بخشی از مقاله
تحلیل، طبقه بندی ومقایسه علل شروع تخلیه جزئی در پستهای فشار قوی GIS
چکیده
در سالهای اخیر پستهای فشار قوی GIS به طور گسترده در سیستمهای انتقال فشارقوی به کار رفتهاند. یکی از مشکلات اساسی که در این پستهای فشار قوی رخ میدهد، تخلیه جزئی بوده که میتواند عمر دستگاهها را کاهش داده، عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد. در این مقاله به بررسی اجمالی پدیده تخلیه جزئی در پستهای فشار قوی GIS پرداخته میشود و مدلهای مختلفی که موجب بروز پدیده تخلیه جزئی میشوند، مورد بحث و بررسی قرار میگیرد. مدلهای ارائه شده شامل ذرات فلزی معلق، برآمدگی در الکترود، وجود ذرات ریز روی عایق رزین اپوکسی و وجود ناحیه تهی در رزین اپوکسی می باشند. پس از معرفی مدلهای فوق به بررسی و مقایسه آنها پرداخته شده و نحوه عملکرد و فرایند رخداد هر کدام به صورت اجمالی شرح داده میشود.
کلمات کلیدی
تخلیه جزئی؛ فشار قوی؛ GIS؛ ذرات فلزی معلق؛ شکست عایقی؛ طیف فرکانسی
-1 مقدمه
پستهای فشار قوی GIS به علت مزایای منحصربفردی که از نظر اشغال فضای کم، نیاز به تعمیرات اندک، عملکرد عایقی بهتر و قابلیت اعتماد بالا دارند در سالهای اخیر استفاده ی زیادی در سیستمهای انتقال توان فشارقوی داشتهاند. با این حال با افزایش ولتاژ و ظرفیت شبکههای قدرت، تجهیزات GIS با مشکلاتی از جمله خطاهای درونی مواجه بودهاند ﱠ1ِ ﱠ2ِ. گاهی شدت میدان الکتریکی در همه فضای بین آند و کاتد یک اندازه نیست، به این معنی که در نزدیکی آند یا کاتد یا در نقطه ای بین آنها، شدت میدان زیاده بوده، شرایط تخلیه در آن قسمتها به وجود میآید؛ حال آنکه در قسمتهای دیگر به دلیل کمی شدت میدان الکتریکی شرایط لازم جهت تخلیه روشن موجود نمیباشد. در این حالت تخلیه در قسمتی یا جزئی از طول عایق انجام میشود و شکست کامل عایق انجام نمیگیرد. به این پدیده تخلیه جزئی میگویند
. شناسایی روشهایی برای بررسی شرایط عایقهای داخلی تحهیزات GIS امری بسیار حیاتی بوده و شناسایی تخلیه جزئی، به عنوان یکی از نقصهای رایج در این پستها نقش مهمی را در نگهداری تجهیزات فشارقوی مانند ترانسفورماتور و پستهای فشار قوی GIS ایفا میکند.
آشکارسازی تخلیه جزئی در حال حاضر موثرترین روش برای شناسایی نقص های رایج در سیستمهای GIS میباشد. تخلیه جزئی میتواند به عنوان یک اعلان خطا یا نمایشگر فرسودگی عایقهای درونی GIS عمل کند. از طرفی همین تخلیه جزئی در صورت عدم کنترل و شناسایی به موقع ممکن است باعث فرسودگی بیشتر عایقهای GIS شده و آسیبهای بیشتری را پدید آورد. نقصهای اولیه عایقهای داخل GIS به علت پدیده تخلیه جزئی را میتوان به صورت موثر از طریق شناسایی تخلیه جزئی بررسی نمود تا از خرابیهای بیشتر جلوگیری کرده و قابلیت اعتماد GIS بیشتر شود .[4]
در حوزه شناسایی و عیبیابی تخلیه جزئی در چند سال اخیر تحقیقات زیادی انجام شده، پیشرفت زیادی در زمینه شناسایی نوع تخلیه جزئی، محل وقوع تخلیه جزئی و بهسازی ساختار عایق صورت گرفته است .[5] از طرفی تحقیقات کمتری در زمینه عیب یابی و ارزیابی شدت تخلیه جزئی انجام شده است. از آنجا که برای عیبیابی و ارزیابی شدت تخلیه جزئی در پستهای GIS شناخت مکان و نوع تخلیه جزئی امری حیاتی محسوب میشود، اکتساب دانش دقیق در مورد شدت تخلیه جزئی نیز بسیار ضروری میباشد. به دلیل اینکه دامنه تخلیه جزئی به تنهایی برای پی بردن به شدت تخلیه کافی نیست، عیبیابی و ارزیابی شدت تخلیه جزئی به عنوان یک چالش حل نشده در شناسایی خطاهای داخلی GIS باقی میماند.
