English
جمعه، ۸ اسفند ۱۳۹۹, ۱۰:۴۰
به پایگاه اطلاع رسانی صنایع آب، برق، نفت و انرژی خوش آمدید. / ثبت نام کنید / ورود

اخبار

تجزیه و تحلیل میدان الکتریسیته ساکن و الکتریسیته پویا برای مقره های خط 33kV

تجزیه و تحلیل میدان الکتریسیته ساکن و الکتریسیته پویا برای مقره های خط 33kV
تجزیه و تحلیل میدان الکتریسیته ساکن و الکتریسیته پویا برای مقره های خط 33کیلوولت بمنظور مقایسه میدان الکتریکی وشدت جریان مقره های خط که بطور معمول برای لاستیک سیلیکونی (SIR) ومقره های اتکائی خط وزنجیره مقره سرامیکی با کلاهک و دستک مورد استفاده در عمان, معرفی گردیدند
      تجزیه و تحلیل میدان الکتریسیته ساکن و الکتریسیته پویا برای مقره های خط 33کیلوولت
 
      Ibrahim A.Metwally , MD. Abdus Salam, Ali Al- Maqrashi , Saif Ar Sumry , and Saif
                                                            SH Al- Harthy
 
خلاصه-
تجزیه و تحلیل میدان الکتریسیته ساکن و الکتریسیته پویا برای مقره های خط 33کیلوولت بمنظور مقایسه میدان الکتریکی وشدت جریان مقره های خط که بطور معمول  برای لاستیک سیلیکونی (SIR) ومقره های اتکائی خط وزنجیره مقره سرامیکی با کلاهک و دستک مورد استفاده در عمان, معرفی گردیدند.برای چنین شبیه سازی از نرم افزار SLIM استفاده شده.که مجموعه کاملی از قطعات تشکیل دهنده نرم افزار بوده و وسائل و تجهیزات برای تولید مدلهای Finite Element الکترو مغناطیسی را تهیه مینماید. نتایج شبیه سازی آشکار میسازد که لاستیک سیلیکونی(SIR) و مقره های اتکائی خط سرامیکی برای شبیه سازی الکتریسیته ساکن در شرایط آلودکی حداکثر مقدار را به ترتیب برای میدان الکتریکی 360 کیلوولت برمتر و 1700 کیلوولت بر متر ارائه میدهد که این آخری از سطح میدان الکتریکی توصیه شده 500کیلوولت بر متر فراتر رفته.برای شبیه سازی الکتریسیته پویا در شرایط آلودگی,میدان الکتریکی وشدت جریان برای مقره سرامیکی در مقایسه با مقره لاستیک سیلیکونی SIR خیلی بالاتراست. شبیه سازی چهار زنجیره مقره استاندارد با کلاهک و دستک این موضوع را آشکار میکند که در قسمت فاصله کلاهک مقره یک میدان الکتریکی 1250کیلوولت بر متر وجوددارد که میتواندباعث شدت جریان بالائی در موقع آلودگی بشود. بالاخره گرایش نتایج شبیه سازی که برروی مقره های مختلف خط 33کیلوولت  با طراحیها و مواد مختلف اجرا گردیده با انجام آزمایشات تجربی مورد تائید قرار گرفته.
 
راهنمای لغات:مقره های خط - آلودگی- مدل سازی الکتریسیته ساکن- مدل سازی الکتریسیته پویا- میدان الکتریکی- شدت جریان- جریان نشتی- ولتاژ جرقه AC
 
