بحث في تكنولوجيا كشف التفريغ الجزئي لوحدات الحلقة الرئيسية المعزولة بالصلب
مع تطور شبكات الكهرباء الحضرية، ازداد عدد التثبيتات الوحدات الرئيسية الحلقة المعزولة بشكل متواصل. ويعتمد أداء هذه الوحدات بشكل كبير على موثوقية تزويد النظام الكهربائي بالطاقة. فالآثار الناجمة عن الأعطال خطيرة: تتضمن الأضرار المباشرة تلف الخطوط والمعدات المحمية، بالإضافة إلى فقدان الطاقة؛ بينما تسبب الآثار غير المباشرة انقطاعات واسعة للعملاء، مما يعرقل الحياة اليومية والإنتاج وحتى الاستقرار الاجتماعي.
حالياً، تعاني طرق الاختبار الميدانية للمعدات الحلقة المعزولة من نقص واضح، وتظهر الأعطال العازلة في المعدات القائمة بانتظام، مما يشكل تهديداً خطيراً لتشغيل النظام الكهربائي بأمان. يعتبر كشف التفريغ الجزئي (PD) طريقة فعالة لتقييم حالة العزل في المعدات الكهربائية وهو مجال بحث رئيسي حاليًا. إجراء كشف PD وتشخيص الأعطال على المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي يوفر معلومات حيوية حول الحالة لصيانة بناء على الحالة ويعد مفتاحاً ضمان تشغيل آمن وموثوق للمعدات. في المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي، يمكن أن يؤدي تدهور العزل إلى أعطال عازلة ليس فقط بسبب المجالات الكهربائية ولكن أيضاً بسبب القوى الميكانيكية أو الحرارة أو تأثيرها المشترك مع المجالات الكهربائية، مما يؤثر في النهاية على جودة الطاقة وموثوقية التزويد. لتحقيق التوحيد والتنفيذ الفعال لاختبارات الأجهزة الكهربائية أثناء التشغيل، واستناداً إلى المعايير المحلية والدولية ذات الصلة - وخاصة استناداً إلى إشعار شركة الدولة للإنتاج الفرعي [2011] رقم 11 "إشعار بشأن إصدار 'مواصفات تقنية لاختبارات الأجهزة الكهربائية أثناء التشغيل (تجريبية)'" - يركز هذا البحث على كشف التفريغ الجزئي للوحدات الرئيسية الحلقة.
II. طرق كشف التفريغ الجزئي للوحدات الرئيسية الحلقة
1. أشكال طاقة التفريغ الجزئي
التفريغ الجزئي هو تفريغ نبضي. بالإضافة إلى تضمين نقل الشحنات وإزالة الطاقة، ينتج عملية التفريغ الجزئي أيضًا إشعاعات كهرومغناطيسية وأمواج فوق صوتية وضوء وحرارة ومكونات كيميائية جديدة. تشمل طرق الكشف المستهدفة لهذه الظواهر الكشف الكهربائي والصوتي والبصري والكيميائي. من بين هذه، تعتبر الطرق الكهربائية والصوتية الأكثر شيوعًا، لكن فعاليتها العملية غالباً ما تكون محدودة، وذلك أساساً بسبب التداخل الضوضائي الهائل في الموقع الذي يجعل من الصعب تمييز الإشارات الحقيقية للتفريغ الجزئي. يعتبر القضاء على التداخل بكفاءة أمرًا حاسمًا لتحسين أداء معدات كشف التفريغ الجزئي.
الظواهر التي يتم كشفها:
- كهربائي: (مستشعرات TEV و UHF و HFCT)
- صوتي: (مستشعرات فوق الصوتية)
- بصري: (مرئي عبر النوافذ في مواقع معينة أثناء التفريغ)
- حراري: (أشعة تحت الحمراء، رغم أن فعالية الكشف محدودة بسبب هيكل الوحدة الرئيسية الحلقة المغلق تماماً)
- كيميائي/غاز: (رائحة الأوزون، إلخ)
2. تقنيات الكشف
تستخدم حالياً العديد من تقنيات كشف التفريغ الجزئي للمعدات الكهربائية، والتي يمكن تصنيفها بشكل عام إلى طرق مباشرة (كشف كمية التفريغ الظاهرة) وطرق غير مباشرة (TEV و فوق الصوتية و UHF وكشف مركب صوتي-كهربائي). الطريقة المباشرة هي نسبية؛ حيث يتم حقن كمية شحن معروفة بين طرفي الجسم المراد اختباره لإنشاء تغيير في الجهد الطرفي يعادل ذلك الناتج عن حدث تفريغ جزئي. يُشار إلى الشحن المحقون بأنه كمية التفريغ الظاهرة (Q) للتفريغ الجزئي، وتقاس بوحدة البيكو كولوم (pC). عملياً، لا تساوي كمية التفريغ الظاهرة الشحن الفعلي المنبعث في موقع التفريغ داخل الجسم المراد اختباره؛ ولا يمكن قياس الأخير مباشرة. قد تختلف الشكل الموجي للجهد المتولد عبر المقاومة المقاسة بواسطة نبضة التيار الناتجة عن التفريغ الجزئي عن ذلك الناتج عن نبضة التعديل، إلا أن القراءات على الأجهزة عادة ما تعتبر مكافئة. فيما يلي تقنيتان رئيسيتان لكشف الوحدات الرئيسية الحلقة.