در این مقاله چهار منشا رایج که موجب ایجاد تخلیه جزئی در پستهای GIS (شامل فلز شناور، برآمدگی در الکترود، وجود ذرات روی عایق رزین اپوکسی و وجود ناحیه تهی در رزین اپوکسی) بررسی شده و خصوصیات آنها با هم مقایسه میشوند.
-2 پستهای GIS و جایگاه آزمون تخلیه جزئی
بر اساس استاندارد ,(& تخلیه جزئی یک نوع تخلیه الکتریکی متمرکز است که میان الکترودهای رسانا به وجود می آید. تخلیه جزئی عموما نتیجه تمرکز تنش الکتریکی در یک نقطه خاص از عایق، در داخل و یا روی سطح آن است. معمولا چنین تخلیههایی به شکل پالسهایی در طول بازه زمانی کمتر از چند میکروثانیه ظاهر می شوند. در اکثر مواقع شکل تخلیه موجود در عایقهای گازی به صورت تخلیه-های بدون پالسی صورت می پذیرد.
تخلیه جزئی معمولا یکی از منابع اصلی ایجاد خطا در عایق پستهای فشار قوی (*,6) به شمار می رود. بنابراین شناسایی منابع و محل وقوع آن از اهمیت ویژهای برخوردار است و برای بازگشت به عملکرد عادی بعد از شکست عایقی، پایش تخلیه جزئی بسیار مهم است ﱠ=ِ. به منظور تضمین قابلیت اعتماد و امنیت پست های فشارقوی (*,6) روش های متفاوتی برای شناخت منابع تخلیه جزئی از جمله اعمال ولتاژ ضربه و روش 8+) استفاده می شود. روشهای مرسوم تحلیل تخلیه جزئی شامل تبدیل فوریه برای دستیابی به طیف فرکانسی و روش فیلتر برای تحلیل در حوزه زمان هستند.
برای آزمایش تخلیه جزئی از آزمونهای نوعی، ویژه و کارخانهای استفاده می شود . در اکثر مواقع شکست الکتریکی در ادوات فشار قوی بخاطر تنشهای حرارتی، مکانیکی و یا الکتریکی صورت می پذیرد و چون تخلیه جزئی هم علامتی برای شکست عایقی و آسیب دیدن بیشتر عایق است، لذا آشکار سازی تخلیه جزیی وضعیت عایقی و مسائل مربوط به تشخیص آن در عایقهای ادوات فشارقوی را نشان میدهد . شکل (1) مدار معادل تخلیه جزئی را نشان میدهد. با افزایش ولتاژ بین ترمینال در یک ولتاژ مشخص تخلیه جزئی شروع می شود. زمانی که کلید 6 بسته باشد جریان تخلیه ic برای یک زمان بسیار کوتاه در مدار برقرار می گردد و مقاومت Rc مقدار جریان را محدود می کند.
جدول (1) انواع تخلیه جزئی، روشهای آشکارسازی، مزایا و آزمایش-های مختلف مربوط به آن را نمایش میدهد.
-3 مروری بر علل وقوع تخلیه جزئی در پستهای فشارقوی GIS
تخلیه جزیی در پستهای فشار قوی GIS میتواند به علل مختلفی رخ دهد که هر کدام دارای خصوصیات منحصر بفردی میباشند. این چهار مدل بیشترین سهم را در میان باقی منابع ایجاد تخلیه جزئی در GIS دارند.
