نوع‌های متنوع عایق‌بندی استفاده شده در خطوط انتقال (برفراز سر)

تعریف انواع عایق‌ها

پنج نوع اصلی از عایق‌ها در خطوط انتقال استفاده می‌شود: پین، تعلیق، کشش، ساپورت و شکلک.

• عایق پین

• عایق تعلیق

• عایق کشش

• عایق ساپورت

• عایق شکلک

عایق‌های پین، تعلیق و کشش در سیستم‌های ولتاژ متوسط تا بالا استفاده می‌شوند. در حالی که عایق‌های ساپورت و شکلک عموماً در کاربردهای ولتاژ پایین استفاده می‌شوند.

عایق پین

عایق‌های پین اولین نوع از عایق‌های هوایی هستند که توسعه یافته‌اند و هنوز در شبکه‌های برق تا ۳۳ کیلوولت به طور گسترده استفاده می‌شوند. آنها می‌توانند بر اساس ولتاژ در یک، دو یا سه قسمت ساخته شوند.

در یک سیستم ۱۱ کیلوولت، معمولاً از نوع یک‌قسمتی عایق استفاده می‌کنیم که از یک قطعه فرم شده‌ی سرامیک یا شیشه ساخته شده است.

از آنجا که مسیر نشت در عایق روی سطح آن است، افزایش طول عمودی سطح مساحت به افزایش مسیر نشت کمک می‌کند. ما یک یا چند رین شد یا چتر روی بدنه عایق ایجاد می‌کنیم تا مسیر نشت طولانی‌تر شود.

به علاوه، رین شد یا چتر روی عایق هدف دیگری نیز دارد. ما این رین شد یا چتر را طراحی می‌کنیم به گونه‌ای که در زمان باران سطح خارجی رین شد مرطوب می‌شود اما سطح داخلی خشک و غیرهادی باقی می‌ماند. بنابراین مسیر هادی از طریق سطح مرطوب عایق پین قطع می‌شود.

در سیستم‌های ولتاژ بالاتر - مانند ۳۳ کیلوولت و ۶۶ کیلوولت - تولید عایق پین یک‌قسمتی سرامیکی بسیار مشکل می‌شود. هر چه ولتاژ بالاتر باشد، عایق باید ضخیم‌تر باشد تا عایق کافی ارائه دهد. یک عایق سرامیکی یک‌قسمتی بسیار ضخیم عملی برای تولید نیست.

در این صورت، از عایق پین چندقسمتی استفاده می‌کنیم که در آن بعضی از پوسته‌های سرامیکی به طراحی صحیح با سیمان پرتلند ثابت می‌شوند تا یک واحد عایق کامل تشکیل دهند. معمولاً از عایق پین دو‌قسمتی برای ۳۳ کیلوولت و عایق پین سه‌قسمتی برای سیستم‌های ۶۶ کیلوولت استفاده می‌کنیم.

اعتبارات طراحی عایق الکتریکی

رساننده زنده به قسمت بالای عایق پین متصل می‌شود که پتانسیل زنده را حمل می‌کند. قسمت پایین عایق به ساختار حمایت‌کننده در پتانسیل زمینی ثابت می‌شود. عایق باید تنش‌های پتانسیل بین رساننده و زمین را تحمل کند. کوتاه‌ترین فاصله بین رساننده و زمین که دور تنه عایق است و از طریق هوا جریان الکتریکی می‌تواند رخ دهد، فاصله فلاش‌اور نامیده می‌شود.

وقتی عایق مرطوب می‌شود، سطح خارجی آن تقریباً هادی می‌شود. بنابراین فاصله فلاش‌اور عایق کاهش می‌یابد. طراحی یک عایق الکتریکی باید به گونه‌ای باشد که کاهش فاصله فلاش‌اور وقتی عایق مرطوب می‌شود حداقل باشد. به همین دلیل چتر بالایی عایق پین طراحی شکل چتری دارد تا بتواند بخش پایین‌تر عایق را از باران محافظت کند. سطح بالایی چتر بالایی به حداقل مماس با محور قرار داده می‌شود تا ولتاژ فلاش‌اور حداکثر در زمان باران حفظ شود.

رین شد‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که توزیع ولتاژ را اختلال ندهند. آنها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که سطح زیرین آنها در زاویه‌ای قائم به خطوط نیروی الکترومغناطیسی قرار دارد.

عایق ستونی

عایق‌های ستونی مشابه با عایق‌های پین هستند، اما عایق‌های ستونی برای کاربردهای ولتاژ بالاتر مناسب‌تر هستند.

