مروری بر کاربردهای فناوری نانو در صنعت مقره های برق

از آغاز پیدایش صنعت برق، نیاز به تجهیزاتی که بتوانند نقش عایق و جداسازی قسمت­های تحت ولتاژ ازسایر قسمت­ها را داشته باشند، وجود داشته و تحقیقات در این زمینه نیز همچنان ادامه دارد. در خطوط انتقال نیرو لازم است، هادی­های تحت ولتاژ به نحوی از برج­ها ایزوله شوند و برای این کار از مقره ها استفاده می­شود. این مقره ها دو وظیفه عمده دارند:

ایزوله­کردن هادی از بدنه برج: مقره ها باید بتوانند بدون داشتن جریان نشتی، ولتاژهای بالای خطوط انتقال را از بدنه برج ایزوله نمایند.

استحکام مکانیکی بالا: مقره ها باید تحمل نیروهای مکانیکی حاصل از وزن هادی­ها و نیروهای اعمالی ناشی از باد و یخ را داشته باشند. اولین عنصری که به عنوان مقره مطرح گردید چوب خشک بود؛ ولی به علت اینکه پس از خیس­شدن تا اندازه­ای خاصیت عایقی خود را از دست می­داد، کنار گذاشته شد. امروزه به طور گسترده از شیشه، پرسلان و پلاستیک در ساخت مقره ها استفاده می­شود]1[.

  شکل1. نمایی از مقره در خطوط انتقال برق

جنس مقره­ ها

جنس مواد مورد استفاده در ساخت مقره ها بستگی به شرایط استفاده و کاربرد آن­ها دارد. به طورکلی متداول­ترین مقره های مورد استفاده در صنعت برق عبارت­اند از:

مقره های پرسلان

این مقره هااز ترکیبات آلکالین و سیلیکات آلومینیم ساخته می­شوند. جهت بالا بردن استقامت مکانیکی پرسلان به آن اکسید آلومینیم اضافه می­کنند. مقره های پرسلان هم به صورت بشقابی و هم به صورت یکپارچه ساخته می­شوند. مقره های پرسلان جزء نسل اول مقره ها محسوب شده و دارای استقامت مکانیکی نسبتاً خوبی هستند.

شکل 2. انواع مقره پرسلان

مقره های شیشه­ ای 

از شیشه نیز در ساخت مقره ها استفاده می­شود؛ ولی به دلیل پایین­بودن استقامت مکانیکی شیشه لازم است به طریقی آن را تقویت نمود. یک روش، سرد­کردن سریع شیشه پس از شکل­دادن آن می­باشد Glass)  . (Toughened به این ترتیب که شیشه را پس از شکل دادن به سرعت سرد نموده و با این روش سطح خارجی مقره سخت شده و موجب افزایش استقامت مکانیکی می­شود. مقره های شیشه ای در مقابل لب­پریدگی مقاو­م­تر از مقره های پرسلان هستند و در مقابل تغییر درجه­حرارت، تغییر­­­شکل کمتری دارند. همچنین مقره های شیشه ای در قبل از بروز خرابی خُرد می­شوند و در مکا­ن­هایی که دسترسی برای تست مقره مناسب نیست، به علت قابل مشاهده بودن اشکال و خرابی با چشم، بیشتر مورد استفاده قرار می­گیرند.

شکل 3. مقره شیشه ای

مقره های پلاستیکی Composite Insulators) )

این مقره ها از جنس پلاستیک و از ترکیبات شیمیایی اتیلن، پروپیلن و رزین می­باشند. مزیت این مقره هادر دفع خوب آب می­باشد. زیرا پلاستیک این مزیت را دارد که قطرات آب باران روی سطح آن جاری نمی­شود تا با قطرات دیگر ترکیب شده و مسیری برای هدایت قوس فراهم کند. درصورتیکه در مقره های شیشه­ ای و پرسلان قطرات آب به راحتی روی سطح مقره جاری می­شوند. این مزیت باعث شده که مقره های پلاستیکی در محیط­های مرطوب بیشتر مورد استفاده قرار گیرد. هم­اکنون کشور امریکا بیشترین مصرف مقره از نوع پلاستیکی را دارد؛ ولی این مقره ها در آسیا هنوز به کاربرد انبوه نرسید­ه­اند]2[ .

شکل 4. مقره های پلاستیکی

انواع مختلف مقره ها

مقره ها برحسب کاربرد و سطح ولتاژ بکار رفته انواع مختلفی دارند:

مقره چرخی (Spool Insulator)

جنس این نوع مقره ها از پرسلان، شیشه و یا پلاستیک می­باشد. این مقره ها به صورت یک شیاره و یا دو شیاره می­باشند و بیشتر در ولتاژهای توزیع کاربرد دارند. تعداد شیارها بستگی به سطح ولتاژ دارد.

شکل5. مقره های چرخی

مقره سوزنی (Pin Type Insulator)

جنس این مقره ها از پرسلان، شیشه و یا پلاستیک می­باشد. از این نوع مقره ها در برج­های میانی و تا ولتاژ حدود33 کیلو ولت استفاده می شود.

شکل 6. مقره سوزنی

مقره بشقابی (Disk Insulator)

این نوع مقره ها از جنس شیشه و یا پرسلان و به شکل دیسک بوده و از نظر کاربرد نیز رایج­ترین مقره مورد استفاده در خطوط هوایی انتقال انرژی می­باشند. این مقره ها می­توانند به صورت زنجیره مقره مورد استفاده قرار گیرند. تعداد دیسک­ها در زنجیره مقره بستگی به سطح ولتاژ خط، محل استفاده و اضافه ولتاژها دارد.

ارتباط هرکدام از این دیسک­ها با دیسک­های دیگر توسط دو قطعه فلزی بالا و پایین که توسط پودر سیمان و شیشه و چسب مخصوص به مقره محکم می­شود، انجام می­گیرد. این مقره ها بسته به نحوه اتصال به یکدیگر و با توجه به شکل آن­ها در انواع زیر وجود دارند.

مقره بشقابی استاندارد

دارای انواع مختلف زیر می­باشد.

• مقره های نوع کلاهکی (Ball & Socket Type Insulator)
• مقره های نوع شیار و زبانه (Tongue & Clevis Type Insulator)

 شکل 7. مقره بشقابی استاندارد نوع کلاهکی

 

 

شکل 8. مقره بشقابی استاندارد نوع شیار و زبانه

 

مقره بشقابی ضد­مه (Anti Fog Insulator)

در مناطق آلوده یا مه­آلود، فاصله خزشی بیشتری بروی سطح مقره لازم است که در این حالت از مقره مِهی استفاده می­شود. در این مقره ها شیارهای پایین بزرگ­تر از شیارهای مقره هایمعمولی می­باشند. به این ترتیب وزن مقره ها زیادتر بوده و موجب افزایش نیروی مکانیکی وارده به برج می­شود. از طرفی به دلیل زیاد بودن فاصله خزشی از این مقره ها به تعداد کمتری در زنجیره مقره استفاده می­شود.

 

شکل 9. مقره بشقابی ضد­مه

مقره های آئرودینامیک (Open Profile)

از این مقره ها در مناطق بادگیر استفاده می­شود؛ زیرا سطح بادگیر این نوع مقره ها کم می­باشد و در زنجیره مقره انحراف زاویه کمتری داشته و از طرفی نیروهای وارده به برج کمتر خواهد شد. به علت کوچک­بودن فاصله خزشی این نوع مقره ها ، لازم است تعداد بیشتری از این نوع مقره جهت حفظ ایزولاسیون در زنجیره استفاده شود که این کار موجب افزایش هزینه­­ها خواهد شد.

 شکل 10. مقره آئرودینامیک

مقره زنگوله­ای شکل (Bell Type Insulator)

این مقره به شکلی ساخته می­شود که امکان نشستن گردوخاک و آلودگی روی آن حداقل باشد. از این مقره ها در مناطقی استفاده می شود که آلودگی زیاد است و باران کم می­بارد. ساخت این مقره ها به شکلی است که حداقل ریزش باران قادر به تمیز کردن مقره می باشد.

شکل 11 . مقره زنگوله­ای شکل

مقره های یکپارچه (Long Rod Insulator)

این مقره ها به شکل استوانه­ای بلند بوده که دارای شیارها و برآمدگی­هایی است. جنس این مقره ها معمولاً از پرسلان و سرامیک می­باشد و به دو صورت توپر و توخالی ساخته می­شوند. نوع توپر آن دارای استقامت مکانیکی بیشتری بوده و نوع توخالی استقامت مکانیکی کمتری دارد.

شکل 12 . مقره یکپارچه

مقره های بوشینگ (Bushing Insulator­)

این نوع مقره ها مشابه مقره های یکپارچه می­باشند، با این تفاوت که قطر این نوع مقره ها در ابتدا و انتها متفاوت است و تقریباً به شکل یک نیم مخروط می­باشد. از این نوع مقره ها در ترانس­ها استفاده می­شود. محل اتصال مقره به ترانس دارای قطر بیشتری است.

شکل13  . مقره بوشینگ

مقره اتکایی (Post Insulator)

این نوع مقره ها مشابه مقره های یکپارچه می­باشند که معمولاً در پست­ها کاربرد دارند. از این نوع مقره معمولاً جهت ایزوله­کردن باس بار (Rigid Conductor) استفاده می­شود. این مقره ها در مقابل نیروهای عمودی مقاومت خوبی دارند، ولی در مقابل نیروهای جانبی ضعیف هستند.

شکل 14 .مقره اتکایی

 

مقره های سرکابل (Sealing end Insulator)

در مواقعی که از کابل برای انتقال توان استفاده شود، جهت اتصال کابل به هادی­ها از سرکابل استفاده می­شود. این سرکابل­ها به دو صورت خشک و روغنی مورد استفاده قرار می­گیرند. سرکابل­های خشک به صورت پلاستیکی بوده و سرکابل­های روغنی دارای محفظه ای برای روغن می­باشند. در این نوع مقره ها مسئله مهم، ایزولاسیون خوب آن­ها است و تنش­های مکانیکی وارده به این نوع مقره ها بسیار ناچیز است.