1-معرفی
مقره های لاستیک سیلیکونی (SIR) از EPDM (اتیلن پروپیلن ذین مونومر) بهتر عمل میکند وهردوی این کمپوزیتها از مقره های سرامیکی بهتر میباشند (5-1).مقادیر اولیه جریان نشتی درمقره های لاستیک سیلیکونی تقریبا نصف مقدار EPDM و یک چهارم مقره های سرامیکی بوده (5-1). مقره های لاستیک سیلیکونی درمقابل آب گریزی (hydrophobicity) بهتر حفظ شده اند حتی پس از گذشت بیش از 7 سال از شروع سرویس دهی,هرچندکه لاستیکهای سیلیکونی درشرایط آلودگی سنگین نمکی و فشار بالا قابلیت آب گریزی خودرا از دست میدهند ویک قوس الکتریکی سطحی قابل ملاحظه ای را شکل میدهند (6).
مورداستفاده EPDM درآمریکا بسیار متداول میباشد بخصوص برای ولتاژهای پائینتر,در حالیکه مورداستفاده لاستیک سیلیکونی دراروپا بیشتر شایع است (3).ادعا شده که لاستیک سیلیکونیSIR یک عملکرد پیشرفته برای آلودگی تا30% و بیشتر درمقایسه با نوع سرامیکی دارد واینکه مقره های سرامیکی با فاصله خزشی(creepage distance) 25 میلیمتر بر کیلوولت برمتر میتوانند با مقره های کمپوزیت با فاصله خزشی 16 میلیمتر بر کیلوولت جایگزین گردند (7).
این تحقیق هم چنین ثابت کرده که قابلیت اطمینان تحت شرایط آلودگی سنگین وکاهش هزینه های نگهداری,دلایل معرفی مقره های لاستیک سیلیکونی SIR بصورت گسترده برای استفاده در خطوط باتمام ولتاژها بوده(8).
مقره های لاستیک سیلیکونی درمقایسه با یک مقره قابل رقابت مثل مقره پرسلین / سرامیکی, مقره شیشه ای و مقره پلیمری EPDM مزایای بیشتری را ارائه میدهند که شامل عایق بندی بالاتروطولانی تر, وزن سبک, آسیب پذیری کمتردرمقابل خسارات وارده در موقع حمل,نصب یا تخریب, هزینه های پائین نگهداری, آب گریزی مستمرو مداوم, نتیجه گیری در مواقع نشت کمتر, کاهش قوس الکتریکی باند خشک, خطر کمتر جرقه زنی, مقاوم درمقابل تجزیه های شیمیائی و جوی, خاصیت بالای نگهدارنده رنگ تحت تمام شرایط آب و هوائی و مقاومت  ( اشعه ماوراء بنفش) UV بسیار بالا درمقایسه با EPDM .
جرقه در مقره های آلوده, عموما درشرایط اقلیمی بوجود میآیند که به لایه آلودگی اجازه میدهد تا با مه و باران ملایم مرطوب شور.آلودگی ممکن است  ولتاژجرقه فرکانس قدرت عایق پرسلین را تانصف و حتی تا 4/1 کاهش دهد(10).
هنگامیکه فرض بر وجود یک سیستم بدون بار باشد ولتاژ مقاوم در مقابل ضربات کلیدی,تقریبا دوبرابرسطح ولتاژ مقاوم فرکانس قدرت برای سطح آلودگی یکسان میباشد.  سطح مقاوم در مقابل ضربات  ناشی از صاعقه خیلی کمترتحت تاثیر مقره های آلوده قراردارندو فاصله های هوا بطور کلی تحت تاثیر آلودگی قرار ندارند.. عوامل اصلی در ایجاد آلودگی جرقه درمقره ها عمدتا عبارتنداز: ولتاژاعمال شده, شدت آلودگی ذخیره شده, رطوبت, ضخامت آلودگی و فرسایش زیست محیطی (11 و 12 ).
انتقال جریان نشتی که بصورت موجی شکل تاایجاد جرقه ادامه دارد در پنج مرحله رده بندی میشود:
اشکا ل موج شدت جریان نشتی مثل موج های سینوسی میشود,
درهنگام تخلیه اشکال موج بصورت شکل مثلثی یا مثل دندانه اره تغییر میکنند.
رئوس اشکال موج مثلثی درازترو تیزتر میشوند,ضربات جریان نشتی بادامنه های بیش از حد ایجاد میشوند,
مقدار اوج جریان نشتی اشکال موج با وجود قوسهای الکتریکی متناوب قوی, طولانی تر میشود.
وقتی تمام این مراحل تکمیل شد عمل جرقه اتفاق میافتد(13-14).
یکی از روشهای سنتی برای پیش بینی جرقه, اندازه گیری پیک های شدت جریان نشتی و پیش بینی جرقه وقتی که شدت جریان پیک بیشتراز 100 میلی آمپر میباشد(15-16). یک روش دیکر ثبت پیک های شدت جریان نشتی برای دوره طولانی و استفاده از توزیع آماری پیک ها بمنظور تصمیم گیری در مورد شدت آلودگی ونزدیک شدن به جرقه میباشد. اطمینان در مورد هردوروش درنوشتجات و بروشورها مطرح شده(15-17).
آتش گیری یک تیر جوبی را نمیتوان به یک عامل نسبت داد بلکه به تعداد حالات و شرایط همزمان با آلودگی مقره بعنوان یک شرط لازم درشرایط جوی برای مه و بخار غلیظ ارتباط دارد. تیرهای چوبی با بازوهای نگهدارنده چوبی کار گذاشته شده اند. شدت جریانهای نشتی میتوانند باندازه کافی حرارت تولید نما یند تا چوب را در نقطه تماس بین چوب و سطوح فلزی آتش بزند و حریقی را در نوک تیر ایجاد نماید. این بخصوص در مواقعی است که بازوهای نگهدارنده تیر ومقره ها نزدیک بهم ودر اواخر عمر کاری خود باشند. در مواقع آتش سوزی جنگلی در تابستان خشک و داغ (40 درجه),تجهیزات شبکه الکتریکی با احتمال دیدن خسارت بخاطر حریق جنگل روبرو هستند. تیرهای چوبی وبازوهای نگهئدارنده که قابل اشتعال میباشندسطوح مناسبی از حرارت,اکسیژن وزمان شروع اشتعال را ارائه میدهند.
در این مقاله آنالیزهای میدان الکتریسیته ساکن و الکتریسیته پویا برای مقره های خط 33کیلوولت که از نرم افزار SLIM استفاده کرده معرفی شدند تا میدان الکتریکی و شدت جریان که معمولا در مقره های خط کشور عمان مورداستفاده قرار گرفته اند باهم مقایسه گردند,برای مثال مقره های لاستیک سیلیکونی(SIR) و مقره های اتکائی خط سرامیکی , وزنجیره مقره های پرسلین با کلاهک ودستک .
 
 
2-بسته نرم افزاری SLIM
مرکزتحقیقات مهندسی GEC ALSTHOM (ERC) یک بسته نرم افزاری تجاری استاندارد finite-element
برای آنالیزکردن تهیه کرده تا مشکلات میدان الکتریسیته که برروی طیفی ازفرکانسها از DC به GHz ایجاد میشود را برطرف نماید.SLIM یکبسته نرم افزاری حرفه ای مهندسی وسازنده میباشد که تجهیزاتی برای تولید مدلهای finite –elemnt , راه خل برای میدانهای الکتریکی, مغناطیسی و حرارتی ونیز پردازش ایستگاه پست برقی با نتایج ابعادی , تقارن محوری و اشکال سه بعدی را تهیه مینماید.
آنالیزهای finite-element میدان های الکترومغناطیسی به طراح تجهیزات الکتریکی درشناسائی کمبودهای موجوددرطراحی, به تائید برآوردهای طراحی برای پارامترهای مهم وبه ارزیابی عملکرد کمک میکند.
روش finite-element بمنظور برخورد با بردارهای نامتجانس ومواد غیر خطی, با شرایط ساکن ودوره ای و زودگذر گسترش یافته.
حل کننده های ساکن و پویا به مدل سازی مواد" دی الکتریک " و نیمه هادی با قابلیت رسانائی وهدایت و سطوح هادی کامل کمک میکند. SLIM از روشهای متعددی استفاده میکند که معمولا محدوده مشکلات و مسائل را به نواحی خیلی کوچکتر تقسیم میکند که بعنوان المنتها شناخته شده ودرآن یک نوسان ساده (معمولا بصورت خطی یا مربع) اضافه میگردد. این تقسیم بندی بعنوان نا پیوستگی شناخته شده. بعنوان مثال المنت های مثلثی درآنالیزهای finite-element دو بعدی ترجیح داده میشوند چون آنها میتوانند بصورت تمام اشکال هندسی مورد استفاده قرار گیرند.
 
