بررسی دلایل تخریب مقره در شبکه های توزیع برق ایران

بررسی دلایل تخریب مقره در شبکه های توزیع برق ایران

چکیده :

ایران از نظر شرایط جغرافیایی دارای تنوع آب هوایی می باشد. مناطق شمالی و جنوبی به دلیل نزدیکی به دریای خزر و خلیج فارس دارای رطوب و آلودگی زیادی است. این مقاله برخی از مشکلاتی که برای عایق ها در خطوط توزیع ایران وجود دارد را بررسی می کند.

 

به طور کلی خطوط فشار متوسط در ایران، 20 کیلو ولت است ولی در برخی از مناطق از جمله جنوب، 11 و 33 کیلو ولت هم مشاهده می شود.

در طول این سال های قبل مقره شیشه ای برای شبکه توزیع ایران استفاده می شده است که قسمتی از آن تولید داخل بود. فقدان اطلاعات در مورد عملکرد مقره ها در شرایط آب هوایی و آلودگی همواره مشکلات متعددی را برای مقره ها به وجود آورده است. به همین دلیل استفاده از مقره های کامپوزیت در سال های اخیر رواج بیشتری پیدا کرده است.

مقره های سرامیکی سنتی هنوز هم اغلب در خطوط توزیع ایران وجود دارد. در شکل زیر مقره هایی که هنوز هم در ایران مورد استفاده قرار می گیرد مشاهده می شود.

 


استاندارد انواع مقره

استاندارد انواع مقره

 دانلود استاندارد مقره های به کار رفته در شبکه توزیع

 در سال 2000 میلادی مشخص گردید که اغلب قطعی ها و خاموشی ها در سیستم توزیع برق ایران تحت تاثیر مقره بوده است.

در شکل زیر علت هایی که باعث خرابی مقره ها شده را نشان می دهد.

 


علل خرابی مقره

علل خرابی مقره

 

 

1-    سوراخ سطحی (Interfacial Puncture)

ترک خوردگی تا به حال به عنوان مهمترین دلیل شکست مقره در ایران بوده است. به طور کلی این عامل در شمال و جنوب کشور به دلیل رطوبت زیاد و همچنین در مناطق آب و هوای سرد مشاهده شده است. همچنین موارد دیگری می تواند بر روی این عامل تاثیر بگذارد. شناسایی و تعویض مقره های سوراخ شده نیاز به صرف وقت زیاد توسط کارکنان و قطع مکرر برق دارد.

بخش عمده ای از مشکل مقره به علت مسایل مربوط به تولید آن بوده است. بررسی دقیق فنی انجام شده روی مقره های آسیب دیده مشخص می کند که دلیل اصلی این ترک خوردگی و سوراخ شدگی به دلیل مشکلات مواد و فرایند تولید می باشد. عواملی که در پایین بودن کیفیت مقره تاثیر دارد شامل مواد اولیه و کمبود نسبی مواد تشکیل دهنده اصلی می باشد.

در فرایند تولید، حفره های کوچک هوا در مقره های سرامیکی باعث شکسته شدن آن می شود.

هنگامی که مقره در خطوط استفاده می شود و تحت شرایط مکانیکی و گرما قرار می گیرد حفره های درون آن توسعه یافته و این عامل، باعث نفوذ آب درون مقره شده، که در نتیجه، ترک خوردن مقره و آسیب آن را به همراه دارد.

 


سوراخ سطحی

سوراخ سطحی

 

رشد قارچ در سیمان

تحقیقات انجام شده بر روی مقره های سرامیکی که ترک خورده است نشان می دهد که مقره هایی که در رطوبت بالای مناطق ساحلی جنوب و شمال ایران وجود داشتند و دچار شکست شده اند عامل آن قارچ بوده است.

دلیل این پدیده وجود ترک اولیه در مقره بوده که سوراخ شدن آن را در پی داشته است. تشخیص این نوع مسائل بدون استفاده از تجهیزات تخصصی مانند دوربین ترموویژن کار دشواری است.

