اقرأ في هذا المقال
- ضرورة دراسة سلوك الاقتران الحراري الكهربائي تحت الجهد المركب
- نظام القياس والبيانات التجريبية الخاصة سلوك الاقتران
ضرورة دراسة سلوك الاقتران الحراري الكهربائي تحت الجهد المركب
يعد محول المحول في “نظام التيار المباشر” عالي الجهد (HVDC) أحد أهم المعدات لضمان أمن الشبكة الكهربائية، كما وتختلف حالة تشغيله عن حالة المحولات التقليدية، وعلى وجه التحديد؛ فقد يكون لمكون التيار المباشر (DC) و”التيار التوافقي” عالي الترتيب لمصدر الجهد تأثير كبير على حالة العزل والحالة الحرارية على التوالي.
لكن في الواقع؛ فإنه يجب أن يعاني ملف الصمام من جهد “التيار المتردد المركب” والتيار المباشر (AC-DC)، والذي يتضمن مكون جهد التيار المستمر والجهد الجيبي الأساسي والتوافقيات عالية الترتيب، وهذا المصدر الهجين المثير يولد مجالاً كهربائياً مقاوماً وسعياً، ومع ذلك؛ فإن اختبار الإنتاج، مثل اختبار التيار المستمر أو اختبار انعكاس القطبية، بحيث لا يمكنه الأرشفة للتنبؤ بالحقل المركب.
في ظل حالة (AC-DC) المركبة؛ فقد تكون ظاهرة الاقتران شديدة بسبب ارتفاع درجة الحرارة والمجال الكهربائي، كما تظهر الدراسات الحديثة أن ظروف العزل لزيت المحولات ولوح الضغط المغمور بالزيت (PB) يمكن أن تتأثر بسهولة بكثافة المجال الكهربائي ودرجة الحرارة والرطوبة و”الضغط الميكانيكي”، كما وتزداد موصلية مواد العزل بشكل ملحوظ مع درجة الحرارة.
لذلك تعد الدراسة الحرارية جزءاً مهماً في تحليل الاقتران، مما سيؤثر بشكل كبير على توزيع المجال الكهربائي، لذلك أجرى العلماء أيضاً بحثاً حرارياً لمحول القدرة، حيث أن أعلى درجة حرارة أعلى بحوالي (50) كلفن من درجة الحرارة المحيطة وأن البقعة الساخنة تقع بالقرب من قمة لف الخط، بحيث تم اعتبار الخسائر غير المنتظمة في تحليل توزيع درجة الحرارة، كما وأظهر أنه ينبغي النظر في التوافقية عالية الترتيب، والتي يمكن أن تزيد الخسائر.
بالإضافة إلى ذلك، سيكون لشدة المجال أيضاً تأثير على التوصيل، وقد أظهر التقرير الأخير لمجموعة العمل المشتركة (CIGRE)، حيث أن منحنى اتجاه الموصلية الكهربائية المعتمدة على الزيت يشبه السرج، وهو يختلف عن الطريقة الأسية التقليدية، ومع ذلك في الدراسات السابقة؛ فإنه تم تجاهل أو افتراض الاعتماد على الإجهاد الكهربائي كعلاقة أسية لتصميم هامش العزل، والتي من شأنها أن تنحرف عن حالة التشغيل الفعلية، مما يؤدي إلى مخاطر السلامة.
نظام القياس والبيانات التجريبية الخاصة سلوك الاقتران
وجود نظام قطب كهربائي
اعتمدت الدراسة طريقة ثلاثة أقطاب، وذلك بدقة أعلى لاختبار المطاليب الفيزيائية لزيت المحولات ولوح الضغط المغمور بالزيت، كما تظهر المنصة التجريبية في الشكل التالي، كما وتتكون خلية الاختبار من أقطاب كهربائية عالية الجهد وحارس واختبار.
لذلك يمكن أن يوفر الجهد العالي جهداً للتيار المستمر من (0.1) كيلو فولت إلى (20) كيلو فولت، ويتصل قطب القياس بمقياس “كيثلي” الكهربائي، وإلى جانب ذلك، بحيث تم تصميم جميع الأقطاب وفقاً للمعيار الوطني لتقليل تشوه المجال الكهربائي ويحقق نظام الأقطاب في خزان (PTFE) درجة حرارة موحدة من (273) كلفن إلى (393) كلفن في منظم الحرارة، كما يجب الحصول على الموصلية على أساس هيكل وحجم القطب، وذلك على النحو التالي:
حيث:
(V): هي الموصلية الحجمية (S / m)، وذلك بسبب تيار التسرب الذي يمر عبر مادة العزل.
(R): هي مقاومة الحجم المقاسة.
(Ω): عندما يكون تيار القياس مستقراً.
(A): هي المنطقة الفعالة لقطب القياس (م2)، والتي يمكن حسابها على أساس المعيار الوطني.
