اقرأ في هذا المقال
ما هي العوازل؟
بعض المواد لا تسمح بمرور الكهرباء من خلالها. تُعرف هذه المواد بالعوازل الكهربائية، يعتبر البلاستيك والخشب والزجاج والمطاط عوازل كهربائية جيدة، لهذا يتم إستخدامها لتغطية المواد التي تنقل الكهرباء. الغطاء البلاستيكي الذي يحيط بالأسلاك هو عازل كهربائي. يمنعك من التعرض لصدمة كهربائية.
ما هو العازل الكهربائي؟
يتم استخدام العازل الكهربائي (يشار إليه أيضًا باسم عازل) في الأنظمة الكهربائية لمنع التدفق غير المرغوب فيه للتيار إلى الأرض من نقاط الدعم الخاصة به. يلعب العازل دوراً حيوياً في النظام الكهربائي.
العازل الكهربائي: هو مسار ذو مقاومة عالية للغاية لا يمكن أن يتدفق من خلاله أي تيار. في أنظمة النقل والتوزيع الكهربائي، يتم دعم الموصلات العلوية عموماً بواسطة أبراج أو أعمدة داعمة، الأبراج والأعمدة تكون موصولة بالأرض بشكل صحيح، لذلك يجب أن يكون هناك عازل بين جسم البرج أو العمود والموصلات الحاملة للتيار الكهربائي لمنع تدفق التيار من الموصل إلى الأرض عبر الأبراج أو الأعمدة الداعمة الموصولة بالأرض.
خصائص المواد العازلة:
تسمى المواد المستخدمة عموماً لغرض العزل مادة عازلة، من أجل الاستخدام الناجح يجب أن تحتوي هذه المواد على بعض الخصائص المحددة، مثل:
- يجب أن يكون قوياً ميكانيكياً بما يكفي لتحمل قوة ووزن الموصلات.
- يجب أن تتمتع بقوة عازلة عالية جداً لتحمل ضغوط الجهد في أنظمة نقل الجهد العالي.
- يجب أن تمتلك مقاومة عزل عالية لمنع تسرب التيار إلى الأرض.
- يجب أن تكون المادة العازلة خالية من الشوائب غير المرغوب فيها.
- لا ينبغي أن تكون مسامية.
- يجب ألّا يكون هناك أي مدخل على سطح العازل الكهربائي حتى تتمكن الرطوبة أو الغازات من الدخول إليه.
- يجب أن تتأثر الخصائص الفيزيائية والكهربائية بدرجة أقل بتغير درجة الحرارة.
أنواع العوازل الكهربائية:
1- عازل البورسلين:
الخزف أو البورسلين هو المادة الأكثر استخداماً للعوازل العلوية في يومنا هذا، البورسلين عبارة عن سيليكات الألومنيوم، يتم خلط سيليكات الألمنيوم مع الكاولين البلاستيكي والفلسبار والكوارتز للحصول على مادة عازلة نهائية صلبة ومصقولة. يجب أن يكون سطح العازل مصقولاً بدرجة كافية حتى لا يتم تجمع الماء عليه، يجب أيضاً أن يكون البورسلين خالياً من المسامية لأنّ المسامية هي السبب الرئيسي لتدهور خاصية العزل الكهربائي. كما يجب أن يكون خالياً من أي شوائب أو فقاعات هواء داخل المادة مما قد يؤثر على خصائص العازل.
خصائص عازل البورسلين:
- قدرة العزل – (Dielectric Strength (60 kV / cm.
- القدرة على الانضغاط – (Compressive Strength (70,000 Kg / cm2.
- القدرة على الشد – (Tensile Strength (500 Kg / cm2.
2- العازل الزجاجي:
في الوقت الحاضر، أصبحت العوازل الزجاجية شائعة في أنظمة النقل والتوزيع، يستخدم الزجاج الصلب الملدن لغرض العزل، يحتوي عازل الزجاج على عدد من المزايا مقارنة بعازل البورسلين التقليدي.
مميزات عازل الزجاج:
- يتميز بقوة عازلة عالية جداً مقارنة بالبورسلين.
- مقاومتها النوعية عالية جداً أيضاً.
- لها معامل تمدد حراري منخفض.
- لديه قوة شد أعلى مقارنة بعازل البورسلين.
- نظراً لأنّه شفاف بطبيعته، لا يتم تسخينه في ضوء الشمس مثل البورسلين.
- يمكن إكتشاف الشوائب وفقاعات الهواء بسهولة داخل جسم العازل الزجاجي بسبب شفافيته.
- يتمتع الزجاج بعمر خدمة طويل جداً لأنّ الخصائص الميكانيكية والكهربائية للزجاج لا تتأثر على المدى البعيد.
