بخشی از مقاله
چکیده:
بعضی از قطعیهای ناخواسته خطوط انتقال هوایی در ساعات اولیه صبح و به دلیل تخلیه الکتریکی بر روی مقرههای آلوده و مرطوب رخ میدهد. در این مقاله به بررسی عوامل ایجاد رطوبت بر روی مقرهها میپردازیم. عمدتا رطوبت موجود بر سطوح مقرهها ناشی از نشست شبنم، بارانهای نمنم در اوایل صبح و مه در ساعات مختلف شبانه روز میباشد.
سرعت باد نیز میتوان به عنوان یک عامل مستقل به روند نشست رطوبت بر سطح مقره، تاثیرگذار باشد. در این مقاله به بررسی تمامی عوامل خارجی تاثیرگذار در کنار یکدیگر، و تاثیر این موضوع بر قطعیهای ناخواسته خطوط انتقال هوایی میپردازیم. در نهایت، پس از بررسی و مطالعات صورت گرفته شده، متوجه شدیم که بیشترین نشست رطوبت در سرعت باد 2 الی 3 متر بر ثانیه رخ میدهد.
.1 مقدمه
امروزه، انتقال انرژی الکتریکی به کمک خطوط انتقال هوایی مقرون به صرفه ترین روش می باشد . متأسفانه تاثیرات شرایط محیطی به کاهش ضریب اطمینان انتقال انرژی الکتریکی منجر می شود . قطعی های ناخواسته خطوط انتقال هوایی به تخلیه الکتریکی مقره ها و فاصله هوایی بین هادی و پایه دکل بستگی دارد .
عمده این اتفاقات در ساعات اولیه صبح رخ می دهد و معمولا دو دلیل اصلی دارد . یکی دخالت پرندگان [1-4] و دیگری تخلیه الکتریکی زنجیره های مقره ای است که ناشی از نشست رطوبت ناشی شده از مه، شبنم و باران های نم نم صورت می گیرد
همانطور که مشاهده می کنید، این دلایل کاملا از یکدیگر جدا هستند اما در واقع شناسایی آنها در عمل اصلا کار ساده ای نیست . در بعضی موارد، ترکیبی از مورد اول و دوم و یا حتی موارد خاص موجب قطعی خطوط انتقال هوایی می شوند.
در این مقاله به تحلیل و بررسی دلایل قطعی ذکر شده می پردازیم .
از طرفی، تجربیات امروزه حاکی از غیر قابل شرح دادن درصد عظیمی از دلایل قطعی های خطوط انتقال هوایی است . با توجه به [9] و بررسی سیستم های با ولتاژ مختلف، 15 الی 30 درصد از قطعی های خطوط انتقال هوایی، دلایل ناشناخته ای دارند . این قطعی ها بیشتر در محل هایی که مقره ها در شرایط نرمال خط و در حضور مه، آلودگی کمتری داشته باشند، اتفاق می افتد .
در ادامه موارد گفته شده، نویسنده [9] ، استفاده از مکانیزم آبشاری تخلیه الکتریکی را که از تخلیه الکتریکی جزئی یک مقره خشک درون زنجیره شروع می شود را پیشنهاد می کند . ما نیز فرض می کنیم که در تمامی موارد با شروع مرطوب شدن لایه آلوده سطح مقره، جریان نشتی افزایش می یابد . بنابراین هدف از این کار، در نظر گرفتن پروسه مرطوب شدن عایق ها به عنوان یک فاکتور مهم و بررسی تاثیر آن بر روی تخلیه الکتریکی و در نهایت قطعی خطوط انتقال هوایی است .