شکل 15 .مقره سرکابل

مقره های پلاستیکی (Composite Insulator)

این مقره ها از تعدادی دیسک پلاستیکی تشکیل شده و بر روی محوری از جنس فایبرگلاس سوار می­شوند. دیسک­ها از جنس پلاستیک فشرده می­باشند]3[.

شکل 16 .مقره پلاستیکی

چالش­های موجود در مقره

مقره ها در معرض منابع آلودگی مختلف و رطوبت قرار دارند که باعث تأثیر منفی بر عملکرد مقره می­شود. مهمترین تاثیر آلودگی­ها، هادی­شدن سطح مقره می­باشد. به جریان ایجاد شده اصطلاحا جریان خزشی گفته می­شود. دو منبع اصلی آلودگی مقره ها، آلودگی ساحلی و آلودگی صنعتی هستند.

آلودگی ساحلی در اثر پاشیدن نمک از دریا یا ماسه­ای که همراه باد آورده می­شود، بر روی سطح مقره ایجاد می­شود. این لایه­ها در اثر مجاورت با رطوبت یا مه هادی می­شوند. کلرید سدیم اصلی­ترین نوع این آلودگی­ها است. آلودگی­های صنعتی معمولاً به صورت خشک روی سطح مقره رسوب می­کند و سپس در اثر تر­شدن، هادی می­شوند. ممکن است به جز نمک­ها و اسیدها، مواد جاذب رطوبت نیز بر روی مقره رسوب کنند. از لحاظ منطقه آب و هوایی، باد می­تواند ابزار فرآیند آلودگی باشد. رطوبت بالا، مه و باران نیز عوامل نامساعد محیطی برای عملکرد مقره ها هستند. علاوه بر جریان­های خزشی، عواملی مانند فشار محیط، نور خورشید، درجه حرارت و … نیز روی ماده عایق مقره تأثیر منفی دارند و باعث فرسایش مکانیکی و الکتریکی مقره می­شوند که به بررسی این عوامل می­پردازیم:

اثر رطوبت: وقتی رطوبت روی سطح آلوده مقره می­نشیند؛ مانند یک هادی جریان عمل می­کند. در­نتیجه باعث افزایش جریان­های خزشی و حرارت ناشی از تلفات می­شود. این حرارت باعث می­شود که لایه نازک رطوبت خشک شده و جرقه الکتریکی رخ دهد. در حالتی که جرقه­ها نورانی باشند، باعث یونیزه­شدن هوای اطراف شده و حتی باعث تولید حرارت تا چندین هزار درجه سانتی­گراد می­شوند. سطح عایق ممکن است با این هوای یونیزه­شده واکنش شیمیایی دهد. وجود گرما نیز فرسودگی حاصله را تسریع می­کند.

آلودگی محیطی: آلودگی محیط شامل آلودگی­های صنعتی، دود حاصل از ماشین­ها و … می­باشد که روی سطح مقره می­نشیند و آن­ها را تیره رنگ می­کنند. مشکلاتی که آلودگی ایجاد می­کند به سه گروه تقسیم می­شوند:

• به علت وجود کربن و نمک­ها و آلودگی محیطی، تراکینگ ایجاد می­گردد و کیفیت عایق کم می­شود.
• به علت فرسایش زیاد، دیواره سوراخ می­شود.
• شکست الکتریکی بر روی عایق رخ می­دهد.

آب و هوا: آب و هوا بر طول عمر مقره ها تأثیر دارند. تغییرات آب و هوایی باعث از دست­رفتن خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مقره و ترک­خوردگی و شکستن مقره می­شوند.

حرارت: حرارت که به صورت فرسودگی حرارتی خودش را نشان می­دهد، هم روی عایق­بندی خارجی و هم روی عایق­بندی داخلی تأثیر دارد و با افزایش درجه حرارت، کیفیت و طول عمر عایق کاهش می­یابد.

باران: باران باعث فرسودگی تدریجی مقره می­شود. باران عموماً مقداری نمک و گوگرد حاصل از دود را به صورت اسیدسولفوریک دارد. این مواد روی مقره نشست کرده و باعث کاهش مقاومت عایقی مقره می­شوند.

افت خواص، شكست و ازکارافتادگی اين نوع مقره ها كه معمولاً ناشي از آلودگي مي­باشد، مشكلات زيادي را در بسياري از كشورهاي جهان خصوصاً در نواحي با آلودگي زياد به همراه دارد. در مناطق آلوده و مرطوب، ايجاد جريان نشتي و تشکیل قوس معمولاً منجر به از کارافتادگی مقره ها مي­گردد.

توقف جريان، خارج شدن خطوط از مدار و از کار افتادن خط در اين وضعيت بروز كرده كه سبب ايجاد خسارات جدي و صدمات اقتصادي زيادي مي­شود ]3، 4 و 5[.

شکل 17 . مقره های آسیب دیده

بازار جهانی مقره

MarketsandMarkets پیش­بینی می­کند بازار عایق­های الکتریکی[1] تا سال 2023 به 3/13میلیارد دلار برسد، که این عدد برای سال 2018 میلادی حدود2/10 میلیارد دلار تخمین زده شده بود. این رشد را می­توان به استقبال روزافزون از منابع انرژی تجدیدپذیر، افزایش سرمایه­گذاری در شبکه­های T&D و بازسازی شبکه­های شبکه موجود در سراسر جهان نسبت داد. با این حال، افزایش محصولات با کیفیت پایین می­تواند مانع از رشد بازار شود.

همچنین افزایش جمعیت، شهرنشینی و رشد بخش صنعتی باعث افزایش تقاضا در کشورهایی مانند چین و هند شده است. دولت­های کشورهای آسیا و اقیانوسیه در حال برنامه­ریزی برای توسعه شبکه برق و ظرفیت تولید برق بیشتر هستند که این امر تقاضای عایق را در منطقه بیشتر خواهد کرد. درنتیجه تخمین­زده می­شود که آسیا اقیانوسیه سریع­ترین بازار برای بازار عایق­های الکتریکی در سال 2023 باشد­.

با توجه به مزایای مقره های کامپوزیتی ازجمله وزن کمتر­، زیبایی ظاهری، استحکام بیشتر، مقاومت بالا در برابر ضربه و سهولت نصب، این مقره ها نسبت به مقره های پرسلان مرسوم مناسب­تر هستند. درنتیجه انتظار می­رود بخش کامپوزیت سریع­ترین رشد در بازار عایق­های الکتریکی از سال 2018 تا 2023  داشته باشد]6[.

 

فناوری نانو در مقره

در رابطه با فناوری نانو در مقره ها تحقیقات و پژوهش­های متعددی صورت گرفته­است که در ادامه به برخی از مقالات و اختراعات ثبت شده در این زمینه پرداخته شده است.

به صورت کلی به‎کارگیری فناوری نانو به دو صورت می‎تواند سبب بهبود خواص و کارایی مقره های به کار رفته در صنعت برق شود:

• تقویت بدنه مقره هااز طریق افزودن نانوذرات به منظور بهبود ویژگی‎های مکانیکی و الکتریکی
• نانوپوشش‎های سطحی با هدف افزایش آبگریزی و ظرفیت خود­تمیز‎شوندگی مقره ها]7[.

شکل18. نانوتکنولوژی در مقره های سرامیکی

• تقویت بدنه مقره ها از طریق افزودن نانوذرات به منظور بهبود ویژگی‎های مکانیکی و الکتریکی

تحقیقات نشان داده است که افزودن نانوذراتی همچون آلومینا به مقره پرسلان نه تنها باعث تقویت مکانیکی بدنه‎های پرسلان به میزان ده درصد می‎شود، بلکه استحکام خمشی مقره پرسلان زینترشده را نیز حدود 15 درصد بهبود می‎بخشد.

همچنین ثابت شده است که مدول پارگی یک پرسلان سیلیکونی را می‎توان با استفاده از نانو ذرات Al₂O₃و ZrO₂ تا 38 درصد افزایش داد. آزمایشات متعدد، بهبود عملکرد مکانیکی و دی‎الکتریک را تأیید کرده است که عمدتا به دلیل حضور نانوذرات و تشکیل فاز مولایت بوده است. مولایت ترکیب بلوری پایدار در سیستم Al₂O₃.SiO₂ تحت شرایط محیطی است.

در پژوهشی دیگر، تأثیر نانوذرات TiO₂ بر خواص مکانیکی و فیزیکی مقره پرسلان مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا چهار ترکیب نانوساختاری آزمایشی با نانوذرات TiO₂ افزودنی‎های 1، 3، 5 و 8 درصد وزنی به ترتیبST1 ، ST2 ، ST3 و ST4 نام‎گذاری شدند. ترکیب مرجع (ST0) بدون افزودن نانو TiO₂ تهیه شد. ترکیب مرجع مربوط به یک مقره از نوع C110 است. جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمون‎های مکانیکی انجام شد که با توجه به شکل 19 می‎توان دریافت که بالاترین استحکام مکانیکی حاصل از پرسلان نانوساختار، تقریباً 65 برابر بیشتر از نمونه فاقد نانو‎ذرات است. علاوه بر این، نانو ذرات دی‎اکسید تیتانیوم پراکنده در ساختار پرسلان به عنوان یک مانع قوی عمل می‎کنند و در نتیجه باعث انحراف ترک هنگام بارگیری می‎شوند.

شکل19. تاثیر مقدار نانو ذراتTiO₂ بر استحکام مکانیکی مقره پرسلان

همچنین با توجه به شکل19 می‎توان دریافت که رابطه بین افزودن نانوذرات TiO₂ و مقاومت مکانیکی خطی نیست و مقاومت فشاری در اثر افزودن مقدار کمی از نانوذرات TiO₂ (1 تا 3 درصد وزنی) افزایش می‎یابد و در اثر افزودن مقادیر بیشتر (5-8 درصد وزنی) کاهش می‎یابد.

