نقش عایق ها در صنعت برق

نقش عایق ها در صنعت برق

اسلاید 1: بنام يگانه خالق هستی نقش عايق ها در صنعت برقارائه دهنده : سید اله یار اله یاری

اسلاید 2: عایق چیست : ماده ای که قابلیت هدایت الکتریکی کم ودرمقابل شدت میدان ازخود استقامت نشان دهد. ویژگی های یک عایق مناسب : 1- استقامت الکتریکی مناسب (هدف اولیه ) 2- استقامت مکانیکی (عایق جامد ) 3 - ضد رطوبت بودن 4-عدم جذب آلاینده 5- پایداردرمقابل نورخورشید 6- پایداری شیمیایی

اسلاید 3: دسته بندی عایق ها فیزیکی : 1- جامد : میکا،چینی،سرامیک،شیشه و..... 2- مایع : روغن ترانس وکابل 3- گاز : هوا،هیدروژن،نیتروژن،SF6شیمیایی : 1- آلی : سلولزها – پلیمرها 2- معدنی : شیشه – میکا چگونگی تولید : 1- طبیعی : چینی،سرامیک ،چوب،کاغذ 2- مصنوعی : پلیمرها - روغن ترانس واکنش حرارتی : 1- ترموست : دراثرحرارت قبل ازرسیدن به حالت میعان تجزیه می شوند وغیرقابل بازیافتند. مثل: رزینها2- ترموپلاست : دراثرحرارت بصورت مایع درمی آیند ( شکل پذیرمی شوند ) . مثل : شمع ولاستیک

اسلاید 4: کلاس بندی حرارتی

اسلاید 5: کاربرد عایق های الکتریکی- هوا : در خازن های فشار ضعیف وخطوط توزیع وپست های فشارقوی- نیتروژن (ازت) : دربرق گیرهای اکسیدروی (Zno) وخازن های استاندارد- گازکربنیک (Co2) : درخازن های استاندارد- هیدروژن : بصورت مایع در ژنراتورهای باتوان بالا- گازSF6: درپست های GIS :( Gas Isolated Substation ) - روغن ترانسفورماتور: درترانسفورماتورقدرت، کابل های روغنی، کلیدهای قدرت ،خازن های فشارقوی- روغن کابل ( بنچومین ) : درمفصل بندی کابل ،باطری های خشک وجعبه های اتصال- روغن نسوز( آسکارین ) : درپستهاوخازن های فشارقوی درمناطق شلوغ که احتمال آتش سوزی می باشد- میکا : بصورت پودرباعایق های دیگردرلامپ تصویر،وسایل الکتریکی ،اتوبخارو....بکارمی رود

اسلاید 6: - آزبست : عایق معدنی که به دلیل تحمل بالا درکوره بکارمی رود- کوارتز: درفیوزهای فشارضعیف- شیشه : درمقره های خطوط هوایی ،بوشینگ ها (مقره های عبوری که هادی ازمیان آن عبورمی کند)- چینی (سرامیک ) : ترکیب {خاک رس ،فلدسپات ،فلیمیت } ، درپایه فیوزها ،مقره هاویا بعنوان عایق اتکایی- کاغذ : جهت بالا بردن مقاومت به روغن آغشته می شود ودرترانسفورماتوربین هردولایه سیم پیچ بعنوان ضربه گیر( کاغذ گرافت ) ودرخازن ها بعنوان دی الکتریک کاربرد دارد.- پلی اتیلن : درکابل هاجهت پوشش ] دراثرگرما تغییرشکل می دهد [- PVC : درلوله خرطومی بعنوان محافظ سیم درولتاژهای کمتراز3.3K - صمغ ( رزین ) :درپوشش سیم پیچی ها { شالاک } ، ]دراثرگرما می سوزد [ - صمغ اپوکسی : دربدنه تابلوهای برق وکلید پریزودستگاه های اندازه گیری ،فیبرمدارچاپی ،بوشینگ

اسلاید 7: آزمایش عایقی یک کلید قدرت در آزمایشگاه فشار قوی

اسلاید 8: پست فشار قوی با عایق گاز SF6

اسلاید 9: پست فشار قوی باعایق عمومی (هوا)

