بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تاثيرات آلودگي و خوردگي در کاهش قابليت اطمينان عناصر خطوط انتقال و توزيع نيرو
چکيده :
آلودگي هاي موجود در شهرها و مناطق صنعتي ، آلودگي هاي صحرايي ، آلودگي هاي ساحلي و ترکيب بعضي از اين آلودگي ها در برخي موارد يکي از عوامل مؤثر در کاهش قابليت اطمينان عناصر خطوط انتقال و تويع نيرو مي باشد.
اين آلودگي ها در شرايط عادي بتدريج روي قسمتهاي مختلف خطوط رسوب نموده و موجب ايجاد تغييرات و يا ترکيباتي مي گردند که نهايتاً منجر به افت مشخصات الکتريکي و مکانيکي تجهيزات شده و يا در شرايط بارش باران در قطرات باران حل شده و بصورت بارانهاي اسيدي باعث حفره دار شدن آنها مي گردد.
انواع ديگر خوردگي مانند خوردگي يکنواخت ، خوردگي گالوانيکي ، خوردگي شياري و خوردگي تنشي و غيره از جمله عوامل اصلي ديگر مؤثر در کاهش عمر مفيد و کاهش قابليت اطمينان عناصر خطوط مي باشند.
در بين عناصر خطوط هادي ها و ايزولاتورها به علت ماهيت ساختاري خاص آنها در مقابل آلودگي و انواع خوردگي آسب پذيرتر مي باشند.
قسمتهاي فلزي داخل خاک مانند قطعات استاب فوندانسيون تيپ GRILLAGE اجزا“ سيستم آرتينگ وغيره بعلت سرعت خوردگي بيشتر در خاک و تأثير املاح خورنده موجود درخاک مانند يون کلر و ساير يونهاي خورنده بر روي آنها و همچنين تأثير املاح خورنده سولفات موجود درخاک روي بتن نيز در معرض آسيب هاي بيشتري مي باشند.
جريان هاي نشتي و القايي در قسمت هاي فلزي تجهيزات خطوط در صورتيکه الکتروليتي موجود باشد باعث خوردگي گالوانيکي مي گردد. الکتروليت ميتواند هواي آلوده و مرطوب و يا خاک و غيره باشد.
در هر صورت عليرغم وجود انواع آلودگي وعوامل خورنده محيط مي توان روشهاي حفاظتي مناسب را متناسب با نوع تجهيزات و شرايط محيطي و با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادي بقسمي در رابطه با مراحل مختلف طراحي ، انتخاب تجهيزات ، ساخت ، حمل ، نصب و بهره برداري عناصر خطوط انجام داد که متضمن افزايش عمر آنها و بعبارت ديگر تأمين کننده قابليت اطمينان لازم در طول عمر مفيد در نظر گرفته شده بوده باشد. بحث مقاله حاضر بررسي تأثيرات مخرب آلودگي و خوردگي روي قابليت اطمينان عناصر خطوط انتقال و توزيع نيرو و ارائه روشهاي حفاظتي با توجه به مطالعات و تحقيقات انجام شده و تجربيات موجود در شرکت برق منطقه اي اصفهان مي باشد.
شرح مقاله
آلودگي و خوردگي هاديهاي اصلي ، سيم هاي گارد، مقره ها، پايه ها، يراق آلات ، سيستم ارتينگ و ساير عناصر و اجزاء خطوط را تحت تأثير قرار مي دهد.
هدف اتخاذ روشهايي مي باشد که تأثيرات آلودگي و خوردگي را کنترل نموده و به حداقل رساند و به اين منظور به بررسي اين عوامل و روشهاي حفاظتي مربوطه مي پردازيم .
١- آلودگي (contamination)
آلودگي دو نوع تأثيرنامطلوب روي عناصر خطوط بجاي مي گذارد. در نوع اول رسوب آلودگي روي زنجيره هاي ايزولاتور باعث کاهش استقامت عايقي سطحي آنها شده که مي تواند در شرايط اضافه ولتاژهاي سيستم در هواي مهي و باراني موجب
flashover هاي مکرر شده و يا در شرايط تخليه مستقيم صاعقه موجب backfalshover گردد که نهايتاً تأثيرات آنها منجر به آسيب هاي شديد به سپرهاي عايق مقره ها و يا puncture شدن تعدادي از واحدهاي زنجيره ها مي گردد و در نوع دوم آلودگي باعث ايجاد خوردگي مانند حفره دار شدن و يا تسريع و تشديد پروسس انواع ديگر خوردگي مي گردد.
آلودگي هاي ناشي از دود کارخانجات و سوخت هاي فسيلي ناشي از کار خودروها در نواحي صنعتي و شهرهاي بزرگ بصورت کامل در اتمسفر پخش نشده و قسمتهايي از آنها خصوصاً در هواي مهي و باراني به صورت گازهاي متراکم so٢ و
co٢ و غيره در مي آيد. اين توده هاي متراکم گازي ممکن است تا زير نقطه شبنم اسيد سرد شده وبصورت قطرات ريزباران اسيدي که حاوي ذرات متعدد کربن و دود بهم چسبيده نيز مي باشد نزول نموده و موجب حفره دار شدن در عناصر خطوط گردند.