افزودن نانو ذرات TiO₂ تأثیر مثبتی بر روی میکروسختی مقره های پرسلان نیز دارد به گونه‎ای که در اثر افزودن 3 درصد وزنی نانو ذره بهبود 15 درصدی میکروسختی نسبت به نمونه مرجع داردکه در شکل20 تاثیر مقدار نانو ذراتTiO₂ بر میکروسختی ویکرز(HV)[2] برای مقره پرسلان نشان داده شده است.

شکل20. تاثیر مقدار نانو ذراتTiO₂ بر میکروسختی ویکرز(HV) برای مقره پرسلان

به صورت کلی پرسلان سیلیکونی بدون حضور نانو ذره دارای چگالی تقریبی 4/2-2/2 گرم بر سانتی‎متر‎مکعب و درصد تخلخل زیر 1 درصد می‎باشد. همانطور که در جدول1 مشاهده می‎شود، با افزایش میزان نانوذرات TiO₂، چگالی نمونه‎ها افزایش و میزان تخلخل کاهش می‎یابند. برای مثال افزودن 8 درصد نانوذره موجب می‎شود که چگالی تا 15 درصد افزایش پیدا کند که این ویژگی برای مقره های پرسلان بسیار حائز اهمیت است و برای اینکه بتوان یک مقره پرسلان را در کاربردهای الکتریکی به کار برد، لازم است تخلخل باز آن کمتر از 5/0 درصد و تخلخل بسته نیز کمتر از 10 درصد باشد]8[.

جدول1. بررسی خواص فیزیکی مقره های پرسلان در حضور مقادیر مختلف از نانو ذره TiO₂

شماره نمونه	خواص فیزیکی
	چگالی (gr/cm3)	تخلخل (%)
ST0	35/2	56/0
ST1	45/2	39/0
ST2	58/2	24/0
ST3	62/2	30/0
ST4	7/2	12/0

نانوذراتی نظیر Al₂O₃و ZrO₂ در بهبود خواص مکانیکی و افزایش چگالی در مقره های پرسلان موثر هستند و افزودن آن‎ها تراکم در مقره پرسلان را کمی افزایش می‎دهند. این رفتار را می‎توان به مقادیر بیشتر چگالی Al₂O₃و ZrO₂ نسبت داد، علاوه بر این به دلیل اندازه بسیار کوچک نانوذرات، فرآیند تراکم با تشکیل فاز مایع و کاهش تخلخل ترویج می‎یابد.

در رابطه با بهبود خواص مکانیکی در اثر افزودن نانو ذرات آلومینا و زیرکونیا می‎توان گفت مقاومت خمشی نمونه حاوی 1/0 درصد وزنی آلومینا نسبت به نمونه پرسلان بدون افزدونی 9 درصد افزایش و برای نمونه‎های با 5/0 و 1 درصد وزنی نانو ذره آلومینا 6/14 و 20 درصد افزایش یافته است. همچنین در رابطه با نانوذرات زیرکونیا نیز افزودن 1/0 درصد وزنی منجر به افزایش 2/12 درصدی مقاومت خمشی نسبت به نمونه مرجع می‎شود، در حالی که نمونه‎های حاوی 5/0 درصد وزنی و 1 درصد وزنی به ترتیب 5/12 و 13 درصد بهبود را نشان می‎دهند. افزایش محتوای فاز مولایت و هم افزایش تراکم ناشی از افزودن نانوذرات سرامیکی به این رفتار کمک می‎کند. مولایت یک فاز بسیار مهم است زیرا به یکی از مکانیسم‎های اصلی تقویت‎کننده (استحکام) در سیستم‎های پرسلان مربوط می‎شود. غلظت مولایت با افزودن نانوذرات افزایش می‎یابد. همچنین به دلیل واکنش‎پذیری بالاتر نانوذرات آلومینا، مقره های تولید‎شده با آن دارای غلظت مولایت ثانویه بیشتری نسبت به نمونه تولید‎شده با نانوذرات زیرکونیا هستند.

همچنین تحقیقات نشان داده است که استحکام شکست دی‎الکتریک نیز با افزودن نانوذرات سرامیکی، عمدتا به دلیل افزایش فازهای کریستالی در ریزساختار نمونه پرسلان زینترشده، بهبود می‎یابد. به عنوان نمونه شکل 21 تأثیر نانوذرات سرامیکی را بر ظرفیت دی الکتریک پرسلان سیلیس نشان می‎دهد. مشاهده شده است که نانوذرات آلومینا و نانو زیرکونیا تأثیر مثبتی در استحکام دی‎الکتریک پرسلن دارند. افزودن نانوذرات آلومینا به مقدارهای 1/0، 5/0 و 1 درصد وزنی ولتاژ تجزیه را به ترتیب 32، 5/31 و 7/27 درصد نسبت به نمونه مرجع افزایش می‎دهد. از سوی دیگر، نانوذرات زیرکونیا رفتار مشابهی را نشان می‎دهند و برای به مقدارهای 1/0، 5/0 و 1 درصد وزنی از نانو­ذره به ترتیب ظرفیت دی‎الکتریک را 5/30 9/22 و 8/24 درصد نسبت به نمونه مرجع بهبود می‎بخشند. از نتایج ارائه شده می‎توان دریافتکه ویژگی‎های دی‎الکتریک نمونه‎های پرسلان با غلظت فازهای کریستالی در ریز ساختار آن ارتباط دارد و فاز شیشه ای بر ظرفیت دی‎الکتریک آن تأثیر می‎گذارد. همچنین می‎توان دریافت که نمونه‎های نانوساختار دارای درصد بالاتری از فازهای کریستالی نسبت به پرسلن معمولی بدون نانوذرات می‎باشند که می‎تواند علتی برای بهبوداستحکام دی_‎الکتریک باشد]9[.

شکل21. تاثیر افزودن مقادیر مختلف از نانوذرات آلومینا و زیرکونیا بر خواص دی‎الکتریک مقره پرسلن

• نانوپوشش‎های سطحی برای افزایش آبگریزی و ظرفیت خود تمیز‎شوندگی مقره ها 

امروزه یکی از پيشرفت­هایی که با استفاده از فناوری نانو صورت گرفته است، ساخت پوشش­هایی است كه علاوه بر ايجاد خاصيت آب­گریزی، خاصيت خود پالایندگی را نيز ايفا كند و از طرفي چسبندگي مناسبي با سطح نیز به وجود آورند. استفاده از اين نوع پوشش بر روی مقره در نواحي مختلف آب و هوايي به خصوص در محيط­هايي با آلودگي بالا، مي­تواند كمك شاياني به از بين رفتن پديده تخليه جزئي كه یکي از مهم­ترین مشكلات مقره ها در نواحي آلوده و مرطوب است، نمايد. در صورت حضور چنين پوششی بر روی سطح، سطوح در مقابل آب ايمن شده و در نتیجه آلودگي­هاي ديگر كه در اثرحضور آب تمايل به حضور بر روی سطح خواهند داشت، از بين مي­روند. ضخامت این پوشش­ها مي­تواند چندين نانومتر تا چندین ميکرون باشد. همچنين اين پوشش­ها می­توانند شفاف، كدر، رنگي و يا غیر­رنگی باشند. لازم به ذكر است كه در صورت استفاده از اين پوشش­ها ديگر نياز به شستشوي مقره ها در فصول مختلف سال نمی­باشد. به مرور زمان جنس و ترکیب این مواد بهبود پیدا کرده­اند. عواملی مانند چسبندگی به سطح، کیفیت، طول عمر، مقرون به صرفه ­بودن و… در این روند بهبود تاثیرگذار بوده­اند.

به عنوان مثال نحوه قرارگیري قطره آب بر روي سطح قبل و بعد از اعمال پوشش در شکل 22 مشاهده می­گردد. همانطور که در این شکل مشخص است، قبل از اعمال پوشش قطره آب کاملاً بر روي سطح پخش شده و سطح آن را خیس می­کند اما پس از اعمال پوشش، قطره آب جمع شده و سطح را تر نمی­کند. از دیگر مزایاي پوشش اعمال شده شفافیت آن می­باشد که امکان کاربرد آن را در اجسام مختلف و صنایع گوناگون فراهم می­سازد. روش اعمال این پوشش­ها نیز می­تواند به صورت پاشش و یا غوطه­وری باشد]10و11[ .

 

شکل 22 . سمت راست، مقره قبل از پوشش­دهی و خیس شدن سطح آن با آب و در قسمت سمت چپ، نحوه قرارگیري قطره آب بر روي مقره بعد از اعمال پوشش.

استفاده از نانوپوشش‎ها برای بهبود خواص نهایی مقره های سرامیکی در این سال‎ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. برای مثال ثابت شده است که اسپری‎کردن پوشش حاوی نانو‎ذرات سرامیکی TiO₂ عملکرد خود تمیزشوندگی مقره های پرسلان را بهبود می‎بخشد. که در شکل 23 رفتار خودتمیز شوندگی در حضور نانو ذرات اکسید تیتانیوم به خوبی نشان داده شده است.

 

  شکل23. فرایند خودتمیزشوندگی در حضور اکسید‎تیتانیوم پوشش داده شده بر روی بستر قرار داده شده در هوای آزاد

مطابق با شکل 23، لایه‎های آلی چسبناک انباشته‎شده بر روی فیلم نازک TiO₂ در نهایت به CO₂ و H₂O اکسیده می‎شوند و سپس رسوب باقی‎مانده روی سطح به راحتی با باران شستشه می‎شود. این عملکرد خودتمیز‎کنندگی فیلم TiO₂ به طور گسترده‎ای در مصالح ساختمانی مانند کاشی، سرامیک و شیشه نیز استفاده شده است. بنابراین، به راحتی می‎توان تصور کرد که یک مقره پرسلان نیز می‎تواند با اعمال یک فیلم TiO₂ روی سطح خود، عملکرد خودتمیز‎شوندگی را نشان دهد. نتایج مقایسه خاصیت خودتمیزشوندگی در حضور نانو ذرات TiO₂ و بدون این ذرات بر اساس آزمایش آلودگی و رسوب‎گذاری طبیعی در جدول2 نشان داده شده است. اطلاعات نشان می‎دهند که مقره پوشش داده‎شده با نانو ذرات TiO₂ پس از 7 ماه مواجهه با آلودگی بسیار پاک‎تر از مقره بدون پوشش است. همچنین نتایج اندازه ‎گیری[3] ESDD و[4] NSDD نشان می‎دهند که بر روی مقره های حاوی پوشش در مقايسه با مقره های بدون پوشش، مقدار كمتري آلودگي جمع شده و توزيع آن‎ها در طول مقره یكنواخت‎تر است. علاوه بر این، مقدار متوسط NSDD برای نمونه بدون پوشش، 35 برابر نمونه حاوی پوشش است که این نتیجه تاکید می‎کند که فیلم‎های TiO₂ در معرض شرایط طبیعی می‎توانند عملکرد خودتمیزشوندگی مقره های پرسلان را بهبود بخشند.

