بررسي اثرات ولتاژ ضربه اي روي كابلهاي KV 20 با عايق XLPE

1 . مقدمه

از حدود صد سال پيش با توليد و نصب اولين كابل قدرت 10 كيلوولت در شهر لندن ، يكي از دلايل قابل توجه در عيوب نا بهنگام كابلها ، تخليه الكتريكي در آنهاست . طي سالهاي متمادي با بهبود كيفيت مواد دي الكتريك ( عايق ) ، طراحي ، تكنيكهاي پردازش و قابليت اطمينان كابل افزايش يافته است . همزمان با اين پيشرفتها پژوهشگران و مهندسين صنعت برق بحثهاي زيادي را به تحقيق درباره آشكار سازي و تعيين محل عيب كانال با استفاده از روشهاي مختلف انجام داده اند .كابلهاي دي الكتريك جامد با كلاس انتقال امروزه بطور وسيعي مورد استفاده قرار ميگيرند.
اين كابلها ساختاري شبيه كابلهاي توزيع دارند با اين تفاوت كه هميشه از غلاف فلزي ضد آب در آنها استفاده مي شود . در صورت نياز به كنترل كيفيت دقيق براي كابلهاي با دي الكتريك جامد تست تخليه الكتريكي (PD  ) مي تواند مؤثرترين و غير مخربترين آزمايش براي تشخيص و جدا كردن كابلهاي با كيفيت ضعيف باشد . در اين مقاله آسيبهاي وارد شده به عايق كابل و روند سير تخليه جزيي در آنها بر اثر اعمال موجهاي ضربه مورد ارزيابي قرار گرفته است . اين بررسي مي تواند در مطالعات و طراحي كابلها مفيد واقع شود .

2 .كابل با عايق پلي اتيلن كرا سلينك شده (XLPE  ) و مشخصات آن

پلي اتيلن از خانواده پليمرهاي با ساختار مولكولي خطي است و از آنجا كه گروهCH2  قطبي نيست نيروي بين مولكولي پلي اتيلن قوي نبوده و لذا ماده داراي نقطه ذوب تقريباً پايين و در حدود 115 درجه سانتي گردا و سختي آن نيز نسبتاً كم مي باشد . خواص بسيار خوب عايقي PE   در پايين بودن ضريب تلفات آن ( حدود 3…/0) و داشتن عدد عايقي نسبي 3/2 و همچنين استقامت الكتريكي نسبتاً خوب آن در حدودcm /kv  300 مي باشد .
ضريب تلفات و عدد عايقي نسبي با تغييرات حرارت و فراكانس نوسانات غير قابل توجهي را نشان مي دهند. بدين خاطر اين عايق در صنعت كابل سازي كاربرد وسيعي نيز يافته است و با تكامل آن در سالهاي اخير جانشين خوبي براي كابلهاي فشار قوي كه از كاغذ – روغن استفاده مي شد گرديده است. نقص پلي اتيلن در پايين بودن نسبي نقطه ذوب آن است . از اين عايق بخاطر استقامت خوب آن در برابر افزايش فركانس در عايق خازنها نيز استفاده مي شود . مقاومت آن در برابر رطوبت اجازه ميدهد كه پوشش سربي كابلها را با پلي اتيلن تعويض نموده و از اين راه به ميزان قابل توجهي از وزن كابلها كاسته ميگردد . عليرغم خواص بسيار عالي عايقي PE  مقاومت نسبتاً كم آن در برابر حرارت پيوسته مانعي براي استفاده از اين عايق در مهندسي فشار قوي بوده است .تا اينكه با برقراري ارتباطهاي طولي پيوند شيميايي پلي اتيلن در عرض ، تا حدود زيادي ساختمان زنجيري پليمر پايدارتر گرديده است.
بدين نحو،پلي اتيلن خاصيت ترمو پلاستيكي خود را از دست داده وغير قابل ذوب ميشود. چنين فرايندي را در تغيير ساختار پلي اتيلن ، پلي اتيلن كراسلينك شده (XLPE   )مينامند و اين ماده داراي مقاومت حرارتي و استقامت الكتريكي و خنثي بودن در مقابل تاثير شيميايي است . كابل مورد استفاده در آزمايشها داراي مشخصات زير مي باشد ،اين كابلها تك فاز بر اساس استاندارد IEC502 ساخته شده اند:

mm 3    : ضخامت عايق XLPE  روي هادي
mm 2/1   : ضخامت لايه گرافيتي
mm 85/1 : ضخامت پوسته
mm  55/0 : ضخامت شيلد
km  / F233/0 : ضرفيت خازني
KV  8/13 : ولتاژ نامي كابل تك فاز
KV  20   : ولتاژ نامي شبكه
PVS  /XLPE : نوع عايق
mm295 : سطح مقطع هادي
mm 30 : قطر خارجي
mm   11 : قطر هادي
m 5/1 : طول كابل

