بررسی امکانپذیری استفاده از بوشینگهای پلیمری به جای سرامیکی در ترانسفورماتور

0
3296

برای مدت طولانی استفاده از مواد سرامیکی به عنوان عایق در صنعت‌برق رایج بود ولی اشکالاتی که بر اثر کاربرد این مواد بوجود می‌آمد محققان را بر آن داشت تا به فکر استفاده از موادی جایگزین برآیند. استفاده از عایق‌های پلیمری یکی از انتخا‌ب‌هایی بودکه در این راستا مطرح شد و با توسعه تکنولوژی پلیمر و تولید پلیمرهای مهندسی با خواص مطلوب، توجه محققان بیشتر به این سمت معطوف شد. استفاده از پلیمر به عنوان عایق در صنعت‌برق نه تنها خواص الکتریکی مورد نیاز را تامین می‌کند بلکه نقاط ضعف سرامیک را نیز برطرف می‌کند.
در این مقاله ضمن اشاره به معایب عایق‌های سرامیکی که در نتیجه سال‌ها استفاده از آنها درصنعت‌برق بدان پی‌برده شده است و طرح دلایل تمایل به جایگزینی آنها با عایق‌های پلیمری در سال‌های اخیر،‌نتایج امکان‌سنجی فنی و اقتصادی صورت گرفته در خصوص جایگزینی بوشینگ‌های سرامیکی ترانسفورماتورها با انواع پلیمری آنها و تعیین و اولویت‌بندی جایگزین‌های مناسب برای این کار با در نظر گرفتن شرایط کاربری و مسائل اقتصادی ارایه شده است.

یک فرآورده سرامیکی، از گل که مخلوطی از آب و خاک است ساخته شده، در هوا خشک و درحرارت سخت شده است.کلمه سرامیک از کلمه یونانی Keramos که خود ریشه سانسکریت دارد و به معنی خاک رس پخته شده است، گرفته شده است. بنابراین چنانچه این مفهوم از کلمه سرامیک، مدنظر باشد می‌‌توان معادل فارسی «رسینه» را برای آن پیشنهاد کرد.
عایق‌های چینی متداول‌ترین نوع عایق‌های الکتریکی هستند، چرا که دارای مقاومت الکتریکی ونیز استحکام زیادی بوده و قیمت اولیه مناسبی دارند. به طور کلی این مواد در فرکانس‌های کم و در کلیه ولتاژها (اعم از ولتاژ‌های پایین یا بالا) کاربرد دارند. برای مدتهای طولانی، سرامیک تنها ماده مورد استفاده برای کاربردهای عایقی بوده است با این حال این ماده در عمل نارسایی‌هایی از جمله موارد زیر را از خود نشان می‌دهد:
– بسیار شکننده است
– اتصال قطعات فلزی به آن شکل است
– دقت ابعادی آن کم است که این امر باعث ایجاد مشکلات حادی در طراحی و شکل‌دهی قطعات سرامیکی است.
بعد از سال ۱۹۴۵ و با ظهور مواد پلیمری در بازارهای تجاری،تمایل به استفاده از مواد پلیمری برای ساخت عایق‌های الکتریکی افزایش یافت. علت این امر تولید رزین اپوکسی با نام آرالدیت بود که باعث شد تا قطعات عایقی ارزان و کوچک 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 که در حال حاضر شرکت‌های مختلفی در دنیا اقدام به ساخت بوشینگ و مقره‌های پلیمری از انواع مختلف می‌کنند.
البته در اینجا لازم به ذکر است که عایق‌های سرامیکی هنوز هم در مقایسه با عایق‌های پلیمری مزیت‌هایی به شرح زیر دارند:
۱- از نظر قیمت ارزان‌تر از عایق‌های پلیمری هستند.
۲- روش تولید انبوه آن آسان است.
۳- مواد اولیه مورد نیاز جهت تولید عایق‌های سرامیکی در داخل کشور به وفور یافت می‌شود.
۴- تجهیزات و ماشین‌آلات کارگاهی آن بسیار ارزان است.