جدول2- مقادیر اندازه گیری شده ( ESDDوNSDD) برای مقره های حاوی پوشش و بدون پوشش

شماره مقره	ESDD(mg/cm2) ( نمونه حاوی پوشش)	ESDD(mg/cm2) ( نمونه بدون پوشش)	NSDD(mg/cm2) (نمونه حاوی پوشش)	NSDD(mg/cm2) (نمونه بدون پوشش)
1	004/0	013/0	0022/0	0579/0
2	0018/0	0059/0
3	0022/0	0122/0
4	0018/0	0118/0	0018/0	0593/0
5	0021/0	0089/0
6	0024/0	0059/0
7	0028/0	0192/0	0020/0	0954/0
مقدار متوسط	0024/0	0110/0	0020/0	0708/0
	ESDD(bare)/ESDD(coated) =  58/4		NSDD(bare)/NSDD(coated) = 4/35

 

در پوشش‎های حاوی ذرات TiO₂به دلیل آب‎دوستی زیاد فیلم، قطرات آب تمایل به جاری­شدن بر روی مقره دارند و درنتیجه آب کمتری روی سطح مقره حاوی پوشش باقی می‎ماند. علاوه بر این، فیلم TiO₂، به عنوان یک نیمه‎هادی، می‎تواند توزیع میدان الکتریکی را در امتداد مقره بهبود بخشد. این نیز می‎تواند عامل مهمی در افزایش ولتاژ فلاش‎اور[5] در محیط مرطوب برای مقره دارای پوشش باشد. به عبارت دیگر، لایه‎های TiO₂که روی سطح مقره پرسلان پوشانده شده‎اند نه تنها عملکرد خودتمیز‎شوندگی مقره را ارتقا می‎دهند، بلکه مقاومت الکتریکی در برابر ولتاژ بالا را حفظ کرده و حتی افزایش می‎دهند]12[.

نانوکامپوزیت‎ها به دلیل افزایش فعل و انفعالات در رابط‎ها، ویژگی‎های کلی نظیر مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و غیره را بهبود می بخشد. بر این اساس، منابع مختلف از مفهوم نانوکامپوزیت‎ها برای کاربردهای عایق الکتریکی داخلی و خارجی استفاده کرده‎اند. تحولات عمده در زمینه عایق الکتریکی در طول سال‎ها در شکل24 نشان داده شده است]13[.

 

شکل24. تحولات عمده در زمینه عایق الکتریکی

علاوه بر پوشش‎های خودتمیز‎شونده، پوشش‎های فوق­آبگریز اخیراً توجه زیادی را در تحقیقات و برنامه‎های کاربردی به منظور کاهش تجمع یخ روی مقره ها جلب کرده­‎اند. در بخش تولید پوشش‎های آب‎گریز نانوفناوری کاربرد بسیار زیادی دارد. بری مثال در پوشش های آب‎گریز معمولا از نانوسیلیس به عنوان عاملی برای بهبود پایداری آبگریزی پوشش استفاده می‎شود. اضافه‎کردن نانوسیلیس به پوشش مقره های سیلیکون رابر موجب می‎شود که حتی بعد از قرار گرفتن پوشش در معرض اشعه UV بازهم خاصیت آب‎گریزی خود را حفظ کند.

در مناطق آب و هوایی سرد، یخ روی سطح عایق جمع می‎شود و هنگامی که یخ و برف با ذوب‎شدن همراه شود، احتمال برق­گرفتگی و قطع برق زیاد است. مشکلات یخ و تجمع آلودگی بر روی سطوح عایق و در نتیجه فلاش­اورهای عایق چیز جدیدی نیست و حوادث قطع برق به دلیل آلودگی، یخ و برف در گذشته از کشورهای مختلف گزارش شده و منجر به از دست دادن میلیاردها دلار شده است.

اخیرا  نوع جدیدی از پوشش ترکیبی ارائه شده است که در آن از طریق مونتاژ یک لایه فوق­آبگریز و استفاده از[6] PDMS-OH و نانو ذرات سیلیکا بر روی یک لایه نیمه‎رسانا (استفاده از کربن) می‎توان قدرت چسبندگی یخ را کاهش داده و انجماد آب را روی سطوح به تأخیر انداخت. در واقع پوشش پلیمری با خواص فوق‎آبگریز و نیمه‎رسانا پتانسیل بالایی در کاهش تجمع یخ و افزایش ولتاژ فلاش‎اور برای مقره ها نشان می‎دهد. نتایج تجربی نشان می‎دهد که پوشش ترکیبی دارای ساختار سلسله مراتبی دوگانه در مقیاس میکرو و نانو و زاویه تماس آب بیشتر از 155 درجه است که سطوح دارای زاویه تماس ثابت آب بیش از 150 درجه و زاویه لغزش کوچکتر از 10 درجه، می‎توانند به طور موثر آب را دفع کنند، زیرا قطرات آب روی سطوح تقریبا کروی باقی می‎مانند و به راحتی می‎لغزند. با افزایش دمای سطح عایق‎ها از نقطه انجماد، تهدید یخ‎زدگی روی عایق‎ها را می‎توان بطور چشمگیری کاهش داد. شکل25 الف و ب به ترتیب مقره های شیشه ای در حضور پوشش هیبریدی و پوشش نیمه‎رسانا را نشان می‎دهد.

 

شکل25. مقره شیشه ای با الف- لایه ابرآبگریز بر روی لایه نیمه رسانا (پوشش ترکیبی) ب- لایه نیمه رسانا به تنهایی

در شکل26 نیز می‎توان زاویه تماس برای نمونه حاوی نانو ذرات سیلیکا به تنهایی و نمونه حاوی پوشش هیبریدی را مشاهده نمود . میانگین زاویه تماس و زاویه لغزش برای پوشش حاوی نانو ذرات سیلیکا به ترتیب حدود 158 و بین 3 تا 5 درجه و برای پوشش هیبریدی 155و بین 5 تا 8 درجه می‎باشد.

شکل26. زاویه تماس قطره آب بر روی الف- پوشش هیبریدی، ب- پوشش حاوی نانو ذرات سیلیکا

همچنین شکل 27 مورفولوژی یخ را بعد از 30 دقیقه برای سه نمونه مورد آزمایش را نشان می‎دهد. شکل‎های سمت چپ مربوط به مورفولوژی یخ بر روی سطح  مقره، در حالی که تصاویر سمت راست نمایی از نمای نزدیک را ارائه می‎دهند. همانطور که در شکل 9 الف نشان داده شده است، قطرات قبل از بزرگ شدن لغزش می‎کنند و تنها تعداد بسیار کمی از قطرات کوچک تبدیل به یخ مجزا می شوند. در شکل27 ب نیز چند قطره آب روی مقره با پوشش نانو سیلیس، یخ مجزا را تشکیل می‎دهند. در شکل9 ج، مقره شیشه ای بدون پوشش، سطح مقره کاملاً با یخ پیوسته پوشانده شده است.

 

شکل27. تصاویری از مقره های شیشه ای بعد از 30 دقیقه از گذشت آزمایش با الف- پوشش هیبریدی ب- پوشش نانوسیلیکا ج- بدون پوشش.

علاوه بر این جهت بررسی نشت جریان، در شکل28، موج جریان نشت معمولی از سه مورد آزمایش شده تحت شرایط یخ‎زدایی نشان داده شده است. شکل28 الف، مربوط به مقره با پوشش هیبریدی است که حداکثر مقدار جریان نشتی 8/9میلی‎آمپر می‎باشد. بر مبنای داده‎های به دست‎آمده از کل فرآیند یخ‎زدگی، مقدار بیشینه از 6/3 تا 7/15میلی‎آمپر متغیر است. شکل‎های28 ب و ج به ترتیب شکل موج جریان نشتی مقره را با پوشش نانو سیلیس و مقره شیشه ای بدون پوشش نشان می‎دهند. مقادیر اوج جریان نشت از طریق مقره با پوشش نانو‎سیلیس و مقره شیشه ای بدون پوشش به ترتیب 32/0 و 35/0 میلی‎آمپر بوده است. در واقع برای مقره با پوشش هیبرید، جریان نشت به اندازه‎ای عالی است که مقدار قابل توجهی از حرارت ژول را برای افزایش دمای سطح مقره تولید می‎کند. در مورد دو مقره دیگر، جریان نشت بسیار کم بود و هیچ اثر گرمایشی قابل توجهی روی این مقره ها وجود ندارد.

شکل28. نمودار نشت جریان بر حسب زمان برای مقره شیشه ای با الف- پوشش هیبریدی ب- پوشش نانو سیلیکا ج-بدون پوشش.

شکل29 ولتاژهای فلاش‎اور سه مقره را پس از یک دوره یخ‎زدایی 2 ساعته نشان می‎دهد. ولتاژهای فلاش‎اور سه مقره از منحنی Utype  پیروی کرده‎اند. حداقل ولتاژ فلاش‎اور مقره با پوشش هیبریدی، مقره با پوشش نانوسیلیس و مقره شیشه ای بدون پوشش به ترتیب 48، 44 و 32 کیلو­ولت بوده است. با توجه به خواص فوق‎آبگریز و الکتروترمال پوشش هیبرید، یخ ایجاد شده بر روی مقره با پوشش هیبریدی بسیار کمتر و نازک‎تر از دو مقره دیگر بود. بنابراین، در دوره ذوب، مقره با پوشش ترکیبی بیشترین فاصله نشت را در بین سه مقره داشت]14و 15 [.