اسلاید 10: عایق های خطوط هواییویژگی عایق های خطوط هوایی : 1- استقامت مکانیکی ( وزن هادی ومقره ،وزن ناشی ازپرنده ویخبندان و....) 2- استقامت الکتریکی ( ولتاژنامی و اضافه ولتاژهای احتمالی ) 3- استقامت سطحی (شکست سطحی ) 4- عدم جذب آلاینده ها 5- عدم جذب رطوبت دسته بندی عایق های خطوط هوایی ازلحاظ جنس : ازلحاظ شکل : 1- شیشه ای 1- مقره چرخی یا ماسوره ای یا قرقره ای 2- چینی وسرامیکی 2- مقره های سوزنی اتکایی (سر تیر ) 3- پلیمرهای ترموست (اپوکسی) 3- مقره های بشقابی یا آویز 4 - پلیمرهای ترموپلاست (لاستیک های سیلیکانی) 4- مقره های مخصوص

اسلاید 11: مزایا ومعایب مقره شیشه ای نسبت به سرامیکی معایباستقامت مکانیکی کمتردرمقابل ضربهاستقامت حرارتی کمتر مزایاشفافیتعدم نیازبه لعاباستقامت مکانیکی بیشتردرمقابل فشاروکششاستقامت الکتریکی بیشترنسبت به شکست داخلی

اسلاید 12: ویژگی مقره های بشقابی :1- هزینه تولید وتعویض کم 2- امکان ساخت متقارن 3 - تعدیل تنش های خمشی باتوجه به قابلیت حرکت پاندولی 4- تعدیل تنش نیروهای کششی 5- قابلیت انعطاف نسبت به کاهش یا افزایش تعداد مقره های یک زنجیره 6- مورد استفاده در هر سطح ولتاژ بصورت زنجیره های چندتایی 7- ازجنس شیشه یا سرامیک 8- در مقره های انتهایی بصورت کششی استفاده می شود. بزرگترین عیب مقره بشقابی : توزیع غیر یکنواخت پتانسیل بروی مقره های یک زنجیره می باشد

اسلاید 13: پارامترهای مؤثردرانتخاب تعدادمقره های خطوطسطح ولتاژخطارتفاع مسیرخط ازسطح دریا ( فشارمحیط )میزان ونوع آلودگی ورطوبت منطقهدرصدغیریکنواختی توزیع پتانسیلشکل وابعادمقره های انتخابیتعداد صاعقه های واقع شده پیرامون خط ودامنه اضافه ولتاژهای ناشی ازآندامنه اضافه ولتاژهای ناشی ازکلید زنیطبق استاندارد HBB : خط تعدادمقره K 63 5 K 132 10-8 K 230 15-14 K 400 24-23

اسلاید 14: پل شرینگ : ( شرینگ استاد فشار قوی دانشگاه هانور آلمان )این پل جهت اندازه گیری ظرفیت و ضریب تلفات عایقی استفاده می شود. VEF=0 Id=0 Z1.Z4=Z2.Z3 درحالت تعادلZ1=rx – j/Cx.ω Z2= -j/Cs.ω Z3=R3 Z4=R4/1+Jr4c4 cX=CS.R4/R3 rx=R3.C4/CS tanδ=R4.C4.ω برتری این پل نسبت به پل وین این است که می توان بدون خطر،ظرفیت وضریب تلفات عایقی را تا ولتاژهای بیش از یک میلیون ولت اندازه گیری کرد .پل وین :tanδ=RS.CS.ω

اسلاید 15: پدیده یونیزاسیونیونیزاسیون : تبدیل یک ذره خنثی (اتم-ملکول)به یک ذره باردارعامل وقوع یونیزاسیون : اعمال انرژی به ذره خنثیعوامل مؤثر بر یونیزاسیون : 1- اختلاف پتانسیل 2 - فشار محیط ]هرچقدرفشارمحیط بیشتردرنتیجه یونیزاسیون کمتر[ 3- شکل الکترودهای تحت ولتاژ ]هرچقدرالکترودنوک تیزتر درنتیجه میدان شدیدتر و یونیزاسیون بیشتر[ 4- دما و رطوبت 5- میزان ونوع آلودگی نوع گاز Ei [e.v] H 5/13 H2 4/15 N2 5/15 Co2 6/12 He 5/24 SO2 25

