تبلیغات
* فــارســی نـــه ، پــــارســــی * - بررسی بوشینگهای پلیمری
قالب وبلاگ قالب وبلاگ

* فــارســی نـــه ، پــــارســــی *
 
خلیج فارس نه ، خلیج پارس
free counters
ملت های خوشبخت تاریخ ندارند

 
نوشته شده در تاریخ جمعه 1391/04/30 توسط * ALI *
یك فرآورده سرامیكی، از گل كه مخلوطی از آب و خاك است ساخته شده، در هوا خشك و درحرارت سخت شده است.كلمه سرامیك از كلمه یونانی Keramos كه خود ریشه سانسكریت دارد و به معنی خاك رس پخته شده است، گرفته شده است. بنابراین چنانچه این مفهوم از كلمه سرامیك، مدنظر باشد می‌‌توان معادل فارسی «رسینه» را برای آن پیشنهاد كرد.
عایق‌های چینی متداول‌ترین نوع عایق‌های الكتریكی هستند، چرا كه دارای مقاومت الكتریكی ونیز استحكام زیادی بوده و قیمت اولیه مناسبی دارند. به طور كلی این مواد در فركانس‌های كم و در كلیه ولتاژها (اعم از ولتاژ‌های پایین یا بالا) كاربرد دارند. برای مدتهای طولانی، سرامیك تنها ماده مورد استفاده برای كاربردهای عایقی بوده است با این حال این ماده در عمل نارسایی‌هایی از جمله موارد زیر را از خود نشان می‌دهد:
- بسیار شكننده است
- اتصال قطعات فلزی به آن شكل است
- دقت ابعادی آن كم است كه این امر باعث ایجاد مشكلات حادی در طراحی و شكل‌دهی قطعات سرامیكی است.
بعد از سال 1945 و با ظهور مواد پلیمری در بازارهای تجاری،تمایل به استفاده از مواد پلیمری برای ساخت عایق‌های الكتریكی افزایش یافت. علت این امر تولید رزین اپوكسی با نام آرالدیت بود كه باعث شد تا قطعات عایقی ارزان و كوچك با دقت ابعادی بالا وسهولت در فرآیند ساخت تولید شوند. به موازات ساخت پلیمرهای جدید، استفاده از انواع مختلف پلیمر برای ساخت قطعات عایقی افزایش یافت به طوری كه در حال حاضر شركت‌های مختلفی در دنیا اقدام به ساخت بوشینگ و مقره‌های پلیمری از انواع مختلف می‌كنند.
البته در اینجا لازم به ذكر است كه عایق‌های سرامیكی هنوز هم در مقایسه با عایق‌های پلیمری مزیت‌هایی به شرح زیر دارند:
1- از نظر قیمت ارزان‌تر از عایق‌های پلیمری هستند.
2- روش تولید انبوه آن آسان است.
3- مواد اولیه مورد نیاز جهت تولید عایق‌های سرامیكی در داخل كشور به وفور یافت می‌شود.
4- تجهیزات و ماشین‌آلات كارگاهی آن بسیار ارزان است.

شرح مقاله
گرچه عایق‌های سرامیكی خواص الكتریكی مطلوبی دارند ولی نقاط ضعف آنها باعث شد تا عایق‌های دیگری جایگزین این نوع عایق‌ها شوند. در ادامه به ذكر این نقاط ضعف و مزایای استفاده از عایق‌های پلیمری ومقایسه بین این دو نوع عایق پرداخته می‌شود. همچنین نتایج حاصل از بررسی صورت گرفته جهت انتخاب بهترین نوع عایق پلیمری از جنبه‌های فنی و اقتصادی، جهت جایگزینی با بوشینگ‌های سرامیكی ترانسفورماتورها ارایه خواهد شد.