پین های زنگ زده

بالا بودن سطح رطوبت در مناطق ساحلی باعث زنگ زدگی پین های مقره می شود. در اثر زنگ زدگی، تحمل مکانیکی به تدریج کاهش یافته، باعث جدایی آن می شود. همچنین زنگ زدگی باعث افزایش حجم پین در داخل و افزایش فشار بر روی مقره شده و در نهایت سوارخی در داخل آن بوجود می آورد.

2-    شکست مکانیکی (Mechanical failure)

عوامل تاثیرگذار در شکست مکانیکی

خسارت نصب و راه اندازی، در زمان نصب تعداد زیادی از مقره ها شکسته می شوند.

با توجه به استفاده نادرست در زمان حمل و نقل

همچنین خسارت های محیطی

تحقیقات نشان داده شده که مقدار قابل توجهی از مقره های سرامیکی در زمان بهره برداری در شبکه های توزیع شهرستان ها و مناطق روستایی آسیب دیده اند که این خرابکاری ها توسط شکارچیان، مهاجران و پرتاب سنگ بوده است.

3-    تخلیه الکتریکی ناشی از آلودگی (Pollution Flashover)

آلودگی های زیست محیطی و دریایی

خطوط توزیع ایران در تنوع آب و هوایی مختلفی قرار گرفته است. به ویژه در منطقه سواحل جنوبی، آلودگی دریایی بسیار سنگین است.

مقره های سرامیکی هسته جامد با میله های دراز و مقره های خطوطی  که دارای مشخصه های اتصالات ضد خوردگی و مقاومت بالا در تولید جرقه و خزش جرقه هستند، جایگزین های مناسبی برای هر دو مقره های پین دار  و آویزی در مناطق با میزان آلودگی بالا می باشند.

در نتیجه، برخی خطوط 20 و 33 کیلو ولتی با مقره های با فاصله خزشی نامناسب، برای خدمات زیست محیطی که باید به کار گرفته می شدند، طراحی شده بودند.

آلودگی هوا و رطوبت، 20 درصد ظرفیت عایق در مقابله با یک منطقه خشک کاهش می دهد.

مقره­های سرامیکی از نوع پین دار (استاندارد ANSI C29.6، کلاس 56-2 و 56-4) که به ترتیب دارای فواصل خزشی 432 و 686 میلیمتر می باشند و در خطوط 20 و 33 کیلو ولت–به ترتیب- کاربرد دارند، حجم قابل توجهی آلودگی ایجاد می کنند. بنابراین این نوع مقره ها فقط برای مناطقی که دارای آلودگی کم و رطوبت پایین هستند، مناسب می باشند و برای مناطق بزرگ و کلان شهر مناسب نیستند؛ به طوری که تعداد زیادی از این دسته مقره های پین دار 20 و 33 کیلو ولت، وقتی که در سواحل شمالی و جنوبی آلوده و همچنین در بعضی مناطق بیابانی به کار رفته اند، دچار آسیب دیدگی شده­اند.

به منظور مقایسه، مقره های پین­دار سرامیکی که در خطوط 33 کیلو ولت، مطابق با استاندارد ANSI C29.6 و کلاس 56-5، استفاده شدند، به طور نسبی آلودگی کمی ایجاد کرده اند؛ بنابراین استفاده از این نوع مقره ها در مناطق با سطح آلودگی بالا، بسیار مناسب تر است. طبق نتایج آزمایش هایی که بر روی یک خط تغذیه نیروی برق اطراف ماهشهر، که نزدیک سواحل جنوبی ایران  قرار گرفته، انجام شد، میزان تخلیه الکتریکی ناشی از آلودگی برای مقره های پین دار کلاس ANSI 56-5 نسبت به کلاس ANSI 56-3 بسیار کمتر بود.

همچنین مقره های آویز سرامیکی از نوع تیره که روی خطوط توزیع مورد استفاده قرار گرفتند، به نظر می رسد حجم قابل توجهی آلودگی جذب و انباشته کنند. در طراحی شبکه های 20 و 33 کیلوولتی، معمولاً 2 یا 3 مقره­ی بشقابی وجود دارد. در مناطق نزدیک به سواحل جنوبی و شمالی و همچنین در مناطق با حجم آلودگی زیاد، مقدار فاصله خزشی پیشنهادی به وسیله ی این واحدها، کافی نیست؛ که این مقدار کم فاصله خزشی موجب آسیب زدن به مقره ها و در نتیجه باعث ناپایداری شبکه می گردد.