شرح مقاله
گرچه عایق‌های سرامیکی خواص الکتریکی مطلوبی دارند ولی نقاط ضعف آنها باعث شد تا عایق‌های دیگری جایگزین این نوع عایق‌ها شوند. در ادامه به ذکر 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 سرامیکی ترانسفورماتورها ارایه خواهد شد.

معایب عایق‌های سرامیکی
معایب مکانیکی
معایب مکانیکی عایق‌های سرامیکی عبارتند از:
– پارگی عایق یا ستون عایق به علت نیروی قابل ملاحظه بیش از مقدار مجاز و قابل قبول. هنگامی که نیروی وارد بر زنجیر عایق از طرف هادی بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش یابد، موجبات شکستگی زنجیر عایق و انهدام آن را فراهم می‌سازد.
– با توجه به این که عمدتاً عایق‌بندی در ایستگاه‌های توزیع و انتقال نیرو با عایق‌های سرامیکی است و با توجه به تعداد زیاد این عایق‌ها در هر ایستگاه ونیز وزن زیاد آنها، وزن ستون عایق‌ها افزایش می‌یابد که این امر باعث افزایش حجم و وزن اسکلت فلزی و فونداسیون مربوطه می‌شود.
– ضربه‌پذیری کم‌عایق. این موضوع موجب می‌شود که در اثر کوچکترین ضربه- به جهت شکل خاص هندسی آن – توزیع تنش در همه نقاط عایق یکسان نباشد و با توجه به استحکام ناچیز سرامیک در مقابل نیروهای دینامیکی، موجب شکستن و یا ترک برداشتن عایق شود.
– با توجه به وزن بالای ستون عایق‌های سرامیکی، نصب آن بسیار مشکل است و نیاز به جرثقیل دارد و به همین دلیل زمان و هزینه مونتاژ و نصب آن بالا می‌رود.
– با توجه به استحکام ناچیز عایق‌های سرامیکی 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 ممکن است در اثر ضربه ترک بردارند و همان ترک رشد کرده، موجب ترک خوردگی کامل عایق شود.
– عایق‌های سرامیکی دارای انعطاف‌پذیری‌ کمی هستند ولذا در مقابل نیروهای افقی از جمله نیروی باد که بر محور آن وارد می‌شود دارای مقاومت کمی هستند و چون حالت انعطاف‌پذیری ندارند، در صورتی که نیروی زیادی بر آنها وارد شود می‌شکنند. با توجه به این مطلب در مناطقی که دارای طوفان‌های فصلی شدید هستند و یا زلزله‌خیز هستند امکان شکستن عایق‌ها وجود دارد.
– استحکام فشاری و چسبندگی عایق‌های سرامیکی ناچیز است. به همین دلیل گاهی گلویی مقره و یا آرماتور داخلی از بشقاب جدا می‌شود که این امر نشان می‌دهد استحکام فشاری و چسبندگی و فشردگی مواد و توزیع یکنواخت مواد در ساخت سرامیک‌های با شکل هندسی ویژه امکان‌پذیر نیست. البته گاهی اوقات با اصلاح قالب و قرارگیری درست آرماتور و فشردگی کامل مواد، این مشکل تقریباً قابل حل است.