1) كشف فوق الصوتية للوحدات الرئيسية الحلقة المعزولة
عن طريق استقبال الإشارات فوق الصوتية المنقولة عبر الهواء وقياس ضغط الصوت للإشارة الناتجة عن التفريغ الجزئي، يمكن استنتاج شدة التفريغ. أثناء اختبارات فوق الصوتية، يجب مسح المستشعر على طول الفواصل/الفجوات على سطح المعدات الكهربائية. توفر الرسوم التوضيحية الإرشادات حول مواقع الكشف النموذجية.
2) مبدأ كشف الجهد الأرضي العابر (TEV)
عندما يحدث تفريغ جزئي داخل خزانة معدات كهربائية ذات جهد عالي، يتدفق تيار نبضي قصير الأمد على طول قناة التفريغ، مما يثير موجات كهرومغناطيسية عابرة. سرعة عملية التفريغ تؤدي إلى نبضة تيار حادة لها قدرة عالية على الإشعاع الكهرومغناطيسي. يمكن لهذا الإشعاع أن ينتشر عبر الفتحات في الغلاف المعدني مثل الوسادات المختومة أو الفجوات حول العازل. عندما تنتشر هذه الموجات الكهرومغناطيسية العالية التردد خارج الخزانة، فإنها تثير جهد عابر على السطح الخارجي بالنسبة للأرض. يتراوح هذا الجهد العابر على الأرض (TEV) من المللي فولت إلى الفولت مع وقت صعود قليل من النانو ثانية. يمكن لمستشعر TEV مخصص وضعه على الخارج من الخزانة أن يكتشف هذا الإشارة بطريقة غير تدخلية.
المواقع الرئيسية لكشف TEV (على الجدران المقابلة):
- الحافلات (الاتصالات، الوصلات الجدارية، العوازل الداعمة)
- المفاتيح الكهربائية
- محولات التيار (CT)
- محولات الجهد (PT)
- مآخذ الكابلات
عادة ما توجد هذه المكونات في الأقسام الوسطى والسفلية من اللوحة الأمامية، والأقسام العليا والوسطى والسفلية من اللوحة الخلفية، والأقسام العليا والوسطى والسفلية من الألواح الجانبية.
III. تحديد موقع التفريغ الجزئي وتحديد المرحلة
بعد تأكيد أن إشارات المستشعرات تأتي من داخل المعدات، يتم استخدام تحديد المواقع باستخدام فرق الوقت عند الوصول (TDOA) لتحليل الموقع بشكل أكثر دقة. يتم وضع مستشعرين على سطح المعدات، ويتم تحليل فرق الوقت بين الإشارات المستلمة (t2 - t1) لتحديد موقع التفريغ الجزئي، عادةً ضمن نطاق متر واحد من المصدر.
1. طريقة فرق الوقت:
لنفترض أن مصدر التفريغ الجزئي على بعد X من المستشعر 1، وسرعة الموجة الكهرومغناطيسية = c (سرعة الضوء)، وتم قياس فرق الوقت t2 - t1 بواسطة موسكوب.
X = (t2 - t1) * c / 2
باستخدام هذه المعادلة وشريط قياس، يمكن تحديد الموضع X.
2. طريقة منصف المستوى:
- قم بتحريك المستشعرين في الفضاء حتى يكون وقت وصول إشارة التفريغ الجزئي متطابقًا في كل منهما. هذا يحدد نقطة التفريغ على المستوى العمودي المنصف بين المستشعرين (تحديد المستوى).
- قم بتحريك المستشعرين داخل هذا المستوى المنصف حتى يكون وقت الوصول متطابقًا مرة أخرى. هذا يحدد نقطة التفريغ على الخط العمودي المنصف داخل ذلك المستوى (تحديد الخط).
- قم بتحريك المستشعرين على طول هذا الخط المنصف حتى يكون وقت الوصول متطابقًا مرة أخرى. هذا يحدد موقع التفريغ بدقة (تحديد النقطة).
لتحديد المرحلة المحددة التي تواجه تفريغاً جزئياً، يستخدم طريقة HFCT لكشف الإشارات على أسلاك الأرض (أو الجسم) للأسلاك الثلاثية الطور المجاورة. يظهر الإشارة الكهربائية من الطور المعيب بمقدار أكبر وبقطبية معاكسة مقارنة بالإشارات على الطورين الآخرين، مما يسمح بتحديد الطور المعيب بسهولة.
