مروری بر تکنولوژی بوشینگ ها، طراحی های فعلی و تمایلات آینده

نخستين پست زيرزميني GIS كشور در مشهد افتتاح شد
بهمن ۱۶, ۱۳۹۷
پوشش های سلیکونی برای کاربردهای ولتاژ بالا (بخش دوم)
بهمن ۲۳, ۱۳۹۷

مروری بر تکنولوژی بوشینگ ها، طراحی های فعلی و تمایلات آینده

 

بوشینگ­ها دستگاه­­هایی هستند که به رسانا­های فشار قوی اجازه می­دهند تا از طریق دیواره­های زمین شده­ی ترانسفورماتور، تابلو های برق و ساختار پست ها عبور­کنند. بخشی جدایی ناپذیر از این عمل شامل رعایت تمام الزامات الکتریکی، حرارتی و کاربرد مکانیکی می شود.

 

به عنوان مثال، بوشینگ ها باید عایق الکتریکی قابل اعتمادی را در داخل (در برابر شکست) و خارج (در برابر جرقه) هادی که در معرض ولتاژ نامی قرار می­گیرند و همچنین برای خدمات دوره ای – حتی تحت شرایط آلوده ایجاد کنند. یکی دیگر از نیازهای کلیدی این است که توانایی مکانیکی مورد نیاز برای پشتیبانی از هادی و همچنین تمام اتصالات خارجی، از جمله تحت اتصال کوتاه و نیروهای لرزه ای امکان پذیر باشد. علاوه بر این، بوشینگ باید از طراحی حرارتی مناسب برای جلوگیری از گرمای بیش از حد عناصر آن و جلوگیری از شروع پدیده های پیری در داخل عایق، در جریان های نامی و در حوادث اتصال کوتاه برخوردار باشند. بررسی تکنولوژی زیر، از مسائل گذشته INMR گرفته شده و همکاری اخیر پروفسور استانیسلاو گوبانسکی از دانشگاه صنعتی چالمرز در گوتنبورگ، سوئد، در مورد طرح های بوشینگ جایگزین مورد بحث قرار گرفته است. این مورد همچنین به روند آتی نگاه می­کند که با تغییر نیاز بازار و عوامل رقابتی تعیین می شود.

آسیب به هسته­ ی بوشینگ ۵۰۰ کیلوواتی ناشی از گذراهای بسیار سریع.

مقدمه

بوشینگ به طرق مختلفی شبیه به یک عایق یا برقگیر است که در آن یک جزء نسبتاً کم هزینه ای است که عملیات ایمن سازی یک دارایی نسبتاً ارزشمند را تضمین می­کند. به عنوان مثال، در حالی که بوشینگ کمتر از ۵ درصد از هزینه یک ترانسفورماتور معمولی را تشکیل می دهد، شکست فاجعه بار آن­ها می­تواند منجر به از دست دادن کامل ترانسفورماتور و احتمالاً دیگر تجهیزات گران قیمت شود.

آتش سوزی های ناشی از انفجار بوشینگ های روغنی در بعضی از کشورها یک مشکل جدی بوده است، همانند این عکس در کشور برزیل.

انفجار بوشینگ در این پست در نیوزیلند، قطعاتی از پرسلن، سقف خانه های مجاور را سوراخ کرد.

با این حال، در مقایسه با مقره هایی که حاوی هیچ محیط بالقوه انفجاری داخلی نیستند، انواع خاصی از بوشینگ ها نه تنها به پست و کارکنان آن، بلکه همچنین ایمنی جوامع اطراف را نیز تهدید می­کنند. به عنوان مثال، شکست فاجعه آمیز بوشینگ با عایق کاغذی آغشته به روغن ۱۱۰ کیلوولتی در یک پست در نیوزیلند در دهه­ی ۱۹۸۰، بسیار خشونت بار بود و قطعاتی از پرسلن و همچنین روغن و اجسام باقیمانده به داخل خانه­های مسکونی مجاور رسید. خوشبختانه، وقایعی مانند این بسیار نادر هستند. در حقیقت، بوشینگ یک “اسب کاری” است که به طور معمول در بین اجزای قابل اطمینان در هر شبکه برق مدرن رتبه بندی می­شوند. اصل اساسی در طراحی تمام بوشینگ­ها نسبتاً ساده است: شامل یک هادی استوانه ای است که توسط یک سیلندر جامد عایقی احاطه شده است که به صورت مکانیکی به مانع زمین­شده مجهز شده است. با این حال، توزیع میدان الکتریکی درون چنین ساختاری، از لحاظ اجزای محوری و شعاعی بسیار غیر یکنواخت است. بالاترین فشار در، به اصطلاح “اتصال سه گانه” بین دیوار زمین­شده، سیلندر عایق و محفظه­ی گاز یا مایع خارج از بدنه بوشینگ ظاهر می­شود. این غلظت بالا از استرس محلی می­تواند باعث شروع تخلیه جزئی شود.

