مقدمه:

در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به بررسی و مفهوم دی الکتریک و تاثیر آن بر ظرفیت خازن بپردازیم.

دی الکتریک‌ها، مواد عایقی (نارسانای الکتریکی) هستند که در صورت اعمال میدان الکتریکی، قطبی می‌شوند.

البته موادی دی الکتریک که ذاتاً قطبی باشند نیز وجود دارند.

اگر علاقه‌مند به یادگیری این موضوع هستید، با ما در ادامه این مطلب همراه باشید.

دی‌الکتریک، یک عایق الکتریکی است که می‌تواند با اعمال میدان الکتریکی، قطبیده شود.

دی‌الکتریک‌ ایده‌آل بار آزاد ندارد.

هنگامی‌که یک دی‌الکتریک در میدان الکتریکی خارجی قرار می‌گیرد، بارهای آزاد القائی که در هادی‌ها به سوی سطح حرکت کرده و چگالی بار و میدان الکتریکی داخلی را صفر می‌کردند، دیگر وجود ندارند.

اما چون دی‌الکتریک‌ بار مقیّد دارد، نمی‌توان نتیجه گرفت که تأثیری بر میدان الکتریکی قرارگرفته در آن ندارند.

هادی‌ها از اتم‌هایی با هسته بار مثبت، و پیرامون آن الکترون‌هایی با بار منفی، تشکیل شده‌اند.

اگرچه مولکول‌های دی‌الکتریک‌ها از نظر ماکروسکوپی خنثی هستند، حضور میدان الکتریکی خارجی باعث اِعمال نیرو بر بار شده، و در نتیجه بارهای مثبت و منفی در جهات مخالف کمی جابه‌جا می‌شوند.

این جابه‌جایی اگر چه نسبت به ابعاد اتمی کوچک است بااین‌حال، دی‌الکتریک را قطبیده، و تولید دوقطبی‌های الکتریکی می‌کند.

از آنجا که دوقطبی‌‌های الکتریکی دارای پتانسیل و شدت میدان الکتریکی غیرصفر هستند، دوقطبی‌‌های الکتریکی القاشده میدان الکتریکی را داخل و خارج دی‌الکتریک تغییر می‌دهند.

قطبی شدگی:

در حالت کلی می‌توان مولکول‌ها را در دو حالت قطبی و غیرقطبی تقسیم بندی کرد.

در اینجا واژه «قطب» به حالت بارهای الکتریکی اشاره دارد.

در مولکول‌های قطبی به صورت ذاتی یک جدایی بار وجود دارد که در مولکول‌های ناقطبی چنین چیزی مشاهده نمی‌شود.

مولکول‌های قطبی نظیر آب، به صورت دائم حاوی دوقطبی‌های الکتریکی میباشند.

مولکول‌های ناقطبی مثل اکسیژن فاقد دوقطبی‌های الکتریکی هستند.

البته مولکول‌های ناقطبی در حضور یک میدان الکتریکی خارجی می‌توانند قطبی شوند.

که به این حالت، قطبش القایی می‌گویند.

مقدمه:

یکی از پدیده هایی که در ارتباط با تجهیزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوی مطرح می‌شود، کرونا است.

تخلیه الکتریکی ایجاد شده به علت افزایش چگالی میدان الکتریکی، کرونا نام دارد.

میدان الکتریکی در نزدیکی ماده رسانا می‌تواند به حدی متمرکز شود که هوای مجاور خود را یونیزه نماید.

این مسئله می‌تواند منجر به تخلیه جزئی انرژی الکتریکی شود، که به آن کرونا می‌گویند.

عوامل مختلفی ازجمله:

ولتاز،

شکل و قطر رسانا،

ناهمواری سطح رسانا،

گرد و خاک،

یا قطرات آب می‌تواند باعث ایجادگرادیان سطحی هادی شود که در نهایت باعث تشکیل کرونا خواهد شد.

در حالتی که فاصله بین هادی‌ها کم باشد، کرونا ممکن است باعث جرقه زدن و اتصال کوتاه گردد.

بدیهی است که کرونا سبب اتلاف انرژی الکتریکی و کاهش راندمان الکتریکی خطوط انتقال می‌گردد.

پدیده کرونا همچنین سبب تداخل در امواج رادیویی می‌شود.

ولتاژ بحرانی:

گرادیان ولتاژی که سبب شکست الکتریکی در عایق شده و به ازای آن، عایق خاصیت دی الکتریک خود را از دست می‌دهد، گرادیان ولتاژ بحرانی نامیده می‌شود.

همچنین ولتاژی را که سبب ایجاد این گرادیان بحرانی می‌شود ولتاژ بحرانی مینامند.