3-مقره های خط 33 کیلوولت شبیه سازی شده
شکل 1 مقره های اتکائی خط 33 کیلوولت را در طرحهاو مواد مختلف با و بدون CE ها نشان میدهد. جدول 1 جزئیات تمام نمونه ها را شرح میدهد.
 
شکل 1-مقره های خط 33 کیلو ولتی شبیه سازی شده: (a)مقره اتکائی خط لاستیک سیلیکونیSIR (جدید)
(b)مقره اتکائی خط پرسلین(کارکرده) , (c) زنجیره مقره پرسلین با کلاهک و دستک 4بشقابه استاندارد ( جدید) , و(d) مقره اتکائی خط  پلیمری ( جدید )
 
جدول1:جزئیات مقره های شبیه سازی شده
       شکل 1
          a
B         
         c
           d
      نوع مقره
   اتکائی خط
      اتکائی خط
      زنجیره
        اتکائی خط
       نوع ماده
 لاستیک سیلیکونی
      پرسلین
      پرسلین
        پلیمری
     تعداد و نوع
    چترها/بشقابها
          17
      غیر منظم
        12
      منظم
       4 بشقاب
         مشابه
         16
       غیر منظم
       فاصله بین  
   چترها/بشقابهای
  بزرگ (میلیمتر)
      
        41
 
       38
 
          135
 
          52
   قطر چتر/بشقاب
فوقانی/تحتانی (میلیمتر)
    135/105
      197/197
         254      
       134/113
    قطرتنه/بشقاب
فوقانی/تحتانی (میلیمتر)
         53 
     105/108
        -----
            60    
طول محوری(میلیمتر)
        580
        590
        540
           560
فاصله قوس الکتریکی
        (میلیمتر)
        460
        503
        505
           500
فاصله خزشی(میلیمتر)
       1460
       1510
       *1720
        *1520
 
* جمع فواصل بین کلاهک و دستک                                                       
4-شبیه سازی الکتریسیته ساکن درمقره های خط33 کیلوولت
 
4,1-مقره اتکائی خط لاستیگ سیلیکونی
 
شکل2 خطوط هم نیرو و مسیرهای میدان الکتریکی را برای مقره لاستیک سیلیکونی آلوده و غیر آلوده نشان میدهد.(چهار تا هشت قطره آب دریایی مشابه به چترفوقانی مقره لاستیک سیلیکونی با واحداندازه گیری مربوطه تا 80 و قابلیت رسانائی تا S/m 5 )اضافه گردید.قطر قطره هاباندازه 2میلیمتر بافاصله های مساوی درنظر گرفته شدند.شبیه سازی فعلی برای مقره های متقارن محوری axisymmetric در اشکال دوبعدی انجام گرفته. بنابراین قطره های شبیه سازی شده نمایانگر حلقه های کوچک میباشند.این را میشود از توزیع میدان الکتریکی مقره ملاحظه نمود که در بعضی نواحی خطوط نیرو اکثرا بصورت عمودی وبطرف سطح چترحرکت میکنند در حالیکه درسایر نواحی آنها تقریبا بصورت موازی با آن هستند (نوک چتر و بین چترها).
 
تاثیر این قطره ها روی میدان الکتریکی درشکل3 نشان داده شده,جائیکه میدان الکتریکی در چتر بالائی مقره آلوده میتواند به عمل تخلیه ناچیز منجر شود.تاثیر این قطره ها درجای دیگر روی میدان الکتریکی قابل اغماض است. همانطور که از شکل 3 پیداست یک تغییر ناچیز وبی اهمیتی درمیدان الکتریکی بین مقره آلوده و غیرآلوده درحدود 150کیلوولت/متر بالای چتر وجائیکه آلودگی مستقر است وجوددارد واین در صورتی است که مقره از نوع لاستیک سیلیکونی باشد.میدان الکتریکی برای آلودگی درحدود 360 کیلوولت/متر میباشد,بدین معنی که از سطح توصیه شده تجاوزنمیکند(kv/m500=E) واین بخاطر خاصیت آب گریزی عالی آنست که بمعنای عملکرد خوب در محیط خیلی سخت میباشد.
 
درمقایسه میدان الکتریکی معمولی و فرعی بامیدان الکتریکی منتج شده,میدان الکتریکی معمولی برتر است بخاطر اینکه میدان الکتریکی تقریبا برای قسمت چتر باستثناء بعضی از قسمتهای سطح مقره مانند نوک چتر,معمولی میباشد. میدان الکتریکی منتج شده درقسمت مشترک لایه لاستیک سیلیکونی ومیله فایبرگلاس نشان میدهد که اختلافی بین شرایط آلودگی وغیر آلودگی وجود ندارد بجز آن قسمتی که موازی بالای چتر است و آلودگی درآنجا مستقر شده.
 
 
 
                                                                 
 
 
 
 
 
 
 
شکل2-شبیه سازی مقره اتکائی خط لاستیک سیلیگونی(a) مقره اتکائی خط لاستیک سیلیکونی(b)خطوط هم نیرودر2%(c)و(d)مسیرهای میدان الکتریکی وخطوط هم نیرو نزدیک الکترود HV به ترتیب برای مقره غیرآلوده وآلوده با 8قطره آب دریا برروی چتربالائی.
 
