العوازل الكهربائية ذات القبعة والمسمار

الوصف الهندسي للعوازل الكهربائية ذات القبعة والمسمار

يمكن استخدام العوازل الكهربائية المعروفة باسم عوازل التعليق بشكل فردي، ولكنها عادة ما تكون جزءاً من سلسلة لدعم “موصل كهربائي” من هيكل داعم، وبشكل عام؛ فقد يتكون عازل التعليق هذا من جزأين من الأجهزة المعدنية مثبتين على أسطح متقابلة من غلاف عازل بورسلين محدد بشكل مناسب، كما يتم تضمين أحد أعضاء الجهاز عن طريق الأسمنت في تجويف في غلاف عازل البورسلين، حيث أن الدبوس السفلي يكون في كل واحدة مؤمنة بطبقة من الاسمنت أو غيرها من المواد المناسبة.

ومن خلال هذا الترتيب؛ فإنه يتم فصل أعضاء الأجهزة المعدنية وعزلهم عن بعضهم البعض، بحيث ينتج عن هذا المزيج التقليدي من المعدن والبورسلين والأسمنت وحدة ثقيلة تزن بشكل عام من ثمانية إلى ثلاثين رطلاً، وبالإضافة الى عوازل التعليق الاعتيادية والتي تشمل رأساً من قطعة واحدة وسقيفة من السيراميك؛ فإنه يسهل كسرها أثناء التصنيع أو النقل أو التركيب، وأثناء التشغيل تعاني العوازل من التخريب، خاصة في المناطق التي ينتشر فيها الصيد.

كما تُظهر براءة الاختراع الأمريكية والموسومة بـ (US-A-4،689،445) عازلاً ذو غطاء ودبوس يحتوي على سقيفة من السيراميك مع وضع فشل مصمم، بحيث تم صُنع السقيفة الخزفية للكسر على طول خطوط الصدع المحددة، وذلك للحفاظ على خصائص العزل للوحدة المرتبطة.

العوامل المؤثرة على العازل ذو القبعة والمسمار

تتعرض عوازل خط الزجاج أو الخزف لخطر ظاهرة الانحناء السطحي، خاصة في المناطق شديدة التلوث أو المناطق الساحلية، كما ترتبط هذه الظاهرة بطبقة رطبة من مادة ملوثة موصلة على سطح العازل، بحيث يجفف تيار التسرب الطبقة في بعض مناطق “كثافة التيار العالي” وتعزز الظروف توليد أقواس كهربائية تقصر دائرة المناطق الجافة.

لذلك تم اقتراح العديد من الحلول للتخفيف من ظاهرة الانحناء السطحي، وهي تستند بشكل عام إلى مبدأ توفير منطقة أشباه الموصلات بين قطبين من أجل تعديل توزيع المجال الكهربائي بطريقة تجعله أقل ملاءمة لتوليد أقواس السطح.

وفي المناطق الملوثة توجد مشكلة إضافية في منطقة الدبوس المعدني، وذلك بسبب تأثير التلوث وتيار التسرب الذي يمر عبر الغطاء المعدني والمسمار، فإنه يحدث التآكل، وهذا يمكن أن يؤدي إلى فشل جزئي في المسمار المعدني ويسبب سقوط الخط.

نظراً لأن الأنواع السابقة لم تجد حلاً مناسباً لمشكلة الانحناء السطحي وتآكل المسمار المعدني؛ فهناك حاجة لغسل أو تنظيف سطح عوازل الخط في “المناطق الساحلية” أو الملوثة، كما تتطلب هذه العملية استخدام معدات متخصصة وعاملين مدربين وتنطوي على مخاطر تكسير حظائر السيراميك.

لذلك سيكون من المرغوب فيه توفير وحدة عزل من نوع الغطاء والمسمار تكون أخف من تلك الموجودة في الأنواع السابقة وتقاوم ظواهر السطح الكهربائي المرتبطة بالفن السابق وتوفر خصائص ميكانيكية محسنة، وذلك مع توفير خصائص عزل ممتازة.

الهدف الرئيسي من استخدام العازل ذو القبعة والمسمار

يكمن الهدف الرئيسي من الاختراع المسمى بعازل القبعة والمسمار بأنه السبيل الى توفير عازل خط يوفر مقاومة محسنة وموثوقة لظاهرة الانحناء السطحي، كما أنه هدف واضح لتوفير عازل خط خفيف الوزن نسبياً ولتوفير عازل خط مقاوم للكسر، كذلك تأمين التصميم البسيط والسهل بشكل ملموس.

الوصف العملي لاستخدام العوازل ذات القبعة والمسمار

يتم الكشف عن عازل كهربائي ذو غطاء ودبوس مع معايير عزل وكسر ووزن محسّنة، حيث تُستخدم عوازل (Cap-and-pin) بشكل عام في نقل الكهرباء في نطاق (15kV) إلى (735kV)، كما تُستخدم العوازل بشكل شائع في سلسلة، أي يتم توفير أكثر من وحدة عازل، ويتم ربط وحدات العازل ببعضها البعض لتوفير سلسلة من الوحدات العازلة.

