عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة

1. مقدمة عن عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة

عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة التي تصنعها شركة Xiangyang Guowang Composite Insulators Co., Ltd.، والتي تعد واحدة من أكبر الشركات المصنعة للعوازل في الصين. تأسست الشركة في عام 1997، وتغطي مساحة تزيد عن 37,000 متر مربع. تمتلك الشركة قدرة إنتاجية تصل إلى مليون قطعة من عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة سنويًا.

2. المعايير الفنية للعوازل

تم تصميم العوازل المركبة وتصنيعها واختبارها وفقًا لمعيار IEC 61109، مع نهايات متوافقة مع معيار IEC 61466-1، ونهايات معدنية مجلفنة، وكذلك العديد من المعايير الأخرى كما هو موضح أدناه:

المعهد الأمريكي للمعايير الوطنية

• ANSI C29.11 اختبارات لعوازل التعليق المركبة لخطوط النقل العلوية
• ANSI C29.12 أنواع التعليق المركبة
• ANSI/IEEE 4 تقنيات لاختبار الجهد العالي

الجمعية الأمريكية لاختبار المواد

• ASTM A153 طلاء الزنك (الغمس الساخن) على الأجهزة الحديدية والفولاذية
• ASTM A239 طريقة اختبار لتحديد أرق نقطة في طلاء الزنك (الجلفنة) على المواد الحديدية أو الفولاذية باستخدام اختبار بريسي (الغمس في كبريتات النحاس)

اللجنة الكهروتقنية الدولية

• IEC60060-2 تقنيات اختبار الجهد العالي
• IEC61109 عوازل للخطوط العلوية - عوازل التعليق والتوتر المركبة للأنظمة ذات الجهد الاسمي الأكبر من 1000 فولت - التعاريف وطرق الاختبار ومعايير القبول •IEC61109 - التعديل 1
• IEC60587 مواد العزل الكهربائي المستخدمة في ظروف بيئية قاسية – طرق اختبار لتقييم مقاومة التتبع والتآكل
• IEC61466-1 وحدات العوازل المركبة للخطوط العلوية ذات الجهد الاسمي الأكبر من 1000 فولت - الجزء 1: فئات القوة القياسية والنهايات
• IEC61284 الخطوط العلوية - متطلبات واختبارات للتجهيزات
• IEC60437 اختبار التداخل الراديوي على العوازل عالية الجهد
• IEC 36-Sec. 71 اختبارات العوازل المركبة لخطوط التيار المتردد العلوية ذات الجهد الاسمي الأكبر من 1000 فولت

3. الخصائص الفيزيائية للعوازل

تمتلك العوازل المركبة خصائص وتركيبة مشابهة لتلك التي تم تحديدها في البند 3 من معيار IEC-61109. المادة الخام لمادة العزل (الغلاف والنواة والزعنفة) هي 100% من مطاط السيليكون (Silicon Rubber) قبل عملية إضافة المواد المضافة. المنتج النهائي لن يحتوي على أكثر من 20% من الكربون بالوزن. عادة ما يتم تصنيع عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة من غلاف بوليمري، وقضيب من الألياف الزجاجية ECR، ونهايات معدنية، وحلقات كورونا وما إلى ذلك.

النواة

قضيب الألياف الزجاجية ECR، المصنوع من راتنج الإيبوكسي والألياف الزجاجية، خالٍ من البورون، التشققات والفقاعات، ومقاوم للتآكل الناتج عن الأحماض وبالتالي مقاوم للكسر الهش، ومكون من قطعة واحدة، وهو خالٍ من الفجوات، المواد الغريبة وعيوب التصنيع.