(خط قرمز) سرامیک چینی موجب آسیب زدن به این منطقه شد(نقاط قرمز) سوراخ در سقف(نقاط آبی) بوشینگی که شکست خورده­ است

این تخلیه ها اغلب تحت عنوان “تخلیه­های gliding” نامیده می­شوند، زیرا آن ها دارای یک اتصال خازنی قوی به هادی داخلی بوشینگ هستند و بنابراین در امتداد سطح سیلندری عایق قرار می گیرند. آن­ها می­توانند منجر به ردیابی در امتداد بوشینگ و حتی موجب بروز جرقه شوند.زمانیکه ظرفیت خازنی عایق (به عنوان مثال در طول ضخامت آن) بیشتر است، شروع به تخلیه و همچنین پیشروی بعدی در سایر آن­ها می­کند. بنابراین، میزان ولتاژ برای احتراق و انتشار آن (تقریباً برابر با ولتاژ جرقه) با این پارامتر تعیین می شود. این در مقایسه با سایر انواع تخلیه هاست، جایی که پارامتر کنترل معمولی فاصله­ی بین الکترود ها می­باشد. از دلیل چنین ملاحظاتی، بهترین راه برای افزایش تحمل و مقاومت بوشینگ در برابر ولتاژ جرقه، بهبود توزیع میدان الکتریکی در امتداد سطح آن است. این را می توان به کمک راه­های گوناگونی به دست آورد، هر چند، در مورد سطوح بالاتر ولتاژ، موثر ترین ابزار از طریق کنترل خازنی برای برنامه­های کاربردی AC و کنترل مقاومت برای برنامه­های کاربردی DC می­باشد.

حالت شکست متداول بوشینگ OIP دارای بدنه­ی پرسلن (چینی)

کنترل خازنی بر اساس قراردادن صفحه های فلزی به داخل عایق جامد بوشینگ است، اساساً یک سیستم از خازن های متصل شده به طور سری تشکیل شده است که مقدار آن به تنظیم و حالت هندسی آن­ها بستگی دارد. شاید راه حلی که اغلب مورد استفاده قرار می­گیرد و موثر است، این باشد که خازن­های سری در سطوح برابر نگه داشته شوند. تأثیر توزیع میدان اصلاح شده در این روش در شکل ۱ نشان داده شده است.

شکل ۱: مقایسه توزیع میدان الکتریکی در یک بوشینگ بدون کنترل میدان مغناطیسی خازنی (بالا) و با کنترل میدان مغناطیسی خازنی (پایین).

قرار دادن صفحه های فلزی در هنگام ساخت یک بوشینگ می­تواند تقاضا شود و در مواقع ضروری کار کند، هرچند تجهیزات سیم­پیچ خازنی مدرن این کار را به طور خودکار انجام می­دهند. در مورد بوشینگ­های عایق شده با کاغذ، ورقه های فلزی بین لایه های مختلف کاغذ قرار می­گیرند. پس از انتخاب شعاع مناسب و طول این صفحه ها، ظرفیت خازنی سری مورد نظر بدست می­آید. کنترل مطلوب مقاومت بر روی توزیع میدان الکتریکی در مورد بوشینگ­های DC معمولاً شامل پوشش منطقه­ی بحرانی در نزدیکی الکترود با لایه های نیمه رسانا است. هدف در اینجا افزایش مقاومت در برابر افزایش فاصله از الکترود زمین شده است.

فن­آوری های جایگزین بوشینگ

در مورد بوشینگ برای سیستم هایی با ولتاژ بالاتر، سه نوع اصلی از سیستم های عایقی در حال حاضر در سراسر جهان استفاده می شود: کاغذ آغشته به روغن (OIP)، کاغذ رزینی (RBP) و کاغذ آغشته به رزین (RIP). سیستم­های جدید بدون هیچ روغنی هم اکنون برای استفاده در ولتاژهای انتقال سطوح پایین توسعه داده شده اند.

