اثر پروفیل‌ها روی عملکرد تخلیۀ الکتریکی AC ناشی از آلودگی مقره‌های بشقابی معلق سنگین‌وزن

چکیده

مقدمه

چیدمان‌ها و روش‌های آزمایشگاهی

شکل1. شمای مداری محفظۀ CEPRI. 

نمونه‌ها

رویه‌های تست

پیش‌آلودگی

مه مصنوعی

شکل2. نصب نمونه‌ها

ثبت تصاویر

ولتاژ تخلیۀ 50%،  U50% 

نتایج تست و تحلیل آن

 تاثیر پارامترهای پیکربندی مقره

شکل3. E50% مقرۀ بشقابی با دنده‌‌های تحتانی عمیق در برابر D برای مقادیر مختلف SDD

شکل4. منحنی توسعۀ سطح مقرۀ بشقابی با دنده‌‌های تحتانی عمیق.

 مقرۀ با دنده‌های تحتانی عمیق

 مقرۀ با دو روکش

شکل5. U50%/N در برابر L با SDD های مختلف. 

شکل6. E50% در برابر L مقرۀ با دنده‌های تحتانی عمیق در SDDهای مختلف

شکل7. E50% در برابر H مقره‌های با سه روکش در SDDهای مختلف. 

تاثیر پروفیل‌های مقره

 U50%/N نوع 1B و 1E و 2I

 U50%/N نوع 1D، 1G و 3M

شکل8. مقایسۀ U50%/N مقرۀ بشقابی با دنده‌های عمیق و مقرۀ با روکش جایگزین. 

شکل9. تصاویر فاصلۀ میانی دنده‌های تحتانی پل شده با جرقه و ترسیم شماتیک.

شکل10. مقایسۀ E50% مقرۀ بشقابی دنده‌های تحتانی عمیق و مقرۀ با روکش جایگزین. 

 تاثیر چگالی رسوب نمک (SDD)

جدول2. پارامترهای مقره‌های بشقابی تست شده.

شکل11. شناوری جرقۀ مقرۀ با سه روکش. 

معادلۀ تجربی برازش E50% 

شکل12. مقایسه‌های بین داده‌های تست شده و سازگاری تجربی ارائه شده توسط منبع [1].

شکل13. مقادیر E50% در برابر F مقرۀ سنگین وزن تحت SDD=0.03 mg/cm2. 

جدول3. مقادیر r و s مقره‌های تست شده. 

شکل14. مقایسۀ بین داده‌های تست شده و CR معادلۀ (10) در این مقاله. 

شکل15. مقایسۀ بین داده‌های تست شده و CR تحت SDD=0.02 mg/cm2

شکل16. مقایسۀ بین داده‌های تست و CR یک مقرۀ جدید با سه روکش تحت SDD=0.02 mg/cm2 .

 بحث‌ها

مقره‌های بشقابی با دنده‌های تحتانی عمیق به همراه یک دندۀ اضافی

شکل17. مقرۀ نوع 1C، 1D و 1G . 

شکل18. مقایسۀ U505/N مقرۀ بشقابی با دنده‌های تحتانی عمیق با و بدون دندۀ اضافی.

شکل19. تصاویر فاصلۀ هوایی پل شده توسط جرقه برای مقرۀ نوع 1C. 

شکل20. دو مسیر ممکن. 

شکل21. میدان الکتریکی اطراف دندۀ اضافی نوع 1C و 1D. 

عملکرد تخلیۀ مقرۀ با دو روکش

شکل22. E50% مقر‌ه‌های با دو روکش. 

شکل23. انتشار جرقه در طول سطح مقره. 

شکل24. ترسیم شماتیک دو شبوۀ شکسته شدن فاصله توسط جرقه. 

