عازل الحماية الكهربائية من الصواعق بقوة 500 كيلو فولت

اختبار عازل الحماية الكهربائية من الصواعق بواقع kv-500

مع التطور السريع لأنظمة الطاقة، تم إنشاء المزيد والمزيد من خطوط نقل الجهد العالي الإضافي (EHV) عبر التضاريس المعقدة حيث يتكرر البرق، وذلك ووفقاً لتجربة التشغيل في الصين؛ فإن البرق هو السبب الرئيسي لحدوث ومضة كهربائية لخطوط نقل (EHV)، تفرض الحوادث الكهربائية الناجمة عن الصواعق عبئاً ثقيلاً من الخسائر الاقتصادية وأعمال الصيانة كل عام.

ولتقليل “الحوادث الكهربائية المحتملة” التي تسببها الصواعق، يتم استخدام موانع خط النقل وخطوط التأريض العلوية، بحيث يمكن أن تحمي الموانع ذات الفجوة الهوائية العوازل من وميض البرق، وفي نفس الوقت يمكن لخطوط التأريض العلوية حماية الموصلات من “فشل التدريع” إلى حد معين، وفي بعض البلدان مثل الصين واليابان؛ فإنه يتم تثبيت “الأبواق المقوسة” بين طرفي العوازل، كما ويمكن لهذه الطريقة أن تمنع اجتثاث سطح العوازل بسبب وميض البرق.

لذلك سيؤدي تركيب جهاز فجوة قوس القرن القوسي إلى تقليل مستوى عزل الخط إلى حد ما وزيادة معدل رحلات وميض البرق، وذلك من ناحية تنسيق عزل نظام (500) كيلو فولت، لذا من الصعب تحقيق تطابق فعال للمسافات بين الأبواق القوسية والعوازل.

لذلك يتم اعتماد نوعين من الموانع بشكل عام، وهي مانعات ذات فجوة هوائية وموانع فجوة، وعادة ما يتم تثبيت مانعات عدم وجود فجوات على البرج الأساسي الأول بالقرب من المحطة الفرعية أو يتم تثبيتها مباشرة داخل محطة فرعية، كما أنها تستخدم مانعات عدم وجود فجوات لحماية المعدات الكهربائية للمحطات الفرعية من الأضرار الناجمة عن موجات البرق الواردة.

أيضاً يجب أن تتحمل الموانع الخالية من الفجوات جهد التشغيل، وبمجرد تلفها يجب إغلاق خط النقل، لذلك يجب اختباره قبل موسم العواصف الرعدية كل عام وستكون أعمال الصيانة شاقة، وأثناء تشغيل الموانع ذات الفراغ الهوائي، لا يتم تطبيق أي جهد على أجزاء الصواعق، مما يجعل صيانة الصواعق أسهل.

ومع ذلك، تتأثر الخصائص الكهربائية لفجوة الهواء بسهولة بالبيئة المناخية، وعلاوة على ذلك لا تستطيع الموانع الموجودة تعليق السلك، بحيث تكون الموانع عادة أطول بنسبة 25٪ من العوازل، وعند تركيبها بالتوازي مع العوازل، يجب تغيير هيكل الذراع المتقاطع للبرج، مما يؤدي إلى المزيد من صعوبات التثبيت وارتفاع تكلفة التركيب.

هيكل النوع الجديد من العازل المركب

تتمثل وظيفة العازل في تعليق السلك وتحمل تردد الطاقة والجهد الكهربائي، وبالتالي ضمان التشغيل الطبيعي لخط النقل، بحيث يتكون عازل الحماية من الصواعق المقترح من جزء عازل وقسم مانع، وكذلك متصلان في سلسلة، وكما هو مبين في الشكل التالي (1)، تشتمل تركيبات التوصيل المعدنية على مقبس كروي ومصباح، بحيث يتم تثبيت حلقات التدريج على طرفي جزء العزل.

وعندما يضرب البرق الجهاز، تتفكك فجوة الهواء بين حلقات التدريج لجزء العزل ويتدفق تيار البرق إلى الأرض من خلال جزء الصواعق، حيث أن هذا يمنع حدوث ماس كهربائي بين الموصل والأرض وبالتالي يتجنب رحلة البرق على الخط، كما تُستخدم مقاومات أكسيد الزنك الحلقية (ZnO) ذات التدرج العالي في الجزء الصواعق وتتناسب مع قضيب أساسي من الألياف الزجاجية، كما ويتم وضعها في أسطوانة عازلة بهيكل مقاوم للانفجار لتحسين الأداء الميكانيكي.