- الزجاج أقل تكلفة من البورسلين.
عيوب عازل الزجاج:
- يمكن بسهولة أن تتكثف الرطوبة على السطح الزجاجي، وبالتالي سوف يتم ترسيب غبار الهواء على السطح الزجاجي الذي سيوفر مساراً لتسرب التيارالكهربائي في النظام.
- بالنسبة للزجاج ذو الجهد العالي، لا يمكن صب الأشكال غير المنتظمة نظراً لحدوث إجهاد داخلي للتبريد غير المنتظم.
خصائص عازل الزجاج:
- القدرة على العزل – (Dielectric Strength (140 kV / cm.
- القدرة على الإنضغاط – (Compressive Strength (10,000 Kg / cm2.
- القدرة على الشدّ – (Tensile Strength (35,000 Kg / cm2.
3- عازل البوليمر:
يتكون عازل البوليمر من جزأين، أحدهما عبارة عن قطعة على شكل قضيب من راتنج الإيبوكسي المقوى بالألياف الزجاجية والآخر عبارة عن مطاط السيليكون أو عن (EPDM) المصنوع من مادة الإيثيلين بروبيلين ديين مونومر واللب على شكل قضيب مغطى بمظلات الطقس. مظلات الطقس تحمي قلب العازل من البيئة الخارجية، نظراً لأنّه مصنوع من جزأين، اللب ومظلات الطقس، يُطلق على عازل البوليمر أيضاً العازل المركب.
يتم تثبيت اللب على شكل قضيب مع تركيبات طرفية مصنوعة من الفولاذ المصبوب المجلفن (المطلي بالزنك) على شكل هوب (Hop dip) على كلا الجانبين.
مميزات عازل البوليمر:
- خفيف الوزن للغاية مقارنة بعازل البورسلين والزجاج.
- نظراً لأنّ العازل المركب مرن فإنّ فرصة الكسر تصبح ضئيلة.
- نظراً لوزنه الخفيف وصُغر حجمه، فإنّ هذا عازل البوليمر له تكاليف تركيب أقل.
- يتميز بقوة شد أعلى مقارنةً بعوازل البورسلين.
- أداؤه أفضل، خاصةً في المناطق الملوثة.
- لأنّ عازل البوليمر خفيف الوزن، يفرض حمولة أقل على الهيكل الداعم.
- يتطلب تنظيف أقل بسبب طبيعته الكارهة للماء للعازل.
عيوب عازل البوليمر:
- قد تدخل الرطوبة في اللب إذا كان هناك أي فجوة غير مرغوب فيها بين مظلات الطقس واللب. قد يتسبب هذا في حدوث عطل كهربائي للعازل.
- قد يؤدي التجعيد المفرط في التركيبات الطرفية إلى حدوث تشققات في اللب مما يؤدي إلى فشل ميكانيكي في عازل البوليمر.
بالإضافة إلى ذلك، قد تكون هناك عيوب أخرى. دعونا نعطي مثالاً عملياً حيث تواجه العديد من الصعوبات في الحفاظ على شبكة التوزيع في فيكتوريا أستراليا بسبب العوازل البوليمرية. هناك العديد من الكوكاتو والجالا والببغاوات في تلك المنطقة من أستراليا، والتي تحب مضغ عوازل الإجهاد البوليمرية. تحتوي شبكة 22 كيلوفولت على العديد من عوازل الإجهاد البوليمرية المثبتة، والآن بعد بضع سنوات من تركيب عوازل الإجهاد البوليمرية، تستبدل السلطة العديد منها مرة أخرى بعوازل قرص زجاجي.
عيب آخر هو أنّ لديهم عوازل بوليمرية من النوع الذي يذوب وينثني في مناطق حرائق الأدغال. ومع أنّ لديهم عمود خرساني وذراع صليب فولاذي ينجو من حريق الأدغال، ومع ذلك تفشل البوليمرات في بعض الحالات. لن يكون هذا هو الحال مع عوازل الزجاج أو البورسلان. لديهم أيضاً عوازل بوليمرية تفشل في المناطق القريبة من ساحل المحيط حيث توجد مستويات عالية من الملح في الهواء.
أنواع العوازل الكهربائية الأخرى:
هناك ثلاثة أنواع أساسية من العوازل الأخرى:
- عازل الدبوس – Pin Insulator.
- العازل المعلق – Suspension Insulator.
- العازل الطائش – Stray Insulator.
بالإضافة إلى ذلك، هناك نوعان آخران من العوازل الكهربائية المتاحة بشكل أساسي لتطبيقات الجهد المنخفض، وهي عازل (stay insulator) وعازل (shackle insulator). وأيضاً هناك المزيد من الأنواع المختلفة للعوازل المستخدمة في خطوط النقل.
