مکانیزم شکست الکتریکی مقره ناشی از آلودگی
– شرح مکانیزم شکست الکتریکی مقره در شرایط آلودگی نوع A
به منظور شرح قابل فهم فرآیند شکست الکتریکی مقره تحت شرایط آلودگی نوع A،
این فرآیند در 6 مرحله بطور جداگانه شرح داده می شود. در طبیعت، این 6 مرحله از
یکدیگر مجزا نیستند، اما ممکن است بتوان آنها را با هم ادغام کرد.
فرآیند شکست الکتریکی مقره ها در شرایط آلودگی، به شدت توسط خصوصیات سطح
مقره تحت تأثیر قرار می گیرد. دو نوع سطح را می توان معرفی کرد:
*سطح آب دوست: سطح مرتبط با مقره هاي شیشه اي یا سرامیکی
* سطح آبگریز: سطح مرتبط با مقره هاي پلیمري، بخصوص نوع سیلیکونی
در شرایط مرطوب- مانند باران، رطوبت- سطوح آبدوست بطور کامل مرطوب می
شوند بگونه اي که یک صفحه الکترولیت، سطح مقره را می پوشاند. در مقابل، آب بر
روي سطوح آبگریز، تحت شرایط رطوبت، به صورت دانه هاي مجزا ظاهر می شود.
فرآیند شکست الکتریکی مقره در شرایط آلودگی، بوسیله شکل موج ولتاژ نیز بسیار
تحت تأثیر قرار می گیرد. بصورت آزمایشی نشان داده شده است که براي شدت آلودگی
یکسان، ولتاژ استقامت پیک ac مطابق است با مقدار ولتاژ در شرایط dc. انتشار جرقه
در سطح مقره ممکن است چند سیکل طول بکشد و لذا ممکن است حتی پس از رسیدن
جریان به نزدیکی صفر، باز هم فرآیند شکست الکتریکی مجدداً تکرار شود.
یک جنبه پیچیده، شکست هوا بین نقاط مجاور پروفیل مقره است (به عنوان مثال، بین
کنگره ها یا کلاهک ها) که ولتاژ جرقه را بوسیله اتصال کوتاه کردن بعضی از سطوح
مقره ها کاهش می دهد. به علاوه، چکیدن آب ممکن است این کاهش را تسریع کند.
فرآیند بگونه اي تشریح می شود که در روي سطوح آبدوست، مانند مواد سرامیکی، با
آن مواجه می شویم.
فاز 1: مقره بوسیله یک لایه آلودگی پوشانده می شود.
فاز 2: سطح مقره آلوده مرطوب می شود. مرطوب شدن سطح مقره می تواند به
روشهاي زیر صورت بگیرد.
بوسیله فرآیند رطوبتی، میعان و باران، بارش قوي ممکن است مواد الکترولیتی بخشی
یا کل لایه آلودگی را بدون وارد کردن سایر فازها در فرآیند شکست بشوید و یا ممکن
است جرقه را بوسیله ایجاد پل میان فواصل هوایی بین کلاهکها گسترش بدهد. فرآیند
رطوبتی در طول دوره هاي با رطوبت نسبی بالا (75%RH<) رخ می دهد. (وقتیکه
دماي سطح مقره و دماي هواي محیط یکسان هستند). میعان هنگامی رخ می دهد که
رطوبت هوا در روي سطحی که دمایش کمتر از نقطه شبنم است میعان کند. این
شرایط معمولاً در هنگام طلوع آفتاب یا مدتی قبل از آن رخ می دهد.
فاز3: وقتی یک مقره تحت بار بوسیله لایه آلوده هادي پوشیده می شود، جریانهاي
نشتی سطحی جریان پیدا می کند و تأثیر حرارتی آنها در چند سیکل فرکانس قدرت
بخشهایی از لایه آلوده را خشک می کند. این پدیده در جایی که چگالی جریان زیادتر
است، در باریکترین قسمت مقره، رخ می دهد. این پدیده منجر به تشکیل باندهاي
خشک می شود.
فاز 4: لایه آلوده هرگز بطور یکنواخت و در جاهایی که مسیر هادي بوسیله باندهاي
خشک شکسته می شود- که مسیر جریان نشتی را قطع می کنند- خشک نمی شود. به
عنوان مثال نتیجه یک تحقیق میدانی نشان داده است که مقره هاي انتهایی در یک
رشته آویزي، 20 تا 30 درصد آلودگی را به خود بیشتر جذب می کنند.