 

  شکل29. رابطه بین ولتاژ فلاش‎اور و تعداد رخدادهای فلاش‎اور برای هر سه مقره با پوشش هیبریدی، با پوشش سیلیکا و بدون پوشش.

علاوه بر پوشش هیبریدی شرح داده شده، از پوشش لاستیکی سیلیکونی [7] (RTV)بر روی مقره های پرسلان و شیشه ای جهت بهبود کارایی در شرایط یخ‎بندان استفاده شده است. در این پژوهش کارایی سیلیکون رابر خاص(آبگریز)، سیلیکون رابر با پوشش TiO₂ (ابر آبگریز) و آلومینیوم پولیش‎شده (آب‎دوست) مورد بررسی قرار گرفت و ثابت گردید پوشش فوق‎آبگریز سبب افزایش زمان تأخیر در انجماد می‎گردد، این افزایش در پوشش فوق­آبگریز را می‎توان با کاهش سطح تماس مایع و جامد و به دام­انداختن مقدار زیادی هوا در سطح مشترک مایع و جامد و کند­شدن تبادل حرارت بین قطرات آب و سطح جامد مرتبط دانست. علاوه بر این، آب می‎تواند قبل از یخ‎زدن از سطح مقره خارج گردد. استحکام چسبندگی یخ بر روی نمونه‎های سیلیکون رابر خاص(آبگریز)، سیلیکون رابر با پوشش TiO₂ (ابر‎آبگریز) و آلومینیوم پولیش‎شده (آب‎دوست) محاسبه شد و مشخص گردید که قدرت چسبندگی یخ در نمونه‎ فوق‎آبگریز 7 برابر کمتر از نمونه آلومینیوم صیقلی بدون پوشش است]16[.

یک قطره آب تحت تأثیر میدان‎الکتریکی اعمال­شده بر روی یک سطح فوق­آبگریز حرکت می‎کند در حالی‎که در حضور یک سطح آبگریز یا آب‎دوست دچار کشش یا تغییر­شکل می‎شود. در صورت وجود یک میدان­الکتریکی خارجی، بار در داخل بدنه یک قطره آب تجمع می‎یابد و منجر به نیروی الکترواستاتیک می‎شود. با افزایش بزرگی میدان‎الکتریکی خارجی، یک قطره آب نمی‎تواند نیروی الکترواستاتیک فزاینده را حفظ کند که منجر به تغییرشکل یا حرکت می‎گردد. با توجه به سطح تماس کم بین قطرات آب و سطح فوق­آبگریز، قطره آب به دلیل عدم تعادل تنش ماکسول در جهت موازی با میدان الکتریکی اعمال شده حرکت می‎کند. یک قطره آب روی یک سطح فوق‎آبگریز آلودگی‎ها را جذب کرده و در حضور میدان الکتریکی حرکت می‎کند. این حرکت قطرات آب مسئول خودتمیزشوندگی و افزایش ولتاژ فلاش­اور پوشش‎های فوق‎آبگریز است. علاوه بر این سطوح فوق­آبگریز نسبت به سطوح لاستیکی سیلیکونی معمولی دارای محافظ میدان­الکتریکی بهتری هستند. همچنین تأثیر زاویه تماس بر توزیع میدان الکتریکی نشان داده است که با افزایش زاویه تماس از 90 درجه به 150 درجه، چگالی میدان‎الکتریکی در محل اتصال سه­گانه کاهش می‎یابد. با افزایش زاویه تماس از 90 به 150 درجه، ضریب افزایش میدان الکتریکی (E_max/E_avg) از 5 به 6/2 کاهش می‎یابد.

پوشش لاستیکی سیلیکونی در دمای اتاق (RTV)، یک روش نگهداری قابل اعتماد برای بهبود عملکرد و طول عمر مقره های پرسلان است. اما از طرفی رفتار تجزیه حرارتی مواد پلیمری به طور قابل توجهی بر طول عمر آن­ها تأثیر می‎گذارد و مطالعات زیادی در مورد بهبود خواص نانوکامپوزیت‎ها با افزودن انواع مختلف نانوذرات وجود دارد. در بین انواع مختلف نانوذرات معدنی، نانو ذرات ZnO و SiO₂ دارای خواص فیزیکی و شیمیایی برجسته‎ای هستند به گونه‎ای که نانو‎ذرات SiO₂ به طور گسترده برای تقویت RTV استفاده می‎شود، چرا که سبب بهبود هدایت‌حرارتی، استحکام تنش و قابلیت انتقال نوری می‎شود.

در این راستا دو نوع مختلف نانوکامپوزیت سیلیکون رابر با مقدار کمی از نانوذرات اصلاح‎شده ZnO و SiO₂ تهیه شد و رفتارحرارتی آن‎ها با نمونه بدون افزودنی مقایسه گردید. در این پژوهش انرژی فعال‎سازی از طریق تجزیه و تحلیل گرماسنجی (TGA) به عنوان یک عامل مهم در پایداری حرارتی نانوکامپوزیت‎ها محاسبه شد. نتایج مطالعه نشان داد که انرژی فعال‎سازی در کامپوزیت‎های نانویی ZnO و ZnO/SiO₂ در مقایسه با RTV خالص افزایش یافته است. این قضیه افزایش پایداری حرارتی نانو RTV را در مقایسه با RTV خالص تأیید می‎کند و می‎تواند در برآورد طول عمر مورد انتظار پوشش‎ها، که در برآورد قابلیت اطمینان مقره های پرسلان ارزشمند است، مفید باشد.

 

 جدول 3. خواص حرارتی نمونه‎ های RTV

نمونه	Tinitial (	T1max (	T2max (
RTV	6/171	91/252	36/413
ZnO	77/217	19/276	72/417
ZnO-SiO2/RTV	95/213	59/213	12/422
Tinitial  : دمایی که در آن 10 درصد وزن کاهش می‎یابد. T2max و :T1max بالاترین دماهای تجزیه در مرحله اول و دوم

 

مقادیر متوسط انرژی فعال‎سازی به دست آمده برای RTV خالص، ZnO/RTV و ZnO-SiO₂/RTV به ترتیب 5/50 ، 48/69 و 81/142 بوده است. مقدار کمتر انرژی فعال‎سازی در RTV در مقایسه با نانو RTV ، نشان دهنده آن است که فرآیند تجزیه حرارتی برای RTV خالص با سرعت بیشتری اتفاق می‎افتد. این بهبود پایداری حرارتی نانوکامپوزیت‎های RTV تأثیر قابل توجهی بر طول عمر مورد انتظار آن­ها دارد.

همچنین پوشش نانوRTV حاوی نانو ذرات ZnO در مقایسه با پوشش RTV خالص، مقاومت به ولتاژ بالاتری را نشان می‎دهد و عملکرد آب‎گریزی آن نیز به مراتب بهتر است. استفاده از پوشش‎های نانو RTV  بر روی مقره ها نیز می‎تواند شاخص‎های اطمینان را در مناطق با سطح بالای آلودگی وکاهش احتمال شکست را افزایش دهند]17[.

رزین‎های‎ اپوکسی نوع دیگری از رزین‎های مطرح می‎باشد که به طور مداوم در حال پیشرفت است. رزین‎های اپوکسی از زمان معرفی تجاری خود در دهه 1950، به دلیل خواص عالی مانند مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا، مقاومت و سختی ضربه بالا، مقاومت شکست بالا و غیره به طور گسترده ‎ای برای محیط‎های کاری مختلف و در محدوده ولتاژ متوسط و کم قابل استفاده است. ویژگی‎های بسیار بهبود یافته عایق از طریق استفاده از نانو پرکننده‎ ها، چشم انداز جدیدی را برای نانوکامپوزیت‎های اپوکسی ارائه کرده است.

تاثیر پراکندگی نانو ذرات در نانو کامپوزیت‎ها نقش مهمی ایفا می‎کند. به دلیل انرژی سطحی بالای نانوذرات، احتمال آگلومره شدن وجود دارد. پراکندگی کم ذرات و آگلومره شدن ذرات سبب می­شود تا خواص مدنظر حاصل نشود. علاوه بر این، ناپایداری نانوذرات به دلیل آگلومره‎شدن یک مانع واقعی در کنترل اندازه آن‎ها است. مطالعات زیادی برای جلوگیری از تجمع نانوذرات وجود دارد. به عنوان مثال جهت پراکندگی بهتر نانو ذرات ZnO و SiO₂ به ترتیب می‎توان از اصلاح‎ کننده‎ های سطح[8](APTES) و (HMDS)[9] استفاده نمود.

افزایش مقاومت نانو کامپوزیت‎هاِی اپوکسی در برابر تخریب سطح، به دلیل پیوند قوی بین زمینه اپوکسی و نانوذرات است. از این رو، نانوکامپوزیت‎های اپوکسی به عنوان جایگزین میکروکامپوزیت‎های آن در نظر گرفته می‎شوند. تخریب سطح به دلیل پدیده تخلیه جزئی نگرانی اصلی در نانوکامپوزیت‎های اپوکسی است. بنابراین، استفاده از عوامل خودترمیم‎شونده با نانوکامپوزیت‎های اپوکسی سبب رفع این مشکل خواهد شد. مواد خود ترمیم‎کننده استحکام مکانیکی کامپوزیت را بهبود می‎بخشند. عملکرد عوامل خودترمیم‎کننده در شکل12 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‎شود، عامل ترمیم‎کننده به درون شکاف­های موجود در ساختار نمونه نفوذ می­کند و منجر به بسته شدن آن می‎شود]13[.

 

شکل 30. تاثیر خاصیت خودترمیم شوندگی در جلوگیری در انتشار ترک

علاوه بر مقالات چاپ شده در رابطه با فناوری نانو در مقره، اختراعات ارزشمندی نیز در این راستا به ثبت رسیده است که در جدول4 به برخی از آن­ها اشاره شده است.