معایب حرارتی
در عایق‌های سرامیکی، معایب حرارتی ذیل مشاهده می‌شود:
– در ساختار لعابی که روی عایق‌های سرامیکی اعمال می‌شود از چسب پلی‌وینیل استات و دیگر جسب‌های آلی استفاده می‌شود. هنگامی که این لعاب در کوره 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، ترک‌های ریز که با چشم براحتی قابل رویت نیستند در سطح عایق ایجاد می‌شود که این امر بر روی خواص دی‌الکتریک عایق و تخلیه جزیی و گاهاً جریان‌های سطحی و آلودگی سطحی تاثیر بسزایی دارد. این مشکل به هیچ شکلی قابل حل نیست.
– با توجه به این که دمای Tg اکثر چسب‌های آلی لعاب‌ها پایین است، لذا در دماهای کمتر از صفر و یا مناطق سردسیر ممکن است متناسب با نوع لعاب، ترک‌های ریز که به مرور رشد می‌کنند ایجاد شود که این ترک‌ها نیز مشکلاتی همچون بند بالا را بوجود می‌آورند.
– تغییرات درجه حرارت محیط در طول سال و یا تغییرات درجه حرارت بین شب و روز در مناطق کویری و انقباض و انبساط عایق (با توجه به این که ضریب انبساط لعاب و بیسکویت زیرین لعاب یکسان نیست) موجب می‌شود که ابتدا ترک‌های متعدد در بدنه عایق مشاهده شود و گسترش تدریجی ترک‌ها بصورت طولی و عمقی موجب بروز تخلیه جزیی می‌شود. بروز تخلیه جزیی در محل ترک‌ها و در سطح خارجی عایق، ترک‌ها را وسعت بخشیده، موجبات شکستگی عایق و برجستگی‌ها را فراهم ساخته و به قوس کامل منجر می‌شود.

معایب الکتریکی
ایرادات الکتریکی که در واقع به نوعی به استحکام و خواص مواد بکار رفته در لعاب و خاک چینی مربوط است عبارتند از:
– ایجاد ترک تحت تاثیر جریان‌های ناشی از تخلیه جوی و شدت میدان قابل ملاحظه‌ای که 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 که البته این ترک‌ها، به نوعی در آلودگی و جریان‌های سطحی تاثیر بسزایی دارد.
– بروز تخلیه جزیی در محل ترک‌های ظاهر شده در سطح خارجی عایق و گسترش تدریجی آنها. ادامه بروز تخلیه جزیی موجب شکستگی تدریجی عایق وجدا شدن برجستگی‌های خارجی می‌شود در این صورت زنجیر مقره تنها شامل گلویی خواهد بود. هرگونه ترک، 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
یکی از ایرادات و مشکلات بزرگی که در صنایع وجود دارد مشکل خوردگی است و این ایراد به عنوان یکی از ایرادات مهم و اساسی درعایق‌های سرامیکی نیز وجود دارد. خوردگی در سطح خارجی عایق سرامیکی صنعتی به دو علت زیر روی می‌دهد:
• صدمه مکانیکی ناشی از ضربات مکانیکی و یا حرارت حاصل از تخلیه جزیی در پی برقراری جریان سطحی. لازم به توضیح است که بروز تخلیه جزیی در سطح خارجی عایق و ایجاد خوردگی مکانیکی و ترک 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 ترک و شیارهایی به عمق ۱ تا ۳ میلی‌متر در سطح عایق ایجاد شود.
– با گذشت زمان و ادامه برقراری تخلیه جزیی، جریان به تدریج به داخل عایق نفوذ می‌کند.
– با قطع جریان و تخلیه جزیی، لایه سطحی مجدداً رطوبت جذب کرده و با بروز قوس مجدد در شرایط مناسب این پدیده تکرار می‌شود. بروز این پدیده به شرح فوق موجب انبساط و انقباض متوالی عایق گشته و ترک‌های مویی در سطح عایق ایجاد می‌‌کند.
– با برقراری جریان سطحی و بروز قوس‌های موضعی ترک‌های 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 که در آلودگی‌هایی که 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 که این نوع خورندگی با تخلیه جزیی همراه شود خورندگی به سرعت گسترش می یابد.