وتتمتع النواة بقدرة على الحفاظ على السلامة الكهربائية العالية ومقاومة عالية للتآكل الحمضي. يتم تعزيز راتنج الإيبوكسي المقاوم للتحلل المائي بالألياف الزجاجية المقاومة للتآكل من أجل نقل الإجهادات الميكانيكية الناتجة عن الموصلات إلى الدعامة وتوفير العزل الكهربائي اللازم. النواة هي المكون الذي يتحمل الحمولة الميكانيكية ولديه قوة شد لا تقل عن 1000 ميجا باسكال.

النهايات المعدنية

النهايات المعدنية مصنوعة من الحديد الزهر القابل للتشكيل أو الصلب، ويتم جلفنتها بالغمس الساخن وفقًا لمعيار ASTM A153، وهي مصممة بطريقة تقلل من الإجهادات الكهربائية والميكانيكية على الغلاف الخارجي. جميع الأجزاء المعدنية خالية من الشوائب، الطيات، الشقوق، الثقوب، الحواف الخشنة أو أي عيوب أخرى قد تؤثر على مقاومة العازل الميكانيكية، حالة التوصيلات، عمليات الصيانة أو تسبب تأثير الهالة. تم تحقيق أفضل أداء في النماذج التي يغطي فيها الغلاف الخارجي حلقة الحماية للمعدات ضد المجال الكهربائي.

غالبًا ما تكون النهايات مصنوعة من الفولاذ المطروق المجلفن بالغمس الساخن، ويبلغ الحد الأدنى لسماكة الجلفنة للعينة الفردية 720 جم/م² (ما يعادل 100 ميكرومتر). المعايير الخاصة بالنهايات هي كما يلي:

• IEC 61466-1 وحدات عوازل السلسلة المركبة للخطوط العلوية ذات الجهد الاسمي الأكبر من 1000 فولت – الجزء 1: فئات القوة القياسية والنهايات
• IEC 60120 وصلات الكرة والمقبس لوحدات عوازل السلسلة – الأبعاد

1-  النهايات  2- النواة  3- الغلاف

الغلاف (الغلاف والأغلفة الخارجية)

مصنوعة الأغلفة من مطاط السيليكون من نوع HTV، الذي يحمي النواة من الأشعة فوق البنفسجية وهجمات العوامل الخارجية، مما يضمن إحكام العزل وسلوك جيد في البيئات الملوثة. أنواع المطاط المستخدمة خالية تمامًا من الإيثيلين-بروبيلين-دايين مونومر (EPDM). يجب حماية مطاط السيليكون من درجات الحرارة العالية الناتجة عن التفريغات الجزئية، الأقواس الكهربائية، وتتبع العازل، ويمكن استخدام هيدرات الألومينا (ATH) بحجم جزيئات بين 4.5 ميكرومتر و13 ميكرومتر. بالإضافة إلى ذلك، للمشاريع في بيرو، يجب أن تكون مقاومته للتآكل 33 كيلوأوم عند 6 كيلو فولت (الجدول 1 IEC-60587)، وللمشاريع خارج بيرو يجب أن تكون مقاومته للتآكل 33 كيلوأوم عند 4.5 كيلو فولت (IEC-60587).

يتم تصنيع الأغلفة من مطاط السيليكون، المرتبط بقوة بالغلاف من خلال عمليات الفلكنة HTV أو مصبوب كجزء من الغلاف، خالية من اللحامات، سلسة وخالية من العيوب. أنواع المطاط المستخدمة خالية تمامًا من الإيثيلين-بروبيلين-دايين مونومر (EPDM). 

عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة مصنوعة من مطاط السيليكون HTV (VMQ - فينيل-ميثيل-بولي سيليوكسان، مع إضافات مواد مالئة) خالية من EPDM أو المطاط الطبيعي الآخر. مطاط السيليكون هو نوع مطاط صلب يتصلب عند درجة حرارة عالية (قرب 200 درجة مئوية).

