نقص عایق­های خط انتقال به علت آلودگی طبیعی اغلب با تغییر در محیط خدمات و یا با پارامتر های نادرست در هنگام مشخص کردن عایق در طراحی پروژه همراه می باشد. چنین خروج هایی معمولا هنگامی اتفاق می­افتد که آب روی یک عایق حل شود، اما مقدار ناکافی از نمک و سایر آلاینده های رسانایی که روی سطح آن انباشته شده اند، حذف نشوند. جریان نشتی از آلودگی مرطوب ایجاد شده عبور کرده و باند های خشک مقاومتی بالا را تشکیل می دهد. در حالی که تخلیه در این باند های خشک معمولاً خود به خود خاموش می­شوند، در موارد استثنایی می توانند به جرقه تبدیل شوند.

یک تاریخ از وقفه های مکرر که خط ۵۰۰ کیلوولتی Xingó-Angelim II در شمال شرقی برزیل را تحت تاثیر قرار می داد نمونه خوبی از این نوع مسائل است. در این مورد، عوامل کلیدی مانند تغییرات اخیر در الگوهای بارش محلی به این معنی است که عایق ها در این خط باید دوره­های طولانی تر را با شستشوی طبیعی بسیار کم و حتی شاید و بدون شستشوی طبیعی تحمل کنند. در واقع، به رغم مطالعات مربوط به آلودگی طبیعی در مناطقی که از خط استفاده می کنند، مشکلات در سال های اخیر به طور همزمان با رشد در شبکه انتقال منطقه ای شدت یافته است.

A.C.S. Berrêdo, F.S. Coutinho, S.A. Silva و A.R. Sousa of Transmissora Aliança de Energia Elétrica S.A. (TAESA)

وضعیت را بررسی می­کنند و همچنین کارهایی را که برای حل اختلالات چشمگیر در طول کل این دارایی­ها انجام می شود، ارائه می دهد تا از تنش های مربوط به اجزای خط و پست جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان را حفظ کنند.

پس زمینه

خط ۵۰۰ کیلوولت Xingó-Angelim II خط ۱۹۳ کیلومتری از طریق شمال شرقی برزیل به راه می افتد و نیروگاه هیدرولیک Xingó را در ایالت Alagoas به پست برق Angelim  II در Pernambuco متصل می کند. از زمان راه اندازی در سال ۲۰۰۴، خطوط از یک سری وقایع مربوط به خاموشی ها که عمدتاً متمرکز در کوه های سائو پدرو در ارتفاعات Pernambuco بود، رنج می برند. این ناحیه دارای بارش باران محدود است، معمولا فقط از آوریل تا اوت، و به همراه مکرر مه و غبار. حدود ۵۷ کیلومتر از خط، یعنی بخشی که شامل برج های ۲۸۴ تا ۳۹۷، در این منطقه وجود دارند (شکل ۱).

بخشی از خط تحت تأثیر آلودگی در کوه های سائو پدرو، که به رنگ سبز برجسته شده است (برج ۲۸۴ تا ۳۹۷ برج)

نخستین اقداماتی که برای حل این مسئله انجام شد، شستشوی سیستماتیک رشته های عایق شیشه ای بود. با این حال، هزینه این عملیات تعمیر و نگهداری با توجه به مشکل دسترسی به برج ها و زمان کوتاهی که بین دوره های شستشوی پیوسته مورد نیاز بود، غیرقابل قبول بود. در سال ۲۰۰۷، تصمیم به استفاده از پوشش های سیلیکون RTV بر روی مقره های شیشه ای اعمال شد. حدود ۱۳،۸۰۰ عایق با عایق های جدید جایگزین شدند که بیش از ۸،۶۵۰ عدد آن دارای پوشش شده بودند.

شستن سطوح خط اولین اقدام اصلاحی بود

عایق شیشه ای از سیلیکون RTV دارای پوشش

با این وجود، تنها ۳ سال پس از اعمال مقر­های جدید سیلیکونی دارای پوشش، در برج # ۲۸۴ که در نزدیکی آغاز خط در مناطق تپه­ای قرار داشت، قطع برق اضطراری رخ می دهد. این حادثه به تیم مهندسی O & M فرصتی برای خارج کردن و بررسی وضعیت عایق­های پوشش دار را داد. پس از تنها چند سال در سرویس بودن، شواهد واضحي از پوسته شدن سطح و همچنين از دست رفتن هيدروپوفيت، و در نتيجه کاهش اثربخشي پوشش نيز وجود داشت. در سال ۲۰۱۵، پس از قطع بیشتر، برج ۲۸۴ دوباره تحت تأثیر این شرایط قرار گرفت و این نشان دهنده­ی نیاز به بررسی اقدامات جایگزین برای مقابله با این مشکل بود.