(H): هي سماكة العينة (م)، والتي تساوي فجوة القطب عند قياس زيت المحولات.
نتائج قياس الموصلية
تم اختيار الزيت المعدني (KI50X)، والذي تنتجه شركة (Kunlun Lubricant) ويستخدم على نطاق واسع في مشروع (HVDC)، وذلك كعينة زيت بعد التصفية والحرارة، بحيث تتراوح درجة الحرارة المقاسة من (300) كلفن إلى (360) كلفن تحت مجال كهربائي يتراوح من (0.1 kV / mm) إلى (15 kV / mm).
يوضح الشكل التالي أن الموصلية تزداد مع زيادة درجة الحرارة عند منحدر (11.5 × 10−13)، كما أن الميل المتغير للاعتماد على الإجهاد الكهربائي يشبه السرج وتبلغ نقطة الركبة حوالي (2 كيلو فولت / مم)، بحيث يختلف هذا الاختلاف عن الطريقة الأسية التقليدية، ولكنه يتوافق جيداً مع التقرير الأخير من مجموعة العمل المشتركة (CIRGRE)، لذلك يؤثر الاتجاه الذي يشبه السرج بشكل كبير على المجال الكهربائي، مما قد يضلل تقييم العزل السابق ويسبب مخاطر محتملة.
كما أن نوع لوحة المحولات المعتمد هو (T4)، والذي يتم توفيره بواسطة (Weidman Company Ltd)، كما ويجب معالجته مسبقاً على أساس المعيار الوطني قبل القياس، لذلك يوضح الشكل التالي العلاقة بين درجة الحرارة والمجال الكهربائي، ويوضح أنه عندما يتراوح المجال الكهربائي من (0.1 كيلو فولت / مم) إلى (10 كيلو فولت / مم)، بحيث ترتفع الموصلية بأكثر من ضعف القيمة الأولية، كما ويكون تذبذب الموصلية أقل من (1e − 14 S / m)، بينما يكون النطاق المتغير لدرجة الحرارة 10 كيلو تقريباً.
الاعتماد على الإجهاد الكهربائي للزيت
من الواضح أن موصلية لوحة المحولات تختلف باختلاف شدة المجال بطريقة أسية، بينما تتغير موصلية الزيت مع المجال الكهربائي في شكل منحنى يشبه السرج، بحيث تختلف النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها عن الافتراض السابق، والذي يؤثر على قدرة العزل، وذلك لأن مكون المجال الكهربائي لـ (E <2 kV / mm)، بحيث يسيطر في المجال الكهربائي العابر لمحول المحول، يوضح الشكل التالي الكثافة الاحتمالية للكهرباء في بعض اللحظات.
كما يعتبر اتجاه موجة موصلية زيت المحولات ناتج عن سببين:
أولاً: يؤثر إنتاج وتبديد الأيونات الحرة بشكل مباشر على توصيل الزيت، خاصةً إذا كان معدل التبديد أكبر من معدل الإنتاج؛ فإن كثافة أيونات الزيت تنخفض، مما يقلل من موصلية الزيت.
أيضاً؛ فإن السبب الرئيسي هو أن المجال الكهربائي الخارجي يكسر التوازن الديناميكي الأصلي للتفكك وإعادة التركيب ويجعل الزيت يتحلل بالكهرباء تماماً، بحيث توضح المعادلة (2) تأثير المجال الكهربائي المطبق على التفكك وإعادة التركيب، مما يؤثر على الموصلية.
حيث:
(σ): تمثل الموصلية.
(E): يمثل المجال الكهربائي.
(kD ، kR): هي معاملات التفكك وإعادة التركيب على التوالي.
ثانياً: عندما يصبح عدد الأيونات المنتجة أكبر من الأيونات المشتتة، تزداد موصلية الزيت، حيث يؤدي تأثير نظرية “وين وأونساجر” دوراً مهماً في التوصيل عندما يتم الحفاظ على المجال الكهربائي في مستوى عالٍ وبالتالي، تزداد موصلية الزيت بتأثير حقن الشحنة، كما توضح المعادلة (3) العلاقة بين التوصيلية والمجال الكهربائي المطبق بحقن الشحنة.
حيث:
(σ): هي الموصلية.
(E): هي المجال الكهربائي.
(F (B)): هي معادلة بيسل.
(kes): هي المعامل الخاص في الموصلية المتغيرة هي معلمة الاقتران التي يجب استخدامها في النموذج الفرعي الكهربائي.
وأخيراً؛ فإنه واستناداً إلى الاعتماد على الإجهاد الكهربائي الذي يشبه السرج الموجود في نظام العزل في المحول؛ فإنه يتم فحص أداء الاقتران الحراري الكهربائي تحت جهد (AC-DC) المركب.