المعلمة	الوحدة	القيمة
الكثافة	جم/سم3	1.5
الصلابة	شور A	68
إجهاد الكسر	نيوتن/مم2	5.0
استطالة الكسر	%	250
قوة التمزق	نيوتن/مم2	12

حلقات الكورونا

سيتم تحديد عدد الحلقات في الخصائص التقنية المضمونة؛ في جميع الحالات، يجب أن يكون الطرف الجانبي للخط مزودًا دائمًا بحلقة معدنية ذات قطر مناسب للتحكم في تأثير الكورونا، ومستويات التداخل الراديوي (RIV) وتوزيع المجال الكهربائي.

الواجهة

الواجهات بين الغلاف الخارجي والنواة، وبين الغلاف الخارجي والأجزاء المعدنية الخارجية، تكون ناعمة وخالية من الفراغات، وتتمتع بقوة قص أعلى من الغلاف نفسه.

الختم

يحتوي العازل بالكامل على ختم دائم في الواجهة بين النهايات والغلاف لمنع دخول الرطوبة أو المواد الخارجية.

4. ما هي مزايا عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة؟

4.1 سهولة الصيانة

عوازل البورسلين تعاني من مشكلات في الانهيار، والكشف، والاستبدال الصفري، بينما لا تواجه عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة هذه المشكلات. عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة لا تتطلب تقريبًا أي صيانة بعد التثبيت، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الصيانة.

بشكل عام، عازل البورسلين المعلق هو هيكل مثبت بالغراء الداخلي، والأقدام الفولاذية مغروسة داخل رأس كرة البورسلين. لذلك، تحت جهد العمل، يكون تركيز شدة المجال الكهربائي عند الأقدام الفولاذية. يتم استخدام المادة اللاصقة للغراء الداخلي. نظرًا لأن معاملات التمدد الحراري للبورسلين والقدمين الفولاذيين تختلف، فعندما يتعرض عازل البورسلين لتغيرات في الحرارة والبرد، سيتسبب اختلاف معامل التمدد الحراري لكل مكون في تعرض أجزاء البورسلين لإجهاد ضغط أكبر وإجهاد قص، وبالتالي فإن جزء البورسلين سهل التشقق أو الانهيار ويصبح عازلًا صفري القيمة. أما عازل البوليمر ذو القضبان الطويلة فهو هيكل غير معرض للانهيار ميكانيكيًا، لذلك لا يوجد مشكلة قيمة صفرية.

4.2 مقاومة ممتازة للتلوث

أداء عازل البوليمر ذو القضبان الطويلة المركب الممتاز ضد التفريغ الناتج عن التلوث هو سبب مهم لتطوره السريع. التفريغ الناتج عن تلوث العوازل الناجم عن تلوث السطح هو التهديد الرئيسي لتشغيل الشبكة الكهربائية بأمان، وهو أيضًا عامل حاسم في اختيار عوازل خطوط نقل الطاقة. سطح عازل البورسلين هو سطح عالي الطاقة، يشكل طبقة مائية مستمرة بعد تغلغله بالماء. في الوقت نفسه، يتعرض للتلوث ويكون عرضة للتفريغ الناتج عن التلوث. لذلك، يجب اعتماد التنظيف اليدوي أو طلاء مطاط السيليكون في التشغيل اليومي.

وفقًا للإحصائيات، شهدت شبكة الكهرباء في مقاطعة خنان في الصين حادثين كبيرين للتفريغ الناتج عن التلوث خلال العشرين عامًا الماضية. في حوادث التفريغ الناتج عن التلوث الواسعة النطاق في عامي 1990 و2001، تعرضت عوازل البورسلين للتفريغ 104 مرات، مما يمثل 67%؛ تعرضت عوازل الزجاج للتفريغ 50 مرة، مما يمثل 32%؛ وعازل البوليمر ذو القضبان الطويلة المركب تعرض للتفريغ مرة واحدة فقط بسبب تكوّن الجليد، مما يمثل 1%.