اسلاید 16: انواع یونیزاسیونیونیزاسیون ضربه ای : ناشی ازبرخوردیک ذره با جرم وسرعت مشخص به ذره دوم ذره نوع اول (متحرک) ذره نوع دوم (ثابت) نتیجه برخورد اتم - ملکول اتم یون مثبت + یون منفی ملکول یونهای مثبت + الکترون آزاد یون – الکترون پایدار ذره خنثی تحریک شده تحریک شده ذره خنثی + انرژی (فوتون)یونیزاسیون حرارتی : Et =mcΔθ Δθ = تغییرات دما c = ضریب گرمایی ویژه m = جرم ذره

اسلاید 17: یونیزاسیون تابشی : E = h x f ثابت پلانک h = 6.6x10-34 طول موج ذره λ= سرعت نور c = f = c/λ فرکانس موج یونیزاسیون سطحی : انرژی اعمال شده به الکترون ها و یون های آزاد درسطح الکترودهاباعث خروج آنها می گردد سپس الکترون ها و یون های آزاد در داخل گاز عایق تحت یونیزاسیون ضربه ای این پدیده را تشدید می نماید

اسلاید 18: تخلیه الکتریکیتخلیه الکتریکی : ترکیب بارهای آزاد وایجاد ذرات خنثی (عکس پدیده یونیزاسیون)نتایج حاصله : 1- آزاد شدن انرژی بصورت فوتون 2- ایجاد ذرات خنثی 3- کم شدن ذرات باردار آزاد انواع تخلیه 1- تخلیه ناقص جامد و مایع (تخلیه جزیی : مقدمه شکست کامل) گاز (کرونا) 2- تخلیه سطحی (درسطح خارجی عایق های جامد) 3- تخلیه کامل (شکست الکتریکی) جامد {غیرقابل ترمیم} مایع و گاز {قابل ترمیم} کرونا : تخلیه ناقص درعایق های گازی واقع درپیرامون الکترودهای تحت ولتاژ چگونگی وقوع : 1- خروج بارهای الکتریکی محدود ازسطح الکترود درنقاط باشدت میدان بیشتر 2- برگشت بارهای قبلی بسمت الکترود درنیم سیکل بعدی همزمان باخروج بارهای غیر همنام از سطح الکترود 3- تداخل بارهای غیرهمنام در پیرامون الکترود ودر نتیجه تخلیه ناقص (کرونا)

اسلاید 19: چشمه کرونا : هر ناهمواری روی سطح الکترودعوامل مؤثر بروقوع : 1- اختلاف پتانسیل (هرچقدر بیشتر – کرونا نیز بیشتر) 2- وجود نقاط برجسته و نوک تیز روی سطح الکترود 3- آلودگی ،دما ،رطوبت و فشار محیطآثار کرونا : 1- تولید گاز ازن 5- اعوجاج درسیستم های صوتی و مخابراتی 2- تولید صدا و نور 6- کاهش استقامت عایق های اطراف الکترود {عیب} 3- ایجاد تلفات {حسن} 7- تعدیل دامنه اضافه ولتاژهای اعمال شده به سیستم 4- ایجاد خوردگی 8- ایجاد عوارض بیولوژیکیشکست کامل : 1- شکست درعایق های گازی : قانون پاشن : ولتاژشکست الکتریکی درعایق های گازی تابع حاصلضرب فشارگازدرفاصله بین الکترودهاست. برای هر عایق گازی یک ولتاژشکست حداقل وجوددارد . Vb = f (p.d)

اسلاید 20: نمونه ای ازتخلیه الکتریکی

اسلاید 21: قوس الکتریکی در یک کلید قدرت در لحظه باز شدن

اسلاید 22: Vbmin [kv] p.d [torr-cm] Gas هوا 567/0 327/0 آرگون 9/0 137/0 H 15/1 273/0 He 4 156/0 Co2 51/0 42/0 N2 67/0 951/0 So2 33/0 457/0

اسلاید 23: 2- شکست در عایق های جامد : 1- شکست ذاتی : افزایش استرس الکتریکی دراثر ولتاژهای خیلی زیاد سبب یونیزاسیون لحظه ای وشدید درعایق گردیده ودریک لحظه کوتاه (کمتر از μs) هدایت الکتریکی عایق بطور ذاتی افزایش یافته وشکست اتفاق می افتد. 2- شکست الکترو مکانیکی : تنش الکتریکی اعمال شده به پیوندهای کریستالی عایق ،باعث بروز نیروی مکانیکی و نهایتا“ تخریب مکانیکی عایق میگردد. 3- شکست الکترو شیمیایی : شدت میدان بصورت کاتالیزور واکنش های شیمیایی مخرب را در عایق تشدید و باعث شکست شیمیایی می گردد. خوردگی : اکسیداسیون : تجزیه : درعایق های ترموست درعایق های ترموپلاست درمواد سلولوزی