آسیب در مناطق بیابانی:

در مناطق مرکزی و جنوب شرقی کشور که در آن شرایط بیابانی و بعضی اوقات طوفان شن رخ می دهد، مقره های سرامیکی به تدریج دچار آسیب و عملکرد عایق آن کاهش می یابد.

مقره شیشه ای:

به طور کلی ، مقره شیشه ای دارای مزایایی بیشتر از سرامیکی از دیدگاه خواص عایق، وزن کمتر و تجمع کمتر از لحاظ آلودگی است.

با توجه به این مزایا ولی به دلیل کیفیت نسبتاً ضعیف فرایند تولید مشکلات زیادی را برای شرکت های توزیع کشور به وجود آورده است. در ایران استفاده از مقره های شیشه ای در اواخر دهه 1990 رشد چشمگیری داشته است.

چند نمونه از انواع مقره کششی شیشه ای استفاده شده در خطوط توزیع برق ایران نشان داده شده است.

 


انواع مقره کششی شیشه ای

انواع مقره کششی شیشه ای

 

با این حال، تجربه نشان می دهد که برخی از مقره های شیشه ای با کیفیت پایین تر دچار شکست عایقی شده اند که دلایل زیر بیان کننده این شکست می باشد.

 


دلایل شکست عایقی

دلایل شکست عایقی

 

1-    شکست مکانیکی (Mechanical failure)

مطالعات نشان می دهد بیشتر شکست ها یا خرابی ها در زمان حمل و نقل، نصب و راه اندازی مقره های شیشه ای بوده است. همچنین اگر کیفیت مقره شیشه ای ضعیف باشد میزان شکستگی مقره در مراحل مختلف افزایش می یابد.

2-    دلیل سوراخ شدگی (Interfacial Puncture)

پین کج

اگر زمان تولید مقره های شیشه ای توجه کافی به مراحل ساخت نشود، در نتیجه پین کج نصب می شود و این باعث عدم تعادل فشار در نهایت ترک خوردگی و شکسته شدن را در پی خواهد داشت.

کیفیت پایین سیمان

مطالعات نشان داده شده است که اگر کیفیت سیمان مورد استفاده در مقره شیشه ای کم باشد، می تواند به سرعت به شکستگی مقره، تحت بارهای مکانیکی منجر شود.

آلودگی و حباب های هوا

وجود ذرات خارجی و حباب های هوا در مقره باعث تضغیف عایق شیشه ای و در نهایت شکست آن می شود.

3-    آلودگی صاعقه (Pollution Flashover)

تحقیق و تجربه استفاده از مقره های شیشه ای در ایران نشان داده است که این نوع مقره تمایل به تجمع آلودگی کمتر نسبت به مقره های سرامیکی دارد. تاثیر جرقه های مربوط به آلودگی بر عملکرد این مواد نسبتاً کم است.

مقره های پلیمری

با توجه به موارد ذکر شده در موارد بالا مقره های کامپوزیت هم در حال استفاده است.

آنچه چیزی که در مورد عایق های پلیمری نشان می دهد برتری بیشتری نسبت به عایق های سرامیکی و شیشه ای دارد.

نتیجه گیری:

با توجه به طیف گسترده شرایط آب و هوایی و آلودگی در ایران باید مقره ای انتخاب شود که  امکان استفاده در این کشور را داشته باشد.

مقره های سرامیکی به دلیل آلودگی، دچار شکست شده و مقره های شیشه ای هم اگر با کیفیت پایین ارائه شود، به نسبت کم تر از مقره های سرامیکی دچار آسیب می شود.

با توجه به خصوصیات خوب مقره های پلیمری استفاده از آن در ایران در حال رونق است و ادامه استفاده از این مقره بستگی به عملکرد و استحکام خوب آن در شبکه برق دارد.

 

منبع: Presentation given at a past INMR WORLD CONGRESS by Aram Khalilpour

  • ۱۳۹۴/۰۶/۳۰
  • 0
این مطلب را به اشتراک بگذارید
avatars
نویسنده : تیم تولید محتوای ایکهربا

نظرات خود را با ما درمیان بگذارید

مطالب مرتبط