معایب عایق‌های سرامیكی
معایب مكانیكی
معایب مكانیكی عایق‌های سرامیكی عبارتند از:
- پارگی عایق یا ستون عایق به علت نیروی قابل ملاحظه بیش از مقدار مجاز و قابل قبول. هنگامی كه نیروی وارد بر زنجیر عایق از طرف هادی بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش یابد، موجبات شكستگی زنجیر عایق و انهدام آن را فراهم می‌سازد.
- با توجه به این كه عمدتاً عایق‌بندی در ایستگاه‌های توزیع و انتقال نیرو با عایق‌های سرامیكی است و با توجه به تعداد زیاد این عایق‌ها در هر ایستگاه ونیز وزن زیاد آنها، وزن ستون عایق‌ها افزایش می‌یابد كه این امر باعث افزایش حجم و وزن اسكلت فلزی و فونداسیون مربوطه می‌شود.
- ضربه‌پذیری كم‌عایق. این موضوع موجب می‌شود كه در اثر كوچكترین ضربه- به جهت شكل خاص هندسی آن – توزیع تنش در همه نقاط عایق یكسان نباشد و با توجه به استحكام ناچیز سرامیك در مقابل نیروهای دینامیكی، موجب شكستن و یا ترك برداشتن عایق شود.
- با توجه به وزن بالای ستون عایق‌های سرامیكی، نصب آن بسیار مشكل است و نیاز به جرثقیل دارد و به همین دلیل زمان و هزینه مونتاژ و نصب آن بالا می‌رود.
- با توجه به استحكام ناچیز عایق‌های سرامیكی در موقع حمل و نقل، احتیاط‌های لازم جهت نصب باید بسیار وسیع و دقیق صورت گیرد تا ضربه‌ای به این عایق‌ها وارد نشود. زیرا این عایق‌ها ممكن است در اثر ضربه ترك بردارند و همان ترك رشد كرده، موجب ترك خوردگی كامل عایق شود.
- عایق‌های سرامیكی دارای انعطاف‌پذیری‌ كمی هستند ولذا در مقابل نیروهای افقی از جمله نیروی باد كه بر محور آن وارد می‌شود دارای مقاومت كمی هستند و چون حالت انعطاف‌پذیری ندارند، در صورتی كه نیروی زیادی بر آنها وارد شود می‌شكنند. با توجه به این مطلب در مناطقی كه دارای طوفان‌های فصلی شدید هستند و یا زلزله‌خیز هستند امكان شكستن عایق‌ها وجود دارد.
- استحكام فشاری و چسبندگی عایق‌های سرامیكی ناچیز است. به همین دلیل گاهی گلویی مقره و یا آرماتور داخلی از بشقاب جدا می‌شود كه این امر نشان می‌دهد استحكام فشاری و چسبندگی و فشردگی مواد و توزیع یكنواخت مواد در ساخت سرامیك‌های با شكل هندسی ویژه امكان‌پذیر نیست. البته گاهی اوقات با اصلاح قالب و قرارگیری درست آرماتور و فشردگی كامل مواد، این مشكل تقریباً قابل حل است.

معایب حرارتی
در عایق‌های سرامیكی، معایب حرارتی ذیل مشاهده می‌شود:
- در ساختار لعابی كه روی عایق‌های سرامیكی اعمال می‌شود از چسب پلی‌وینیل استات و دیگر جسب‌های آلی استفاده می‌شود. هنگامی كه این لعاب در كوره قرار می‌گیرد مواد فرار این چسب‌ها با درجات فراریت مختلف در دماهای مختلف و با سرعت‌های مختلف خارج می‌شوند. به همین دلیل در حین خروج این مواد فرار، ترك‌های ریز كه با چشم براحتی قابل رویت نیستند در سطح عایق ایجاد می‌شود كه این امر بر روی خواص دی‌الكتریك عایق و تخلیه جزیی و گاهاً جریان‌های سطحی و آلودگی سطحی تاثیر بسزایی دارد. این مشكل به هیچ شكلی قابل حل نیست.
- با توجه به این كه دمای Tg اكثر چسب‌های آلی لعاب‌ها پایین است، لذا در دماهای كمتر از صفر و یا مناطق سردسیر ممكن است متناسب با نوع لعاب، ترك‌های ریز كه به مرور رشد می‌كنند ایجاد شود كه این ترك‌ها نیز مشكلاتی همچون بند بالا را بوجود می‌آورند.
- تغییرات درجه حرارت محیط در طول سال و یا تغییرات درجه حرارت بین شب و روز در مناطق كویری و انقباض و انبساط عایق (با توجه به این كه ضریب انبساط لعاب و بیسكویت زیرین لعاب یكسان نیست) موجب می‌شود كه ابتدا ترك‌های متعدد در بدنه عایق مشاهده شود و گسترش تدریجی ترك‌ها بصورت طولی و عمقی موجب بروز تخلیه جزیی می‌شود. بروز تخلیه جزیی در محل ترك‌ها و در سطح خارجی عایق، ترك‌ها را وسعت بخشیده، موجبات شكستگی عایق و برجستگی‌ها را فراهم ساخته و به قوس كامل منجر می‌شود.