در خط ٦٣ کيلوولت جاده نائين کوهپايه در برق اصفهان ترکيب آلودگي صحرايي از نوع کويري با آلودگي شديد صنعتي ناشي از کوره هاي آجرپزي متعدد موجود در مسير خط باعث خوردگي شديد عناصر خط و کاهش شديد قابليت اطمينان آنها شده است . ضمناً در شرايط تشکيل مه استقامت عايقي سطحي بشدت کاهش يافته و fashover هاي مکرر را بوجود مي آورد که باعث قطع و وصل هاي متعدد خط و سوراخ شدگي تعدادي از واحدها شده که در هر بار هزينه هاي قابل توجهي براي تعميرات خط صرف مي شود. در خطوط ٦٣ کيلولوت سيمان سپاهان و سيمان اصفهان در حوالي اين کارخانجات آلودگي سنگين باعث بروز اشکالات متعدد مشابهي روي زنجيره هاي ايزولاتور و واحدهاي مقره شده است . آلودگي در حوالي کارخانجات ذوب آهن ، سيمان ‚ شيميايي و نيروگاه ها و مناطق کويري و پر گرد و غبار (آلودگي صحرايي ) و سواحل درياها
(آلودگي نمکي ) در بالاترين درجات بوجود آمده و چون هوا را با ذرات نيمه هادي آلوده که روي درياها(آلودگي نمکي ) در بالاترين درجات بوجود آمده و چون هوا را با ذرات نيمه هادي آلوده که روي سطح مقره ها مي نشينند لزوماً طول مسافت نشت سطحي بالاتر و کاربرد مقره هاي با فرم و شکل مخصوص متناسب با نوع و کميت آلودگي موجود را طلب مي نمايد.
(مقره هاي آئروديناميک و مهي و غيره ) در اين موارد بازديدهاي منظم وسرويس هاي دوره اي وشستشوي مقره ها از آلودگي هاي تشکيل شده الزامي مي باشد. انجام اين روش ها در رابطه با خط جاده نائين کوهپايه اشکالات فوق الذکر را به حداقل ممکن رسانيده است . بعلت افزايش سطوح آلودگي هاي صنعتي نسبت به قبل خطوط انتقال و توزيع نيروي جديد بايستي براي سطح آلودگي بيشتري نسبت به خطوط قديمي طراحي گردند.
مقره شيشه اي معمولي خط سيمان اصفهان مقره معمولي سوراخ شده خط کوهپايه پوشيده از آلودگي سنگين ناشي از کارخانه ناشي از آلودگي ترکيبي صحرايي -صنعتي سيمان
٢- خوردگي (corrosion)
خوردگي اجزاء فلزي خطوط در شرايط محيطي نامناسب و يا در شرايطي که روشهاي حفاظت در مقابل خوردگي کافي نباشند باعث کاهش تدريجي مقاومت مکانيکي وهدايت الکتريکي عناصير خطوط مي گردد. که اولي نهايتاً به شکست مکانيکي انجاميده و دومي باعث افزايش مقاومت الکتريکي و تغيير مشخصات الکتريکي خطوط مي گردد: (محصولات خوردگي عموماً داراي مقاومت مکانيکي کم و مقاومت الکتريکي بالا مي باشند).
در واقع خوردگي پروسس الکترو شيميايي فلزات است که اکسيده مي شود، وقتي يک فلز در فعل وانفعالات شيميايي الکترون از دست بدهد اکسيده مي شود وبعنوان مثال معادلات زير بيان کننده اکسيداسيون آهن و تبديل آن به يون آهن و سپس تشکيل
زنگ آهن (محصول خوردگي آهن ) مي باشد.
هيدرواکسيد فرو ناپايدار بوده و به هيدراکسيد فريک تبديل مي گردد.
باين ترتيب آهن در مجاورت اکسيژن ورطوبت خورده مي شود – در عمل مقدار کمي رطوبت باعث شروع پروسه خوردگي مي شود بنابراين رطوبت موجود در هوا باعث خوردگي قطعات فولادي و چدني مي گردد و در خاک بعلت وجود اکسيژن محلول و رطوبت زياد سرعت خوردگي شديدتر است .
در ذيل اهم انواع خوردگي که در رابطه با عناصر خطوط انتقال و توزيع نيرو بيشترين مصداق را دارا مي باشند مورد بررسي قرار مي دهيم .
١-٢- خوردگي کالوانيکي (calvanic corrosion)
وقتي دو فلز غير همجنس درکنار يکديگر قرار گيرند والکتروليتي بين آنها موجود باشد در واقع يک پيل ساده تشکيل داده جريانگالوانيکي بين دو فلز برقرار مي شود. اين جريان گالوانيکي باعث خوردگي تدريجي فلزي مي شود که آند شده است جدول EMF استاندارد فلزات نسبت به هيدروژن بصورت زير مي باشد.