بوشینگ­های OIP

از آنجایی که عایق اصلی ترانسفورماتورهای پست به طور سنتی بر اساس کاغذ آغشته به روغن (OIP) است، این فلسفه­ی عایق، تبدیل به یک تکنولوژی رایج بکار رفته برای ساخت بوشینگ شده است. در حقیقت، به طور کلی، حداقل سه مورد از هر چهار اتصال بوشینگ در یک ترانسفورماتور، دارای طراحی OIP است. در برخی از بازارهای بزرگ مانند چین و ایالات متحده، این نسبت احتمالاً حتی بالاتر باشد. این واقعیت یک پیشرفت کوچک برای هر تکنولوژی قدیمی به خصوص با توجه به پیشرفت های انجام شده در اجزای سیستم قدرت در طول سال ها نیست. ترجیح بازارهای قوی برای بوشینگ­هایOIP در طول سال ها با استفاده از تعدادی اصلاحات صورت گرفته توسط برخی از تولیدکنندگان پیشرو، حفظ شده است. این پیشرفت ها باعث شده است که این تکنولوژی هم برای مشتری واسط (به عنوان مثال ترانسفورماتور) و همچنین به کاربران نهایی، به رغم نیازها و خواسته های در حال تغییر آن­ها، جذاب باشد. به عنوان مثال، برای بیش از یک دهه در حال حاضر، توسط تأمین­کنندگان تلاش شده که برای فروش تمام بوشینگ­هایOIP یک استاندارد برای جریان­های خزشی پرسلین ارائه شود. هدف در اینجا این بود که اجازه می دهد یک طراحی بوشینگ در محیط­های مختلف خدماتی به کار گرفته شود و در نتیجه نیاز کاربران نهایی به گونه های مختلف به واحدهای جایگزین کاهش یابد. مهمتر از همه، این به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا به مرتب سازی سفارشات خود بپردازند و از پرسلن ساده تر برای کاهش هزینه های تولید و سربار تولید استفاده کنند. به همین ترتیب، در طول سال ها تامین­کنندگان بوشینگ OIP تغییرات طراحی را با هدف کاهش قطر بدنه­ی پرسلن اعمال کرده­اند تا آن­ها را باریک تر و سبک تر بسازند. این خصوصاً منافع تولیدکنندگان ترانسفورماتور را که به نظر میرسد ترانسفورماتور با امکان حمل و نقل و نصب آسان تر را ترجیح میدهند، تأمین می­کند. در حالی که می توان گفت که بوشینگ OIP یک بار مانند “کشتی های جنگی” ساخته شده است، از آن زمان همه چیز ممکن شده است تا آنها را کوچکتر و کوچکتر کند. پروفیل های باریک مزایای دیگری را به جز کاهش وزن ارائه می دهند: اولاً، خود پرسلین (چینی) ها هزینه کمتری را صرف می کنند، زیرا کاهش قطر می­تواند به طور قابل توجهی کاهش قیمت خرید را به همراه داشته باشد. ثانياً، به دليل طراحي هاي باریکتر، حجم روغن در داخل بوشینگ ها مي تواند به طور معيني كاهش يابد. با این امر به تدریج نگرانی کاربران در مورد خطرات تجربه شده مانند نشت روغن و آتش سوزی کاهش می­یابد.

تولید مدرن بوشینگ OIP به طور فزاینده ای خودکار شده است.

به استثنای این تغییرات اصلی طراحی در این صنعت گسترده، شرکت های مختلف بوشینگ OIP، بهبود­های بیشتری در زمینه هایی مانند روش های بهتر مهر و موم کردن در برابر نشتی­ها را اعمال کرده اند؛ طرح ها برای تسهیل نصب و راه­اندازی افقی و عمودی؛ افزایش میزان نظارت بصری بر سطح روغن؛ تعویض آسان تر بین ترانسفورماتور و برنامه­های کاربردی تابلوی برق؛ و تماس مکانیکی بهتر بین ترمینال بالا و هادی برای جلوگیری از پتانسیل گرمایش مرسوم که باید در طول زمان ضعیف شود. اصلاحات دیگری نیز توسعه داده شده است که اجازه می­دهد تا بوشینگ OIP سریعاً در این زمینه با حداقل تاثیر بر عملکرد دستگاه آسیب دیده تعویض شود. یکی از زمینه­هایی که در تکنولوژی بوشینگ OIP وجود دارد، چنین است که برخی از این صنایع احساس می کنند که رشد بیشتری برای توسعه، با استفاده از سیستم های نظارت بهتر در آن ها می­تواند ایجاد شود. به عنوان مثال، با توجه به این که صدها هزار  از این واحد در سراسر جهان وجود دارد، یک سؤال هنوز باید پاسخ داده شود و آن این است که چگونه چنین طراحی بوشینگی در آینده باید هوشمند باشد، خصوصاً در رابطه با نظارت داخلی بر سطح روغن و دیگر پارامترهای مهم خدمات دهی آن. با توجه به پیگیری های مداوم برای اصلاح طرح بوشینگ OIP در طول سال­ها، می­تواند زمزمه نمود که آیا هنوز  کارهای بیشتری وجود دارد که می­تواند انجام شود تا عملکرد آن بهبود یابد و یا هزینه­های ناشی از آن کاهش یابد؟ در واقع، شاید این سبک بوشینگ امروز به حالت بلوغ طراحی رسیده باشد و فضای بسیار کمی برای بهینه سازی اضافی به جای گذاشته باشد.

