تحليل الأشعة تحت الحمراء للومضة الكهربائية على النطاق الجاف للعوازل

أهمية تحليل الومضة الكهربائية باستخدام الأشعة تحت الحمراء

من المعروف أن تكوين الشريط الجاف على طبقة التلوث الرطبة يسبب انخفاضاً كبيراً في مستوى مقاومة العزل الخارجي في بعض المناطق الساحلية والصحراوية والصناعية، وفي مثل هذه البيئات؛ فإنه يتم استخدام التصميمات ذات مسار التسرب المتزايد لتعظيم مسافة الزحف المحددة الموحدة (USCD بالملليمتر / كيلو فولت).

كما تصف المعايير الفنية (IEC / TS 60815–3 -2008) إجراءات اختيار وأبعاد العوازل البوليمرية للبيئات الملوثة، حيث لم يتم تحديد أي اختبارات معملية مثل تلك المتاحة للعوازل الخزفية، وذلك بسبب الصعوبة الملحوظة في تطبيق طلاء تلوث صناعي دون المساس في نفس الوقت بمقاومة السطح للماء.

ومن المعترف به أيضاً أن تحديد الفولتية بطريقة الصعود والهبوط قد يكون غير موثوق به، وذلك نظراً لخطر تدمير الكراهية للماء بواسطة ومضات ضوئية، وبالتالي تقترح المواصفات بدلاً من ذلك أنه يمكن الاتفاق على الاختبارات بين المنفعة والشركة المصنعة.

حيث تبين أنه من الممكن إجراء اختبارات للتمييز دون غموض بين أداء التلوث لعوازل السيليكون والمطاط (11) كيلو فولت لمواد الإسكان المختلفة، أيضاً تحدد بيانات الاختبار هذه العلاقة العكسية بين شدة التلوث وجهد وميض الضوء (FOV).

كما أن استخدام جهد منحدر معدل الارتفاع الثابت في هذه الاختبارات يلغي الحاجة إلى التكرار لأعلى ولأسفل ومضات ضوئية مفرطة، حيث تم العثور على قياسات تسرب التيار الكهربائي لتأكيد العلاقة العكسية بين (FOV) وتيار تسرب ما قبل وميض.

الاختبارات المتعلقة بالنطاق الخاص للعوازل

إجراءات الفحص بالترتيب

• التصنيع الداخلي لعوازل الاختبار من صيغتين مختلفتين من مطاط السيليكون.

• طريقة ترسيب طبقات كثافة رواسب الملح في نطاق (SDD 0.21) إلى (1.15 مجم / سم 2).

• غرفة بحجم (3 م × 2 م × 2 م) يتم فيها إنتاج ضباب نظيف بواسطة فوهات المياه المضغوطة.

• مصدر 150 كيلو فولت أمبير من التصنيف المناسب لتزويد جهد اختبار المنحدر الخطي ومعدل ارتفاع (4) كيلو فولت / دقيقة، وذلك بشرط الحصول على نتائج اختبار قابلة للتكرار، كما أنها تجنبت كل من الخسارة الكبيرة للتلوث السطحي ووقت الاسترداد الطويل بعد ومضة كهربائية، والتي تم اختبارها من خلال اختبار قياسي صعوداً وهبوطاً.

• الحصول على بيانات الجهد والتسرب الحالية ومعالجتها بعد ذلك باستخدام تسجيل فيديو متزامن.

التمثيل الهندسي للعازل

تعتبر أبعاد التشكيل الجانبي (مم) لمجموعات من أربعة عوازل (11) كيلو فولت المصنعة للاختبارات هي:

• طول الزحف L (375).

• قطر الجذع (28).

• قطر السقيفة (90).

• الطول المحوري (175).

بحيث يتم الحصول على توصيل الطبقة (k) للتلوث المنتظم من موصلية التسرب المقاسة (G) وعامل شكل العازل الكهربائي حسب العلاقة:

التسجيل المرئي والأشعة تحت الحمراء

تم تعزيز مرافق القسم 2.1 بواسطة كاميرا (FLIR A325) بمدى طيفي يتراوح من 7.5 إلى 13 ميكرومتر بدقة صورة تبلغ (320 × 240) بكسل، بحيث يبلغ الحد الأقصى لتردد التصوير (60 إطاراً / ثانية)، وقد أتاح ذلك تسجيل التغيرات في درجة حرارة سطح العازل بشكل متزامن مع تيار التسرب والجهد المطبق خلال الاختبارات.

كما تمت معايرة دقة قياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء في بيئة الضباب لتكون (± 0.5) درجة مئوية، وذلك باستخدام عازل اختبار مسخن مسبقاً عند 40 درجة مئوية، حيث كانت الظروف المعملية خارج الغرفة قريبة من قيم مستوى سطح البحر العادية البالغة (18-22) درجة مئوية و (98-102) كيلو باسكال و(10-12) جم / م³ في جميع الاختبارات.

كذلك تم تبريد درجة حرارة الضباب المشبع داخل الحجرة قليلاً عن طريق الحقن بالرش وكانت في حدود (16-18) درجة مئوية، وذلك بالإضافة إلى تسجيلات الفيديو الموصوفة في، بحيث تم استخدام كاميرا (نيكون D700) الرقمية والمتطورة ذات البعد البؤري (200) مم مع وقت تعريض طويل لاكتشاف عمليات تفريغ الدفق منخفضة السطوع.

النتائج المتعلقة بالنطاق الخاص للعوازل

تم اختبار أربعة إلى ستة عوازل في كل من مستويات التلوث (SDD) الأربعة ويتألف كل اختبار من سلسلة تصل إلى عشرة جهد المنحدر، حيث أن النتائج أدناه هي أمثلة نموذجية من منحدرات مختلفة خلال سلسلة عند (SDD 0.64) مجم / سم 2.

بداية النطاق الجاف وتطويره

قبل تشكيل الشريط الجاف: بحيث يتم تحقيق أقصى قدر من موصلية التسرب المقاسة (G) عادةً بعد (20-30) دقيقة من الترطيب في حجرة الضباب النظيف، ولها قيمة من (1 µS) لـ (SDD) تبلغ 0.64 مجم / سم 2، كما يتم الحصول على أقصى توصيل لطبقة التلوث المقابلة من المعادلة السابقة ليكون تقريباً يساوي (2.8) ميكرو ثانية.

بداية النطاقات الجافة: يوضح الشكل التالي (A) الخطوات الأولية لاختبار منحدر الجهد الكامل، والذي تم تطبيقه على عازل مبلل بالكامل، لذلك لم يحقق نظام التحكم في الجهد الكهربائي في هذه المرحلة معدل الحالة المستقرة البالغ (10 × 400) فولت خطوة / دقيقة.

كما يوضح الجزء الثاني من الشكل تيار التسرب الناتج، وبالنسبة للخطوتين الأوليين للجهد، لذلك يتم الحفاظ على توصيل التسرب ثابتاً عند حوالي (1.25-μS)، كما وتم عرض مقاطع الجذع بواسطة كاميرا الأشعة تحت الحمراء لتسخينها بشكل موحد، مما أكد أن توصيل طبقة التلوث (k) كان أيضاً منتظماً.

لذلك؛ فإنه يتم تغيير هذا من خلال خطوة جهد أخرى إلى (1.6) كيلو فولت، مما يؤدي قريباً إلى انخفاض التوصيل بحوالي (0.3) ميكرو ثانية عند (2) كيلو فولت، بحيث يقع التسرب الكهربائي في غضون (2) ثانية إلى (0.25) درجة مئوية أو أقل.

تطوير النطاق الجاف: يوضح الشكل التالي تطور العصابات الجافة في أقسام جذع العازل العلوي والمتوسط أثناء اختبار جهد المنحدر، حيث يتم تشكيل حلقة ساخنة (شريط جاف) على الجذع الأوسط بجهد منخفض (2 كيلو فولت)، لذلك يضيء هذا مع زيادة الجهد (الشكل التالي عند 4.5 كيلو فولت و 7 كيلو فولت و 9.4 كيلو فولت) حتى في هذه الحالة عند (14.6) كيلو فولت.

كما يتشكل شريط جاف ثاني أسفل الأول مباشرة على نفس الجذع، ومع تشكيل النطاق الثالث على الجذع العلوي، خاصةً عند (27.1) كيلو فولت؛ فإنه توجد هناك خمسة نطاقات، وذلك على الرغم من أنه في هذه الحالة لا يوجد أي شكل في ثالث أدنى قسم في صندوق الأمتعة قبل حدوث وميض عند (27.5) كيلو فولت.

وأخيراً يكشف التصوير بالأشعة تحت الحمراء عن التطور التفصيلي للعصابات الجافة التي عادة ما تكون غير مرئية للمراقبة، بحيث يكفي تيار تسرب يبلغ بضعة مللي أمبير فقط لإنشاء أول شريط جاف، وبالنسبة لنطاق مستويات الملوحة في الاختبارات؛ فإنه تكون درجة حرارة سطح طبقة التلوث في العصابات الجافة ببضع درجات مئوية فوق المحيط.

كما تشير المقارنة بين الانبعاثات المرئية والأشعة تحت الحمراء إلى أن تفريغ النطاق الجاف ضروري لبدء أقواس جزئية ممتدة ذات تيار أعلى، بحيث ترتبط هذه المناطق في كثير من الأحيان أو تمتد عبر مناطق النطاق الجاف، ومع ذلك في حالة تطور عدد من النطاقات الجافة؛ فغنه يمكن تقليل نشاط القوس الجزئي قبل حدوث ومضة كهربائية.

لذلك يستخدم المؤلفون حالياً البيانات الحرارية والكهربائية من هذه الاختبارات لتحسين النماذج الحالية والبديلة من وميض العوازل الملوثة، كذلك من الممكن التمييز وتحديد الكميات المفقودة بالحمل الحراري والتبخر المرتبطة بتبديد طاقة تيار التسرب وتقدير التشوه الناتج عن تدرج الجهد على طول العازل الملوث.