فاز 5: ولتاژ خط به زمین ظاهر شده در باندهاي خشک (که ممکن است تنها میلیمتر
عرض داشته باشند) منجر به شکست هوا می شوند و باندهاي خشک، بوسیله جرقه
هایی که به لحاظ الکتریکی با مقاومت بخش خشک نشده و رساناي لایه آلوده سري می
باشند، پل می زنند. همین پدیده، در هر لحظه اي که باندهاي خشک در سطوح مقره
جرقه می زنند، منجر به ضربه جریان نشتی می شود.
فاز 6: اگر مقاومت رطوبت باقیمانده و بخش رساناي لایه آلودگی به حد کافی کوچک
باشد، جرقه هایی که بر روي لایه خشک پل ایجاد می کنند، ادامه پیدا می کنند و
سرانجام در طول سطح مقره گسترش می یابند و پلهاي بیشتري در سطح مقره بوجود
می آورند. سرانجام نیز یک خطاي خط به زمین (جرقه) بوجود می آید.
می توان تمام این فرآیند را مانند یک رابطه متقابل میان مقره، شرایط مرطوب شدن
آلودگی ها و ولتاژ اعمال (و امپدانس منبع در شرایط آزمایشگاهی) در نظر گرفت.
در جریانهاي نشتی بالاتر، احتمال شکست بیشتر می شود و اصولاً، مقاومت لایه سطحی
است که مقدار دامنه جریان را تعیین می کند. بنابراین نتیجه می گیریم که مقاومت
لایه سطحی فاکتور اصلی است که تعیین می کند یک مقره جرقه می زند یا نه. در
نواحی خیلی خشک، در هنگام طلوع آفتاب، اختلاف دماي میان سطح مقره و هواي محیط
که در حال گرم شدن است، زیاد می باشد. این اختلاف دما، اگر به اندازه چند درجه
سانتیگراد باشد، حتی در شرایطی که رطوبت هم زیاد نباشد، منجر به میعان در سطح
مقره می شود و لذا شکست الکتریکی در شرایط آلودگی به دلیل شبنم پدیده آمده می
تواند مشکلات زیادي به وجود آورد. ظرفیت حرارتی و رسانایی حرارتی مواد مقره، نرخ
افزایش دماي سطح مقره را کنترل می کنند.
شرح مکانیزم شکست الکتریکی آلودگی در حالت آلودگی نوع B
– مه رسانا
آلودگی آنی نوع B، به آلودگی با رسانایی بالا مربوط می شود که سریع بر روي سطوح
مقره می نشیند، در شرایطی که مقره از یک حالت تمیز با رسانایی کم، به مرحله جرقه
در یک زمان کوتاه (کمتر از 1 ساعت) می رود و سپس به حالت با رسانایی کم، وقتی که
شکست الکتریکی رخ داده است، بر می گردد.
به منظور شرح آسان فرآیند شکست الکتریکی آلودگی آنی، فرآیند مشابهی همانند (4-
1-4) بکار گرفته می شود. با این وجود، آلودگی آنی بطور نرمال همانند یک لایه
الکترولیت مایع با هدایت بالا، مانند اسپري نمک، مه نمکی یا مه اسید صنعتی رسوب
می کند و بنابراین فرآیند از فاز 3 شروع می شود و تا فاز 6 سریع به پایان می رسد. در
طبیعت این فازها مجزا هستند، اما با یکدیگر ادغام می شوند. البته این تفسیر فقط به
سطوح آبدوست مربوط است. نواحی مشکل آفرین، آنهایی هستند که در نزدیکی
کارخانه هاي شیمیایی، و یا نزدیک به نواحی هستند که داراي تغییرات زیاد دمایی می
باشند.
– فضولات
یک مورد خاص از آلودگی نوع B، فضولات پرندگان می باشد. این نوع آلودگی ناشی از
فضولات پرندگان، یک مسیر با رسانایی بالا (20-40 k /m) و با طولی ایجاد می کند
که فاصله هوایی کاهش یافته احتمال جرقه را بیشتر می نماید. در این موارد، ژئومتري
و مشخصه مقره، نقش کم رنگی خواهد داشت و راه حل هایی مانند استفاده از
تجهیزات دور کننده پرندگان در مناطق خاصی که در مسیر عبور و مرور آنها قرار دارد،
وجود دارند.
