اقرأ في هذا المقال
- أهمية الأقواس السطحية منخفضة التيار في شبكات توزيع الكهرباء
- الإعداد التجريبي وإجراء اختبارات الأقواس السطحية
- نتائج الاختبار الخاص بإجراء اختبارات الأقواس السطحية
أهمية الأقواس السطحية منخفضة التيار في شبكات توزيع الكهرباء
يعتبر العمر الافتراضي للعزل الخارجي في ظل تيارات تسرب منخفضة السعة بمثابة مصدر قلق لموثوقية شبكات توزيع الكهرباء على المدى الطويل، بحيث تخضع عناصر الخطوط العلوية مثل العوازل وكابلات (ADSS) (كل العوازل والكابلات ذاتية الدعم) للمجالات الكهربائية وتيارات التسرب والتفريغ السطحي الناتج مثل أقواس النطاق الجاف، كما تؤدي الأقواس الكهربائية إلى التآكل والضرر الكيميائي وبالتالي تقليل موثوقية مواد العزل البوليمرية.
أيضاً قد يؤدي هذا في النهاية إلى عطل ميكانيكي للعوازل المركبة، مما يساهم في حدوث أعطال في خط النقل الكهربائي، بحيث تساهم الرطوبة في البيئة الخارجية في عملية التفريغ الكهربائي عن طريق تقليل مقاومة السطح وتشويه المجالات الكهربائية المحلية، كما يمكنه أيضاً خفض جهد العتبة لمضة كهربائية، كذلك يعد الضباب مصدراً رئيسياً لترسب الرطوبة على أصول خطوط النقل.
وعلى وجه الخصوص؛ فإنه تم الإبلاغ عن الأبحاث حول تكوين القوس وشيخوخة البوليمر في كل من الضباب النظيف وضباب الملح، ولكن مع مقارنة محدودة بين الاثنين، وعلاوة على ذلك يجب توخي الحذر بشكل خاص عند تصميم أو اختيار العوازل للمناطق البحرية أو الملوثة حيث ينتشر الضباب الملحي، كما يجب اعتبار هذا كبيئة تلف مختلفة عن مناطق الضباب النظيف، خاصة لنمو التصريفات الكهربائية، ولهذا السبب يصبح فهم تطور الأقواس الكهربائية في بيئات الضباب المختلفة أمراً ضرورياً.
وفي هذا الطرح يتم اختبار عينات العزل في كل من بيئات الضباب النظيف والضباب الملحي، بحيث تركز الدراسات على تطوير أقواس التيار المنخفض، كما وتتم مقارنة ميزات جهد القوس والتيار الكهربائي والطاقة لكلا الاختبارين وتتم أيضاً مقارنة تأثيرات التسخين المتراكمة من القوس على سطح العزل، بحيث لوحظ نسبة تلف أكثر شدة من الأقواس الكهربائية في بيئة الضباب الملحي.
الإعداد التجريبي وإجراء اختبارات الأقواس السطحية
بالنسبة الى ترتيب الاختبار، يوضح الشكل التالي (1) ترتيب الاختبار في بيئة الضباب، بحيث يوفر المحول جهد تيار متردد أحادي الطور يصل إلى 42 كيلو فولت في جانبه الثانوي، كما أنه تم استخدام المقاوم المحدد للتيار (الذي يمثل مقاومة السطح السلبية لسطح عازل) للحد من تيار التسرب إلى أقل من 10 مللي أمبير.
كذلك تم استخدام قضيب مقوى بالألياف الزجاجية بطول(60) سم ومغلف بمطاط السيليكون كعينة اختبار، أيضاًِ تم استخدام هذا الهيكل، والذي يمثل جوهر عازل مركب نموذجي بدون حظائر، وذلك لتبسيط الاختبار، بحيث تم تعليق العينة أفقيًا في غرفة الضباب، وذلك مع توصيل طرف الجهد العالي بالمحول الثانوي عبر المقاوم المحدد للتيار ونهاية الجهد الكهربائي المنخفض المتصلة بالإطار المؤرض عبر مقاوم قياس التيار (1) كيلو أوم.
كما أنه يسمح تخطيط العينة الأفقي بترسيب موحد وثابت للرطوبة، بحيث تم الإبلاغ عن التأثير العميق لإمالة العازل إلى الاتجاه الأفقي وتمكين حركة الرطوبة على السطح، وفي مكان آخر تم تشكيل الوصلات بين دائرة الاختبار والعينة عن طريق لف شريط نحاسي بإحكام حول القضيب، وذلك بفاصل (50) سم.
كما تم إنشاء الضباب في غرفة محكمة الغلق ومقاومة للماء أبعادها (2.57 م × 2.57 م × 2.54 م)، وذلك حسب (L × W × H) وحجم إجمالي (16.8) م3 ، بحيث سمحت نافذة زجاجية مقاس (1.25 م × 0.9 م) بالمراقبة البصرية للتجربة بواسطة مشغل الغرفة، وذلك على الرغم من أن الضباب الكامل يمكن أن يحجب التجربة.
كما أنه تم وضع ست فوهات حول الجدار الداخلي للغرفة ويتم تغذيتها من خط أنابيب الهواء المضغوط وخط أنابيب المياه، كما تم توفير الهواء من ضاغط بقوة قصوى تصل إلى 100 رطل / بوصة مربعة، كذلك تم ضخ الماء من خزان سعة 220 لتراً مملوءاً بمحلول لإنتاج إما ماء نظيف أو ماء مالح تحدده مواصفات الاختبار، بحيث كانت اختبارات الضباب الملحي متوافقة مع (IEC 61109).
الاختبارات في ظروف الضباب النظيف: تم إنتاج ضباب نظيف باستخدام مياه الصنبور، وذلك بتوصيل 600 ميكرو ثانية / سم، بحيث تغير جهد التيار المتردد من (20) كيلو فولت إلى (42) كيلو فولت لكل اختبار فردي، كما أنه كان المقاوم الحالي المحدد حوالي (2 MΩ) وتم تخشين سطح العينة بشكل موحد بورق جلخ لتقليل مقاومة سطحه للماء لتشجيع التصاق الضباب على العينة في وقت قصير، كذلك مكنت تأثيرات ترسب الضباب المستمر وتدرج الجهد العالي عبر العينة من تكوين قوس النطاق الجاف.
الاختبارات في ظروف الملح والضباب: تم تحضير ضباب الملح من الملح (NaCl) الممزوج بالماء لتحقيق موصلية 16000 ميكرو ثانية / سم، وبخلاف ذلك تم نسخ ظروف الاختبار من علبة الضباب النظيف، وذلك بسبب الموصلية العالية للمياه المالحة المترسبة على العازل، بحيث تميل الأقواس إلى الضرب بسرعة كبيرة واستمرت لأكثر من ثلاث ساعات بأطوال قوس مستقرة نسبياً.
نتائج الاختبار الخاص بإجراء اختبارات الأقواس السطحية
تطوير القوس في ظروف الضباب النظيف
يوضح الشكل التالي (2) منحنيات الجهد والتيار المقاسة من بداية الاختبار إلى حالة القوس المستقر قيد التطوير، ونظراً للشكل المشوه لمقاطع التيار المقاسة، ولأن جهد النقطة على الموجة هو الذي يتحكم في خصائص التفريغ، فإنه يتم وصف تيار التسرب أو تيار القوس باستخدام قيم الذروة بدلاً من قيم (RMS)، كما أنه تم تحديد مراحل التطوير التالية:
- في المراحل المبكرة، وعندما لا يزال سطح العينة جافاً، بحيث يمثل تيار التسرب قيمة ذروة تبلغ (14) ميكرو أمبير، وهي منخفضة بسبب الخصائص العازلة الممتازة لمطاط السيليكون، كذلك أيضاً يقود التيار الجهد بمقدار 90 درجة، مما يدل على خاصية سعوية كما هو موضح في الشكل (2-A).
- بعد أن يصبح سطح العينة رطباً بسبب ترسب الضباب، تقل مقاومة السطح ويبدأ تيار التسرب في النمو، وفي غضون ذلك يصبح تيار التسرب تدريجياً في الطور مع الجهد ويتحول من سعوي (لمطاط السيليكون الجاف) إلى مقاوم (للسطح المبلل) كما هو موضح في الشكل (2-B) و (C)، بحيث تكون آثار التيار والجهد في النهاية في طور مع بعضها البعض بعد 220 ثانية، كما ويزيد حجم تيار التسرب بشكل كبير إلى (156) μA كما هو موضح في الشكل (2-D).
- بينما يستمر سطح العينة في أن يصبح أكثر رطوبة مكوناً طبقة سميكة من رواسب الضباب النظيف، بحيث يبدأ تيار التسرب في التشوه بعد (470) ثانية كما هو موضح في الشكل (2-E)، كما توجد تصريفات التيار المنخفض جنباً إلى جنب مع التشوه الحالي، مما يزيد من تيار التسرب من (0.4) مللي أمبير إلى (1.2) مللي أمبير كما هو موضح في الشكل 2 (E) – (F).
- ومع زيادة تيار التسرب فوق (0.8) مللي أمبير، تحدث أقواس النطاق الجاف كما هو موضح في الشكل (2 – F) في البداية، هناك العديد من الأقواس غير المستقرة التي تضرب سطح العينة، ولكن أخيراً يهيمن قوس واحد كما هو موضح في الشكل التالي (3) بعد حوالي 50 دقيقة من تشغيل الاختبار، كما يصبح قوس النطاق الجاف مستقراً مع طول ثابت نسبياً وفلطية قابلة للتكرار وملامح تيار لكل دورة طاقة كما هو موضح في الشكل (2-C).