ولتاژ مرئی کرونا:

هرگاه ولتاز خط به ولتاژ بحرانی برسد، یونیزاسیون در هوای مجاور سطح هادی شروع می‌شود.

اما در این حالت پدیده کرونا قابل روئیت نمی‌باشد.

برای مشاهده کرونا، سرعت ذرات الکترون‌ها در هنگام برخورد با اتم‌ها و مولکول‌ها بایدبیشتر باشید یعنی ولتاژ بالاتری نیاز است.

ماهیت کرونا:

هنگامی که میدان الکتریکی سطح هادی از ولتاژ بحرانی بیشتر شده باشد، بهمن الکترونی بوجودخواهد آمد که بوجود آورنده تخلیه کرونای قابل روئیت درسطح هادی است.

همواره تعداد کمی الکترون آزاد در هوا به علت مواد رادیو اکتیو موجوددر سطح زمین و اشعه کیهانی، وجود دارد.

زمانی که هادی در هر نیمه از سیکل ولتاژمتناوب برقدار می‌شود، الکترون‌های هوای اطراف سطح آن بوسیله میدان الکترواستاتیک شتاب پیدا می‌کند.

این الکترون‌ها که دارای بار منفی هستند در نیمه مثبت به طرفهادی شتاب پیدا می‌کنند و در نیمه منفی از آن دور می‌شوند.

سرعت الکترون آزاد بستگی به شدت میدان الکتریکی دارد.

بهترین زمان برای مشاهده کرونا:

کرونا در فضای آزاد بعد از یک روز بارانی تا قبل از زمانی که سطوح برقدار خشک شده باشند قابل مشاهده است.

پس از خشک شدن کرونا مشاهده نمی‌شود.

نقاط در معرض کرونا با رطوبت خود را بهتر نشان می‌دهند.

باد می‌تواند فعالیت کرونا راکاهش دهد.

کرونا می‌تواند در اثر قندیل هم ایجاد شود.

موتورهای الکتریکی، ژنراتورهاو تابلو‌های داخلی می‌توانند کرونای شدید تری ار وسایل خارجی پست‌ها ایجاد نمایند.

تشکیل هوای یونیزه در فضای بسته و عدم حرکت هوا پدیده کرونا را تسریع می‌کند و ولتاژهایی را ایجاد می‌کند که در ان کرونا رخ دهد.

موتور‌ها و ژنراتور‌ها می‌توانندبا توجه به وجود فن‌های خنک کننده شان هوایی با فشار‌های گوناگون ایجاد کنند.

آشکار شدن کرونا:

صدای هیس مانند قابل شنیدن، ازن، اسید نیتریک (در صورت وجود رطوبتدر هوا) که بصورت گرد کدر سفید جمع می‌شود و نور از نشانه‌های کرونای الکتریکی می باشند.

تخلیه بار ناشی از بهمن الکترونی در آزمایشگاه، به سه طریق مختلف مشاهدهمی شود.

بهترین راه تشخیص کرونای مرئی است که به صورت نور بنفش از نواحی با ولتاژاضافی ساطع می‌شود.

دومین راه شناسایی کرونای صدادار است که در حالی که شبکه موردمطالعه در ولتاژی بالاتر از آستانه کرونا باشد صدایی به صورت هیس هیس قابل شنیدن است.

امواج صوتی تولید شده به وسیله اغتشاشات موجود در هوای مجاور محل تخلیه بار، به وسیله حرکت یون‌های مثبت به وجود می‌آیند.
سومین و مهمترین راه مشاهده از نظر ظرکت برق اثرات الکتریکی است که منجر به اختلال رادیویی می‌شود.

حرکت الکترون‌ها (بهمن الکترونی) سبب ایجادجریان الکتریکی و در نتیجه به وجود آمدن میدان مغناطیسی و الکترواستاتیکی درمجاورت ان می‌شود.

شکل گیری سریع و انی بودن این میدان‌ها ولتاز فرکانس بالایی درنزدیک آنتن رادیویی القا می‌کند و منجر به اختلال رادیویی می‌شود.

انواع کرونا:

سه نوع مختلف از کرونا وجود دارد که در نمونه تست EHV درآزمایشگاه مشخص می‌شود:

تخلیه پر مانند،

تخلیه قلم مویی

و تخلیه تابشی.

تخلیه پرمانند، دیدنی‌ترین آنهاست و علت نامگذاری هم این است که به شکل پر تخلیه می‌شود.

زمانیکه در تاریکی مشاهده شود دارای تنه متمرکزی حول هادی است.

قطر این هاله نورانی بنفش رنگ از چند اینچ در ولتازهای پایین‌تر تا یک فوت و بیشتر در ولتازهایبالا تغییر می‌کند.

بروز آثار صوتی این نوع به صورت هیس هیس بوده و به راحتی توسط یک ناظر با تجربه تشخیص داده می‌شود.