معایب الكتریكی
ایرادات الكتریكی كه در واقع به نوعی به استحكام و خواص مواد بكار رفته در لعاب و خاك چینی مربوط است عبارتند از:
- ایجاد ترك تحت تاثیر جریان‌های ناشی از تخلیه جوی و شدت میدان قابل ملاحظه‌ای كه در قبال ولتاژهای موجی تخلیه جوی و بروز قوس از نوع قوس‌های برگشتی مشاهده می‌شود. این عارضه بطور عمده در ستون بوشینگ و یا زنجیر مقره خطوط انتقال روی می‌دهد كه البته این ترك‌ها، به نوعی در آلودگی و جریان‌های سطحی تاثیر بسزایی دارد.
- بروز تخلیه جزیی در محل ترك‌های ظاهر شده در سطح خارجی عایق و گسترش تدریجی آنها. ادامه بروز تخلیه جزیی موجب شكستگی تدریجی عایق وجدا شدن برجستگی‌های خارجی می‌شود در این صورت زنجیر مقره تنها شامل گلویی خواهد بود. هرگونه ترك، مسیر مناسب قوس جزیی را در سطح و یا در عمق مقره بین آرماتور داخلی و سطح خارجی یا هادی تحت ولتاژ بوجود می‌آورد.

معایب خوردگی
یكی از ایرادات و مشكلات بزرگی كه در صنایع وجود دارد مشكل خوردگی است و این ایراد به عنوان یكی از ایرادات مهم و اساسی درعایق‌های سرامیكی نیز وجود دارد. خوردگی در سطح خارجی عایق سرامیكی صنعتی به دو علت زیر روی می‌دهد:
• صدمه مكانیكی ناشی از ضربات مكانیكی و یا حرارت حاصل از تخلیه جزیی در پی برقراری جریان سطحی. لازم به توضیح است كه بروز تخلیه جزیی در سطح خارجی عایق و ایجاد خوردگی مكانیكی و ترك ناشی از حرارت طی مراحل زیر صورت می‌گیرد.:
- ایجاد حرارت موضعی در سطح خارجی عایق وبروز قوس‌های جزیی بطور چند میلی‌متر. بروز اینگونه قوس‌ها موجب می‌شود تا ترك و شیارهایی به عمق 1 تا 3 میلی‌متر در سطح عایق ایجاد شود.
- با گذشت زمان و ادامه برقراری تخلیه جزیی، جریان به تدریج به داخل عایق نفوذ می‌كند.
- با قطع جریان و تخلیه جزیی، لایه سطحی مجدداً رطوبت جذب كرده و با بروز قوس مجدد در شرایط مناسب این پدیده تكرار می‌شود. بروز این پدیده به شرح فوق موجب انبساط و انقباض متوالی عایق گشته و ترك‌های مویی در سطح عایق ایجاد می‌‌كند.
- با برقراری جریان سطحی و بروز قوس‌های موضعی ترك‌های ایجاد شده به تدریج به مناطق سرد گسترش می‌یابند.
• خوردگی شیمیایی. آلودگی صنعتی برحسب نوع خود می‌تواند موجبات خوردگی در سطح عایق را فراهم سازد. به همین علت انتخاب نوع مناسب عایق همراه با حداقل لایه سطحی و شست‌وشوی مرتب از اهمیت ویژه برخوردار است. هنگامی كه در آلودگی‌هایی كه در سطح عایق می‌نشیند یون‌هایی مانند سدیم، پتاسیم، لیتیم موجود باشند خوردگی شیمیایی همزمان با برقراری جریان سطحی با سرعت قابل ملاحظه‌ای روی خواهد داد و هنگامی كه این نوع خورندگی با تخلیه جزیی همراه شود خورندگی به سرعت گسترش می یابد.