معایب عایق‌های سرامیکی از نظر آلودگی وشرایط محیطی
یکی از مهمترین ایراداتی که بر عایق‌های سرامیکی وارد است تاثیر آلودگی‌های محیطی بر عملکرد این نوع عایق‌ها است. زیرا در اثر آلودگی‌ها، فاکتورهای اصلی عایق الکتریکی خدشه‌دار می‌شود و تاثیر بسزایی در خواص و ویژگی‌های عایقی این مواد ایجاد می‌کند. آلودگی‌های محیطی بر دو نوع است:
• آلودگی‌های طبیعی. آلودگی‌های محیط به صورت ذرات گرد و غبار، دوده و گازهای شیمیایی و ترکیبات آنها بر سطح خارجی عایق رسوب می‌کند و در طول زمان، لایه سطحی متشکل از ذرات با ترکیبات مختلف را پدید می‌آورد که با گذشت زمان، این لایه سطحی متشکل 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 که 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 دی‌الکتریک عایق را کاهش داده، بروز قوس در سطح خارجی را به ازای ولتاژ اسمی سبب می‌شود.
• آلودگی‌های صنعتی. این نوع آلودگی در مناطق و نواحی صنعتی نظیر کارخانجات شیمیایی، رنگسازی، سیمان، ذوب فلزات و غیره مشاهده می‌شود. در این مراکز مواد شیمیایی حاصل از کارخانجات صنعتی در فضا موجود بوده، در سطح عایق‌ها ظاهر می‌شود. مقررات و پیش‌بینی‌های به عمل آمده به منظور کیفیت ایزولاسیون عایق‌ها و انتخاب مناسب آنها، متناسب با آلودگی‌های محیط، برای آلودگی‌های صنعتی و محیطی یکسان هستند. با اینهمه در مواردی که 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 سرامیکی در مقابل عوامل جوی و اشعه ماوراء بنفش
یکی از معایبی که در مورد عایق‌های سرامیکی وجود دارد آن است که در مقابل نور، رطوبت، گازها و برخی مواد شیمیایی ضعیف هستند. مثلاً‌در مقابل گازهای فلوئور و کلر در مجاورت رطوبت که تولید اسیدفلوریدریک و یا اسید کلریدریک می‌کند به شدت ضعیف هستند و خورده می‌شوند. در مقابل اثرات مستقیم نور خورشید و تشعشع ماوراء بنفش همراه با رطوبت و شرایط اکسید‌کنندگی محیطی رنگ پریدگی،‌تخلخل، ترک خوردگی سطحی، سست‌شدن و شکنندگی ایجاد می‌شود.
با توجه به موارد ذکر شده می‌توان گفت که این عایق‌ها از دو نظر با اشکال اساسی روبرو هستند:
۱- خواص فیزیکی و مکانیکی این عایق‌ها ضعیف است.
۲- خواص آلودگی این عایق‌ها نامطلوب است

عایق‌های پلیمری
بطور کلی دلایل اصلی که موجب می‌شود به جای عایق‌های سرامیکی از عایق‌های پلیمری استفاده شود به شرح ذیل است:
۱- خواص و ویژگی‌های مکانیکی عایق‌های سرامیکی ضعیف است.
۲- میزان جذب رطوبت عایق‌های پلیمری از عایق‌های سرامیکی کمتر است.
۳- میزان جذب آلودگی و ایجاد جریان سطحی در عایق‌های سرامیکی زیادتر است.
۴- در ولتاژهای بالا عایق‌های سرامیکی مقاومت قوسی پایینی دارند.
۵- ضریب دی‌الکتریک عایق‌های سرامیکی کم است.
۶- با توجه به این که عایق‌های چینی و یا شیشه‌ای به عنوان ایزولاسیون خارجی فاصله سطحی مناسبی ندارند به همین منظور جهت تامین فاصله سطحی کافی و کاهش ارتفاع عایق، از عایق‌های پلیمری با اندازه ایده‌آل برجستگی‌ها استفاده می‌شود.