سرعت خوردگي گالوانيکي با مقدار عددي اختلاف EMF دو فلز و با هدايت الکتريکي الکترونيک مناسب باشد . و باين ترتيب براي دو فلز مس و آلمينيوم که اختلاف EMF بالايي دارند وهمچنين در هواي شديداً آلوده (الکتروليت خوب ) سرعت خوردگي زياد مي باشد. معمولاًً فلزي که مقاومت کمتري نسبت به محيط مورد نظر دارد آند مي شود، بعضي وقتها پتانسيل يک زوج گالوانيکي در يک محيط ديگر عکس مي شود.
رفتار عمومي فولاد و روي در محيط هاي مختلف نشان مي دهد که هر يک به تنهايي خورده مي شوند ولي هنگاميکه آنها را بهم متصل سازند روي خورده مي شود و فولاد حفاظت مي شود و در اينحالت روي بعنوان آند فدا شونده SACRITIFICAL) (ANODE عمل مي نمايد.
در رابطه با قطعات فولادي برج و يراق آلات چدني و فولادي روش پوشش گالوانيزه گرم با ZN علاوه بر اينکه يک پوشش مناسب جهت حفاظت فولاد در مقابل تأثير عوامل خورنده محيط مي باشد ضمناً بعلت خصوصيت آند فدا شونده ZNدر مقابل فولاد در محلهاي خراش و سائيدگي هاي پوشش که دراثر حمل و نصب وغيره بعضاً بوجود مي آيد، نيز فولاد را در مقابل خوردگي محافظت مي نمايد. در نواحي داراي آلودگي مرطوب استفاده از پوشش ZN-AL که داراي ٥% آلومينيم باشد
مقاومت بمراتب بالاتري در مقابل خوردگي براي قطعات فولادي وچدني بوجود مي آورد. چون آلومينيم از عکس العمل شيميايي بين رسوبات آلودگي و پوشش ممانعت بعمل مي آورد.
مناطق آلوده صنعتي و استانهاي ساحلي کشور بعلت کندانس بخار آب حاوي نمک بيشتر از سايرمناطق در معرض اين نوع خوردگي وانواع ديگر آن قرار دارند.
در اين مناطق چون هاديهاي ACSR که داراي مغز فولاد .C.S (گالوانيزه گرم با ZN) مي باشند اتصال بين لايه هاي آلومينيومي با پوشش ZN مغز فولاد باعث تشکيل پيل گالوانيکي و آند شدن آلومينيم نسبت به روي مي گردد، موجب خوردگي تدريجي رشته هاي آلومينيومي شده و براي جلوگيري از خوردگي رشته هاي آلومينيومي بايستي مغز فولاد آلموولد يعني هادي (ACSR)AS و هاديهاي مشابه مورد استفاده قرار گيرد.
عبور جريان هاي نشتي و القايي از اجزاء فلزي خطوط مانند پين مقره هاي بشقابي و خصوصاً قسمت هاي داخل خاک (مانند سيستم ارتينگ ) باعث خوردگي گالوانيکي مي گردد.
خوردگي گالوانيکي در محل اتصال دو فلز شديدتر است و با دور شدن از سطح تماس خوردگي کمتر مي شود عامل ديگر در خوردگي گالوانيکي اثر سطح يا نسبت سطح کاتد به آند مي باشد هرچه دانسيته جريان در يک منطقه آندي بزرگ باشد سرعت خوردگي بيشتر مي باشد و بالعکس و باين ترتيب چون پين مقره هاي بشقابي در مناطق آلوده و ساحلي در معرض خوردگي گالوانيکي ناشي از مؤلفه DC جريان خزنده سطحي مي باشند استفاده از رينگ خالص روي در اطراف پين مقره درناحيه همجوار با سير عايق علاوه بر خصوصيت آند فدا شونده ZN بعلت افزايش سطح جريان (کاهش دانسيته جريان در محل پين ) نقش مهمي در جلوگيري از خوردگي پين را ايقاء مي نمايد.
مهمترين روش هايي که براي جلوگيري از خوردگي گالوانيکي اجزاء خطوط بکار مي رود عبارتند از:
- افزايش سطح آند (کاهش دانسيته جريان گالوانيکي که باعث کاهش سرعت خوردگي مي گردد)
- استفاده از پوشش مناسب سطحي (پوشش روي وغيره )
- پرهيز از تماس فلزاتي که در جدول گالوانيکي نسبت به يکديگر نزديک نمي باشند (مانند تماس مس و آلومينيوم )
- فلزات غير همجنس را هرجا که ممکن است از يکديگر عايق ساخته ، نوار پيچي ورنگ مقاومت الکتريکي مدار را زياد مي نمايد (مانند اتصال سيم مسي به فولاد وغيره )
- در رابطه با فلزاتي که در جدول گالوانيکي دور از يکديگر قرار دارنداز اتصالات پيچ و مهره اي پرهيز گردد(ازاتصال
جوشيو يا CLADING و غيره استفاده گردد)
٢-٢- خوردگي شياري (crevice corrosion)