معایب عایق‌های سرامیكی از نظر آلودگی وشرایط محیطی
یكی از مهمترین ایراداتی كه بر عایق‌های سرامیكی وارد است تاثیر آلودگی‌های محیطی بر عملكرد این نوع عایق‌ها است. زیرا در اثر آلودگی‌ها، فاكتورهای اصلی عایق الكتریكی خدشه‌دار می‌شود و تاثیر بسزایی در خواص و ویژگی‌های عایقی این مواد ایجاد می‌كند. آلودگی‌های محیطی بر دو نوع است:
• آلودگی‌های طبیعی. آلودگی‌های محیط به صورت ذرات گرد و غبار، دوده و گازهای شیمیایی و تركیبات آنها بر سطح خارجی عایق رسوب می‌كند و در طول زمان، لایه سطحی متشكل از ذرات با تركیبات مختلف را پدید می‌آورد كه با گذشت زمان، این لایه سطحی متشكل از ذرات در مجاورت رطوبت از هدایت ناچیزی برخوردار گشته و جریان تخلیه را از طریق لایه و در سطح خارجی عایق بالغ بر چند میلی‌آمپر برقرار می‌سازد كه در صورت افزایش ضخامت لایه، جریان برقرار شده فزونی یافته و با تجاوز از مقدار مشخص، شرایط بروز قوس در سطح خارجی عایق را فراهم می‌سازد. بدین ترتیب آلودگی‌های محیط و لایه سطحی ناشی از آن، ولتاژ دی‌الكتریك عایق را كاهش داده، بروز قوس در سطح خارجی را به ازای ولتاژ اسمی سبب می‌شود.
• آلودگی‌های صنعتی. این نوع آلودگی در مناطق و نواحی صنعتی نظیر كارخانجات شیمیایی، رنگسازی، سیمان، ذوب فلزات و غیره مشاهده می‌شود. در این مراكز مواد شیمیایی حاصل از كارخانجات صنعتی در فضا موجود بوده، در سطح عایق‌ها ظاهر می‌شود. مقررات و پیش‌بینی‌های به عمل آمده به منظور كیفیت ایزولاسیون عایق‌ها و انتخاب مناسب آنها، متناسب با آلودگی‌های محیط، برای آلودگی‌های صنعتی و محیطی یكسان هستند. با اینهمه در مواردی كه میزان آلودگی اعم از صنعتی یاطبیعی قابل ملاحظه باشد انجام بررسی‌ها و مطالعات دقیق به منظور انتخاب و تعیین نوع عایق مناسب صورت می‌پذیرد.

مقاومت عایق‌‌های سرامیكی در مقابل عوامل جوی و اشعه ماوراء بنفش
یكی از معایبی كه در مورد عایق‌های سرامیكی وجود دارد آن است كه در مقابل نور، رطوبت، گازها و برخی مواد شیمیایی ضعیف هستند. مثلاً‌در مقابل گازهای فلوئور و كلر در مجاورت رطوبت كه تولید اسیدفلوریدریك و یا اسید كلریدریك می‌كند به شدت ضعیف هستند و خورده می‌شوند. در مقابل اثرات مستقیم نور خورشید و تشعشع ماوراء بنفش همراه با رطوبت و شرایط اكسید‌كنندگی محیطی رنگ پریدگی،‌تخلخل، ترك خوردگی سطحی، سست‌شدن و شكنندگی ایجاد می‌شود.
با توجه به موارد ذكر شده می‌توان گفت كه این عایق‌ها از دو نظر با اشكال اساسی روبرو هستند:
1- خواص فیزیكی و مكانیكی این عایق‌ها ضعیف است.
2- خواص آلودگی این عایق‌ها نامطلوب است

عایق‌های پلیمری
بطور كلی دلایل اصلی كه موجب می‌شود به جای عایق‌های سرامیكی از عایق‌های پلیمری استفاده شود به شرح ذیل است:
1- خواص و ویژگی‌های مكانیكی عایق‌های سرامیكی ضعیف است.
2- میزان جذب رطوبت عایق‌های پلیمری از عایق‌های سرامیكی كمتر است.
3- میزان جذب آلودگی و ایجاد جریان سطحی در عایق‌های سرامیكی زیادتر است.
4- در ولتاژهای بالا عایق‌های سرامیكی مقاومت قوسی پایینی دارند.
5- ضریب دی‌الكتریك عایق‌های سرامیكی كم است.
6- با توجه به این كه عایق‌های چینی و یا شیشه‌ای به عنوان ایزولاسیون خارجی فاصله سطحی مناسبی ندارند به همین منظور جهت تامین فاصله سطحی كافی و كاهش ارتفاع عایق، از عایق‌های پلیمری با اندازه ایده‌آل برجستگی‌ها استفاده می‌شود.