بوشینگ­هایی با کاغذ رزینی باند شده

تولید بوشینگ­های RBP بر پایه­ی لایه­های کاغذهای سیم­پیچی شده­ی پوشیده شده با رزین در اطراف هادی تحت حرارت و فشار بوده و اساساً لايه­ها را با هم ورقه ورقه می­کنند. با این وجود، این فرایند به طور ذاتی به سختی کنترل می­شود و بنابراین چنین طرح هایی به علت وجود چنین نقایصی دچار مشکل می­باشند. به رغم این سابقه، سبک بوشینگ RBP به دلیل قیمت بسیار رقابتی آن، یک بازار آماده را پیدا کرده است. در حال حاضر، استفاده از آن به طور عمده در میزان ولتاژ پایین محدود است، زیرا خطر ناپایداری حرارتی به علت تلفات دی الکتریک کاغذ نسبتاً زیاد، بالا است. به همین دلیل، فشار شعاعی در چنین طرح هایی در سطح پایین تری به نسبت سایر انواع بوشینگ، معمولا حدود ۲ کیلوولت / میلیمتر نگه­ داشته می­شود.

بوشینگ­هایی با کاغذ آغشته شده به رزین

در مقایسه با بوشینگ RBP، با معرفی یک تکنولوژی که عایق کاغذی آن با رزین اپوکسی آغشته شده است، بهبود قابل ملاحظه­ای حاصل شده است. سیستم عایق حاصل شده، حاوی عناصر درجه بندی میدان، خشک و آزاد است – گرچه در طول چرخه­ی اصلاح و بهبود باید به آن توجه زیادی شود تا از تنش های داخلی و تشکیل ترک­ها، به خصوص در سطوح ولتاژ بالا به دلیل استفاده از حجم بیشتر مواد جلوگیری شود. فشار عملیاتی شعاعی در بوشینگ RIP حدود ۳ کیلوولت / میلیمتر است. همانطور که در مورد تکنولوژی OIP نیز آمده است، تامین­کنندگان بوشینگ های RIP در طول سال­ها نیز تلاش کرده اند تا اصلاحیه ها و بهبود محصول را برای توجیه قیمت بالاتر آن که معمولاً با این فن­آوری مرتبط است، ارائه کنند. از جمله مهمترین تحولات در این زمینه، استفاده از بدنه­ی سیلیکونی به جای پرسلن است که هنوز در اکثریت قریب به اتفاق تمام طرح های OIP بکار می­رود. در واقع، این یک راه حل فنی است که بعضی در صنعت از آن ها به عنوان تکامل نهایی در طراحی و عملکرد بوشینگ یاد کرده اند.

بوشینگ های RIP دارای بدنه­ی سیلیکونی که معمولاً هر زمان که نمایش داده می شوند توجه بیشتری را به خود جلب می کنند.

بوشینگ خشک RIP (پیشرو) مزایایی را ارائه می دهد، اما نفوذ آن ها در بازار در مقایسه با مدل­های OIP (پس زمینه) بسیار کم تر است.

شکی نیست که پذیرش بازار سیلیکون در بوشینگ برای RIP خیلی بیشتر از طرح های OIP است تا آنجا که بیش از ۹۰ درصد از تمام بوشینگ طبقه بندی شده که دارای بدنه­ی سیلیکونی هستند دارای هسته های RIP هستند. این به این علت است که مزایای سیلیکون آشکار و توسط مشتریان در هنگام استفاده از این تکنولوژی پذیرفته شده است و در برخی موارد حتی به RIP کمک می­کند تا با سبک های OIP بهتر رقابت کنند. آلمان، سوئیس و اتریش نمونه هایی از بازارهایی هستند که تکنولوژی بوشینگ خشک با استفاده از بدنه­ی سیلیکونی به طور گسترده در آن­ها پذیرفته شده است، که عمدتاً به دلیل نگرانی­های امنیتی و زیست محیطی است.