مقایسه عایق‌های سرامیکی وپلیمری
• مقایسه از لحاظ فنی: بطور خلاصه می‌توان مزایای عایق‌های پلیمری را به صورت ذیل خلاصه کرد:
– مقاومت بالا در برابر انفجار بر اثر فشارهای داخلی و یا عوامل خارجی همانند تخریب انسانی.
– طول عمر بالای ۲۵ سال بدون افت رفتار عایقی
– عملکرد عالی در مناطق آلوده و عدم نیاز به شست‌وشو
– مقاومت بالا نسبت به عوامل محیطی از قبیل اشعه UV، رطوبت و …
– وزن کمتر (بین ۱۰ تا ۵۰ درصد وزن عایق‌های سرامیکی) که این مساله باعث کاهش هزینه و ضایعات حمل و نقل می‌شود.
– انعطاف‌پذیری که سبب حذف ضایعات ناشی از شکستن عایق در مراحل تولید، حمل و نقل، نصب و بهره‌برداری می‌شود.
– ایمنی بالاتر در هنگام وقوع نقص الکتریکی
– مقاومت بالاتر نسبت به خرابکاری
– 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
– امکان افزایش فاصله سطحی در ارتفاع یکسان با عایق‌های سرامیکی تا حدود ۲ برابر، که این امر در مناطق با آلودگی بالا از اهمیت بالایی برخوردار است.

• مقایسه از لحاظ اقتصادی: در مقایسه اقتصادی عایق‌های سرامیکی با عایق‌های پلیمری باید به دو پارامتر توجه کرد:
۱- هزینه اولیه عایق
۲- هزینه عملیاتی عایق

۱- هزینه اولیه عایق: قیمت خرید عایق پلیمری بیشتر از عایق سرامیکی است که ناشی از قیمت مواد اولیه مورد نیاز است البته میزان افزایش قیمت بر حسب نوع پلیمر متغیر است.
۲- هزینه عملیاتی عایق: یکی از موارد مهمی که در بررسی فنی و اقتصادی جایگزینی باید مدنظر قرار گیرد مساله هزینه‌های عملیاتی عایق‌ها است. هزینه‌های عملیاتی عایق را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
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 کلیه هزینه‌های قبل از نصب است. در ابتدا باید هزینه‌های ساخت عایق را در نظر گرفت. عایق‌های سرامیکی به دلیل ساختارشان، در حین تولید ضایعات بیشتری را نسبت به عایق‌های پلیمری ایجاد می‌کنند (به عنوان مثال شکستن در کوره و تحت حرارت پخت) که این هزینه‌ها در انتها بر روی قیمت عایق تاثیر مستقیم می‌گذارند. همچنین عایق‌های سرامیکی در حین حمل و نقل و نصب در محل مورد نظر دچار شکستگی می‌شوند که این موضوع در مورد عایق‌های پلیمری صادق نیست. به عبارت دیگر ضایعات عایق‌های سرامیکی از ابتدای ساخت تا زمان نصب در محل بهره‌برداری بیشتر از عایق‌های پلیمری است بنابراین هزینه بیشتری برمصرف‌کننده تحمیل می‌کند.
ضایعات عایق‌های سرامیکی را می‌توان به صورت زیر عنوان کرد:
– در حین تولید عایق
– حمل از محل تولید به محل بهره‌برداری
– نصب عایق
– ضایعات ناشی از خرابکاری
– ضایعات ناشی از زلزله
طبق برآوردهای انجام شده مجموع این ضایعات به ۱۰ تا ۱۵ درصد بالغ می‌شود. بدیهی است هزینه ضایعات عایق‌ها تنها به جایگزینی آنها محدود نشده و وقفه‌های ایجاد شده در مراحل مختلف و نیز مشکلات حاصل از ناکارآمدی عایق تحت سرویس، هزینه‌های جانبی قابل ملاحظه‌ای را بر مصرف‌کنندگان تحمیل می‌کند.
ب) هزینه‌های عملیاتی بعد از نصب در محل بهره‌برداری: این هزینه‌ها شامل هزینه‌های شست‌وشوی عایق، هزینه‌های ناشی از شکسته‌شدن عایق و جایگزینی آن، هزینه‌های ناشی از ایجاد قوس الکتریکی (بر اثر آلودگی) و … است.
عایق‌های سرامیکی 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، تشکیل قوس الکتریکی و صدمه دیدن عایق می‌تواند هزینه‌های بیشتری را تحمیل کند در حالی که عایق‌های پلیمری به دلیل ویژگی‌های ساختاری‌شان احتیاج کمتری به شست‌وشو دارند بنابراین هزینه شست‌وشوی آنها کمتر است. همچنین احتمال تشکیل قوس الکتریکی و صدمه‌دیدن عایق در این حالت کمتر است.
با در نظر گرفتن ضایعات عایق‌های سرامیکی که رقمی در حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد را تشکیل می‌دهد اختلاف قیمت نهایی عایق‌های سرامیکی و پلیمری چندان تفاوتی با یکدیگر نخواهد داشت. بعلاوه بررسی‌ها نشان می‌دهد که هزینه سالیانه شست‌وشوی عایق‌های سرامیکی در مناطق آلوده در حدود ۵ تا ۱۰ درصد قیمت عایق است که 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 شبکه توزیع،‌ با توجه به پراکندگی و گستردگی مناطق نصب و تعداد این عایق‌ها در مقایسه با شبکه فوق‌توزیع و قدرت، این مزیت از اهمیت بالاتری برخوردار خواهد بود. در مناطقی همچون بندرعباس، چابهار و بخش‌هایی از استان خوزستان، سیکل شست‌شو در اکثر ماههای سال در دوره‌های ۲۰ تا ۲۵ روزه انجام می‌گیرد که در صورت استفاده از عایق‌های پلیمری نیاز به این عملیات کمتر خواهد شد.
بنابراین بطور خلاصه می‌توان گفت که استفاده از عایق‌های پلیمری علاوه بر کاهش هزینه‌، افزایش کارایی خطوط انتقال نیرو و کاهش صدمات ناشی از کارکرد نامناسب عایق‌های سرامیکی را به دنبال خواهد داشت.