 
 
 
 
         
شکل3-میدان الکتریکی منتج شده روی سطح مقره برای مقره اتکائی خط لاستیک سیلیکونی آلوده و غیر آلوده
(8 قطره آب دریا )
 
 
 
 
4,2-مقره اتکائی خط پرسلین
 
شکل4 شبیه سازی مقره اتکائی خط پرسلین را نشان میدهد جائیکه آلودگی سطح مقره بوسیله یک لایه نازک رسانا به ضخامت یک میلیمتر شبیه سازی شده بود.همانطورکه در شکل 4 (c) دیده میشودتمرکز مسیرهای میدان الکتریکی درهادی ولتاژ بالا زیاداست واکثر مسیرهای میدان الکتریکی نسبت به سطح مقره عمود میباشند.برای مقره های غیرآلوده,خطوط هم نیروی جدااز هم شکل مقره را قطع میکنند, ازاینرو باعث حرکت موجی شکل درولتاژ میشوند(شکل5).توزیع ولتاژ در سطح مقره پرسلین تحت شرایط آلودگی وغیرآلودگی در شکل 5 نشان داده شده. چتر بالای مقره با یک لایه نازک رسانا و یک شکل که مثل یک قسمت فلزی شناور عمل میکند آلوده گردیده.توزیع ولتاژتحت شرایط خشک بالاتراز حالت آلودگی است.شکل4(d) تاثیر آلودگی روی قسمت بالای سطح چتر فوقانی را نشان میدهد,جائیکه خطوط هم نیرو دراطراف موادآلوده کننده به جلووعقب حرکت میکنند ومسیرهای میدان الکتریکی درصورت آلودگی دارای تمرکز بالا میباشند.این باعث فسادوکهنگی مقره میشودوطول عمرآن را کاهش میدهد و میتواند سبب تخلیه بسیار ناچیز شده که نتیجه آن ایجادجرقه درمرحله آخرمیباشد.درموارد خشک, مقاومت عایق بیش از Ώ ٰٰ ٰٰ10 است, درحالیکه مقاومت عایق درشرایط آلودگی کمترΏ10 میباشد(20). درموارد آلودگی, قسمت شیب همواردرولتاژ در شکل 5 نمایانگر لایه آلودگی شناور میباشد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      شکل4- شبیه سازی مقره اتکائی خط پرسلین (a) مقره اتکائی خط پرسلین (b) خطوط هم نیروتا2%
               (c) و (d) مسیرهای میدان الکتریکی و خطوط هم نیرو نزدیک الکترود HV به ترتیب
               برای مقره غیر آلوده و آلوده با لایه نازک درسطح بالا و چتر فوقانی
میدان های الکتریکی منتج شده برروی سطح مقره درهردو شرایط آلودگی و غیرآلودگی درشکل 6 نشان داده شده. درنقطه شروع لایه آلودگی میدان الکتریکی منتج شده تحت شرایط آلودگی بیشتراز شرایط غیرآلوده میباشد. ولتاژ دراین نقطه بطور ناگهانی از 95,26کیلوولت به 1 ~ کیلوولت سقوط میکند(شکل5) که منجر به یک افزایش تند درمیدان الکتریگی منتج شده تا 1700 ~ کیلوولت میگردد .همانطور که در شکل 6 میتوان مشاهده کرد.این توزیع غیرهم شکل ولتاژ باعث ایجاد میدان الکتریکی بسیار زیادی اطراف قسمت آلوده میشودومیتواند برای شکل گیری باند های خشک کافی باشد.شکل گیری باند خشک اساسا تحت کنترل نیروی پراکنده در لایه آلودگی قراردارد که این بخاطر گرمایش اهمی درقبال مقدار رطوبت منظم برروی سطح آلوده است .گرمایش اهمی منبع پراکندگی انرژی برای تبخیر میباشد (21).
بامقایسه قطعات سازنده میدان الکتریکی معمولی و فرعی , ملاحظه شد که اجزائ میدان الکتریکی معمولی فرعی در جای دیگر برتر هستند.
       
                شکل 5 شکل ولتازدر مقره پرسلین اتکائی خط   33کیلوولت برای حالات آلوده وغیر آلوده
        
شکل 6-شکل میدان الکتریکی منتج شده برای مقره اتکائی خط 33کیلوولت روی سطح مقره برای حالات آلوده و                  غیر آلوده
 
4,3زنجیره مقره پرسلین با کلاهک دستک استاندارد چهارتایی
 
شکل7 خطوط هم نیرو و مسیرهای میدان الکتریکی مربوط به چهار قسمت از زنجیره مقره با کلاهک و دستک استاندارد غیرآلوده را نشان میدهد. ولتاژ محاسبه شده درعرض خط متقارن محوری نشان داده است که ولتاز بطرف  یک هادی با ولتاژ بالا افزایش میابد(درانتها) ویک ولتاژ ثابت وغیر متغیر درناحیه کلاهک یا دستک بوجود میآید. بخوبی مشخص است که اختلاف بالقوه درانتهای مقره که  به هادی با ولتاژ بالا متصل است زیاد میباشدواین اختلاف درحالیکه بطرف هادی با ولتاژ پائین(برج) حرکت میکند کاهش میابد اما این دراینجا حقیقت ندارد بخاطراینکه تاثیر برج که در قسمت کلاهک ودستک, خازن اتفاقی ایجاد میکند نادیده گرفته شده. خطوط مستقیم بعلت قسمتهای فلزی شناور درمقره ( کلاهک ها و دستک ها ) میباشند که هم نیرو هستند. خطوط هم نیرو با فاصله 5% ومسیرهای میدان الکتریکی در شکل های (b)7 و(c)7 به ترتیب نشان داده شده اند. مشاهده میشود که تمرکز مسیرهای میدان الکتریکی درلبه شکاف کلاهک مقره, بالا میباشد طوریکه به میدان الکتریکی وسیعی منجرمیشود و همانطوریکه در شکل 8 دیده میشودمیدان الکتریکی در قسمتهای فلزی شناور ( کلاهک یا دستک ) صفر میباشد.تمام پیکهای میدان الکتریکی منتج شده   ~ 1250 کیلوولت برمتر فراتر از سطح توصیه شده(کیلوولت 500) هستند.بنابراین خطر عمل تخلیه بسیار ناچیز در چنین موردآلودگی وجوددارد
 
 
  
 
 
شکل7-شبیه سازی چهارواحد مقره پرسلین با کلاهک و دستک (a) زنجیره (b) خطوط هم نیرو در 2%
 (c) مسیرهای میدان الکتریکی و خطوط هم نیروی نزدیک به الکترود HV برای مقره غیرآلوده.
 