انگیزه استفاده از سیلیکون به جای پرسلن به عنوان بدنه برای بوشینگ به طور معمول شامل عوامل کاهش خطر برای افراد و دستگاه­ها، عملکرد آلودگی بهتر، مدیریت آسان­تر و سرعت در تولید می­باشد. به عنوان مثال، کاربردهای فراوانی وجود دارد که در آن یک بوشینگ به طور خاصی نسبت به آلودگی آسیب پذیر می­شود، مانند زمانی که انباشت زیادی از آلودگی وجود دارد که به دلیل آن در معرض جرقه در آب و هوای مرطوب قرار می­گیرد. در چنین مواردی، سیلیکون اغلب بیش از پرسلن ترجیح داده می شود. با این حال، یکی از بزرگترین چالش ها در جایگزینی پرسلن با سیلیکون بر روی بوشینگ RIP، هزینه های بالاتر آن می­باشد، به خصوص در ولتاژ کمتر از ۲۴۵ کیلوولت و جایی که بیشتر حجم کسب و کار و بازار متمرکز شده است. برای واحدهای RIP، قطر کمتر نسبت به اکثر طرح های OIP نیز به این معنی است که پوسته های چینی که جایگزین می شوند، هزینه کمتری را به همراه دارند. فقط این موضوع است که تفاوت بین آن­ها را برجسته می­کند. یک مشکل اولیه در هنگام تغییر عایق خارجی از پرسلن این بود که عایق های سیلیکونی جدید اغلب به عنوان یک جایگزین یک به یک برای پرسلن بود. این به این معنی است که فلنج های بزرگتر برای پرسلن که اغلب برای جایگزینی با کامپوزیت مشخص شده است، مورد نیاز است، حتی اگر ضروری نباشد. خوشبختانه، این موضوع در سال های اخیر کمتر از یک موضوع مهم بوده است، زیرا هر دوی تامین­کنندگان و کاربران بوشینگ مفهوم نیاز به بهینه سازی طراحی کل را بهتر درک کرده­اند. علاوه بر این، سطح رو به رشد استاندارد سازی در این صنعت موجب شده است که اندازه و قطر اتصالات متحدالشکل شوند. در میان پیشرفت های قابل توجهی که در سال های اخیر به کار گرفته شده است، استفاده از بدنه­ی سیلیکونی نسبت به بوشینگ های RIP است، معرفی فرآیندی که لوله FRP را حذف می­کند و به جای آن مستقیماً بر روی هسته اپوکسی قرار می­گیرد. این فناوری در حال حاضر تقریباً برای ۲۰ سال است که در دسترس بوده و هنوز هم برای بوشینگ تا حداکثر ولتاژ مشخصی مناسب است. مزیت اصلی یک فرایند قالب­گیری مستقیم در برابر یک عایق کامپوزیتی هسته توخالی “تنها” صرفه جویی بالقوه از ۵ تا ۱۰ درصد هزینه کل بوشینگ است. این به این دلیل است که قالب بندی مستقیم نیازی به لوله FRP گران قیمت ندارد و همچنین مواد دی الکتریک که فضای بین هسته و داخل لوله را پر می کند، حذف می­شود.