.2 بررسی تاثیرگذاری شرایط جوی
اطلاعات مربوط به قطعی های ناخواسته چهار خط انتقال هوایی 110 KV با طول 492 KM به مدت 5 سال مورد بررسی قرار گرفت . تعداد قطعی های کل این دوره زمانی 275 بار بود و تقریبا بیشتر از 50 درصد این میزان 137 - بار - ، دلایل ناشناخته ای داشته اند . گفتنی است که سطح عایقی این خطوط برابر با 17 و میانگین نسبت ESDD/NSDD معادل 0.01±0.05 / 0.06±0.04 2 است . باید به این نکته توجه داشت که 5 درصد مقره های شیشه ای این خطوط با مدل های کامپوزیتی عوض شده است و به کمک دخالت پرندگان، مورد آزمایش تخلیه الکتریکی قرار گرفته اند .
گفتنی است که یک زنجیره مقره ای این خط، از هشت بشقاب و یک پین مقره شیشه ای و یک مقره پلیمری تشکیل و در شرایط مختلف جوی - مرطوب و خشک - ، به کمک دخالت پرندگان مورد آزمایش قرار گرفتند . ولتاژ تخلیه الکتریکی در شرایط جوی خشک برابر با 340 و 312 کیلو ولت اندازه گیری شد . اما در شرایط جوی مرطوب در برابر 80 و 200 کیلو ولت AC مقاومت کردند . بعضی از مقره های شیشه ای را طبق استاندارد IEC در یک محفظه با کنترل بر روی مه مورد آزمایش قرار داده اند .[10-11] همچنین همین مقره ها به کمک ماشین شبیه ساز مه مورد آزمایش قرار گرفته اند . نتایج و مقادیر تخلیه الکتریکی هر دو آزمایش، دو برابر یا بیشتر از ولتاژ اعمالی بود .
در راستای درک دلیل تخلیه الکتریکی مقره ها در ولتاژ اعمالی، مجبور به مطالعه تاثیرات شرایط آب و هوایی بر روی قطعی خطوط انتقال هوایی هستیم . برای بررسی شرایط جوی تنها از دو فاکتور رطوبت نسبی و سرعت باد استفاده می کنیم . رطوبت نسبی هوا به طور مستقیم با مقدار تراکم رطوبت سطح مقره رابطه دارد . و گفتنی است که برای اشباع کامل لایه آلودگی نیاز به مقدار زیادی از رطوبت نسبی در کنار باران و مه داریم . معمولا هوای مرطوب در ادامه یک روز گرم اتفاق می افتد .
بدیهی ا ست که تبخیر آب از خاک در یک روز گرم نتیجه ای جز مقدار زیاد رطوبت هوا را در پی نخوا هد داشت و این میزان حداکثر تا 15 3 یا بیشتر م یل می ک ند . از طرف دیگر، شبنم در ازای ا فت د مای هوا ات فاق می افتد . از این رو تغییرات در دما ، احتمال تخلیه الکتریکی را افزایش می دهد . اما تنها از رطوبت نسبی به عنوان فاکتور تاثیر گذار بر مرطوب شدن مقره ها یاد می کنیم . در مقابل، سرعت باد می تواند به عنوان یک فاکتور مستقل بر این روند تاثیر بگذارد .
به طور مثال، در سرعت بالای باد هیچ شبنمی نمی توا ند بر روی سطح مقره بنشی ند و در م قا بل در صورت عدم وجود باد، شرایط برای نشست شبنم مه یا تر می شود . بنابراین، رطوبت بیشتر بر سطح مقره ها نیازمند یک هوای مرطوب با عدم حضور باد یا حداقل سرعت می باشد . با توجه به دلایل گفته شده، احتمال ماکزیمم تخلیه الکتریکی در بع ضی از سرعت های خاص بی شتر از دیگر حالت ها ا ست . اطلاعاتی نظیر دما، ف شار، رطوبت نسبی و دیگر پارامترهایی که در چهار وعده در شبانه روز اندازه گیری شده اند، را از نزدیکترین ایستگاه هواشناسی دریافت کردیم .