 
 
 
 
 
 
5-شبیه سازی الکتریسیته پویا در مقره های خط 33کیلوولت
 
مدل الکتریسیته پویای نرم افزار SLIM بمنظور بدست آوردن میدان الکتریکی وشدت جریان درزوایای مختلف مورد استفاده قرار گرفته بود(θ) بطوریکه تاثیرولتاژاعمال شده درمواقع مختلف میتواند محاسبه و مقایسه گردد. در مورد الکتریسیته پویا درهنگام مقایسه قطعات میدان الکتریکی معمولی و فرعی با میدان الکتریکی منتج شده مشاهده شد که قطعات فرعی و همچنین شدت جریان برتر میباشند.
 
 
       
              شکل8-پروفایل میدان الکتریکی منتج شده برروی سطح زنجیره مقره کلاهک و دستک
 
 
5,1-مقره لاستیک سیلیکونی اتکائی خط
 
میدان الکتریکی منتج شده و شدت جریان در قسمت مشترک بین لایه لاستیک سیلیکونی ومیله فایبرگلاس که از زوایای مختلفی استفاده کرده اند درشکل 9 نشان داده شده.همانطور که درشکل (a)9 دیده میشود,میدان الکتریکی باافزایش زاویه کاهش میابد واین کاملا واضح است چون ولتاژ اعمال شده مثل یک موج کسینوسی شبیه سازی شده. به همین طریق شدت جریان باافزایش زاویه کاهش میابدشکل(b)9 ویک تغییر بسیار اندک بین حالات آلودگی وغیرآلودگی دیده میشود,بنابراین میتوان گفت که اثرآلودگی برقسمت مشترک لایه سیلیکونی ومیله فایبرگلاس اهمیتی ندارد.بعلاوه شدت حریان درزاویه = θ حداکثرودرزاویه º90=θ برابر صفر است که در شرایط آلودگی با کاهش اندک شدت جریان درقسمت مشترک لاستیک سیلیکونی و فایبرگلاس همراه است واین با چتر بالائی تنظیم ودریک خط قرار گرفته (~0.2 A/m² at θ=0º and ~0.143 A/m² at θ=45º).
بخوبی مشخص است که شدت جریان برابراست با جریان هدایت () باضافه جریان جایگزین(Jd) ودر مقره غیرآلوده برروی سطح مقزه , شدت جریان عمدتا جریان جایگزین است جائیکه
بنابراین اگر میدان الکتریکی یک افزایش ناگهانی داشته باشد شدت جریان هم باید یک کاهش ناگهانی داشته باشد.به همین دلیل افزایش شدت جریان برعکس میدان الکتریکی با افزایش زاویه است, اما در حالت آلودگی شدت جریان
                          
   در جائیکه شدت جریان جایگزین تقریبا صفر استو تسلط دارد وσ هادی ماده آلوده کننده میباشد.
همانطور که در شکل های (b)10 و(a)10 دیده میشود میدان الکتریکی با افزایش زاویه کاهش میابد.
 در جائیکه میدان الکتریکی درحالت آلودگی بالاتراز حالت غیر آلودگی به ترتیب با کیلوولت برمتر 167 ~ و کیلوولت برمتر118 ~ برای زاویه های
θ=0º  وθ=45º میباشد. برعکس , شدت جریان دومورد دارد, یکی اینکه شدت جریان درحالت غیر آلودگی افزایش میابد بدلیل اینکه عمدتا بخاطر جریان جایگزین است ودوم اینکه در حالت آلوده کاهش میابد بدلیل اینکه عمدتا هادی است.
 
 
 
 
شکل9 دامنه الکتریکی منتج شده (a) و شکل فشار شدت جریان منتج شده(b) درقسمت مشترک لاستیک سیلیکونی و میله فایبرگلاس درموارد آلوده وغیرآلوده برای θ=0º وº45.
 
 
 
 
 
 شکل10-شکل میدان الکتریکی منتج شده (a) و شکل شدت جریان منتج(b) برروی سطح مقره لاستیک سیلیکونی      در موارد آلوده و غیر آلوده برای θ=0º
 
5,2-مقره پرسلین اتکائی خط
 
همانطور که قبلا اشاره گردیده,لایه آلودگی در مقره پرسلین که در قسمت سطح چتربالائی مانند یک لایه رسانا (فلز شناور) مستقر شده , دارای ضخامتی باندازه 1 میلیمتر میباشد.درزمانیکه قطعات میدان الکتریکی معمولی وفرعی با میدان الکتریکی منتج شده مقایسه میشدند مشاهده گردید که قطعات فرعی برتر و مسلط ترند و شدت جریان هم به هم چنین. تصویر بعدی میدان الکتریکی و شدت جریان را برای حاالات آلودگی وغیرآلودگی در زوایای مختلف وبا استفاده از مقیاس لگاریتم در محور Y نشان میدهد تا مقایسه را واضح تر و روشن تر بنماید.همانطور که در شکل 11 میتوان دید هردو میدان الکتریکی و شدت جریان با افزایش زاویه کاهش میابند وتحت شرایط غیر آلودگی وآلودگی تفاوت بسیار زیادی در هردوی آنها بوجود میاید. با مقایسه شدت جریان و میدان الکتریکی برای مقره های لاستیک سیلیکونی ومقره های پرسلین اتکائی خط در شرایط آلودگی و غیر آلودگی, میشود گفت که هردو شدت جریان منتج و میدان الکتریکی برای مقره پرسلین در مقایسه با لاستیک سیلیکونی خیلی بالاتر میباشد شکل(b)10 و(b)11. برای موارد آلودگی درθ=0ºمیدان الکتریکی منتج درحدود کیلوولت برمتر2900 میباشد واین اختلاف با افزایش زاویه کاهش پیدا میکند .این اختلاف فاحش به قدمت کاری مقره سرعت خواهد بخشید. شدت جریان نیز با افزایش زاویه درحالت آلودگی کاهش میابد,درحالیکه درحالت غیر آلودگی با افزایش زاویه افزایش پیدا میکند.
 