تحمل نکردن این مزایای مربوط به هزینه و همچنین کاربرد ریخته­گری مستقیم هسته­های RIP به طور گسترده، در زمانی که مورد انتظار بود، به دست نیامده است. به استثنای سرمایه­گذاری بزرگ که توسط سازنده بوشینگ صورت گرفته است تا قادر به اجرای این فرایند در فضای درونی باشد، ممکن است مسائل فنی نیز حل شود، به ویژه در ولتاژ بالاتر. به عنوان مثال، یک پیوند شیمیایی بسیار خوبی بین هسته و سیلیکون وجود داشته باشد تا از هر گونه مشکل تداخلی اجتناب شود. همچنین مسئله “رفتار کلیدزنی سرد” وجود دارد. بعضی از کارشناسان وقتی که ماده سیلیکون به طور مستقیم بر روی هسته RIP قالب بندی شده است، خاطر نشان می­کنند که بخار احتمالاً از طریق سیلیکون قبل از برقدار شدن حرکت می­کند و می­تواند توسط بدنه­ی رزینی جذب شود. این ممکن است به این معنا باشد که، حداقل در ابتدا، بوشینگ یک عامل تخریب بالاتر را داشته باشد. با این حال، یکی دیگر از مشکلات بالقوه ریخته گری مستقیم sheds در مقایسه با استفاده از عایق­هایی با هسته­ی کاملاً توخالی، مربوط به عملکرد مکانیکی است. اگر الزامات مکانیکی بوشینگ بیش از هسته و هادی RIP آن باشد، مقاومت مکانیکی اضافی لوله برای کمک به حمل بار لازم است. لوله نیز مزایای دیگری را برای ایجاد مانع در برابر رطوبت ارائه می دهد. در این راستا ممکن است کشیدن موازی بین بوشینگ­های ریخته­گری شده با سیلیکون با تجربه­ی حال حاضر از برقگیر های پلیمری که در حال حاضر نیز با استفاده از تکنولوژی ریخته گری مستقیم رو به رشد است، مناسب نباشد. برقگیر ها طوری در نظر گرفته نشده­اند که برای ۳۰ تا ۵۰ سال عمر کنند و حتی اگر شکست بخورند، اغلب مشکل جدی پیش نمی­آید. اگر یک بوشینگ با مشکل مواجه شود، کل ترانسفورماتور زیر آن تحت مشکل قرار می­گیرند. به استثنای عایق خارجی، به نظر نمی رسد که تحولات عمده ای در نحوه تولید هسته های BIP بکار رفته باشد که بتواند هزینه را کاهش دهد. چرخه­ی خشک کردن و بهبود مهمترین مرحله است و ظاهراً نمی تواند از آن به راحتی صرف نظر نمود. همچنین دگر رزین نیست که بتواند بخشی از بدنه­ی بوشینگ RIP را بسازد که به طور قابل توجهی در ترکیب یا هزینه تغییر ایجاد کند. در واقع، به جای اینکه به تغییرات در بدنه­ی رزینی خود نگاه کند، اکثر تلاش های تامین­کنندگان برای بهبود تدارکات تولید اختصاص داده شده است. کل فرآیند تولید این بوشینگ­ها به مشخصات فنی، به ویژه به علت افزایش ولتاژ که این، تعداد تولیدکنندگان واجد شرایط را در ولتاژهای بسیار بالا محدود کرده است، نیاز دارد. هر گونه اصلاحات عملی که هنوز در تکنولوژی بوشینگ RIP اعمال شده است، در آینده احتمالاً تحت چنین شرایطی قرار خواهد گرفت: طبقه بندی بهتر لایه های کندانسور – به طوری که آن­ها را به طور مداوم کوچکتر و کارآمد تر می کند. همچنین ممکن است نیاز به کنترل بیشتر فرآیند برای بهبود کارایی تولید وجود داشته باشد و این باعث می شود که فرایند کنترل و تکرار بیشتر شود و نتیجه­ی آن هر بار یک محصول سازگارتر باشد.

در نهایت، یک مقایسه کاملاً فنی بین فن­آوری های بوشینگ OIP و RIP ممکن است عامل تعیین کننده در انتخاب مشتری نباشد. با توجه به تأثیرات عظیمی از تبلیغات تجاری در تمام تصمیمات خرید در این روزها، موفقیت در آینده به آن دسته از تامین­کنندگان بوشینگ می­رسد که بیشتر به ارائه­ی قیمت، صرف نظر از تکنولوژی، توجه می­کنند. این شامل فاصله خزشی، قابلیت لرزه نگاری و تعویض کامل برای کاربرد در ترانسفورماتورها و یا قطع کننده­ها، در میان دیگر مشخصات می­باشد. به طور مشابه، نتنها افراد در صنعت – حتی در میان شرکت هایی که تکنولوژی های OIP و RIP را ارائه می دهد – متقاعد شده اند که RIP همیشه الزاماً انتخاب مناسب تری از لحاظ فنی است. به عنوان مثال، یک تامین­کننده اشاره می کند که فناوری RIP نیز در حقیقت دارای معایبی است که باید در نظر گرفته شود، از جمله هزینه بالاتر آن تا عدم اطمینان در مورد چگونگی پیری هسته در طول زمان. این به این دلیل است که، بر خلاف مورد مدل های OIP، تجزیه و تحلیل قابل اعتماد پیری بر روی بوشینگ RIP انجام نمی­شود. در عوض، واحد باید از سرویس خارج شود و برای آزمایش به آزمایشگاه بازگردد. در واقع، با توجه به محیط قدرتمند امروز، نگرانی های روزافزون در مورد چگونگی پیر شدن بوشینگ ها وجود خواهد داشت. به همین دلیل برخی پیش بینی می­کنند که تمایل برای انواع جدید بوشینگ در آینده ممکن است بیشتر به سمت واحدهای پر شده یا آغشته شده به گاز به جای آن­هایی که بر روی دی­الکتریک های ارگانیک متکی هستند، برود.

 طرح ها و ملاحظات دیگر

در واقع، در مقایسه با بوشینگ­های OIP قدیمی، بوشینگ RBP و RIP که در بالا مورد بحث واقع شد، امروزه طرح های جدید، استفاده از گاز تحت فشار، عمدتاً SF6، به عنوان عایق داخلی مورد استفاده قرار می­گیرد. سپس صفحه های فلزی برای کنترل فشار الکتریکی در داخل بدنه­ی بوشینگ استفاده می شود.