جدول 4. اختراعات ثبت شده در رابطه با صنعت مقره

توضیحات	عنوان اختراع ثبت شده	ردیف
ü       اعمال پوشش با خواص فوق­آبدوستی، آنتی­فولینگ و خودپالایندگی بر روی مقره پرسلانی ü       استفاده از نانو فیلرهای غیر­آلی اکسید تیتانیوم با خواص فوتوکاتالیستی و فوق آبدوستی و کیورینگ با نسبت وزنی 1 :11 8 ü       اعمال پوشش به روش اسپری­ و با ضخامت بین 3 تا 10 میکرومتر ü       دمای خشک­کردن پوشش بین 20 تا 350 درجه سانتی­گراد و مدت زمان 10 دقیقه تا 24 ساعت. ü       عمر پیش­بینی­شده بیش از 50 سال برای پوشش ü       رسیدن به سختی بالای H5 برای فیلم اکسیدی غیرآلی کاملاً خشک­شده	Porcelain insulator with super-hydrophilic antifouling self-cleaning function	1
ü       ایجاد پوشش با خواص آبگریزی، خودتمیز­شوندگی و ضدگردوغبار و لک که شامل پلیمری است که به روش ﭘﻠﯿﻤﺮﯾﺰاﺳـﯿﻮن ﭘﻼﺳـﻤﺎﯾﯽ[10] مستقیماً روی سرامیک اعمال شده است. ü       استفاده از هگزامتیل دیسیلوکسان[11] به عنوان مونومر در  ﭘﻠﯿﻤﺮﯾﺰاﺳـﯿﻮن ﭘﻼﺳـﻤﺎﯾﯽ ü       ضخامت پوشش ایجاد شده توسط این روش بین 50 تا 10 میکرومتر است که در واقع یک پوشش سخت و و بادوام است. ü       با چنین ضخامت و درجه بالای اتصال گروه­های مولکولی جداگانه پلیمر ایجاد شده به روش پلیمریزاسیون پلاسمایی با یکدیگر این اطمینان را می­دهد که رطوبت نمی­تواند از طریق پلیمر نفوذ کند.حتی مولکول­­های کوچک مانند اکسیژن، هیدروژن یا دی­اکسید­کربن نیز نمی­توانند از طریق خوشه مولکول­های پلیمر نفوذ کنند. ü       پایداری بلند مدت پوشش بر روی سطح مقره سرامیکی ü       به کارگیری و برتری این پوشش به جای استفاده از پوشش سطحی لعاب در فرایند ساخت مقره سرامیکی مانند پرسلان و درواقع کاهش هزینه ساخت به دلیل حذف فرایند تولید لعاب. ü       کم­هزینه­تر بودن فرایند پوشش­دهی پلیمر به روش پلیمریزاسیون پلاسمایی نسبت به استفاده از لعاب. ü       ایجاد پوشش با خاصیت آبگریزی با زاویه تماس حدود 131 درجه ü       ثبات خواص اولیه مقره پس از 1000 ساعت قرارگیری نمونه در آزمایش پاشش نمک[12] ü       در مناطق دارای آلودگی سطحی، یک مقره با پوشش آبگریزی دارای عملکرد بهتری نسبت به  یک مقره  آبدوست لعاب دار و بدون پوشش است.	Insulator having a porcelain body and a hydrophobic coating	2
ü       اعمال پوشش PRTV باخواصی همچون پایداری، ضد­آلودگی، ولتاژ فلش­اور بالا، ضدخوردگی در مقابل محیط­های مختلف همچون اسیدی، بازی و خنثی و قابلیت استفاده در محیط­های کاری مختلف و همچنین خاصیت آبگریزی با زاویه تماس بیش از 100 درجه . ü       پوشش PRTV شامل اجزای زیر به صورت وزنی است: 55-40 قسمت دی­هیدروکسیل پلی­دی­متیل سیلوکسان[13]، 30-20 قسمت فلورورزین اصلاح شده حاوی سیلیکون[14]، 6-4 قسمت نانو سیلسیم­دی­اکسید[15]، 7-4 قسمت عامل اتصال[16]، 9/0-6/0 قسمت کاتالیزور[17]، 30-25 قسمت هیدروکسید آلومینیوم[18]، 60-40 قسمت رقیق­کننده[19]و 4-2 قسمت کربن سیاه[20] (عامل پر­کننده با هدف افزایش مقاومت به خوردگی پوشش). ü       ضخامت پوشش ایجاد شده بر روی سطح مقره حدود 3/0 میلی­متر می باشد.	PRTV (permanent room temperature vulcanized) long-lasting anti-pollution flashover coating with high hydrophobicity and corrosion resistance	3
ü       اعمال پوشش با خاصیت ابرآبگریزی بر روی مقره پرسلان ü       تهیه پوشش به گونه­ای است که ابتدا دی­اکسید سیلیسم از طریق کاتالیز قلیایی و افزودن یک عامل اتصال سیلان سنتز می­شود. پس از آن سطح مقره پرسلان را تمیز کرده و در محلول دی­اکسید­سیلیسیم اصلاح­شده برای ایجاد پوشش از طریق روش  czochralskiو با هدف بدست­آوردن یک ساختار درشت میکرو نانومتری غوطه­ور می­شود و پس از خشک شدن، به روش czochralski برای افزودن پوشش فیلم ثانویه در سیلیکون رابر با هدف کاهش انرژی سطح غوطه­ور می­شود و سپس در آون برای عملیات­حرارتی در دمای 120-100 درجه سانتیگراد قرار داده می­شود و درنهایت یک پوشش فوق آبگریز حاصل می­گردد.	Method for preparing porcelain insulator surface super-hydrophobic coating	4
ü       اعمال پوشش با خواص مقاومت در برابر تخریب جوی و شیمیایی بر روی مقره ü       تفلون(PTFE)  دارای ضریب اصطکاک پایین (عموماً در محدوده 05/0 تا 20/0)، مقاومت حرارتی و شیمیایی خوب و پایداری خوب در دماهای پایین تا 270- درجه سانتی­گراد است. ü       اعمال پوشش تفلون بر روی مقره به گونه­ای که با استفاده از اچ اکسیژن پلاسما انجام شده است. جریان گاز اکسیژن در این فرایند 8 سانتیمتر در ثانیه و مدت زمان اصلاح  با پلاسما 15 دقیقه است و درنهایت پوشش­های تفلون فوق­آبگریز با زاویه تماس آب بالای 150 درجه ایجاد گردید. ü       پوشش دیگر با استفاده از فلوراسیون پلاسمایی فیلم­های پلی­بوتادین[21] ایجاد گردید. پیوندهای C═C روی سطح را می­توان به راحتی فعال و فلورین کرد. پلی بوتادین در مقایسه با سایر مواد یک ماده نسبتاً ارزان است و می­توان آن را به راحتی روی فلز، شیشه، سرامیک، نیمه هادی، کاغذ، نساجی و سایر سطوح پلیمری استفاده کرد. پلی بوتادین در حلال حل شده و روی مقره به روش غوطه­وری پوشش داده می­شودو درنهایت پوشش در هوا خشک شده و پلاسما اچ می­شوند تا سطوح فوق­آبگریز ایجاد گردد. فیلم­های پلی­بوتادین پس از فلوراسیون، سختی سطح  و دوام و قابلیت اطمینان آنها افزایش می­یابد. ü       ضخامت مطلوب پوشش از 200 نانومتر تا 50 میکرومتر است و گاز اچ ترجیحی SF6 است. پوشش فوق آبگریز با زاویه تماس آب بین 155 درجه تا 170 درجه می­تواند با این روش تهیه شود.	Insulator coating and method for forming same	5
ü       این پوشش با خواصی همچون  ولتاژ فلاش بالا، ابرآبگریز، طول عمرطولانی و ضد­رسوب شامل اجزای زیر است (به صورت وزنی): 50-30 قسمت هیدروکسیل­پلی­سیلوکسان، 20-15 قسمت کربن بلک سفید[22]، 2-10 قسمت هیدروکسید آلومینیوم، 8-4 قسمت متیل فنیل سیلیکون رزین، 6/1-1/0 قسمت نانو دی­اکسید­تیتانیوم، 4-5/1 قسمت عامل کوپلینگ ایجنت سیلوکسان،1-1/0 قسمت رنگدانه و 38-15 قسمت اتر نفتی[23]. ü       استفاده از این پوشش برای مقره های سرامیکی و یا شیشه ای ü       روش آماده­سازی برای این پوشش شامل مراحل (1) هم­زدن، (2) آسیاب، (3) خشک­کردن، (4) خنک­کردن، (5) هم­زدن و در­نتیجه به دست­آوردن محصول نهایی است.	High-strength RTV hydrophobic, long-acting and anti-fouling flashing coating and preparation method thereof	6
ü       این اختراع مربوط به ایجاد پوشش پلیمری برای مقره ها با کاربرد ولتاژ بالا که دارای ترکیب  RTV[24]  که در صورت وجود رطوبت پیوند می­خورد. این ترکیب  محصولی است که با مخلوط­کردن حدود 20 تا 60 درصد­وزنی یک یا چند مایعات پلی دیورگانوسیلوکسان[25]، از 0 تا حدود 40 درصد وزنی سیکلو ارگانوسیلوکسان[26] با فرمول [(R) 2SiO] n ، از 0 تا حدود 40 درصد وزن یک پرکننده گسترش­دهنده یا تقویت­کننده غیر آلی ، از 5/0 تا 15 درصد­وزنی یک پرکننده تقویت کننده SiO2 آمورف با مساحت بین 100 تا 250 متر مربع در گرم و محدوده اندازه ذرات بین 01/0 تا 03/0 میکرون از حدود 1 تا حدود 10 درصد وزنی یک اکسیموسیلان عامل کراس لینک ü       اعمال پوشش به روش اسپری یا غوطه­وری ü       این پوشش دارای خواص حافظتی در برابر اثرات محیطی به همراه استحکام فیزیکی بالا و چسبندگی با ترکیب مناسب از پرکننده­های تقویت­کننده می­باشد.	Coated composite high voltage electrical insulator	7
ü       ایجاد پوشش نانو کامپوزیتی با خاصیت ضد­یخ ü       نانوپوشش کامپوزیتی ضد یخ از مواد پلیمری آلی فلورین-سیلیکون، نانو مواد، عامل پخت، حلال و پرکننده تشکیل شده است که درصد وزن آنها به شرح زیر است: 1 تا 98 درصد پلیمر آلی فلورین-سیلیکون ، 1 تا 92 درصد نانو مواد، 1 تا 50 درصد عامل پخت، 0 تا 90 درصد حلال و 0 تا 50 درصد فیلر (پرکننده). مواد به طور یکنواخت مخلوط و آسیاب می­شوند تا نانو پوشش کامپوزیت ضد یخ آماده شود. ü       نوعی از رنگ نانو کامپوزیت ضد یخ: مواد کامپوزیتی سیلیکونی فلورین­دار آلی با وزن مولکولی 50000 گرم بر مول به میزان 100 کیلوگرم، 20 کیلوگرم نانو سیلیکون، 100 کیلوگرم تری­کلرومتان ، 15 کیلوگرم دی­اکسید­تیتانیوم سه آهنه ، 5 کیلوگرم اتیل سلولز، 5 کیلوگرم نانو لوله کربنی، 10 کیلوگرم سیانامیدهای سه­گانه، 10 کیلوگرم تری متوکسی متیل­سیلان، 5 کیلوگرم نفتنات روی بوده است. که پس از اختلاط و هم­زدن با روش هایی همچون اسپری و غوطه­وری بر روی سطح مقره پوشش داده می­شود.	Anti-icing nano composite paint and application	8
ü       مقره سرامیکی و یا شیشه ای با ولتاژ بالا با لایه معدنی نانومتری با خواص ویژه ضد‌خوردگی، آنتی‌استاتیک و ضد‌آلودگی که این پوشش شامل دی­اکسید­تیتانیوم خالص یا محلول اکسید ترکیبی دوتایی است. ü       در این پوشش با ساختار نانو­کریستال ثابت دی­الکتریک سطح مقره تغییر می­یابد و الکتریسیته ساکن جمع شده در سطح مقره و گرد و غبار چسبیده به سطح عایق را کاهش می­دهد. ü       در فرایندسنتز این پوشش مواد فعال سطحی به محلول دی­اکسید­تیتانیوم یا محلول اکسید دوتایی حاوی دی­اکسید­تیتانیوم اضافه می­شود. عوامل فعال سطحی از یک یا چند نوع پلی­وینیل­الکل، پلی­اتیلن­گلیکول­ها، پرفلورو آلکیل کربوکسیلیک اسید و کربوکسیلات آن، پرفلورو آلکیل­سولفونات­ها و سورفکتانت­های غیر­یونی حاوی فلورین انتخاب می­شوند. ü       در محلول اکسید دوتایی از محلول دی­اکسیدسیلیکون (10 میلی­لیتر) و محلول دی­اکسید تیتانیوم (100 میلی­لیتر) استفاده شده که مقدار pH محلول 3/2 می­باشد.	High voltage ceramic and glass insulator with function film of resisting pollution flashover and its preparation method	9
ü یک مقره با پوششی با خاصیت ضدآلودگی که شامل بدنه­ای از یک ماده دی الکتریک شیشه یا پرسلان با پوشش نیمه­هادی بیرونی ü این پوشش عمدتا از اکسید روی تشکیل شده است که حداقل یک اکسید فلزی دیگر به آن اضافه شده است تا مشخصه ولتاژ-جریان آن غیر خطی شود، به طوری که I = kV.sup.α جایی که I جریان، V ولتاژ ، k و α ضریب و مقدار α بین 20 تا 50 است. ü ضخامت پوشش بین 05/0تا 5/0 میلی­متر است. ü این پوشش دارای بیش از 90 درصد اکسید روی است. اکسید فلز اضافی از بیسموت، منگنز، کبالت، کروم و اکسیدهای آنتیموان انتخاب می­شود. ویژگی ویژه پوشش مبتنی بر اکسید روی که در اختراع حاضر استفاده می­شود این است که از تشکیل قوس­های موضعی در مناطق خشک جلوگیری می­کند. ü توزیع میدان الکتریکی در سطح مقره بهبود یافته و درنتیجه سبب افزیش ولتاژ فلاش­اور  می­شود.	Electrical insulator offering reduced sensitivity to pollution	10
ü       استفاده از مقره پلیمری و پوشش ابر ابگریز ü       این پوشش  دارای خواصی همچون مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت خوب در برابر اشعه ماوراء‌بنفش، آبگریزی و سطح سخت خود تمیزشونده با جریان­های نشتی کم می­باشد. ü       ایجاد سطوح کوپلیمری سیلوکسان-هیدروکربنی که سخت و آبگریز هستند و با افزودن نانوذرات پرکننده (آناتاز یا دی­اکسید تیتانیوم روتیل، اکسید سیلیکون، نانوذرات اکسید آلومینیوم یا اکسید روی یا مخلوطی از نانوذرات مختلف اکسید فلز، در اندازه ذرات حدود 2 تا 100 نانومتر و ترجیحاً 4 تا 10 نانومتر) می­توانند خواص فوق­آبگریز  و فوتوکاتالیستی داشته باشند. ü       استفاده از مقره پلیمری با بدنه تقویت­شده با الیاف و بدون حفره با 60 تا 88درصد پلیمر و به کارگیری پرکننده­های معدنی. ü       یک هسته مقره با بتن پلیمری می­تواند شامل تقویت­کننده فیبری با الیاف با طول 5/1 تا 12 میلی­متر و ترجیحاً 3 تا 7 میلی­متر باشد.	Polymeric High Voltage Insulator with a Hard, Hydrophobic Surface	11