 
 
 
 
شکل 11-میدان الکتریکی منتج (a) و شکل شدت جریان منتج(b) در سطح زنجیره ذرحالات آلوده و غیر آلوده
برای زوایایθ=0º و45 درجه
 
 
 
6مباحثه و نتایج و تجربی
 
6,1-ساختار تجربی
 
مدار آزمایش AC ( برق متناوب ) شامل یک ترانسفورماتور ولتاژ بالای کیلوولت 380/کیلوولت 400 ,موضوع مورد آزمایش (مقره), سریهای مقاومت 10 ومقره ای که جریان نشتی عبوری را اندازه گیری میکند., یک کاهش دهنده ولتاژ(Varistor) در عرض خطوط فرعی برای حفاظت نوسان سنج  Oscilloscope و جدا کننده خازن برای مقاصد اندازه گیری میباشد. مه پاکیزه ( با 100% رطوبت مربوطه) از طریق پودر کردن آب تولید شد
( σ≈130μS/cm).تمام آزمایشات دریک حرارت ثابت 25 درجه انجام گرفت.
 
 
 
 
درآزمایشات آلودگی AC عین همان دست مقره ها درداخل یک اطاق مه آلود نمکی (2متر در 2متردر2,5 متر) با رطوبت کنترل شده100% وحرارت 25 درجه درشرایط پاکیزه و آلوده وجهت مشخص کردن شدت جریان نشتی درقبال ولتاژ اعمال شده (منحنی های 1-V) و رسیدن به ولتاژهای جرقه مرطوب در AC تحت شدت های متفاوت آلودگی آزمایش شدند.
 
6,2- خصوصیات I-V در شرایط خشک و مه پاکیزه
 
برای شرایط خشک/پاکیزه ( غیرآلوده ) , شکلهای (a) 12 ,(a) 13 و(a) 14 ,شدت جریانات نشتی کاملا بصورت خازن میباشند.( در زاویه فاز Ø=90º) با دامنه های پائین .در صورت بودن مه پاکیزه شکل های (b) 13 و (b) 14 شدت جریانات نشتی در مقره های پلیمریک جدید و مقره هایپرسلین اتکائی خط کارکرده با دامنه های خیلی بالاتر بصورت مقاوم کامل درآمده اند , درست بر عکس مقره لاستیک سیلیکونی اتکائی خط شکل (b) 12 ,یعنی جائیکه طبیعت آب گریزی آن مانع شکل گیری یک لایه رسانا از آب میگردد.اگرچه مقره پلیمریک اتکائی خط یک نوع جدید است اما شدت جریان نشتی آن درحالت مه آلودگی پاگیزه باندازه قابل توجهی افزایش داشته شکل 13.
 
بطور کلی برای مقره های خشک / پاکیزه مسیر شدت جریان نشتی حکم خازن را دارد , نفوذ جریان کم و شکل آن هم بصورت سینوسی میباشد. مه پاکیزه سطح مقره را مرطوب میکند و یک لایه رسانا تولید مینماید (22). وقتی رطوبت زیاد میشود مسیر جریان نشتی ازحالت خازن تبدیل به حالت مقاوم میگردد و همزمان دامنه جریان بخصوص درمقره هائی که فواصل عمودی بین چترها کم است افزایش میابد.بعلاوه زنجیره های جدید مقره های پرسلین و شیشه ای چهاربشقابه استاندارد ( کلاهک و دستک ) در حالت مه پاکیزه مورد آزمایش قرار گرفتند که درشکل(a) 15 و (b) 15به ترتیب مشاهده میشود.تراکم و فشردگی مه بیشتر برروی سطح زنجیره مقره شیشه ای صورت میگیرد که منجر به شدت جریان نشتی بالاتر از مقره پرسلین میگردد.
 
مقایسه تمام مقره ها در شرایط مه پاکیزه در شکل 16 نشان داده شده است.از منحنی های 1-V مشاهده میشود که جریان rms با توجه باین واقعیات متناسب با ولتاژ میباشد. در حالت خشک , شدت جریان عمدتا بصورت خاذن در میاید اما درحالت مه پاکیزه در اکثر مقره های آزمایش شده عمدتا بصورت مقاوم در آمده.ولتاژ دلخواهاعمال شده تا حد kv rms 19 میباشد اما تا rms kv 27 افزایش داده شد تا ولتاژ موقتی بالاتر را در بر بکیرد.مقره SIR لاستیک سیلیکونی پائین ترین جریانات نشتی را در هردو حالت ارائه میدهد که این امر بخاطر خاصیت آب گریزی آن است. مشاهده گردید که قطره های ایزوله شده آب در قسمت لبه کناری چترها طول قابل توجهی ندارند. از طرف دیگر یک قشر نازک آب بصورت مداوم روی سطح مقره های شیشه ای وپرسلین دیگر شکل گرفته بود که منجر به ایجاد قطره های آب معلق خیلی بزرگتر در حاشیه شیارها گردیده.
 
 
 
                (b) حالت مه پاکیزه                                                  (a) حالت خشک
 
           شکل 12 –نمودار نوسانی I و V برای مقره جدید اتکائی خط لاستیک سیلیکونی (شکل1a)
 
                        (b) حالت مه پاکیزه                                           (a) حالت خشک
 
                      شکل 13 –نمودار نوسانی I و V برای مقره جدید اتکائی خط پلیمری (1d)
 
                  (b) حالت مه پاکیزه                                                         (a) حالت خشک
              
                   شکل 14 –نمودار نوسانی I و V برای مقره کارکرده اتکائی خطپرسلین (1b)
 
 
 
 
    
                    (b) زنجیره مقره شیشه ای استاندارد            (a) زنجیره مقره پرسلین استاندارد
 
شکل 15-نمودار نوسانی I وV در حالت مه پاگیزه برای (a) زنجیره مقره پزسلین چهاربشقابه استاندارد( کلاهک ودستک) (شکل 1c) , و (b) زنجیره مقره جدید شیشه ای چهار بشقابه استاندارد(کلاهک و دستک)
 