هیچ یک از قطعی خطوط در زمان های اندازه گیری رخ نداد و اطلاعات تقریبا به صورت خطی تغییر می کردند . تمام 137 بار قطعی خطوط را با شرایط جوی گفته شده مورد پردازش قرار دادیم، و در شکل شماره 1 تاثیر گذاری رطوبت F و سرعت باد V بر روی عوامل خاص P نشان داده است .
شکل . 1 تعداد قطعی های ناخواسته خطوط انتقال هوایی بر حسب رطوبت هوا و سرعت باد
همانطور که مشاهده می شود بیشترین تعداد قطعی خطوط انتقال هوایی در سرعت 2 ، و تقریبا %80 از کل قطعی های خطوط در حداکثر سرعت 4 رخ داده است . بنابراین، شواهد و مطالعات نشان می دهد که بیشترین احتمال قطعی خطوط انتقال هوایی با شرایط زیر ارتباط دارد :
-کاهش دما پس از یک روز گرم و حداقل این افت دما تا 24 ساعت به طول بیانجامد .
- هوا از رطوبت بالای %82 برخورد دار باشد .
- سرعت باد بین 2 الی 3 متر بر ثانیه باشد .
در این نتیجه گیری باید دقت دا شته با شیم که این اطلاعات از یک ای ستگاه هوا شنا سی دریافت شده ا ست . به همین دلیل، افزایش رطوبت در جنگل ها، افت رطوبت در مناطق با ارتفاع کمتر را می بای ست در محا سبات لحاظ کرد . نکات گفته شده در مورد رطوبت، در مورد سرعت باد نیز صدق می کند و بایستی این تغییرات را نیز، اعمال کرد .
3 مدل قطره
در واقع، تخلیه الکتریکی یا تحمل کردن مقره های خطوط را می توان به عنوان نتایج مقابله مرطوب سازی سطح مقره به کمک رطوبت و آلودگی محیطی تحت هر شرایط جوی و خشک کردن همین سطح مقره با گرمای جریان نشتی در نظر گرفت . می توان گفت که بیشترین رطوبت موجود در لایه آلوده، با حداقل ولتاژ تخلیه الکتریکی ارتباط دارد . و بالطبع روند نشست رطوبت بر سطح مقره ها، با مقدار رطوبت موجود در هوا ارتباط مستقیم دارد . در ادامه به بررسی و تحلیل چگونه مرطوب شدن سطوح مقره ها با انواع مه ها را توضیح می دهیم .
م شکلات گرم شدن و انب ساط در جریان های دو فازه را نوی سنده [13] مورد مطالعه و برر سی قرار داده ا ست . مدل ساده شده مقره های مرطوب نا شی از جریان های مه [14] بر ا ساس مکانیزم ن ش ست قطره ارائه شده ا ست . پرو سه ن ش ست قطرات آب از مه بر روی سطوح مقره هایی به ابعاد مشخص R، قطر r و رطوبت هوا و جریان هوا بستگی دارد .
شکل 2 ، نتایج محاسبات جریان آب بر روی سطح مقره در زمان وجود مه و باران نم نم در سرعت های مختلف باد را به نمایش می گذارد .
شکل . 2 جریان آب بر روی سطح مقره در مه فرارفتی - - 1،مه تابشی - - 2 و باران های نم نم - - 3 در سرعت های مختلف باد
این محا سبات برای چندین نوع مه مختلف انجام شده ا ست . مه فرارفتی مهی ا ست که بر ا ساس جریان هوای گرم و مرطوب در بالای یک سطح سرد رخ می دهد و مه تاب شی مهی ا ست که در ارتفاع کمی از زمین قرار دارد و سرد شده ا ست . با توجه به شکل، م شاهده می شود که مقدار رطوبت سطح مقره با افزایش سرعت باد در مه فرارفتی بیشتر است .
از نتایج مشاهده شده در شکل شماره 2 می توان برداشت کرد که، شدت رطوبت سطح مقره در رنج سرعتی صفر تا 2 متر بر ثانیه که ناشی از باران نم نم می باشد بیشتر از مه فرارفتی است
