تسلیم مواد تشکیل دهنده مقره ها نباشد. بار نقطه تسلیم برای یک مقره برابر با %60 نیروی نقطه استحکام نهایی و برای یک مجموعه مقره (زنجیره) برابر با %55 نیروی نقطه استحکام نهایی در نظر گرفته می شود که اگر کشش اعمال شده بر رشته های سالم بعد از گسیختن یک رشته TB و بار نقطه تسلیم رشته های سالم P0 باشد باید داشته باشیم :

هنگامی که کشش هادیها برابر با %70 مقدار کشش ماکزیمم در نظر گرفته شده باشد، اگر نیروی کشش اعمال شده بر هر رشته را با TA نشان دهیم خواهیم داشت :

 ضریبی است که مقدارش بسته به شکل و تعداد رشته ها تغییر می کند. آزمایشات نشان داده است که مقدار مناسب برای  هنگام طراحی برابر با 3 برای مجموعه های دور رشته ای و برابر با 2 برای مجموعه های سه رشته ای موازی می باشد.
4-2-6) قابلیت اطمینان طولانی مدت مقره ها :
از دیگر مسائلی که باید در انتخاب ایزولاتور خطوط انتقال به آن توجه شود توجه به اثر گذشت زمان بر کیفیت مقره ها (پیری) می باشد و از آن جایی که خطوط انتقال برای استفاده طولانی مدت طراحی می شوند در انتخاب مقره علاوه بر استقامت الکتریکی و استقامت مکانیکی باید به جنس مقره توجه بشود و حتی الامکان مقره هایی را انتخاب نماییم که قابلیت اطمینان خود را در طولانی مدت از دست ندهند.
بطور خلاصه عوامل موثر در طراحی ایزولاتور و نحوه انتخاب ایزولاتور از نظر الکتریکی و مکانیکی را می توان با دیاگرام شکل پایین نشان داد.

شکل 18 نحوه طراحی وانتخاب ایزولاتوربرای خطوط انتقال
3-6) تطبیق ایزولاسیون
تطبیق ایزولاسیون در یک شبکه قدرت حائز اهمیت زیاد است. جهت درک آسان مطلب می توان آن را شبیه طراحی و کاربرد فیوز و دیگر وسایل حفاظتی دانست که در آن اساس طراحی بر این اصل استوار است که در صورت ازدیاد جریان تا حد غیرمجاز حتی الامکان بخش کوچکی از شبکه از سرویس خارج گردد و قسمتهای دیگر در شرایط کار باقی بمانند.
در شبکه های قدرت که دارای افزایش ولتاژهای غیرطبیعی هستند باید تطبیق ایزولاسیون با دقت زیادی انجام گردد زیرا چنانچه مثلاً قسمتی از شبکه دارای سطح ایزولاسیون خیلی زیادی باشد، اضافه ولتاژ ممکن است سبب از بین رفتن ایزولاسیون در قسمتهای مهم و حیاتی سیستم از قبیل ترانسفورماتورها گردد. مثلاً ترجیح داده می شود که در صورت ازدیاد ولتاژ خیلی زیاد شکست الکتریکی بین دو سر مقره های خط سریعتر از بوشینگ ترانسفورماتورها صورت گیرد. همچنین استقامت الکتریکی بوشینگ ترانسفورماتورها باید کمتر از ایزولاسیون داخل ترانسفورماتور باشد که این امر بوسیله کاربرد شاخکهای هوایی در مقره های خط و بوشینگ ترانسفورماتورها انجام می گیرد. بطوری که قبل از این که ولتاژ در سر مقره ها و بوشینگها به مقدار خطرناکی برسد موج ولتاژ توسط شاخکهای هوایی طرفین آنها اتصال کوتاه شده و مستهلک می گردد. معمولاً ولتاژ جرقه شاخکهای هوایی بوشینگ ترانسفورماتورها 80% ولتاژ مقاوم ترانسفورماتور می باشد.
بطور کلی در طراحی ایزولاسیون جهت حفاظت صحیح شبکه و تجهیزات الکتریکی لازم است که کل اجزای تشکیل دهنده شبکه را با هم در نظر گرفته و تطبیق ایزولاسیون با توجه به مشخصات کل سیستم صورت گیرد و باید چنان باشد که در صورت احتمال وقوع شکست الکتریکی بین دو سر ایزولاتورها و یا در داخل تجهیزات این شکست حتی الامکان در محلی وقوع یابد که آسیب کمتری به سیستم وارد گردد.
بعنوان مثال ایزولاسیون خط در اسپن آخری که مجاور پست است که معمولاً کمی کمتر در نظر گرفته می شود تا حتی الامکان سبب حذف و یا محدود کردن موجهای ولتاژ رعد و برق و رسیدن آنها به پست گردد. سطح ایزولاسیون باسبارها در یک پست بسیار مهم بوده و به منظور تامین تداوم تغذیه باید بیشترین مقدار را داشته باشد.
برای کلیدها، ایزولاتورها، وسایل اندازه گیری و ترانسفورماتورهای اندازه گیری ( ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ) سطح ایزولاسیون کمتری از سطح ایزلاسیون باسبارها در نظر گرفته می شود.
از آن جایی که ترانسفورماتورهای قدرت موجود در شبکه های قدرت بسیار گران است سطح ایزولاسیون در نظر گرفته شده برای آن بسیار کم می باشد تا بخوبی حفاظت شوند.

فهرست مطالب :

مقدمه 1
ایزولاسیون ومقره ها 2
1) مواد تشکیل دهنده عایق ها و مقره ها 3
1-1) پرسلین 4
2-1) شیشه 6
2) طراحی شکل و انواع ایزولاتورها 8
3) انواع مختلف ایزولاتورها 12
الف) ایزولاتورهای نوع نگهدارنده 12
الف-1) مفره های سوزنی 12
الف-2) مقره های نوع پست 15
ب) مقره های آویزی 17
ب-1) مقره های آویزی بشقابی 19
ب-2) مقره هیولیت 20
ب-3) مقره های توپر بلند آویزی 22
ج) مقره های مخصوص 23
4) توزیع ولتاژ در طول یک زنجیره مقره آویزی 26
5) روشهای توزیع مساوی ملتاژ در طول زنجیره مقره 31
1-5) کنترل m 31
2-5) درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره 32
3-5) کاربرد حفاظ استاتیکی یا حلقه محافظ 34
4-5) لعاب هادی 36
6) طراحی وانتخاب ایزولاتور خطوط انتقال از نقطه نظر استقامت مکانیکی 36
2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی معمولی 38
2-2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی v شکل 39
3-2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی برای دکلهای انتهایی 41
4-2-6) قابلیت اطمینان طولانی مدت مقره ها 42
3-6) تطبیق ایزولاسیون 44

موضوع :

مقره ها وایزولاسیون

استاد ارجمند:

تهیه وتنظیم :

32