مقایسه عایق‌های سرامیكی وپلیمری
• مقایسه از لحاظ فنی: بطور خلاصه می‌توان مزایای عایق‌های پلیمری را به صورت ذیل خلاصه كرد:
- مقاومت بالا در برابر انفجار بر اثر فشارهای داخلی و یا عوامل خارجی همانند تخریب انسانی.
- طول عمر بالای 25 سال بدون افت رفتار عایقی
- عملكرد عالی در مناطق آلوده و عدم نیاز به شست‌وشو
- مقاومت بالا نسبت به عوامل محیطی از قبیل اشعه UV، رطوبت و ...
- وزن كمتر (بین 10 تا 50 درصد وزن عایق‌های سرامیكی) كه این مساله باعث كاهش هزینه و ضایعات حمل و نقل می‌شود.
- انعطاف‌پذیری كه سبب حذف ضایعات ناشی از شكستن عایق در مراحل تولید، حمل و نقل، نصب و بهره‌برداری می‌شود.
- ایمنی بالاتر در هنگام وقوع نقص الكتریكی
- مقاومت بالاتر نسبت به خرابكاری
- ایمنی بیشتر در هنگام وقوع زلزله خصوصاً‌در عایق‌های مصرفی در ترانسفورماتورهای قدرت
- عدم محدودیت در زوایای نصب
- قابلیت دستیابی به فواصل خزشی بالا (به دلیل خواص عایقی مطلوب) بدون افزایش قابل ملاحظه در وزن و ابعاد
- آب‌بندی موثرتر در محل اتصال عایق
- امكان افزایش فاصله سطحی در ارتفاع یكسان با عایق‌های سرامیكی تا حدود 2 برابر، كه این امر در مناطق با آلودگی بالا از اهمیت بالایی برخوردار است.

• مقایسه از لحاظ اقتصادی: در مقایسه اقتصادی عایق‌های سرامیكی با عایق‌های پلیمری باید به دو پارامتر توجه كرد:
1- هزینه اولیه عایق
2- هزینه عملیاتی عایق

1- هزینه اولیه عایق: قیمت خرید عایق پلیمری بیشتر از عایق سرامیكی است كه ناشی از قیمت مواد اولیه مورد نیاز است البته میزان افزایش قیمت بر حسب نوع پلیمر متغیر است.
2- هزینه عملیاتی عایق: یكی از موارد مهمی كه در بررسی فنی و اقتصادی جایگزینی باید مدنظر قرار گیرد مساله هزینه‌های عملیاتی عایق‌ها است. هزینه‌های عملیاتی عایق را می‌توان به دو دسته كلی تقسیم كرد:
الف) هزینه‌های عملیاتی قبل از نصب در محل بهره‌برداری
ب) هزینه‌های عملیاتی بعد از نصب در محل بهره‌برداری