در تخلیه قلم مویی پرچمی از نور به صورت شعاعی از سطح هادی خارج می‌شود.

طول این تخلیه‌ها از کمتر از یک اینچ در ولتاژ‌های پایین تا ۱ تا ۲ اینچ در ولتاژهای بالا تغییر می‌کند.

صدای همراه با ان صدایی در پس زمینه مانند صدای سوختن است.

تخلیه تابشی نور ضعیفی دارد که به نظر می‌رسد سطح هادی را در بر گرفته است، ولی مانند نوع قلم مویی برجسته نیست.

همچنین ممکن است در نواحیبحرانی سطح عایق‌ها در زمان بالا بودن رطوبت رخ دهد.

معمولا صدایی با این نوع تخلیه همراه نیست.

کابلشو:

  قطعه ای که برای اتصال دو یا تعداد بیشتر مدار الکتریکی به یکدیگر استفاده می شود کانکتور الکتریکی نام دارد.

کانکتورها برای اتصالات دائم و یا موقت استفاده می شوند.

کانکتورها قطعا یکی از مهمترین قسمت های وسائل الکتریکی امروزی هستند.

انواع مختلفی کانکتور شامل ترمینال های بلوکی، فیش ها، سوکت ها، ترمینال های گیره ای، سر سیم و کابلشو، مفصل و غیره وجود دارد.

اتصالات کابلشو ها (Cable lugs, Terminal ends, Temial Shoes) کانکتورهایی هستند که برای اتصال مطمئن کابل ها به تجهیزات برقی استفاده می شوند.

گاهی کابلشوها برای اتصال دو کابل به هم نیز استفاده می شوند.

کابلشو ها برای ایجاد اطمینان در ایمنی تجهیزات و انسان و بر اساس نیاز و کابردها مختلف می تواند به شکل های مختلفی طراحی و ساخته شوند.

هدف اصلی در استفاده از کابلشو، اتصال صحیح، مطمئن و ایمن کابل ها می باشد.

کابلشوها در زمان استفاده جریان های الکتریکی را به ادوات برقی هدایت می کنند.

بسته به سایز کابل، میزان جریان متفاوت خواهد داشت.

کابلشوی نامناسب می تواند موجب قطع اتصال و یا اتصال کوتاه شود و خسارت های هزینه بر به دستگاه های برقی تحمیل کند.

کابلشو ها به نحوی طراحی شده اند که استفاده از آن ها آسان باشد و نیازی به تعمیر و نگهداری نداشته باشند و یا تعمیر و نگهداری آن ها به آسانی انجام شود.

این موضوع باعث شده که کابلشو ها به وفور در صنعت برق استفاده شوند.

جنس کابلشوها بسته به جنس کابل ها انتخاب می شوند. 

کابلشوهای مسی کاربرد فراوانی دارند.

گاهی از این کابلشو ها برای کاهش قطر کابل از یک محل به بعد استفاده می شود.

برخی از کابلشو ها از جنس آلومینیوم ساخته می شوند که برای کابل های آلومینیومی استفاده می شوند.

گاهی بر روی کابلشوها یک پوشش PVC جهت حفاظت در برابر برق گرفتی و یا اتصال کوتاه کشیده می شود.

کابلشو و مفصل های بی متال از یک طرف مسی و از یک طرف آلومینیوم هستند.

کاربرد آن برای اتصال کابل ها و یا کابل و ادوات از دو جنس مختلف مس و آلومینیوم است.

کابلشو ها همانند بست های دیگر دارای ابعاد مختلفی می باشد و مشتریان می توانند متناسب با اندازه الکترودهای مورد نیازشان آنها را انتخاب نمایند.

به طور مثال انواع این قطعه شامل کابل شو مسی نمره ۱۶ ، ۲۵ ، ۳۵ ، ۵۰ و ۷۰ است علاوه بر آن به صورت تک سوراخه و دو سوراخه در بازار موجود هستند.

 شینه:

شینه ها یک مکعب مستطیل از جنس مس یا آلومینیوم هستند و در تابلوهای برق و یا به عنوان هادی نزولی و….جهت انتقال جریان به نقاط یا قطعات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

دربرخی پروژه ها از شینه مسی به عنوان رسانا و با نام تسمه مسی در سیستم زمین استفاده می شود.

در برخی موارد برای کاهش سرعت انواع خوردگی  از روکش های مختلف استفاده می شود.

بر روی شینه ها بر اساس نیاز کاربر و یا نقشه، سوراخ هایی با قطر مورد نظر تعبیه می گردد .

این محصول معمولا بر اساس سه بعد طول عرض و ضخامت سفارش می شوند.

کلمپ:

کلمپ یکی از انواع تجهیزات مورد نیاز جهت راه اندازی سیستم چاه ارت است .