-1-3 ذرات فلزی معلق
آمارها از قابلیت اعتماد عایق GIS نشان میدهند که ذرات فلزی سهم زیادی از تخلیه جزیی را برعهده دارند . ذرات ریز فلزی به طور اجتناب ناپذیری در هنگام تولید، مونتاژ، انتقال و عملیات کلیدزنی تجهیزات GIS ایجاد میشوند ﱠ10ِ. حرکت آزاد این ذرات ریز فلزی به طور گسترده ای عملکرد عایقی تجهیزات GIS را کاهش میدهد. زمانی که اجزای ریز فلزی در نزدیکی سطح عایق حرکت میکنند، میدان الکتریکی محلی ایجاد شده و در نتیجه تا حد زیادی تخلیه ناخواسته ولتاژ سطحی را کاهش می دهد. به عبارت دیگر حرکت ذرات ریز فلزی میتواند منجر به دو نوع خرابی عایق GIS شود. گاز SF6 و تخلیه ناخواسته عایقها. به دلیل اینکه تخلیه ناخواسته ولتاژ در عایق بسیار کمتر از شکست ولتاژ در گاز SF6 می باشد، شانس بیشتری برای ذرات فلزی معلق برای راه اندازی خرابی در عایقهای GIS به وجود میآید. شکل -2)الف) نقش ذرات فلزی معلق در شروع پدیده تخلیه جزئی را نشان میدهد.
-2-3 برآمدگی در الکترود
تخلیه جزئی ناشی از برآمدگی در الکترود فشارقوی در پستهای GIS در سه مقیاس مختلف (شامل تخلیه ناچیز، تخلیه متوسط و تخلیه خطرناک) صورت میگیرد .[5] برای تخلیه جزئی ناشی از برآمدگی الکترود فشارقوی در سطح عایق GIS، به ازای مقیاسهای مختلف، خصوصیات توزیع فاز و ویژگیهای طیفی تخلیه جزئی میتواند به عنوان معیاری برای ارزیابی و عیبیابی شدت تخلیه جزئی به کار برده شود. شکل -2)ب) نقش برآمدگی الکترود در شروع تخلیه جزئی را نشان میدهد.
-3-3 ذره روی رزین اپوکسی
رزین اپوکسی یکی از عایقهای موجود در GIS بوده که نقش بسیار تعیین کنندهای در عایقسازی قسمتهای مختلف GIS از جمله دژنگتور دارد ﱠ{ِ. گاه پیش میآید که وجود ذرات فلزی و هر نوع رسانای دیگری روی سطوح این مواد عایقی باعث ایجاد پدیده تخلیه جزئی شده تا به فرایند فرسودگی و تخریب عایقها سرعت بخشیده و روی کارکرد تجهیزات تاثیر بگذارد. شکل -2)ج) تاثیر وجود ذرات روی رزین اپوکسی در شروع تخلیه جزئی را نشان میدهد.
-4-3 ناحیه تهی در رزین اپوکسی
تخلیه جزئی در ناحیه تهی موجود در مواد سازنده عایقها و یا بین مواد رابط بین الکترودهای فلزی و عایقها یکی از عوامل مهمی بوده که میتواند طول عمر ادوات و عایقهای GIS تاثیر گذارد ﱠ66ِ. لذا تشخیص مکان و اندازه ناحیه تهی و عیب یابی و ارزیابی سطح فرورفتگی ناحیه تهی میتواند بسیار حیاتی باشد. این ناحیه تهی معمولا در ماده رزین اپوکسی به عنوان یکی از عایقهای GIS پدید آمده و از این رو میتواند موجب فرسودگی زودتر از موعد عایقهای GIS گردد، لذا شناسایی به موقع و عیبیابی آن میبایست انجام پذیرد. شکل -2)د) تاثیر وجود ناحیه تهی در عایق رزین اپوکسی را نشان میدهد.
-4 بررسی و مقایسه علل شروع تخلیه جزئی
عموما برای مقایسه مدلهای ارائه شدهی تخلیه جزئی، پارامترهای مختلفی از جمله تغییرات دامنه، طیف فرکانسی، نرخ توزیع انرژی و ولتاژ شروع بررسی میشوند. با استفاده از روش 8+) مشاهده میشود که در تخلیه جزئی باند فرکانسی بسیار عریض بوده و از صدها تا را شامل میشود، اما مولفههای اصلی از تا را در بر میگیرند و مولفههای بالای به سرعت میرا میشوند، بنابراین مولفههای کمتر از برای ردیابی این پدیده مهمتر هستند.
با افزایش ضخامت ذرات فلزی معلق، ولتاژ شروع کاهش یافته، توزیع دامنه گستردهتر و عرض باند فرکانسی کمتر و نرخ انرژی سیگنالهای بالاگذر بیشتر میشود.
بر خلاف ذرات فلزی معلق، در برآمدگی الکترود با افزایش ضخامت، ولتاژ شروع افزایش مییابد. عرض باند فرکانسی کمتر، توزیع دامنه گستردهتر و نرخ انرژی سیگنالهای بالاگذر کاهش مییابد.