 

پس از اشاره به برخی از اختراعات ثبت شده در رابطه با فناوری نانو در مقره می­توان به این قضیه اشاره کرد که در دنیا و در داخل کشور نیز، شرکت­های مختلفی در زمینه تولید پوشش­های آب­گریز و خودتمیزشونده فعالیت دارند. برای مثال، شرکت آمریکایی  Aculon  پوشش­های نازکی تولید می­کند که دارای ویژگی آب­گریز و یا چربی­گریز هستند. این پوشش­ها با استفاده از یک فناوری اختصاصی از “تک لایه خودآرای فسفناتی” ( (SAMPساخته می­شوند و علاوه بر خاصیت آب­گریزی و چربی­گریزی، مقاومت به خوردگی مناسبی نیز بر روی سطوح مختلف مانند فلزات، اکسیدهای فلزی، شیشه، سرامیک­ها، ذرات، نیمه­رساناها و حتی برخی سطوح پلیمری ایجاد می­نمایند. این روکش به صورت کووالانسی به سطح ماده مورد نظر پیوند می­یابد و در شرایط عادی بسیار پایدار است]18[. از دیگر شرکت­های خارجی معتبر فعال در این زمینه می­توان به،Alexim ، BASF و یا شرکت Diamon-Fusion International، یا DFI  اشاره کرد. شکل 31 نمایی از پوشش­های آبگریز شرکت DFI را نشان می­دهد ]19، 20 و 21[.

شکل31 . نانوپوشش­های آبگریز Diamon-Fusion

شرکت pioneertechsolutions نیز تولید کننده پوشش­ نانوآبگریزی است که عملکرد مقره ها را بهبود می­بخشد به گونه­ ای که سبب افزایش ولتاژ فلاش­اور و جلوگیری از قطع برق می­شود. این محصول برخلاف روش­های پوشش­دهی موجود، که گران، وقت­گیر و موقت هستند، عمر بالا و روش اعمال ساده­ تری را دارد. این نوع پوشش آبگریز حفاظت بهتری در برابر آلاینده ­ها ارائه می دهند]22[.

 

شکل32. پوشش RTV(سمت راست) و پوشش نانوآبگریز ساخت شرکت pioneertechsolutions (سمت چپ)  بر روی مقره.

از جمله شرکت­های فعال در این زمینه در ایران می­توان به شرکت تعاونی رنگ و رزین الوان اشاره کرد]23[. شرکت دانش­بنیان نانووآ شرکت دیگری است که قابلیت تولید پوشش آب­گریز با زاویه تماس حدودی 100 درجه و ضدگردوغبار برای مقره ها و تجهیزات الکتریکی را دارد]24[.

همان­طور که در بالا هم اشاره شد، یکی دیگر از چالش­های مقره ها ، استحکام مکانیکی آن­ها می­باشد. به دلیل وزن بالای هادی­ها و اتصالات، ممکن است مقره ها بشکنند. یکی از موادی که با شکل­گیری فناوری نانو توسعه یافته ­اند، نانوکامپوزیت­های مستحکم می­باشند. معمولا داخل این ساختارها از نانوساختارهای کربنی به خصوص نانولوله­های کربنی که جزء مستحکم­ترین مواد موجود در طبیعت به حساب می­آیند، استفاده می­شود. این مواد به دلیل ساختمان و نحوه کنار هم قرار گرفتن اتم­های کربن در آ­ن­ها، از استحکام بسیار بالایی برخوردار هستند و در صورتی­که مقدار کمی از آن­ها، به یک زمینه پلیمری، فلزی و یا سرامیکی اضافه شود، استحکام کامپوزیت حاصله، به میزان قابل توجهی افزایش می­یابد. نانولوله­ های کربنی علاوه برافزایش مقاومت کششی، سبب بهبود خواص هدایت­الکتریکی و هدایت گرمایی نیز می­شود. تصویر میکروسکوپی نانولوله­های کربنی در شکل 33 نشان داده شده است. نانو کامپوزیت­های حاصله علاوه بر افزایش قابل توجه استحکام در داخل آن­ها، وزن سبک­تری نیز نسبت به سازه­های مشابه دارند. این مواد بر مبناي مواد تشکیل­دهنده، درصد مواد و روش تولید می­توانند داراي خواص مکانیکی، رسانایی الکتریکی و انعطاف­پذیري متفاوتی باشند.