3 . ولتاژهاي ضربه و طريقه مدلسازي آنها

پيچيدگي سيستمهاي توزيع و انتقال قدرت ، اغلب ناشي از دو نوع اضافه ولتاژ گذر است . دامنه اين ولتاژ ها مي تواند به طور قابل ملاحظه اي از مقادير حد اكثر ولتاژ عادي سيستم تجاوزكند . نوع اول اضافه ولتاژ صاعقه است كه توسط ضربات صاعقه منتهي شده به سيمهاي فاز خطوط هوائي يا شينهاي پست خارجي به وجود مي آيند . دامنه اين اضافه ولتاژها بسيار بزرگ مي باشند.نوع دوم ناشي از پديده كليدزني است.دامنه اين نوع اضافه ولتاژ پيوسته مرتبط با كار سيستم بوده و توسط امپدانس سيستم ونيز شرايط كليد زني مشخص مي شود .
امروزه آزمايش وسايل فشار ضعيف در مقابل امواج گذرا ضروري است . گرچه شكل واقعي هر نوع اضافه ولتاژ به شدت متغير است,ولي براي اهداف آزمايش ، شبيه سازي اين ولتاژ به وسيله ابزاري نسبتاً ساده صورت مي گيرد . امروزه استاندارهاي ملي و بين المللي مختلف ولتاژهاي ضربه شكل ولتاژي يك جهته ، كه شيب افزايش آن تندتر از شيب كاهش آن است را تعريف ميكنند . در توصيه هايIEC  كه امروزه بطور گسترده توسط كميته هاي ملي پذيرفته شده ، بين ضربات صاعقه و كليدزني بر اساس ميزان زمان پيشاني و پشت موجشان تمايز گذاشته شده است .
شكل (1) چنين ولتاژ ضربه اي را نشان مي دهد . در شكل مزبور همچنين ضربه صاعقه اي كه به واسطه تخليه ناشي از شكست, از ناحيه سر يا دم بريده شده نيز ديده مي شود . در اكثر كاربردها و مدلهاي امواج صاعقه ، زمان پيشاني مجاز s2/1 و زمان مجازي تا رسيدن به 50% مقدار ماكزيمم پس از عبور از قله موج s50 ( زمان پشت موج ) منظور مي شوند . درمشخصات فني همچنين تولرانسي تا 30% را براي زمان پيشاني (T1) و 20% را براي زمان پشت موج (T2)  مجاز مي دارد . چنين ولتاژهاي ضربه به شكل موج T2/T1  نيز شناسايي مي گردد .

بررسي اثرات ولتاژ ضربه اي روي كابلهاي KV 20 با عايق XLPE

شكل(1)- شكل كلي و تعاريف ولتاژهاي ضربه صاعقه .(a) تمام موج .(b)موج بريده شده در دم .

4 . تخليه جزيي در عايقها و طريقه سنجش آنها

اگر در يك دستگاه عايق بندي ، طوري باشد كه ميدان الكتريكي به شدت نا همگن بوجود آيد و يا اگر خود عايق (دي الكتريك) ناهمگن باشد ، مي تواند شدت حوزه در قسمتهايي از عايق از شدت حوزه مجازش تجاوزكند ، بدون اينكه دركوتاه مدت باعث فروپاشي كامل اختلاف سطح در عايق شود .
در چنين وضعيتي در اين محلها جرقه هاي كوتاه زده مي شود . اين فروپاشي نارسا باعث اتصالي شدن قسمتي از فاصله بين دو الكترود در اثر تخليه الكتروني مي شود . اين تخليه الكتروني ناقص نه تنها بر روي سيمهاي ناقل انرژي انجام مي گيرد,بلكه درحبابهاي گاز باقي مانده در عايق مايع و بالاخره در فضاي خالي باقيمانده در عايق جامد نيز پديد مي آيد . تخليه هاي ناقص در دراز مدت, اغلب باعث خراب كردن دي الكتريك مي شود, زيرا در اثر تخريب مداوم محل تخليه الكتروني و پيشرفت آن به سوي الكترود مقابل و بازكردن يك كانال هادي در عايق و حرارتي كه در اثر اين فعل و انفعالات به وجود مي آيد ، استقامت الكتريكي عايق در آن مسير را به شدت كم مي نمايد . شناخت نوع و خصوصيات تخليه جزيي در سيستمهاي عايقي ، از جمله تخليه داخلي ، سطحي،كروناو… براي سازندگان و توليدكنندگان تجهيزات، مراكز آزمايش و اندازه گيري و استفاده كنندگان دستگاهها ، اهميت خاصي را دارد .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
You need to agree with the terms to proceed

فهرست