 
   
                شکل 16-منحنی های I-V مقره های خط 33 کیلوولت آزمایش شده در حالت مه پاکیزه
 
6,3-خصوصیات I-V در حالت مه – نمکی
 
در این آزمایش مقره ها برای مدت 20دقیقه دریک محلول غلیظ نمکی باقابلیت رسانائی الکتریکیσ =100mS/cm
وتمرکز Nacl g/l 70 فرو برده شدند(23). بعداز آن مقره ها درداخل اطاق مه و نمکی با ولتاژ kvrms19,05مورد آزمایش قرار گرفتند.
برای یک کاربرد مستمر ولتاژ سینوسی , شدت جریان نشتی باعث خشکی لایه آلوده مرطوب میگردد.بنابراین دامنه جاری و نمونه هردو در طی زمان تغییر پیدا میکنند(3). در نتیجه تولید مه بصورت مستمر با یک نرخ ثابت درطول تحقیقات تجربی مورد استفاده قرار گرفته شده بود.وقتی تنش الکتریکی افزایش میابد امکان ظهور پیک های کوتاه درقسمت نوک سیگنال میرود که این امر بخاطر تخلیه در طول نواحی باند خشک و نیز بین قطره های آب میباشد. , بخصوص قطره های آب متحرک و پویا(3). قطره های آب روی سطوح مقره تحت تنش الکتریکی طویل میشوند . تخلیه های کرونا و باند خشک ممکن است در قطره ها و بین قطره ها ئی که باعث ضربات جاری با دامنه های وسیع هستند ظاهر گردند.
مه بصورت مستمر تولید شد و ولتاژ برای مدت 30 دقیقهاعمال گردیده بود درجائیکه ضربات جریان نشتی تکراری شده بود. شدت جریان نشتی لایه رسانا را خشک میکند و باندهای خشک شکل میگیرند(22). ولتاژ بالا در باندهای خشک میدرخشد تا قوسهای الکتریکی جزئی ایجاد نماید. قوس الکتریکی باند خشک موجب تخلیه سطح میگردد که هردو شکل جریان نشتی و اندازه را تغییر میدهد. بسته به سطوح آلودگی , ازدیاد قوس الکتریکی یک جریان قوس
الکتریکی غیر سینوسی تولید مینماید که ممکن است حاوی ضربه های کوتاه مدت بالای جریان 50Hz  باشد و جریان نشتی دارای جریان متناوب میگردد بهمان صورتی که در شکل 17 و 18 مشاهده میشود.
شکل 17 ضربه های جریان را برای تمام مقره هائی که دردامنه mA قراردارند نشان میدهد.همانطوریکه از شکل (a) 17 پیداست مقره لاستیک سیلیکونی اتکائی خط عملکرد بهتری دارد ونتایج حاصله آشکار میکند که شدت جریان نشتی آن حدودا 40% مقره پلیمری اتکائی خط است.این نتایج با حالت مه پاکیزه سازگار میباشدکه در شکل (b) 12 و (b) 13 برای لاستیک سیلیکونی و پلیمری به ترتیب آمده است.جائیکه لاستیک سیلیکونی جریان نشتی پائینتری ارائه میدهد.که این امر بخاطر خاصیت آب گریزی آن است. ارزش اشاره کردن را دارد که شدت بالای جریان نشتی درمقره کارکرده پرسلین اتکائی خط  را میتوان به زبری سطح مقره کارکرده روی خط نسبت داد که باعث ایجاد آلودگی مه نمکی در یک حجم وسیع میشود.این مقره ها به سرعت شرایط باند خشک ناپایداررا بوجود میآورند. مانند ضربه های جریان در دامنه بی ثبات که در شکل (c) 17 دیده میشود.
 
 
 
           
شکل 17-نمودار نوسانات ولتاژAC   وشدت جریان نشتی برای(a)مقره جدید لاستیک سیلیکونی اتکائی خط (b) مقره جدید پلیمری اتکائی خط و(c) مقره کارکرده پرسلین اتکائی خط 
 
 
 
شکلهای (a) 18 و (b) 18 یک مقایسه ای بین اشکال موج جریان نشتی زنجیره مقره شیشه ای جدید و کارکرده را که دارای 4 بشقاب ایرو ذینامیک (کلاهک و دستک) میباشد را نشان میدهد.زنجیره مقره های شیشه ای قدیمی به ضربه های جریان شدت نشتی تقریبا 500% نوع جدید با همان طراحی و مواد منجر میشود که در شکلهای (a) 18 و(b) 18 به ترتیب نشان داده شده. سایر نتایج نشان میدهد که این گرایش با حالت مه پاکیزه سازگار است.بنابراین میشود اینطور نتیجه گرفت که استفاده از مقره لاستیک سیلیکونی بهتر از نوع 4 بشقابه کلاهک و دستک میباشد
 
 
 
شکل 18-نمودار نوسانی ولتاژ AC و شدت جریان نشتی زنجیره مقره 4 بشقابه شیشه ای ایرو دینامیک ( کلاهک ودستک) (a) کارکرده و (b) جدید.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6,4-ولتاژ جرقه مرطوب AC برای سطوح آلودگی متوسط , سنگین و خیلی سنگین
 