وظیفه آن اتصال دو سیم به یکدیگر و یا اتصال سیم ارت به صفحه مسی و نیز جهت وصل کردن سیم به میله ارت را به عهده دارد.

بنابراین دارای اندازه های مختلفی است که مشتریان باید متناسب با اندازه دو الکترودی که قرار است به هم وصل شوند نسبت به خرید کلمپ مورد نظرشان اقدام کنند.

سایز های مختلف آن دارای نمره ۱۶ ، ۲۵ ، ۳۵ ، ۵۰ ، ۷۰ و غیره می باشند.

 انواع کلمپ ها :

۱ – کلمپ دو پیچ (مسی/آلومینیومی)

۲- کلمپ سیم به میله (انگشتی)

۳- کلمپ سیم به صفحه

۴- کلمپ انتهایی (کانکتور)

۵- کلمپ سیم به تسمه

۶- کلمپ(بست دیواری)

۷- کلمپ سه راهی مدل-T ( برنج/آلومینیومی)

۸- کلمپ چهارراهی  ( برنج/آلومینیومی)

۹ – کلمپ سیم دو طرفه

۱۰-کلمپ پارارل

۱۱- C کلمپ

۱۲ – U کلمپ

سایر اتصالات:

۱- کلمپ اتصال سیم به میله (کلمپ انگشتی)

۲- کلمپ اتصال سیم به صفحه

۳- ارت باس استوانه ای بی متال

۴- ارت باس تخت بی متال

۵- نوک راهنمای میله ارت

۶- کوپلینگ حدیده شده با ضخامت گوشتی مناسب

۷- ضربه خور میله ارت

مقدمه:

قبل از توضیح واژه چاه ارت باید به معنی و مفهوم کلمه ارت پرداخت .

کلمه ارت (Earth)در علم مهندسی برق یعنی اتصال بدنه دستگاه الکتریکی به زمین می باشد.

چاه ارت چگونه کار می کند؟

برای پاسخ به این سوال باید اولا بدانیم مقاومت بدن انسان چند اهم است؟

ثانیا مقاومت چاه ارت باید چند اهم باشد ؟

ثالثا مدار الکتریکی در زمان ایجاد چاه ارت چگونه خواهد بود؟

بدن انسان با توجه به ویژگیهای فردی و شرایط فیزیکی و بیولوژیکی در افراد مختلف گوناگون است.

اما بطور معمول این مقاومت چیزی در حدود  ۲۵۰۰ الی ۵۰۰۰ اهم می باشد.

البته توقع ما از ایجاد چاه ارت بدست آوردن مقاومت پائینی و در حد دو اهم می باشد.

مقدار۲ اهم مطابق مبحث ۱۳ نظام مهندسی و دستورالعمل های وزارت کار معین شده است.

عمق چاه ارت برای خانه ها و منازل مسکونی باید حدودا سه تا پنج متر باشد.

همچنین برای مصارف صنعتی مانند:

بیمارستان ها

کارخانه های تولیدی

آزمایشگاه ها

 اداره ها

و سازمان ها و غیره بایستی حدودا شش تا ده متر حفر شود .

این مقدار حفاری به این جهت است که به رطوبت کافی برسیم .

چاه های ارت موازی:

در محل های خاصی که میزان مقاومت خاک بسیار زیاد است، امکان رسیدن به مقاومت الکتریکی کمتر از یک اهم با استفاده از یک چاه امکان پذیر نمی باشد.

در این گونه موارد چاه های ارت موازی مطرح می شود.

تعداد گودال های مورد نیاز بر اساس میزان مقاومت بدست آمده برای چاه های ارت نصب شده قبلی تعیین می گردد.

نحوه انجام این کار نیز برای مابقی چاه های ارت همانند اجرای یک چاه ارت می باشد.

فاصله بین دو چاه متوالی باید حداقل سه متر و حداکثر دو برابر طول یک الکترود زمین یعنی شش متر باشد.

چاه های ارت با استفاده از یک نوار مسی به ابعاد ۲*۲۵ میلی متری ویا سیم مسی به مقطع ۵۰ میلیمتر مربع به یکدیگر متصل شوند تا یک حلقه را تشکیل دهند.

این نوار مسی پیوند دهنده باید در عمق بیشتر از ۵۰۰ میلی متر یا به عبارتی حداقل عمق یخ زدگی زمین دفن شود و روی آن توسط مواد کاهنده  ارت پوشانده شود.

کلیه اتصالات بایستی بوسیله جوش احتراقی انجام شود.

تعداد چاه ارت اجرا شده بستگی به اهم مورد نیازی دارد که دستگاه نظارت ویا طراح سیستم ارت در نقشه های ابلاغی معین کرده است.