كما تشتمل وحدات العزل المحسّنة هنا على جزء رأس خزفي وجزء سفلي بوليمري يشتمل على مادة بوليمرية عازلة كهربائياً، ويفضل عدم التعقب، حيث يعتبر البورسلين مادة عازلة مفضلة في بعض التطبيقات بسبب مقاومته الفائقة للضرر الناتج عن التفريغ الكهربائي والعوامل الجوية والهجوم الكيميائي، حيث أنها ليست مادة باهظة الثمن لتصنيعها في عازل.

ومع ذلك؛ فهي ثقيلة نسبياً وهي مادة هشة يمكن أن تتحطم عند الاصطدام، كما أن التلافيف أو حظائر هذه الحالة التقنية الصناعية السابقة معرضة بشكل خاص، وعلاوة على ذلك، يحتوي البورسلين على طاقة عالية خالية من السطح، مما يجعله يحفظ الأوساخ، بحيث تتطلب عملية التصنيع الخاصة به إطلاق النار في الفرن، وهذا لا يساعد على التصنيع السهل للأشكال المعقدة.

أيضاً يوفر استخدام سقيفة بوليمرية مع رأس خزفي مجموعة متنوعة من المزايا مقارنة بالفن السابق. توفر الوحدات المحسّنة انخفاضًا ملحوظًا في الوزن عند مقارنتها بالوحدات السابقة، حيث أن “السقيفة البوليمرية” أقل عرضة للكسر في التصنيع والشحن والاستخدام والتنظيف وغير معرضة للكسر من التخريب، وفي حالة تلفها؛ فإنها توفر عازلاً محسناً عند مقارنتها بسقيفة خزفية مماثلة.

وهناك جزء رأس الخزف محاط إلى حد كبير بغطاء معدني أو مغطى بسقيفة بوليمرية، بحيث يكون محمياً من التلف، كما ويحتوي جزء السقيفة البوليمرية على سقيفة خارجية واحدة على الأقل وسطح داخلي من التكوين الطبيعي والقطر المحدد مسبقاً، ويمكن تشكيل السقيفة البوليمرية في مكانها، كذلك لصقها على رأس الخزف باستخدام مربط عالي الجهد أو عوامل ربط معروفة، أو يفضل استخدام مجموعة من الطرق.

كما يمكن أن يشتمل على رأس البورسلين، والذي يتكون من البورسلين أو مادة خزفية أخرى أو زجاج أو  مواد أخرى تستخدم حالياً كمواد عزل كهربائية في “عوازل الجهد العالي”، أيضاً يجب أن يكون مفهوماً أن مصطلح “الخزف” يُستخدم لتسهيل المصطلحات، ويقصد به تضمين هذه المواد البديلة.

ومن باب التفصيل أكثر؛ فإن رأس البورسلين يكون عبارة عن جسم كثيف بأكسيد معدني عازل، والذي تم الكشف عنه هنا كمرجع، حيث يمكن حرق هذه الخزفيات في درجات حرارة منخفضة نسبياً، وبالتالي تبسيط عملية التصنيع، بحيث يعرض السيراميك أيضاً خصائص ميكانيكية جيدة، كما يفضل بشكل خاص الرؤوس الخزفية المصنوعة من (الموليت) أو (الموليت-السيليكا) أو (السيليكا).

في الظروف الملوثة، سيحدث نوعان من نشاط التفريغ الكهربائي على سطح العازل، النوع الأول يحدث بشكل عشوائي على كامل مساحة السطح، وعلى الرغم من تآكل السطح؛ فإن هذا النشاط ليس شديداً جداً ولا يؤدي عموماً إلى إتلاف العزل بشكل خطير.

كما يفضل أن تشتمل الحظائر البوليمرية المستخدمة هنا على سقيفة مصنوعة من مادة عازلة عالية الجهد مضادة للتتبع مثل تلك الخاصة ببراءات الاختراع الأمريكية (US-A-4،399،064) و (US-A-4،521،549)، بحيث تم تضمين الكشف عن كل منها بالإشارة، وهذه السقيفة البوليمرية أقل عرضة للقاذورات في المناطق الساحلية أو الملوثة من حظائر البورسلين.

أما النوع الثاني من النشاط هو الشرارة التي تصبح متجذرة أو مثبتة، على سبيل المثال عند حدود (Insulabon)، وذلك مع تركيب معدني أو أسفل سقيفة، وبالتالي يحدث بشكل تفضيلي على جزء معين من الأسطح العازلة، كما أن هذا النشاط الأخير أكثر كثافة من السابق، وغالباً ما يكون العامل المحدد في عمر العازل.