اکثر مقره ها برای این آزمایش شدند که ولتاژ جرقه مرطوب AC در سطوح متوسط , سنگین و خیلی سنگین بدست آید.(24 و 25 )
مقره ها برای مدت 20 دقیقه در یک محلول Nacl با رسانائی الکتریکی mS/m 100 (g/l 70) , mS/m 167   (g/l 140) و mS/m 214 (g/l 200) قرار داده شدند تا سطوح متوسط , سنگین و خیلی سنگین آلودگی به ترتیب شبیه سازی شوند (23 و 24)., ازآن پس هرمقره ای درداخل اطاق مه نمکی با اضافه کردن مه مستمر و مداوم برای مدت 20 دقیقه مورد آزمایش قرار میگرفت (23 ).شکل 19 وابستگی ولتاژ جرقه مرطوب AC را برروی Nacl تغلیذ شده  نشان میدهد.ولتاژ جرقه گزارش شده ارزش متوسط سه نوع برداشت  برای هرکدام از سه نمونه از نوع یکسان گرفته شده تا تکرار اندازه گیری ها را بررسی کند.مقره لاستیک سیلیکونی SIR بهترین عملکرد را حتی در حالت خیلی سنگین آلودگی ارائه میدهد زیرا این یک مقره جدیداست نه مقره (کارکرده) که طبیعت آب گریزی دارد. درحالت آلودگی خیلی سنگین برای مقره های کارکرده , ولتاژ جرقه AC  تقریبا برابراست با ولتاژ فاز خط 33 کیلوولت ما نند کیلوولت 19,05 .
وضعیت ماده سطح مقره نقش مهمی را دراداره کردن آب اضافی بازی میکند که جلوی پل زدن چتر را بگیرد ویا آنرا ایجاد نماید.دوعامل مهم دیگر هستند که به شکل مقره ارتباط دارندو ثابت شده مربوط به پل زدن چتر میباشد(25). این تجمع آب برروی سطح بالائی چترهای مقره در خلاف جهت ودرفاصله عمودی بین چترها قرار دارند.در اولی این اتفاق بخاطر تاثیر آبشارمانندی است که از چترهای مرطوب بالائی آغاز شده درجائیکه زاویه هموار باعث ایجاد پل ذر قسمت تجمع آب بربالای چتر میگردد (25). در دومی بی نیاز از توضیح میباشد.هرچه فاصله عمودی بین دوچتر پشت سرهم بزرگتر باشد,احتمال پلی شکل بودن چترها کمتر میشود(26).همانطور که درجدول 1 و شکل19برای مقره لاستیک سیلیکونی آمده است. نتایج در شکل 19 گرایش شبیه سازیهای تئوریک رادر بخش 4 و 5 و نتایج تجربی ارائه شده در باقیمانده بخش 6 را تائید میکند..
 
 
 
 
شکل 19-تاثیر  Nacl تغلیظ شده برروی ولتاژجرقه مرطوب AC برای مقره های مختلف خط 33کیلوولت
 
 
 
 
7-نتیجه گیری
 
اولا, نرم افزار مهندسی الکترومغناطیسی SLIM 3,6,2 بمنظورشبیه سازی انواع مختلف مقره های خط 33 کیلوولت درشرایط آلودگی و غیرآلودگی مورداستفاده قرار گرفته بود. درمورد مقره اتکائی خط لاستیک سیلیکونی(SIR),افزایش میدان الکتریکی بخاطرخاصیت آب گریزی عالی لاستیک سیلیکون درحدود210 کیلوولت برمتر بودکه این بخاطر خاصیت عالی آب گریزی مقره لاستیک سیلیکونی میباشد درحالیکه درمورد مقره اتکائی خط پرسلین این افزایش درحدود1600 کیلوولت برمتر بود که فراتر ازسطح میدان الکتریکی توصیه شده یعنی (500 کیلوولت برمترE=) میباشد.تاثیز آلودگی روی شدت جریان را میشود درخلال تغییر آن به جریان جایگزین برای مقره غیر آلوده و بمنظور هادی بودن جریان برای مقره آلوده شرح داد. شدت جریان برای مورد غیر آلوده خیلی کم بود و با کاهش ولتاژ اعمال شده افزایش یافت زیرا شدت جریان جایگزین برتر بود. درحالت آلودگی شدت جریان با افزایش ولتاژ اعمال شده کاهش میافت زیرا شدت جریان رسانائی برتر بود.با مقایسه شدت جریان و میدان الکتریکی برای مقره های اتکائی خط لاستیک سیلیکونی پرسلین درشرایط آلودگی وغیر آلودگی میتوان باین نتیجه رسید که میدان الکتریکی و شدت جریان درمقره پرسلین خیلی بالاتر از مقره اتکائی خط لاستیک سیلیکونی میباشد.شبیه سازی یک زنجیره مقره با چهار کلاهک و دستک استاندارد آشکار میسازد که مسیرهای میدان الکتریکی وخطوط هم نیرو درفاصله کلاهک مقره متمرکز شده اند , همینطور میدان الکتریکی بالا که میتواند باعث عمل تخلیه ناچیز شود و تراکم جریان بالائی را برای مورد آلوده مستقر نماید و از اینرو امکان جرقه را فراهم سازد.
دوما,آزمایشات جامع و استاندارد AC برروی مقره های kv 33 اتکائی خط و زنجیره مقره های چهار بشقابه  (کلاهک و دستک ) با مواد مختلف در یک اطاق مه نمکی بعمل آمد. مقره های لاستیک سیلیکونی عملکرد بهتری را نسبت به مقره های پرسلین , شیشه ای و پلیمری با طرحهای گوناگون نشان دادند.درحالت خشک و تحت برق متناوب ,تمام مقره ها جریانات نشتی کم و نزدیک بهم داشتند.مقره های لاستیک سیلیکونی SIR پائینترین جریان نشتی را درشرایط خشک و مه پاکیزه داشتند که بخاطر خاصیت آب گریزی عالی آن است و بالاترین ولتاژ جرقه مرطوب AC را دارا بود . گرایش نتایج شبیه سازی ازطریق نتایج تجربی بسیاری از مقره های اتکائی خط با طرحها و مواد مختلف باثبات رسیده.
 
۲۱ خرداد ۱۳۸۶ ۲۰:۳۴

نظرات کاربران (مسئولیت درج شماره تماس در صورت ایجاد مزاحمت تلفنی، با کاربر است.لطفا دقت فرمائید)


نام فرستنده:
پست الکترونیک: *  
نظر: *
 
تعداد کاراکتر باقیمانده: 10000  

کلیه حقوق این وب‌سایت متعلق به پایگاه اطلاع رسانی صنایع آب، برق، نفت و انرژی می‌باشد.