المادة المكونة لعازل البوليمر ذو القضبان الطويلة المركب هي مطاط السيليكون، وسطح الغلاف والزعنفة هو سطح منخفض الطاقة، لذلك فهو يتمتع بخصائص طرد الماء وهجرة الهيدروفوبية الجيدة. حتى في بيئة رطبة ومتسخة، لن تتكون طبقة مائية مستمرة على سطح غلاف العازل المركب، ولكن فقط قطرات مائية مستقلة عن بعضها البعض، لذلك يتمتع العازل المركب بمقاومة جيدة للتلوث. على الرغم من أن هيدروفوبية العوازل المركبة ستتدهور بعد فترة معينة من التشغيل، فإن مقاومتها للتلوث تظل عالية مقارنة بعوازل البورسلين.

4.3 السلوك الميكانيكي

قوة الشد المحورية لقضيب الألياف الزجاجية المستخدم في العوازل المركبة عالية جدًا، حيث تتجاوز عمومًا 600 ميجا باسكال، وقوة الشد لقضيب ECR المقاوم للأحماض الجديد تتجاوز 1000 ميجا باسكال، وهي 5-10 مرات أقوى من الفولاذ الكربوني عالي الجودة. ولكن الكتلة لكل وحدة طول من مادة القضيب أخف بكثير من البورسلين والفولاذ. يمكن لعوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة أن تخلق منتجات قوية جدًا وخفيفة الوزن.

4.4 خصائص مقاومة الشيخوخة

عوازل البورسلين لديها خبرة تشغيلية تقارب المائة عام ولديها قدرات قوية لمقاومة الشيخوخة. لفترة طويلة بعد بدء التشغيل، إذا لم يحدث ضرر صفري، يمكن تجاهل الشيخوخة والاستبدال. عوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة تنتمي إلى عوازل المواد العضوية. تحت تأثير الغلاف الجوي، درجات الحرارة العالية والمنخفضة، الأشعة فوق البنفسجية، الحقول الكهربائية القوية أو عوامل أخرى أثناء التشغيل، ستتقدم المواد العضوية في الغلاف وتتحلل، مما يؤدي إلى تدهور أداء العوازل المركبة. ومع ذلك، من التجربة التشغيلية الحالية، يمكن لعوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة المركبة أن تستمر عمومًا لأكثر من 10 سنوات.

4.5 الأداء الاقتصادي

وفقًا للحسابات ذات الصلة، سواء كان ذلك لخط جديد أو تحديث خط قديم، فإن استخدام عازل البوليمر ذو القضبان الطويلة المركب أكثر اقتصادية من عوازل البورسلين، وعملية التشغيل والصيانة اللاحقة للعوازل المركبة صغيرة، ولا يتطلب اكتشاف القيمة الصفرية.

5. اللون والعلامات

لون العوازل المركبة رمادي، أحمر أو وفقًا لمتطلبات العملاء. يجب أن يتم وضع علامة واضحة ودائمة على كل عازل، على النهايات المعدنية، بالمعلومات الموضحة أدناه:

• الصانع - شركة Xiangyang Guowang Composite Insulators Co., Ltd. أو TONLY
• سنة الصنع
• النموذج
• الحمولة الميكانيكية المضمونة و/أو الروتينية

العلامات غير قابلة للمحو ومقاومة للتعرض للعوامل الجوية.

6. المنتجات الرئيسية وغيرها

تتوفر عمليتان للتصنيع لصناعة أغلفة مطاط السيليكون لعوازل البوليمر ذات القضبان الطويلة، عملية التشكيل أو تجميع الوحدات. يتم وضع التدخل بين قضيب الألياف الزجاجية والغلاف المطاطي على مادة لاصقة خاصة تتكون من مطاط السيليكون ثم يتم فلكنتها. يربط هذا بقوة المطاط بالقضيب ويثبت الأغلفة المطاطية بالغلاف المطاطي بحيث تكون الوصلة بين الأغلفة والغلاف أقوى من المطاط.