الف) هزینه‌های عملیاتی قبل از نصب در محل بهره‌برداری: این قسمت شامل كلیه هزینه‌های قبل از نصب است. در ابتدا باید هزینه‌های ساخت عایق را در نظر گرفت. عایق‌های سرامیكی به دلیل ساختارشان، در حین تولید ضایعات بیشتری را نسبت به عایق‌های پلیمری ایجاد می‌كنند (به عنوان مثال شكستن در كوره و تحت حرارت پخت) كه این هزینه‌ها در انتها بر روی قیمت عایق تاثیر مستقیم می‌گذارند. همچنین عایق‌های سرامیكی در حین حمل و نقل و نصب در محل مورد نظر دچار شكستگی می‌شوند كه این موضوع در مورد عایق‌های پلیمری صادق نیست. به عبارت دیگر ضایعات عایق‌های سرامیكی از ابتدای ساخت تا زمان نصب در محل بهره‌برداری بیشتر از عایق‌های پلیمری است بنابراین هزینه بیشتری برمصرف‌كننده تحمیل می‌كند.
ضایعات عایق‌های سرامیكی را می‌توان به صورت زیر عنوان كرد:
- در حین تولید عایق
- حمل از محل تولید به محل بهره‌برداری
- نصب عایق
- ضایعات ناشی از خرابكاری
- ضایعات ناشی از زلزله
طبق برآوردهای انجام شده مجموع این ضایعات به 10 تا 15 درصد بالغ می‌شود. بدیهی است هزینه ضایعات عایق‌ها تنها به جایگزینی آنها محدود نشده و وقفه‌های ایجاد شده در مراحل مختلف و نیز مشكلات حاصل از ناكارآمدی عایق تحت سرویس، هزینه‌های جانبی قابل ملاحظه‌ای را بر مصرف‌كنندگان تحمیل می‌كند.
ب) هزینه‌های عملیاتی بعد از نصب در محل بهره‌برداری: این هزینه‌ها شامل هزینه‌های شست‌وشوی عایق، هزینه‌های ناشی از شكسته‌شدن عایق و جایگزینی آن، هزینه‌های ناشی از ایجاد قوس الكتریكی (بر اثر آلودگی) و ... است.
عایق‌های سرامیكی به دلیل ساختارشان، احتیاج به شست‌و شوی متناوب دارند. این شستشو مخصوصاً در شرایط آب و هوایی با آلودگی بالا (مانند مناطق جنوبی) از اهمیت خاصی برخوردار است. در صورت عدم توجه به این موضوع، تشكیل قوس الكتریكی و صدمه دیدن عایق می‌تواند هزینه‌های بیشتری را تحمیل كند در حالی كه عایق‌های پلیمری به دلیل ویژگی‌های ساختاری‌شان احتیاج كمتری به شست‌وشو دارند بنابراین هزینه شست‌وشوی آنها كمتر است. همچنین احتمال تشكیل قوس الكتریكی و صدمه‌دیدن عایق در این حالت كمتر است.
با در نظر گرفتن ضایعات عایق‌های سرامیكی كه رقمی در حدود 10 تا 15 درصد را تشكیل می‌دهد اختلاف قیمت نهایی عایق‌های سرامیكی و پلیمری چندان تفاوتی با یكدیگر نخواهد داشت. بعلاوه بررسی‌ها نشان می‌دهد كه هزینه سالیانه شست‌وشوی عایق‌های سرامیكی در مناطق آلوده در حدود 5 تا 10 درصد قیمت عایق است كه باجایگزینی این عایق‌ها با عایق‌های پلیمری این هزینه‌ها حذف خواهند شد.
حذف عملیات شست‌وشوی دوره‌ای عایق‌ها در مناطق آلوده، از دیگر مزایای اقتصادی عایق‌های پلیمری است. در خصوص شبكه توزیع،‌ با توجه به پراكندگی و گستردگی مناطق نصب و تعداد این عایق‌ها در مقایسه با شبكه فوق‌توزیع و قدرت، این مزیت از اهمیت بالاتری برخوردار خواهد بود. در مناطقی همچون بندرعباس، چابهار و بخش‌هایی از استان خوزستان، سیكل شست‌شو در اكثر ماههای سال در دوره‌های 20 تا 25 روزه انجام می‌گیرد كه در صورت استفاده از عایق‌های پلیمری نیاز به این عملیات كمتر خواهد شد.
بنابراین بطور خلاصه می‌توان گفت كه استفاده از عایق‌های پلیمری علاوه بر كاهش هزینه‌، افزایش كارایی خطوط انتقال نیرو و كاهش صدمات ناشی از كاركرد نامناسب عایق‌های سرامیكی را به دنبال خواهد داشت.

روش تحقیق
در این تحقیق جایگزینی بوشینگ‌های سرامیكی ترانسفورماتور با انواع پلیمری آنها مورد بررسی قرار گرفته است. برای این كار ابتدا شرایط كاربری این عایق‌ها تعیین شد و سپس با بررسی رزین‌ها و الاستومرهای مختلف ومقایسه خواص فیزیكی، مكانیكی و ... آنها با شرایط كاربری عایق‌های سرامیكی، تعدادی از این پلیمرها انتخاب و درنهایت فرمولاسیون‌های مناسب برای ساخت عایق‌های پلیمری پیشنهاد شد. انتخاب این فرمولاسیون‌ها به صورتی انجام شده كه خواص كاربری عایق‌های ساخته شده با كامپاند پلیمری حداقل برابر با خواص كاربری عایق سرامیكی باشد (كه البته در اكثر موارد خواص كاربری عایق‌های پلیمری بالاتر از عایق سرامیكی است).
مراحل انجام این تحقیق را می‌توان به صورت زیر بیان كرد:
1- بررسی عایق‌های سرامیكی و تعیین شرایط كاربری آنها (نظیر خواص مكانیكی، الكتریكی، شیمیایی و ...)
2- استفاده از شرایط كاربری تعیین شده به عنوان مرجعی در طراحی عایق‌های پلیمری
3- بررسی پلیمرهای مختلف و مقایسه خواص آنها با شرایط كاربری تعیین شده و حذف مواردی كه قابلیت ارایه شرایط كاربری مورد نظر را نداشتند. از این میان تعدادی از پلیمرها نیز به دلیل مسائل فنی و اقتصادی حذف شدند (نظیر كمیاب بودن و یا خاص بودن پلیمر مورد نظر).
4- انتخاب نهایی تعدادی از پلیمرها و ارایه فرمولاسیون اولیه برای هر یك از آنها كه بر مبنای این فرمولاسیون‌ها، مطالعات اولیه برای برآورد قیمت عایق نیز انجام شد. در انتخاب پلیمرها، هدف تعیین انواعی از پلیمرها بوده كه شرایط كاربری آنها حداقل برابر شرایط كاربری سرامیك باشد تا بتوان از آن در جایگزین كردن بجای عایق‌های سرامیكی استفاده كرد.
با توجه به مطالعات انجام شده رزین‌هایی كه می‌توان از آنها برای ساخت عایق‌ پلیمری استفاده كرد عبارتند از:

1- رزین آكریلیك:
نام تجاری معروف این رزین، پلكسی گلاس،لاكیت و آكریلیت است.
- مزایا: دامنه وسیع رنگهای آنها، شفافیت مطلوب، به آهستگی می‌سوزند و در نتیجه سوختن دود كمی ایجاد می‌شود یا این كه اصلاً دودی آزاد نمی‌شود، مقاومت عالی آنها در برابر شرایط جوی و اشعه ماورای بنفش، سهولت فرآوری، خواص الكتریكی عالی، صلبیت با استحكام ضربه‌ای خوب، صیقلی بودن خوب، پایداری ابعادی عالی و انقباض كم در قالب‌گیری، افزایش سختی دوجهتی براثر فرم‌دادن كششی.
- معایب: مقاومت ضعیف در برابر حلال‌ها، امكان ترك خوردن بر اثر تنش، قابلیت احتراق، محدودیت استفاده مداوم آنها در دمای بالا (0C93)، غیرقابل ارتجاع بودن.
آكریلیك‌ها بصورت كوپلیمرهای مختلفی وجود دارند كه عبارتند از:
- كوپلیمر آكریلیك- استایرن- آكریلونیتریل (ASA)
- كوپلیمر آكریلونیتریل- بوتادین- استایرن (ABS)
- كوپلیمر آكریلونیتریل- پلی‌اتیلن كلردار- استایرن (ACS)

2- رزین اپوكسی
- مزایا: محدوده وسیع شرایط تثبیت از دمای اتاق تا 350 درجه فارنهایت، عدم تشكیل تركیبات فرار در طی تثبیت، چسبندگی عالی، قابلیت تشكیل اتصال عرضی با تركیبات دیگر، مناسب برای همه روش‌های فرآوری گرماسخت‌ها.
- معایب: پایداری كم در برابر اكسید شدن، حساس بودن بعضی از این تركیبات در برابر رطوبت، پایداری حرارتی تا
450-350 درجه فارنهایت، گران بودن بسیاری از انواع آنها.

3- فلوئورو پلاستیك‌ها (رزین پلی‌تترافلوتورو اتیلن (PTEE)
- مزایا: عدم آتشگیری، مقاومت خوب در برابر حلال‌ها ومواد شیمیایی، مقاومت خوب در مقابل عوامل جوی، ضریب اصطكاك پایین، امكان بكارگیری در محدوده وسیعی از دماها، خواص الكتریكی بسیار خوب.
- معایب: عدم امكان استفاده از روش‌های معمولی در فرآیند آن، سمی بودن محصولات ناشی از تخریب حرارتی، داشتن خزش، نفوذ‌پذیری، نیاز به دمای بالا هنگام فرایند، استحكام اندك، دانسته زیاد، قیمت نسبتاً بالا.

4- رزین‌های فنولیك
- مزایا: قیمت نسبتاً كم، مناسب بودن برای استفاده تا دمای 250 درجه سانتیگراد، مقاومت عالی در مقابل حلال، سختی مناسب، تراكم‌‌پذیری خوب، استحكام زیاد، قابلیت خاموش‌شوندگی خودبخود، ویژگی‌های الكتریكی عالی.
- معایب: احتیاج به پركننده برای قالب‌گیری، مقاومت كم در مقابل بازها و اكسیدكننده‌ها، آزاد شدن مواد فرار طی تثبیت (یك پلیمر تراكمی)، تیره بودن رنگ (به دلیل بدرنگ شدن در نتیجه اكسیداسیون).