روش تحقیق
در این تحقیق جایگزینی بوشینگ‌های سرامیکی ترانسفورماتور با انواع پلیمری آنها مورد بررسی قرار گرفته است. برای این کار ابتدا شرایط کاربری این عایق‌ها تعیین شد و سپس با بررسی رزین‌ها و الاستومرهای مختلف ومقایسه خواص فیزیکی، مکانیکی و … آنها با شرایط کاربری عایق‌های سرامیکی، تعدادی از این پلیمرها انتخاب و درنهایت فرمولاسیون‌های مناسب برای ساخت عایق‌های پلیمری پیشنهاد شد. انتخاب این فرمولاسیون‌ها به صورتی انجام شده که خواص کاربری عایق‌های ساخته شده با کامپاند پلیمری حداقل برابر با خواص کاربری عایق سرامیکی باشد (که البته در اکثر موارد خواص کاربری عایق‌های پلیمری بالاتر از عایق سرامیکی است).
مراحل انجام این تحقیق را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
۱- بررسی عایق‌های سرامیکی و تعیین شرایط کاربری آنها (نظیر خواص مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی و …)
۲- استفاده از شرایط کاربری تعیین شده به عنوان مرجعی در طراحی عایق‌های پلیمری
۳- بررسی پلیمرهای مختلف و مقایسه خواص آنها با شرایط کاربری تعیین شده و حذف مواردی که قابلیت ارایه شرایط کاربری مورد نظر را نداشتند. از این میان تعدادی از پلیمرها نیز به دلیل مسائل فنی و اقتصادی حذف شدند (نظیر کمیاب بودن و یا خاص بودن پلیمر مورد نظر).
۴- انتخاب نهایی تعدادی از پلیمرها و ارایه فرمولاسیون اولیه برای هر یک از آنها که بر مبنای این فرمولاسیون‌ها، مطالعات اولیه برای برآورد قیمت عایق نیز انجام شد. در انتخاب پلیمرها، هدف تعیین انواعی از پلیمرها بوده که شرایط کاربری آنها حداقل برابر شرایط کاربری سرامیک باشد تا بتوان از آن در جایگزین کردن بجای عایق‌های سرامیکی استفاده کرد.
با توجه به مطالعات انجام شده رزین‌هایی که می‌توان از آنها برای ساخت عایق‌ پلیمری استفاده کرد عبارتند از:

۱- رزین آکریلیک:
نام تجاری معروف این رزین، پلکسی گلاس،لاکیت و آکریلیت است.
– مزایا: دامنه وسیع رنگهای آنها، شفافیت مطلوب، به آهستگی می‌سوزند و در نتیجه سوختن دود کمی ایجاد می‌شود یا این که اصلاً دودی آزاد نمی‌شود، مقاومت عالی آنها در برابر شرایط جوی و اشعه ماورای بنفش، سهولت فرآوری، خواص الکتریکی عالی، صلبیت با استحکام ضربه‌ای خوب، صیقلی بودن خوب، پایداری ابعادی عالی و انقباض کم در قالب‌گیری، افزایش سختی دوجهتی براثر فرم‌دادن کششی.
– معایب: مقاومت ضعیف در برابر حلال‌ها، امکان ترک خوردن بر اثر تنش، قابلیت احتراق، محدودیت استفاده مداوم آنها در دمای بالا (۰C93)، غیرقابل ارتجاع بودن.
آکریلیک‌ها بصورت کوپلیمرهای مختلفی وجود دارند که عبارتند از:
– کوپلیمر آکریلیک- استایرن- آکریلونیتریل (ASA)
– کوپلیمر آکریلونیتریل- بوتادین- استایرن (ABS)
– کوپلیمر آکریلونیتریل- پلی‌اتیلن کلردار- استایرن (ACS)

۲- رزین اپوکسی
– مزایا: محدوده وسیع شرایط تثبیت از دمای اتاق تا ۳۵۰ درجه فارنهایت، عدم تشکیل ترکیبات فرار در طی تثبیت، چسبندگی عالی، قابلیت تشکیل اتصال عرضی با ترکیبات دیگر، مناسب برای همه روش‌های فرآوری گرماسخت‌ها.
– معایب: پایداری کم در برابر اکسید شدن، حساس بودن بعضی از این ترکیبات در برابر رطوبت، پایداری حرارتی تا
۴۵۰-۳۵۰ درجه فارنهایت، گران بودن بسیاری از انواع آنها.

۳- فلوئورو پلاستیک‌ها (رزین پلی‌تترافلوتورو اتیلن (PTEE)
– مزایا: عدم آتشگیری، مقاومت خوب در برابر حلال‌ها ومواد شیمیایی، مقاومت خوب در مقابل عوامل جوی، ضریب اصطکاک پایین، امکان بکارگیری در محدوده وسیعی از دماها، خواص الکتریکی بسیار خوب.
– معایب: عدم امکان استفاده از روش‌های معمولی در فرآیند آن، سمی بودن محصولات ناشی از تخریب حرارتی، داشتن خزش، نفوذ‌پذیری، نیاز به دمای بالا هنگام فرایند، استحکام اندک، دانسته زیاد، قیمت نسبتاً بالا.

۴- رزین‌های فنولیک
– مزایا: قیمت نسبتاً کم، مناسب بودن برای استفاده تا دمای ۲۵۰ درجه سانتیگراد، مقاومت عالی در مقابل حلال، سختی مناسب، تراکم‌‌پذیری خوب، استحکام زیاد، قابلیت خاموش‌شوندگی خودبخود، ویژگی‌های الکتریکی عالی.
– معایب: احتیاج به پرکننده برای قالب‌گیری، مقاومت کم در مقابل بازها و اکسیدکننده‌ها، آزاد شدن مواد فرار طی تثبیت (یک پلیمر تراکمی)، تیره بودن رنگ (به دلیل بدرنگ شدن در نتیجه اکسیداسیون).