لذلك يتم توزيع الخزانات المقاومة للانفجار بالتساوي على جدار الأسطوانة العازلة، بحيث يتم ضغط مقاومات أكسيد الزنك الحلقي (ZnO) بواسطة زنبركات وترتبط بتركيبات كروية، كما وتشكل الجزء مانع الصواعق من العازل المقترح، وذلك وفقاً ما هو موضح في الشكل التالي (2).

كما يتم استخدام حظائر كبيرة ومتوسطة وصغيرة، بحيث يمكن أن يؤدي التصميم المعقول لحلقات التصنيف وهيكل تنورة المظلة إلى تحسين توزيع المجال الكهربائي للعازل بشكل كبير، وذلك في ظل ظروف المطر والجليد ويمكن أن يؤخر بشكل فعال أو حتى القضاء على ظاهرة الجسر الجليدي، مما يحسن القدرة على مقاومة وميض الجليد.

تصميم معطيات قسم العازل الكهربائي

تردد الطاقة الزائدة عن الجهد الكهربائي

أثناء العمليات، يتم تطبيق جهد الخط بشكل أساسي على قسم العزل الكهربائي، وعندما يحدث الحد الأقصى للجهد الزائد الداخلي، يجب ألا ينكسر جزء العزل. تحت تأثير جهد العمل وتردد الطاقة الزائد، كما أنه يجب ألا ينكسر العزل الخارجي، بحيث يجب ألا يتجاوز مستوى الجهد الزائد لتردد القدرة لنظام (500) كيلو فولت (1.4) وحدة طاقة.

أيضاً؛ فإن الحد الأقصى لجهد خط التشغيل لنظام (500) كيلو فولت هو (550) كيلو فولت، وبالتالي يجب أن يكون قطاع العزل قادراً على تحمل الحد الأقصى من الجهد الزائد لتردد الطاقة البالغ 445 كيلو فولت، ولاحقاً تم الحصول على الفولتية الحرجة لتردد الطاقة للعوازل وفجوات الهواء الطويلة، بحيث نشرت (IEC60071-2) معادلة الحساب للمسافة المتقطعة للهواء أو مسافة القوس الجاف للعازل [L (m)] والتيار المتردد (AC)، حيث أن النتائج المتسقة تظهر صيغة الحساب المبسطة على أنها:

حيث أن:

(Uc): هي قيمة (RMS) لجهد وميض التيار المتردد الحرج.

(L): هي طول فجوة الهواء، خاصةً عندما تكون (L 1.38) م؛ لذلك فإن (Uc) تساوي 445 كيلو فولت وهو ما يتفق مع بحث كنودسن.

كما تبلغ مسافة القوس الجاف العازل للعازل المركب للحماية من الصواعق (2.2) متراً وقطر حلقة التدرج (450) مم وقطر الأنبوب (40) مم ومسافة تباعد حلقة التدريج (1.8) متر و الجهد الكهربائي لفصل عزل تردد الطاقة حوالي (680) كيلو فولت، وهو (1.53) مرة من ذروة تردد العمل الزائد المطبق على عازل الحماية من الصواعق.

تحويل الجهد الكهربائي الزائد

بالنسبة لنظام قدرة (500) كيلو فولت؛ فإن الجهد الزائد للتبديل لا يزيد عن 2.0 وحدة طاقة، ومن ثم؛ فإن الحد الأقصى لجهد التبديل الزائد الذي يمكن أن يتحمله العازل المركب هو (898) كيلو فولت وفقاً لاختبار الجهد الزائد للعازل المركب الذي تم إجراؤه بواسطة (KoPᴙbᴎH) في روسيا، كما أن الجهد الكهربي الزائد لتحويل الجهد الزائد للقطبية الموجبة أقل من نظيره في القطبية السالبة ويقترح الصيغ الخاصة بجهد وميض الضوء الدافع الدافع الجاف والرطب على النحو التالي:

حيث أن:

(Usd50٪ + و Usw50٪ +): هي جهد التبديل الإيجابي للرطب والجاف بنسبة 50٪ على التوالي.

(Ld): هي مسافة القوس الجاف للعازل.

(m): وفقاً للعلاقات السابقة وبالنسبة للعازل المركب بمسافة قوس جاف (1.8) متر؛ فإن جهد التشغيل الموجب للنبض الجاف والرطب بنسبة (50٪) هو (1346.2) كيلو فولت و (947.5) كيلو فولت على التوالي، وبالتالي يمكن لعوازل الحماية من الصواعق أن تتحمل أقصى جهد زائد لنبضة التشغيل لنظام الطاقة.

وأخيراً عندما يتم تكسير جزء العزل بواسطة الصواعق؛ فإنه يتم تطبيق جهد التشغيل وتردد الطاقة المحتمل الزائد على قسم الصواعق، لذلك يجب أن يكون مانع الصواعق قادراً على تحمل كل من جهد العمل وتردد الطاقة الزائد.