بوشینگ های تابلو برق عایق شده با گاز ۷۵۰ کیلوولت.

بوشینگ های GIS در پست ۱۰۰۰ کیلوولتی در چین.

همانطور که قبلاً ذکر شد، انتخاب بدنه­ی خارجی عایق در یک بوشینگ یکی از عوامل کلیدی است که بر عملکرد و هزینه خدمات تأثیر می­گذارد. برای کاربردهای داخلی با آلودگی کم و رطوبت طبیعی، راه حل های مبتنی بر رزین RIP نیازی به بدنه­ی اضافی از هسته اپوکسی ندارند. با این حال، این مورد در باره­ی بوشینگ­های OIP و یا بوشینگ­های پر شده با گاز صادق نمی­باشد، زیرا هر دوی آن­ها نیاز به پوسته یا مقره های کامپوزیتی دارند. برای ملاحظات ایمنی، استفاده از راه حل کامپوزیت اغلب هنگامی که هر یک از اجزای با عایق گازی تحت فشار داخلی بالا مورد توجه قرار می گیرد، ترجیح داده می­شود. راه دیگری برای طبقه بندی فناوری های مختلف بوشینگ که در حال حاضر در دسترس است، مربوط به مشترکات در طراحی و ساخت آن­ها نیست، بلکه در زمینه های کاربردی یا مقادیر قابل قبول ولتاژ آن هاست. به عنوان مثال،احتمالاً شایع ترین کاربرد بوشینگ در ترانسفورماتورهای قدرت است، جایی که قطعات بیرونی در هوا، گاز یا روغن کار می کند. در حال حاضر بوشینگ OIP تا ۱۲۰۰ کیلوولت و بالاتر در دسترس است، در حالیکه بوشینگ­های درجه بندی شده با رزین آغشته شده به اپوکسی، تا ۱۰۰۰ کیلوولت توسعه یافته است.به غیر از UHV، یک برنامه کاربردی دیگر شامل بوشینگ جریان بالا (با جریان عملیاتی تا ۴۰ کیلوآمپر) است که در قسمت ولتاژ پایین ترانسفورماتورها و همچنین در ژنراتورها استفاده می شود. یکی از الزامات اصلی طراحی در این مورد، توانایی موثر برای تخلیه و خارج کردن گرما است. یکی دیگر از گروه های گسترده از برنامه های کاربردی بوشینگ شامل اتصالات به تابلوهایی با گاز عایق (GIS)، بیشتر به طور معمول به عنوان بوشینگ ورودی می­باشد. هسته های خازنی مبتنی بر RIP در داخل بدنه­ی چینی یا لوله های کامپوزیتی که دارای shed های سیلیکونی هستند، می­توانند در این زمینه به خوبی عمل کنند. برای قسمت گازی، نیاز به یک لاک الکل سطحی برای برآورده شدن نیاز به مقاومت در برابر مواد خورنده ناشی از تجزیه گاز SF6 است. علاوه بر این، الزامات اتصال مستقیم بین ترانسفورماتورها و GIS در حال رایج تر شدن است و طرح های ویژه ای برای تبدیل بوشینگ روغنی به گازی ایجاد شده است.

کاربردهای بوشینگ GIS در کره (عکس چپ) و جمهوری چک.

با این حال، گروه دیگری از برنامه های کاربردی بوشینگ – و یکی از آن ها که در حال حاضر به سرعت در حال رشد است در کشورهایی مانند چین، هند، برزیل و آفریقای جنوبی، از جمله دیگر مربوط به استفاده از آن ها در پست­های تبدیل HVDC است. امروزه تولید کنندگان بوشینگ پیشنهاد ویژه­ای را برای اتصال به ترانسفورماتورهای HVDC، راکتورها و اجزای سیستم های عایق شده با هوا تا ولتاژ تا ± ۸۰۰ کیلوولت ارائه می دهند. این می تواند در یک محیط روغنی ترانسفورماتور، برای اتصالات در فضای داخلی یا در فضای باز عمل کند. همانطور که بحث شده است، در مقایسه با برنامه های AC ولتاژ بالای عملکرد یک بوشینگ HVDC تحت تأثیر خواص مقاومتی مواد آن قرار می­گیرد و بنابراین کنترل فشار باید به درستی تنظیم شود. برای مثال، اهمیت حیاتی برای کنترل میدان در قسمت روغنی بوشینگ OIP  در کاربرد HVDC احتیاج است، زیرا نسبت مقاومت کاغذ نسبت به روغن تا ۱۰۴ می تواند باشد.

برنامه های کاربردی بوشینگ در پست­های تبدیل ± ۸۰۰ کیلوولت.