عایق‌های ستونی تعداد بیشتری چتر و ارتفاع بیشتری نسبت به عایق‌های پین دارند. می‌توان این نوع عایق را به صورت افقی و عمودی روی ساختار حمایت‌کننده نصب کرد. عایق از یک قطعه سرامیک ساخته شده و دارای تراشه‌های نصب در هر دو انتهای بالا و پایین است.

تفاوت‌های اصلی بین عایق پین و عایق ستونی عبارتند از:

عایق تعلیق

در ولتاژ بالاتر از ۳۳ کیلوولت، استفاده از عایق پین از لحاظ اقتصادی مناسب نیست زیرا اندازه و وزن عایق بیشتر می‌شود. مدیریت و تعویض عایق یک‌قسمتی با اندازه بزرگ کار دشواری است. برای غلبه بر این مشکلات، عایق تعلیق توسعه یافت.

در عایق تعلیق، تعدادی از عایق‌ها به صورت سری به هم متصل می‌شوند تا رشته‌ای تشکیل دهند و رساننده خط توسط عایق پایینی حمل می‌شود. هر عایق از یک رشته تعلیق به دلیل شکل دیسک‌مانند خود دیسک نامیده می‌شود.

مزایای عایق تعلیق

• هر دیسک تعلیق برای ولتاژ معمولی ۱۱ کیلوولت (ولتاژ بالاتر ۱۵ کیلوولت) طراحی شده است، بنابراین با استفاده از تعداد مختلفی از دیسک‌ها، می‌توان رشته‌ای تعلیق را برای هر سطح ولتاژ مناسب ساخت.

• اگر یکی از دیسک‌های عایق در یک رشته تعلیق آسیب ببیند، می‌توان آن را به سادگی جایگزین کرد.

• تنش‌های مکانیکی روی عایق تعلیق کمتر است زیرا خط در یک رشته تعلیق انعطاف‌پذیری حلقه شده است.

• از آنجا که رساننده‌های حمل‌کننده جریان از ساختار حمایت‌کننده توسط رشته تعلیق حلقه شده‌اند، ارتفاع موقعیت رساننده همیشه کمتر از ارتفاع کل ساختار حمایت‌کننده است. بنابراین رساننده‌ها ممکن است از برق‌آذری ایمن باشند.

معایب عایق تعلیق

• رشته تعلیق عایق‌های تعلیق گران‌تر از عایق‌های پین و ستونی است.

• رشته تعلیق به ساختار حمایت‌کننده با ارتفاع بیشتری نیاز دارد تا ولتاژ زمینی رساننده را حفظ کند.

• دامنه نوسان آزاد رساننده‌ها در سیستم عایق تعلیق بیشتر است، بنابراین باید فاصله بیشتری بین رساننده‌ها ایجاد شود.

عایق کشش

رشته‌ای تعلیق که برای تحمل بارهای کششی قابل توجه استفاده می‌شود، عایق کشش نامیده می‌شود. این عایق در جایی که خط انتقال دارای پایان مرده یا گوشه تیز است و نیاز به تحمل بار کششی سنگین دارد، استفاده می‌شود. عایق کشش باید دارای مقاومت مکانیکی قابل توجهی باشد همچنین خصوصیات عایق الکتریکی لازم را داشته باشد.

عایق ساپورت

برای خطوط ولتاژ پایین، ساپورت‌ها باید در ارتفاعی از زمین عایق شوند. عایقی که در سیم ساپورت استفاده می‌شود عایق ساپورت نامیده می‌شود و معمولاً از سرامیک ساخته شده و به گونه‌ای طراحی شده است که در صورت شکست عایق، سیم ساپورت به زمین نیفتاده.

عایق شکلک

عایق شکلک (همچنین با نام عایق میله‌ای شناخته می‌شود) معمولاً در شبکه توزیع ولتاژ پایین استفاده می‌شود. آن را می‌توان در هر دو وضعیت افقی یا عمودی استفاده کرد. استفاده از چنین عایقی با افزایش استفاده از کابل‌های زیرزمینی برای توزیع کاهش یافته است.

سوراخ مخروطی عایق میله‌ای بار را به صورت یکنواخت‌تری توزیع می‌کند و احتمال شکست در زمان بارگذاری سنگین را کاهش می‌دهد. رساننده در گودی عایق شکلک با کمک سیم‌بند نرم ثابت می‌شود.