نتیجه‌گیری‌ها

با استفاده از تجربیات میدانی و آزمایش‌های لابراتواری، نشان داده شد که عملکرد تخلیۀ الکتریکی مقره‌های آلوده به شدت تحت تاثیر هندسۀ مقره است. در این مقاله، مقره‌هایی با سه پرفیل مختلف شامل هفت نوع مقرۀ بشقابی با دنده‌های تحتانی عمیق ، سه نوع مقرۀ بشقابی با دو روکش و سه نوع مقرۀ بشقابی با سه روکش در یک محفظۀ هوایی مصنوعی تست شدند تا تاثیر پارامترهای پروفیل مقره روی عملکرد تخلیۀ الکتریکی مقره‌های بشقابی سنگین وزن بررسی شود. نتایج تست آلودگی مصنوعی نشان داد که تنش ولتاژ تخلیۀ الکتریکی 50% (E50%) ، با افزایش قطر مقره و طول خزشی، کاهش می‌یابد. تاثیر چگالی رسوب نمک (SDD) نیز بررسی شد و مشخص شد که با افزایش چگالی رسوب نمک، E50% مقرۀ با روکش جایگزین، نسبت به مقرۀ با دنده‌های تحتانی عمیق با سرعت بیشتری کاهش می‌یابد. با استفاده از روش حداقل مربعات، یک عبارت تجربی ارائه شد تا رابطۀ بین E50% و پارامترهای پیکربندی مقره و نیز چگالی رسوب نمک توصیف شود. از طریق تحلیل ضرایب برازش تعمیم یافتۀ (r) معادله و خطای استاندارد تخمین (s) ، می‌توان نتیجه گرفت که نتایج محاسبه شده با داده‌های آزمایشگاهی توافق و تطابق بسیار خوبی دارند. علاوه بر این، به تاثیر دنده‌های تحتانی و نسبت طول کلاهکی روکش به فاصلۀ روکش، بر روی عملکرد تخلیۀ الکتریکی توجه خاصی شد. این کار می‌تواند تحقیق روی پارامترهای مقره‌ها را غنی‌تر کرده و شاید مرجع مفید و مناسبی برای ارزیابی عملکرد و انتخاب مقره‌ها در خطوط انتقال EHV و UHV فراهم کند.

با افزایش سطح ولتاژ سیستم قدرت در دهه‌های اخیر، مقره‌های آویزی بشقابی سنگین وزن به منظور تحمل وزن خطوط انتقال و زنجیره مقره‌های بلند به خصوص در خطوط انتقال EHV و UHV به کار گرفته شدند [1-3]. برای مثال، مقره‌های آویزی با بار مکانیکی مشخص 300 کیلونیوتن، 400 کیلونیوتن و یا حتی 800 کیلونیوتن هم ساخته شده است تا بتواند از پسِ افزایش سطح ولتاژ قدرت برآید [2، 4]. علاوه بر این، پروفیل‌های مختلف مقره‌ها طراحی شدند تا با شرایط مختلف محیطی سازگار باشند، مثلا اخیرا مقره‌های با سه دندۀ بیرونی معرفی شده است [4]. تخلیۀ الکتریکی ناشی از آلودگی (تخلیۀ آلودگی) مقره‌های بیرونی هنوز یکی از مشکلات خطوط انتقال است، هر چند کارهای زیادی برای مطالعه و بررسی سازوکار انتشار جرقه و پیش‌بینی ولتاژ تخلیه صورت گرفته است [5-8]. برای مثال، در اوایل سال 2004، قطع برق ناشی از تخلیۀ آلودگی در طول خطوط 500 کیلوولتی موجب آسیب‌های زیادی به شبکۀ شرقی چین شد [6]. تجربۀ کاری و آزمایش‌های لابراتواری نشان داده‌اند که شکل مقره تاثیر شگرفی روی عملکرد تخلیۀ مقره‌های آلوده دارد [1-2، 10-23]. ماتسوکا تاثیر قطر روی ولتاژهای تخلیۀ الکتریکی ac آلودۀ مقره‌های پست را بررسی کرد و چنین پیشنهاد شد که فاصلۀ خزشی هر واحد با قطر متوسط افزایش می‌یابد [15]. با این حال، زنجیره مقرۀ بشقابی آویزی به این خاطر که فاصلۀ هوایی مقرۀ پست معمولا خیلی بزرگتر از فاصلۀ هوایی زنجیره مقرۀ بشقابی آویزی است با آن متفات است، و اثر دیگر پارامترهای مقره روی ولتاژ تخلیه در نوشته‌های فنی در نظر گرفته نشد [15]. سانداراچان اثبات کرد که صرفنظر از پروفیل، قطر مقره‌ها تاثیر بسیار زیادی روی ولتاژ تخلیه دارد [16]. در حالی که وانگ پیشنهاد کرد که مقرۀ بشقابی با دنده‌های تحتانی بلند و کوتاه و یک فاصلۀ پهن‌تر بین نوک دنده‌ها دارای ولتاژ تخلیۀ بزرگتر بوده و پیکربندی دنده‌‌های تحتانی تاثیر زیادی روی عملکرد تلیه دارد [4]. فرزانه و شیلوم یک بررسی جامع روی تاثیر پارامترهای مقره بر روی عملکرد تخلیۀ آلودگی انجام داده و معادلۀ تجربی ذیل را ارائه دادند