استفاده از عایق کامپوزیت در طراحی پوسته­ی بوشینگ برای بالاترین سطح ولتاژ، نه تنها عملکرد عالی در برابر جرقه دارد بلکه همچنین مقاومت مکانیکی بسیار بالایی را نیز فراهم می­کند. مسئله دیگر مربوط به دینامیک شارژ DC است و این عامل مهمی است که نه تنها در حین آزمایش بلکه در مورد تاثیر بر عملکرد جرقه، به خصوص در هنگام تغییر ولتاژ، باید به آن توجه نمود. با این حال، یکی دیگر از عواملی که در این نوع از کاربرد های UHV بوشینگ در نظر گرفته می شود، درک بهتر پیری مواد پلیمری در چنین محیطی است. گرایش به افزایش سطح ولتاژ انتقال و همچنین افزایش رشد در ابعاد بوشینگ باعث شده است که پارامترهایی نظیر رفتار لرزه­ای نیاز به بهتر کنترل شدن داشته باشد. از لحاظ تاریخی از روش های متعددی برای بررسی قابلیت های لرزه­ای بوشینگ استفاده شده است. این شامل محاسبات استاتیک برای تخمین نیروهای تولید شده در یک رویداد لرزه­ای با شتاب داده شده و سپس مقایسه آن با قابلیت­های طراحی تجهیزات است. اگر چه استانداردهای IEEE 693 و IEC 1463 شامل جداول لزره برای استفاده از تجهیزات برای مناطق زلزله­خیز مورد استفاده قرار می­گیرند، زلزله­های گذشته نشان می­دهد که ترانسفورماتورها و بوشینگ­هایی که این آزمایشات را گذرانده اند در بعضی موارد هنوز در معرض آسیب قابل توجهی قرار دارند. برای غلبه بر این کمبود، شبیه سازی عددی به عنوان یک جایگزین معرفی شده است و بسته به تجربه آینده ممکن است نیاز به اصلاح بیشتر داشته باشد.

نتیجه گیری

توسعه در فن­آوری های بوشینگ در سال­های اخیر بسیار چشمگیر بوده است، که این قضیه همیشه در اولین نگاه روشن نیست. بوشینگ امروز ممکن است بسیار شبیه بوشینگ های مورد استفاده در گذشته باشد، اما با بررسی دقیق­تر، اصلاحات و پیشرفت هایی که از دیدگاه مقیاس، عملکرد، و هزینه ساخته شده اند، قابل درک می­شود. در میان نیروهای محرک پشت این پیشرفت، تلاش های این صنعت برای کاهش هزینه ها و همچنین زمان تولید و به حداکثر رساندن استانداردهای بوشینگ برای کاهش نیاز کاربران برای ذخیره­ی انواع مختلف قطعات یدکی است. علاوه بر این، رقابت داخلی، به ویژه بین سبک­های OIP و RIP، تامین­کنندگان را به دنبال بهینه سازی در هر دو طرح ارائه­شده وادار می­کند. یکی دیگر از عواملی که باعث توسعه تکنولوژی بوشینگ، به ویژه در سال های اخیر شده است، استفاده روزافزون از سیستم انتقال HVDC و نیز افزایش ولتاژ AC UHV می­باشد. در عین حال، تقاضای زیست محیطی برای توسعه­ی پست­های بدون روغن و یا میزان کم SF6، چالش های طراحی جدیدی را برای صنعت ایجاد کرده­ است. امروزه تولید کنندگان بوشینگ را برای سطوح ولتاژ بیش از ۱۰۰۰ کیلوولت و برای جریان های بسیار بالایی تولید کرده اند. در طرف HVDC، کار بر روی بوشینگ های ± ۱۰۰۰ کیلوولت در حال انجام است. به نظر می رسد که تکنولوژی بوشینگ  RIP به خوبی درک شده است، و چنین درکی اجازه می­دهد تا سازندگان، بدنه­ی کندانسور ها را عاری از تخلیه­ی جزئی حتی برای واحدهای بسیار بزرگ، در حالی که افزایش استفاده از ترکیبات گاز جدید (به عنوان مثال N2 / SF6) در GIL نیاز به توسعه معیارهای جدید برای طراحی دارد، بسازند. در نهایت، استفاده روزافزون از بدنه­های سیلیکونی در طرح های بوشینگ باعث ایجاد نیاز بیشتر به مطالعه رفتار طولانی مدت آن، به ویژه در برابر ولتاژ DC، گرما و فشار مکانیکی شده است.

 

 

منبع: مجله مهندسی INMR April 22, 2017

دیدگاهتان را بنویسید

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