شکل 33 . تصویر میکروسکوپی نانولوله ­های کربنی (سمت راست) و نحوه چیدمان اتم­های کربن (سمت چپ)

 

 

—————————————————-

[1] . Electrical Insulators

[2] . Hardness Vickers (HV)

[3] . Equivalent Salt Deposit Density

[4] . Nonsoluble Deposit Density

[5] . Flashover

[6] . Poly(dimethylsiloxane), hydroxy terminated

 [7] . RTV silicone (room-temperature-vulcanizing silicone)

[8] . (3-Aminopropyl) triethoxysilane

[9] . Hexamethyldisilazane

[10] . Plama Polymerization

[11] . Hexamethyldisiloxane

[12] . Salt Spray

[13] . dihydroxyl polydimethylsiloxane

[14] . silicon-containing modified fluroresin

[15] . nano-silicon dioxide

[16] . cross-linking agent

[17] . catalyst

[18] . aluminum hydroxide

[19] . diluent

[20] . carbon black

[21] . Polybutadiene

[22] .White carbon black

[23] . petroleum ether

[24] . vulcanizable organopolysiloxane rubbe  room temperature

[25] . polydiorganosiloxane

[26] . cyclic dimethyl siloxane

همچنین دراین راستا در شهر اهواز «مقره های نانویی» به‌صورت پایلوت نصب گردید که هدف از این کار کاهش هزینه­های میلیاردی است که سالانه جهت شست­وشو مقره ها پرداخت می ­شود، به گونه­ای که گزارش شده است هزینه پوشش نانو یک‌دهم هزینه‌های میلیاردی شستشوی مقره‌ها  می­باشد.

علاوه بر این در پژوهشی دیگر پایلوت نانوپوشش سیلیکونی بر روی تجهیزات عایقی پست­های منتخب تهران و مشهد اجرا و  بررسی گردید. نتایج عملکرد میدانی با هدف بهبود عملکرد تجهیزات عایقی صنعت برق، نانو پوشش­های سیلیکونی بهینه ­شده بر روی تجهیزات عایقی پست­های انتقال برق مشیریه تهران و رضوان مشهد که به دلیل مجاورت با کارخانه­ های سیمان دارای مشکل نشست ذرات گرد و غبار بوده ­اند، ارائه گردید.

       شکل34. عملیات پوشش­دهی مقره ها (سمت راست) و مقره های پوشش ­داده شده و یکنواختی پوشش­ دهی سطحی آن­ها

در این پژوهش نانوپوشش آب­گریز سیلیکون رابر تقویت شده با 3 درصد وزنی نانو ذرات سیلیکا، در تجهیزات عایقی پست­های انتقال برق مشیریه تهران و رضوان مشهد اعمال گردید. عملکرد این نانو­پوشش بعد از گذشت 9 ماه در پست مشیریه مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت مقره های دارای نانوپوشش از آب­گریزی مطلوبی برخوردار بوده و در مقایسه با مقره های بدون پوشش و با پوشش معمولی، بسیار راحت­تر از آلودگی­ها پاک شدند. در مقره های بدون پوشش در برخی مناطق فیلم سخت و پایدار سیمانی تشکیل شده و همچنین در اثر ریخته ­شدن آب، لایه ­ای پیوسته از رطوبت تشکیل گردید که حالت گل­شدن روی سطح ایجاد نموده و پس از خشک­شدن نیز آلودگی­ها از روی سطح برطرف نگردیدند. در صورتی که در نانوپوشش به هیچ عنوان فیلم­های سخت و پایدار سیمانی تشکیل­نشده و از سوی دیگر پس از ریختن آب فیلم پیوسته از آب روی سطح ایجاد نشد و بدون تشکیل حالت گلی شکل آلودگی­ها از روی سطح بر طرف شدند. هم­چنین قطرات آب دارای زاویه تماس بالاتر از 130 درجه بوده ­اند]25[.

همچنین تلاش­های دیگری در این زمینه صورت گرفته است به گونه­ای که شرکت مقره­سازی ایران تلاش نموده است با نهادهای مختلف در خصوص پوشش نانو وارد مذاکره شده و اقدام به پوشش نانو بر روی مقره سرامیکی نماید که با این پوشش با نوجه به خاصیت آبگریزی که در مقره ها ایجاد خواهد شد سبب خودشویندگی مقره ها و در نهایت کاهش جذب آلودگی و جریان خزش بر روی مقره ها فراهم خواهد شد.

علاوه بر این گزارش شده است که تولید مقره در بزرگترین کارخانه مقره­سازی غرب آسیا در ساوه کشور را از واردت مقره بی نیاز کرد . به گونه­ای که این کارخانه با تولید بیش از 11 هزار تن انواع مقره های سرامیکی، انتقال، توزیع و فشار قوی نیاز کشور به این عایق الکتریسیته را برطرف می­کند.  همچنین این واحد تولیدی توانسته مقره هایی با پوشش نانو را برای اولین بار در جهان تولید و روانه بازار کند.

 

نتیجه ­گیری

مقره یکی از مهم­ترین بخش­های مورد استفاده در بخش انتقال و توزیع انرژی الکتریکی می­باشد. از این رو بررسی و رفع چالش­های موجود در این تجهیز می­تواند باعث صرفه اقتصادی و نیز بهبود عملکرد سایر تجهیزات مرتبط با مقره گردد. با توجه به چالش­های موجود در مقره ها، فناوری نانو می­تواند بخش اعظمی از این موارد را رفع کند و بر طول عمر این تجهیز بیافزاید، همچنین فناوری نانو بر بهبود عملکرد این این تجهیز تاثیر قابل توجهی می­گذارد. از این رو تحقیق و سرمایه­گذاری در بهبود عملکرد این تجهیز و افزایش طول عمر آن بوسیله فناوری نانو می­تواند صرفه اقتصادی زیادی را داشته باشد. هم­اکنون کشورهای خارجی در این بخش به نتایج قابل قبولی رسیده­اند و در کشور جمهوری اسلامی ایران این بخش هنوز در مرحله تحقیقاتی می­باشد. با توجه به این نکته، سرمایه­گذاری در فناوری نانو می­تواند در بهبود عملکرد این تجهیز و افزایش طول عمر آن در داخل کشور، موجب تحولی در تولید این تجهیز گردیده که به بومی سازی این فناوری منجر گردد.

 ————————————————

مراجع

]1[ . اصول کار بر روی خطوط برق­دار )دستورالعمل­ها(، نویسنده: اندی اندرسون، مترجم: شفیق احسانی، تاریخ انتشار: ۱۳۸۹.

]2[ . بهره­­برداری بهینه از شبکه­های توزیع، نویسندگان: سيد علي بربند، بهنام بيات ، ابوالقاسم كريمي، تاریخ انتشار: 1387.

]3[ . توزیع نیروی برق، اتوماسیون حفاظت و کنترل، نویسنده: پروفسور جیمز موموه، سال انتشار: چاپ 2007 ، انتشارات: تايلور و فرانسيس

]4[ . اصول تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، نویسنده: حمیدرضا تیموریا، سال انتشار: 1388.

]5[ .  درسنامه سیستم­های توزیع انرژی الکتریکی، نویسنده: علی جاجرمی، سال انتشار:1384.

[6]. www.marketsandmarkets.com

[7]. Contreras, José E., and Eden A. Rodriguez. “Nanostructured insulators–A review of nanotechnology concepts for outdoor ceramic insulators.” Ceramics International 43.12 (2017): 8545-8550.

[8]. Alonso-De la Garza, D. A., et al. “Effect of nano-TiO2 content on the mechano-physical properties of electro-technical porcelain.” Materials Chemistry and Physics 254 (2020): 123469.

[9]. Contreras, J. E., M. Gallaga, and E. A. Rodriguez. “Effect of nanoparticles on mechanical and electrical performance of porcelain insulator.” 2016 IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP). IEEE, 2016.

[10]. Gu, Irene YH, et al. “Automatic surveillance and analysis of snow and ice coverage on electrical insulators of power transmission lines.” International Conference on Computer Vision and Graphics. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008.

[11]. Hileman, Andrew R. Insulation coordination for power systems. CRC Press, 2018.

[12]. Zhuang, Jiandong, et al. “A Novel Application of Nano Anticontamination Technology for Outdoor High‐Voltage Ceramic Insulators.” International journal of applied ceramic technology 7 (2010): E46-E53.

[13]. Paramane, Ashish S., and K. Sathish Kumar. “A review on nanocomposite based electrical insulations.” Transactions on electrical and electronic materials 17.5 (2016): 239-251.

[14]. Li, Jian, et al. “An OH-PDMS-modified nano-silica/carbon hybrid coating for anti-icing of insulators part I: fabrication and small-scale testing.” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 23.2 (2016): 935-942.

[15]. Yan, Xinzhu, et al. “An OH-PDMS-modified nano-silica/carbon hybrid coating for anti-icing of insulators part ii: anti-icing performance.” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 23.4 (2016): 2165-2173.

[16]. Momen, G., M. Farzaneh, and A. Nekahi. “Properties and applications of superhydrophobic coatings in high voltage outdoor insulation: a review.” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 24.6 (2017): 3630-3646.

[17]. Taghvaei, Monire, et al. “Thermal stability of nano RTV vs. RTV coatings in porcelain insulators.” Thermal Science and Engineering Progress 20 (2020): 100696.

[18]. www.aculon.com

[19]. www.aleximgroup.com

[20]. www.basf.com/group/corporate/en/innovations/eventspresentations/nanotechnology/index.

[21]. www.diamonfusion.com

[22]. www.pioneertechsolutions.com

[23]. www.alvanpaint.com

[24]. www.NANOVAPRO.com

]25[. اشکان ذوالریاستین، نسترن ریاحی نوری، علی مهدیخانی، حسام فلاح آرانی، سعید سالارخیلی،” اجرای پایلوت نانوپوشش سیلیکونی بر روی تجهیزات عایقی پست های منتخب تهران و مشهد و بررسی نتایج عملکرد میدانی“، هفتمین کنفرانس فناوری نانو  صنعت برق – تهران، ایران، 1398.

—————————————————

تهیه کنندگان

• مهندس امیرپور
• دکتر سراج

بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

(توجه: جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید)

همچنین برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.

 ====================================================================================