5- رزین ‌پلی‌كربنات
- مزایا: ضربه‌پذیری بسیار خوب، مقاومت بسیار خوب در مقابل خزش، دارا بودن درجات متنوعی از شفافیت، قابلیت كاربرد مداوم تادمای بیش از 120 درجه سانتیگراد، پایداری ابعادی بسیار خوب.
- معایب: عدم قابلیت فرایند در دمای بالا، مقاومت ضعیف در مقابل قلیاها، آسیب‌پذیری در مقابل حلال‌ها، نیاز به تثبیت‌كننده ماورای بنفش.

6- رزین‌ سیلیكونی
الاستومرهایی كه می‌توان از آنها برای ساخت عایق‌های پلیمری استفاده كرد عبارتند از:

1- EPDM
- مزایا: مقاومت عالی در برابر گرما، اُزن و نور خورشید، انعطاف‌پذیری خیلی خوب در دماهای پایین، مقاومت خوب در برابر بازها، اسیدها و حلال‌های اكسیژن‌دار، مقاومت فوق‌العاده در برابر آب و بخار آب، پایداری عالی رنگ.
- معایب: مقاومت ضعیف در برابر روغن، بنزین و حلال‌های هیدروكربنی، چسبندگی ضعیف به الیاف وفلزات

2- سیلیكون
- مزایا: مقاومت برجسته در برابر گرمای زیاد، انعطاف پذیری عالی در دماهای پایین، مانایی فشاری كم، عایق‌كنندگی الكتریكی خیلی خوب، مقاومت عالی در برابر شرایط جوی، ازن، نور خورشید و اكسایش، پایداری و حفظ رنگ فوق‌العاده.
- معایب: مقاومت ضعیف در برابر سایش، پارگی و رشد بریدگی، استحكام كششی كم، مقاومت نامطلوب و پایین در برابر روغن، بنزین و حلال‌ها، مقاومت ضعیف در برابر بازها و اسیدها.

3- هیپالون
- مزایا: تاخیراندازی خوب در برابر اشتعال، مقاومت سایشی خوب، مقاومت فوق‌العاده در برابر شرایط جوی، ازن، نور خورشید و اكسایش، مقاومت عالی در برابر بازها و اسیدها، پایداری و حفظ رنگ خیلی خوب، مقاومت متوسط در برابر روغن و بنزین.
- معایب: مقاومت ضعیف تا متوسط در برابر حلال‌های آروماتیك، انعطاف‌پذیری محدود در دماهای پایین، جهندگی و مانایی فشاری متوسط.
درادامه الویت‌بندی پلیمرهای انتخابی بر اساس مزیت‌های فنی و اقتصادی آنها ارایه شده است.

4- انتخاب عایق پلیمری مناسب
با مقایسه شرایط كاربری مورد نظر برای این عایق‌ها با مشخصات پلیمرهای پیشنهادی در بند قبل و نیز با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی، می‌توان انتخاب مناسبترین پلیمر برای این كاربرد را مطابق جدول 1 اولویت‌بندی كرد:

نتیجه‌گیری
استفاده از عایق‌های پلیمری به جای عایق‌های سرامیكی گرچه هزینه‌های اولیه بیشتری را بر مصرف‌كننده تحمیل می‌كند ولی از آنجایی كه هزینه‌های عملیاتی عایق‌های پلیمری بسیار كمتر از عایق‌های سرامیكی است در مجموع هزینه استفاده از عایق‌های پلیمری را نسبت به عایق‌های سرامیكی كاهش می‌دهد. همچنین باید توجه داشت كه استفاده از عایق‌های پلیمری كاهش خطا را در شبكه‌های توزیع و انتقال به همراه خواهد داشت كه این خود باعث كاهش بسیار در هزینه‌های مصرف‌كننده خواهد شد. در صورت جایگزینی بوشینگ‌های سرامیكی ترانسفورماتورها با نوع پلیمری، مناسبترین نوع پلیمرها به ترتیب عبارتند از: پلیمرهای اپوكسی، لاستیك‌ سیلیكونی، هیپالون، EPDM-NR، پلی كربنات، فلوئور كربن، اكریلیك، فنولیك و سیلیكون رزین.

مهندس غلامرضا باكری، مهندس هوشنگ علیویردیلو، مهندس الهام امین‌‌نیا

موسسه تحقیقات ترانسفورماتور ایران، دانشگاه علم و صنعت ایران





طبقه بندی: بـــــــــــــــــرق، 
.: Weblog Themes By Pichak :.


ALI SHARIFIAN --- علی شریفیان
قالب وبلاگقالب وبلاگ