۵- رزین ‌پلی‌کربنات
– مزایا: ضربه‌پذیری بسیار خوب، مقاومت بسیار خوب در مقابل خزش، دارا بودن درجات متنوعی از شفافیت، قابلیت کاربرد مداوم تادمای بیش از ۱۲۰ درجه سانتیگراد، پایداری ابعادی بسیار خوب.
– معایب: عدم قابلیت فرایند در دمای بالا، مقاومت ضعیف در مقابل قلیاها، آسیب‌پذیری در مقابل حلال‌ها، نیاز به تثبیت‌کننده ماورای بنفش.

۶- رزین‌ سیلیکونی
الاستومرهایی که می‌توان از آنها برای ساخت عایق‌های پلیمری استفاده کرد عبارتند از:

۱- 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 اکسیژن‌دار، مقاومت فوق‌العاده در برابر آب و بخار آب، پایداری عالی رنگ.
– معایب: مقاومت ضعیف در برابر روغن، بنزین و حلال‌های هیدروکربنی، چسبندگی ضعیف به الیاف وفلزات

۲- سیلیکون
– مزایا: مقاومت برجسته در برابر گرمای زیاد، انعطاف پذیری عالی در دماهای پایین، مانایی فشاری کم، عایق‌کنندگی الکتریکی خیلی خوب، مقاومت عالی در برابر شرایط جوی، ازن، نور خورشید و اکسایش، پایداری و حفظ رنگ فوق‌العاده.
– معایب: مقاومت ضعیف در برابر سایش، پارگی و رشد بریدگی، استحکام کششی کم، مقاومت نامطلوب و پایین در برابر روغن، بنزین و حلال‌ها، مقاومت ضعیف در برابر بازها و اسیدها.

۳- هیپالون
– مزایا: تاخیراندازی خوب در برابر اشتعال، مقاومت سایشی خوب، مقاومت فوق‌العاده در برابر شرایط جوی، ازن، نور خورشید و اکسایش، 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 آروماتیک، انعطاف‌پذیری محدود در دماهای پایین، جهندگی و مانایی فشاری متوسط.
درادامه الویت‌بندی پلیمرهای انتخابی بر اساس مزیت‌های فنی و اقتصادی آنها ارایه شده است.

۴- انتخاب عایق پلیمری مناسب
با مقایسه شرایط کاربری 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 کاربرد را مطابق جدول ۱ اولویت‌بندی کرد:

نتیجه‌گیری
استفاده از عایق‌های پلیمری به جای عایق‌های سرامیکی گرچه هزینه‌های اولیه بیشتری را بر مصرف‌کننده تحمیل می‌کند ولی از آنجایی که هزینه‌های عملیاتی عایق‌های پلیمری بسیار کمتر از عایق‌های سرامیکی است در مجموع هزینه استفاده از عایق‌های پلیمری را نسبت به عایق‌های سرامیکی کاهش می‌دهد. همچنین باید توجه داشت که استفاده از عایق‌های پلیمری کاهش خطا را در شبکه‌های توزیع و انتقال به همراه خواهد داشت که این خود باعث کاهش بسیار در هزینه‌های مصرف‌کننده خواهد شد. در صورت جایگزینی بوشینگ‌های سرامیکی ترانسفورماتورها با نوع پلیمری، مناسبترین نوع پلیمرها به ترتیب عبارتند از: پلیمرهای اپوکسی، لاستیک‌ سیلیکونی، هیپالون، EPDM-NR، پلی کربنات، فلوئور کربن، اکریلیک، فنولیک و سیلیکون رزین.

مهندس غلامرضا باکری، مهندس هوشنگ علیویردیلو، مهندس الهام امین‌‌نیا

 موسسه تحقیقات ترانسفورماتور ایران، دانشگاه علم و صنعت ایران

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید