جهد وميض التيار المتردد للعوازل المعلقة والتحقيق التجريبي

أهمية التحقيق في وميض التيار المتردد للعوازل المعلقة

الفلاش (الوميض) في العوازل الملوثة يهدد التشغيل الآمن والمستقر لأنظمة القدرة، وذلك بسبب تلوث الغلاف الجوي، بحيث يتراكم التلوث على سطح العوازل التي تعمل في البيئات الخارجية، وذلك بعد التعرض الطويل، كما يمكن أن يكون التلوث على سطح العازل شديداً.

لذلك تصبح الموثوقية طويلة المدى للعزل الكهربائي غير مؤكدة في حالة تلوث الماء أو الهواء، أي أن التلوث يؤثر على الأداء الكهربائي لمعدات نقل الطاقة عند تعرضها لظروف جوية معاكسة، وفي معظم المناطق الساحلية؛ فقد يتسبب تصادم مياه البحر وارتفاع المد والجزر على الساحل في انتشار قطرات الملح والفقاعات في مياه البحر في الهواء، مما يؤدي في النهاية إلى ضباب الملح.

وفي جنوب الصين مثلاً؛ فإنه تم تركيب عدد كبير من عوازل التعليق في المناطق الساحلية ذات بيئة الضباب الملحي، وقد لاحظ الباحثون بعض التغييرات في الأداء في هذه العوازل، كذلك قد تكون المشاكل البيئية الناجمة عن التحديث الحضري والتنمية الصناعية حادة أيضاً.

لذلك غالباً ما يحدث ضباب الملح والضباب معاً، مما يقلل من أداء العزل الخارجي لمعدات الطاقة، حيث كان هناك انخفاض في جهد وميض العوازل في ضباب الملح، ومن المعروف أن ضباب الملح له تأثير على هذا الاتجاه الهبوطي.

وعلاوة على ذلك؛ فإن ترطيب السطح عن طريق تراكم الضباب الملحي يزيد من الموصلية السطحية ويقلل من جهد وميض العوازل، لذلك يجب مراعاة أداء وميض العوازل في الضباب الملحي في مرحلة تصميم خطوط الكهرباء.

المعدات والعينات الخاصة باختبار عوازل التعليق

المعدات: يوضح الشكل التالي مخططاً للدائرة تكون فيه مكونات إمداد الجهد عبارة عن منظم تلقائي للجهد المتغير (TDTY-10kV / 100A (T)) ومحول اختبار (YDJ-900/150 (B))، بحيث تتوافق المتطلبات الفنية لإمداد الجهد مع المتطلبات التي أدخلتها معايير الاختبار ذات الصلة، وفي هذه الدائرة الكهربائية؛ فإن (S) تمثل كائنات الاختبار، (H) تمثل جلبة الجدار و (F) عبارة عن مقسم جهد سعوي متناوب بنسبة (10000: 1) وهي نسبة السعة عند المكثف العالي (C1) إلى السعة عند الطرف المنخفض.

العينات: تكون العينات عبارة عن عازل مركب من مطاط السيليكون (FXBW-35/70) (النوع A) وعازلين من السيراميك بسبعة أقراص، أي (XP-160) (النوع B)، (LXY-160 (النوع C)، كما يتم عرض أبعاد وهندسة العينات في الشكل التالي، بحيث (h) هي تباعد الوحدات و (D) و (d) هما قطر السقيفة الكبيرة والصغيرة على التوالي، (L) هي مسافة التسرب و (A) هي مساحة السطح.

طرق الاختبار بوميض التيار المتردد للعوازل المعلقة

عازل ملوث: يتم تنظيف أسطح العينة مبدئياً بعناية بالماء منزوع الأيونات وفوسفات ثلاثي الصوديوم (Na3PO3)، ثم يُترك ليجف بشكل طبيعي، كذلك تم تطبيق التلوث على أسطح العينة باستخدام طريقة الفرشاة الكمية، حيث يوفر كلوريد الصوديوم و (kieselguhr) المواد الموصلة والخاملة على التوالي، كما تراوحت (ESDD) بين (0.03-0.30 ملغم / سم 2)، وذلك من أجل محاكاة مستويات التلوث.

إجراء الترطيب: بمجرد أن تجف الطبقة الملوثة على سطح العازل تماماً؛ فإنه تم تركيب العينات عمودياً في وسط غرفة اصطناعية، بحيث تم تطبيق طريقة الضباب البارد لدراسة أداء وميض العوازل الملوثة، كما تم ترطيب الطبقة الملوثة على سطح العازل باستخدام أربعة مولدات ضباب فوق صوتية (YC-G030T)، والتي تم وضعها في الزوايا الأربع لغرفة الضباب الاصطناعي.

كذلك تم قياس (FWC) بواسطة مقياس التوصيل (DD810-E) بدقة (± 1 ميكرو ثانية / سم، بحيث يمكن أن تصل مساحة (FWC) الطبيعية إلى (3.080 مللي ثانية / سم) في المناطق شديدة التلوث و (0.457 مللي ثانية / سم) في الضواحي و (0.076 مللي ثانية / سم) في مناطق الضواحي الخارجية.

وفي ضوء (FWC) للمناطق ذات التلوث الإقليمي المنخفض والتلوث الصناعي العالي؛ فقد تراوحت (FWC) من (0.01 إلى 3.00 مللي ثانية / سم) في التجارب، كما تم قياسها عند درجة حرارة محيطة تبلغ 20 درجة مئوية.

الجهد الكهربائي الحرج: تم الحصول على إجهادات جهد وميض التيار المتردد 50٪ بطريقة الصعود والهبوط على النحو الموصى به من قبل (IEC-60507)، وفي هذه الطريقة؛ فإنه يتم تطبيق الطبقة الملوثة على السطح العازل على مدار فترة زمنية، ثم يتم ترطيب السطح تماماً بواسطة الضباب البارد، ثم يتم الحفاظ على مستوى الجهد المطبق لمدة 30 دقيقة أو حتى وميض الضوء.

وبعد ذلك، تمت زيادة قيمة الاختبار المقدرة أو إنقاصها بخطوة واحدة اعتماداً على ما إذا كانت نتيجة الاختبار الأخيرة صامدة (حوالي 15 دقيقة) أو وميض، خاصةً إذا كان العازل يقاوم هذا الجهد؛ فيتم إعادة اختباره بجهد أعلى، وفي حالة حدوث وميض؛ فإنه يتم إعادة اختبار العازل بجهد أقل، لذلك كانت خطوة كل جهد يزيد أو ينقص حوالي 5٪ من الجهد الأولي.

كما تم اختبار كل سلسلة عازلة فقط لمضة كهربائية أو الصمود مرة واحدة، ونموذجياً؛ فإن جهد الفلاش الحرج (U50، kV) يُعطى باختبارات “صالحة” (> 10) في تسلسل صعود وهبوط. تُشتق معادلة (U50) بانحراف معياري نسبي σ (٪) على النحو التالي:

حيث أن:

(Ui): هي الجهد المطبق في الاختبارات الصالحة.

(N)؛ هي عدد الاختبارات الصالحة.

النتائج والتحليلات للاختبارات

النتائج: (U50-kV)) للأنواع الثلاثة من العوازل ذات قيم (SDD)، تتراوح من (0.03-0.30 مجم / سم 2) حيث يختلف FWC) (γ، mS / cm)) من (0.01-3.0 مللي ثانية / سم)، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي:

تأثير (SDD) على (U50): تظهر العديد من الدراسات أن (U50-kV) ينخفض بشكل غير خطي مع زيادة SDD) (mg / cm2)) للعوازل المختلفة، وعلاوة على ذلك؛ فإن (U50) لها علاقة عامة بـ (SDD):

حيث أن (A) هو ثابت لكل عازل متعلق بالهندسة والمادة والأبعاد، وهو الأس المرتبط بـ (SDD) و (U50)، حيث تعتمد قيمة (a) على بُعد العازل وطريقة الاختبار بما في ذلك نوع (U50)، ووفقاً للنتائج الواردة في الشكل السابق يوضح الشكل التالي العلاقة بين (U50) و (SDD).

تأثير (FWC) على (U50): يعتبر الاختلاف النسبي في (U50  ΔU٪، لـ (SDD)) في النطاق (0.03-0.30 ملغم / سم 2)، ومع زيادة (FWC) ينخفض (​​)U50 لنفس (SDD)، حيث استكشفت هذه الدراسة الانخفاض في (U50) مع γ (حتى 3 مللي ثانية / سم)، والتي تراوحت من (2.6) إلى (18.9) كيلو فولت للنوع الأول ومن (2.3) إلى (21.5) كيلو فولت للنوع الثاني، ومن (2.3) إلى (28.3) كيلو فولت للنوع الثالث.

وأخيراً مع زيادة (SDD)؛ فإن التباين النسبي في جهد الفلاش (ΔU٪) يُظهر بعض التقلبات، كما يقل تأثير (FWC) على (U50) مع زيادة (SDD)، وبالنسبة للعينات (A و B و C)، حيث يختلف (SDD) من (0.03-0.30 مجم / سم )؛ فإن (ΔU٪) يكون الحد الأقصى له (4.7٪ -20.0٪)، (5.1٪ -21.8٪) و (4.1٪ -25.6٪)​​، على التوالي.