اسلاید 24: 4- شکست سطحی : عبور جریان های الکتریکی کم تحت عنوان جریان خزشی (نشتی) از سطح عایق جامد به دلیل وجود مقاومت سطحی عایق ،باعث پیدایش فاصله های خشک و یا نقاط با مقاومت خیلی زیاد می شود . در نتیجه شرایط تخلیه سطحی مهیا می گردد و تکرار تخلیه های سطحی به مرور زمان شکست سطحی عایق را در پی خواهد داشت.روشهای کاهش شکست سطحی : 1- افزایش طول مفید عایق 2- ایجاد حفره های عمیق بر روی عایق 3- طراحی شیب سطح بصورت آیرودینامیکی 4- زیاد کردن خاصیت آبگریزی 5- قراردادن یک نیمه هادی روی سطح خارجی عایق تا در اثر عبور جریان خزشی سطح همیشه گرم باشد.5- شکست حرارتی : انواع تلفات اعم از : 1- تلفات دی الکتریک مربوط به خود جسم 2- تلفات اهمی ناشی از هادی حامل جریان 3- تلفات آهنی ناشی از هسته فرومغناطیس موجب بالارفتن درجه حرارت عایق گردیده و موجب شکست حرارتی می گردد.

اسلاید 25: 3- شکست در عایق های مایع :1- تئوری حباب وحفره : وجود حباب های هوا یا هر گاز دیگری و تجمع در نقاط با شدت میدان بیشتر منجر به شکست الکتریکی می شود .2- ذرات معلق : ذرات ناخالص جامد و عایق موجود در روغن در میدانهای الکتریکی غیر یکنواخت جذب نقاط باشدت میدان بیشتر شده وافزایش چگالی این ذرات موجب شکست می گردد.3- حجم فشرده : دراثر جابجایی روغن و اصطکاک مولکولهای آن با هم یا جداره محفظه اصلی تعدادی از مولکولهای روغن یونیزه شده ودر داخل عایق بار فضایی تولید می گردد و این بارها نیز میدانهای موضعی ساخته که در نهایت شرایط شکست روغن را فراهم می آورند.4- شکست حرارتی : تلفات حرارتی در عایق مایع منجر به تحریک و تجزیه مولکولهای عایق و در نهایت شکست آن می گردد.

اسلاید 26: انواع مقره های کامپوزیتیSILICONE RUBBERمقره های نسل بعد از EPDM RUBBER می باشند.تمایلی با ترکیب باازن(O3)ندارند.زنجیره پلیمری این مقره در مقابل Ultra Violet تخریب نشدنی است. مقاومت حرارتی وبرودتی وخاصیت آبگریزی از خواص مهم این مقره می باشد.چون در مقابل اشعه های خورشید مقاوم می باشد لذا درمناطق گرمسیر که تابش نور خورشید بیشتر است کاربرد دارد.EPDM RUBBERنخستین مقره های کامپوزیتی می باشد.تمایلی با ترکیب باازن(O3)ندارند.زنجیره پلیمری این مقره با افزودنی هایی در مقابل Ultra Violet مقاوم می شود.مقاومت سایشی بسیار خوبی دارد بنابراین در مناطق کویری که خطر سایش وجود دارد،کاربرد دارد.قیمت کمتری نسبت به سلیکون رابر دارد.چون در مقابل اشعه های خورشید مقاوم نیست لذا درمناطق سردسیر که تابش نور خورشید کمتر است کاربرد دارد. نگرانی در مورد کوتاه بودن عمر مقره های کامپوزیتی بی مورد می باشدچون برای این مقره ها عمری بیش از 30 سال را میتوان تخمین زد.

اسلاید 27: شاخص ها ی ساخت مقره های کامپوزیتی

اسلاید 28: نتایج تحقیقات EPRIموسسه تحقیقات EPRI به منظور تحقیقات بر روی مقره های سیلیکونی از 70 کشور اروپایی،آفریقایی،آمریکایی آماری به شرح ذیل جمع آوری نموده است :تعداد شرکتهای استفاده کننده از مقره های سلیکونی : 65 شرکت از 65 کشورتعداد مقره های استفاده شده : 3938000 عددمتوسط عمر مقره ها : 4/6 سالتعداد مقره های معیوب شده : 7000 عددموارد استفاده : 86% شرکتها از مقره های سیلیکونی آویز و ایستایی و 28% از مقره های کششی استفاده نموده اند .علل خرابی مقره ها : 1) خوردگی 60% 2) جرقه 20% 3) نیروهای مکانیکی 10% 4) تخلیه جزیی 5% 5) عوامل دیگر 5%

اسلاید 29: معیوب شدن مقره های سلیکونیهمانگونه که ملاحظه گردید بیشترین علت خرابی خوردگی اتصالات انتهایی و میله مغزی می باشد . درصورتیکه نوع مواد اتصالات انتهایی مرغوب نبوده و یا ضخامت گالوانیزه آنها مناسب نباشد باعث خوردگی و استهلاک مقره می گردد. عامل دیگر خوردگی که مهمتر نیز می باشد ، میله مغزی است که از جنس پلاستیک تقویت شده الیاف شیشه ای می باشد و بایستی دو خاصیت 1) تحمل مکانیکی 2) عایق الکتریکی مناسب را دارا باشد . الیاف شیشه ای ابتدا از اپوکسی رزین که نوع آن نقش مهمی در برابر خوردگی دارد عبور می کنند سپس از طریق دستگاه های بسیار دقیق و پیچیده بهم تابیده می شوند و بسته به قطر میله مورد نظر ، ممکن است تعداد الیاف به 800000 رشته نیز برسد . میله FRP ( میله فیبری با روکش پلیمر ) تولیدی سپس کاملا“ پالایش می شود تا صاف و صیقلی گردد . مهمترین مساله شکسته شدن میله های FRP ، حمله های اسیدی از نوع اسید های غیر بویایی قوی نظیر HNO3 , H2SO4 , HCLON , HCL می باشد . اکسید های نیتریکی و اسید نیتریک با استفاده از تخلیه الکتریکی در اکسیژن و نیتروژن و هوای مرطوب بدست می آیند بنابر این ، این مساله حائز اهمیت می باشد که اطراف دستگاه های HV بر اثر تخلیه جزیی اکسید های نیتروژنی ونهایتا“ اسید نیتریک بوجود می آید و در صورتیکه میله های FRP دارای مواد وطراحی خوبی نباشند در طولانی مدت باعث آسیب کلی در آنها می گردند . بنابراین پیشنهاد می گردد جهت بررسی کیفیت میله های FRP حتما“ آزمایش 69 ساعته اسید نیتریک انجام گیرد

اسلاید 30: عملکرد کاری مقره های کامپوزیتی اولین گزارش در رابطه با مقره های کامپوزیت وعملکرد آنها در سال 1979 چاپ گردید ومقره ها در یک جایگاه تست محیط باز با 320 KV تست شدند . خرابی EPDM RUBBER در محیط آزاد بعلت پیری در داخل، 18 ماه اولیه اتفاق افتاد . خرابی سطحی باعث می شود که مقاومت ولتاژی تا مقدار 25 الی 30 درصد کاهش یابد . اما عایق های با پوشش سیلیکونی بنظر می رسد که با قرار گرفتن در محیط آزاد تحت تاثیر قرار نمی گیرند و کاهشی در قدرت الکتریکی نشان نمی دهند . یک تست دراز مدت (5 الی 9 سال ) با ولتاژ های 600 KVDC & 800 KVAC در نزدیکی ساحل غربی سوئد به اجرا در آمد و در خلال تست در 2 سال اول همه مقره های کامپوزیت در مقایسه با مقره های چینی و شیشه ای بسیار خوب عمل کردند . بعد از 2 سال کارکرد مقره های EP R نشت جریان بسیار بالایی را نسبت به SI R ازخود نشان داد . بنا براین محققین سوئدی دریافتند که کاهش توانایی عایقی در EP R با کاهش کیفیت سطحی آنها ایجاد می شود . اما عملکرد عالی SI R بعلت خاصیت آبگریزی سطحی بود که حتی در شرایط آلودکی سنگین هم این خصوصیت را حفظ می کرد .

اسلاید 31:

اسلاید 32:

اسلاید 33:

اسلاید 34: با تشکرازدقت نظر شما