آسیب دیدن عایق آلوده ۳ سال پس از نصب در برج ۲۸۴

شکست رشته عایق در برج # ۲۸۴ در سال ۲۰۱۵ به علت آلودگی

بررسی داده های عملیاتی

تیم مهندسی O & M به منظور ارزیابی راه حل های احتمالی، با توجه به تمام داده های موجود، مطالعات انجام شده را انجام داد. اول، موارد خطا های ناشی از آلودگی به منظور تعیین اینکه آیا این موضوع هنوز عمدتاً در کوه های سن پدرو متمرکز است یا نه، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. این امر تأیید می­کند که آیا مشکل اصلی از دست رفتن اثربخشی پوشش است یا اینکه در آن رشد پراکندگی آلودگی نیز دخیل بوده است، یعنی دیگر مناطق که خط در آن مکان ها نیز وجود داشته از این مشکل نیز رنج می برند. خروج خط Xingó-Angelim II ناشی از آلودگی: ۲۰۱۲ تا ۲۰۱۵

جدول ۱ نشان دهنده­ی شکست از سال ۲۰۱۰، نشان دادن تمام برج های تحت تأثیر قرار گرفته شده و همچنین نوع آن ها و فاز های مربوطه می باشد. یکی از نکات مهمی که از این داده ها بدست می­آید این بود که تمام خروج خطوط ناشی از جرقه در هنگام سپیده دم و یا در طول شب اتفاق می افتد. این موضوع نقش رطوبت را تقویت کرد. علاوه بر این، این واقعیت که اغلب خروج ها اغلب ناشی از خطای دو فاز به زمین بودند، پیشنهاد کرد که هر دو فاز ویژگی های مشابه دارند. در نهایت،silhouettes  برج ها برای تأیید اینکه اگر خطا­ها بر روی یک نوع پیکربندی مقره متمرکز شده اند، مقایسه می شود (شکل های ۶ و ۷).

رشته I رایج از خط Xingó-Angelim II

رشته V رایج از خط Xingó-Angelim II

عایق روی خط Xingó-Angelim II با فاصله خزشی ۸۳۲۰ میلیمتر (یعنی ۱۵٫۱۲ میلیمتر / کیلوولت) در کل مسیر طراحی شده است – مقداری که مربوط به آلودگی سبک مطابق با IEC 60815 است. برای تأیید اینکه آیا مشکلات فقط در مناطق پر از تپه رخ می­دهد، یک نمودار که ارتفاع هر برج در خط نشان داده شده است، ارائه شد (نگاه کنید به شکل ۸). در واقع، بسیاری از برج ها که در بخش عبوری از کوه های سائو پدرو و در ارتفاع بسیار بالاتر از سایر مناطق که خط در آن مکان ها نیز وجود داشت قرارگرفته بودند، تحت تاثیر قرار گرفتند. این باعث می شود که آن ها بیشتر به شرایط مه و غبار حساس شوند.

مشخصات توپوگرافی از کوریدور TL با کوه های Range São Pedro که به صورت برجسته مشخص شده است

برای درک بهتر نقش تمیز شدن طبیعی، داده ها بر روی الگوهای بارندگی محلی در سال­های اخیر، با استفاده از شهر Bom ​​Conselho واقع در وسط منطقه تپه ای، به عنوان مرجع (شکل ۹) جمع آوری شده است.

میانگین بارش باران در Bom ​​Conselho

اولین برنامه تسکین دهنده

نتایج مطالعه اهمیت نیاز به تمرکز برای تلاش­هایی جهت تسکین در برج ها در نزدیکی کوه­های سن پدرو، از آنجا که این ناحیه دارای شکست عایقی متمرکز به علت آلودگی طبیعی است را برجسته نمود. راه های جایگزین برای بهبود شرایط به صورت مقایسه­ای با چندین عامل در زیر آورده شده است:·       تعداد رشته های درگیر؛·       هزینه اجرایی·       تجربه در دیگر تأسیسات؛·       مجازات های اعمال شده توسط مقامات نظارتی ملی؛·       ایمنی خطوط و دارایی ها؛·       طبیعت راه حل با توجه به تجربه خدمات مثبت با عایق کامپوزیتی که در خطوط انتقال در همان منطقه و همچنین تجربیات خود با TAESA که در مورد آنها اعمال شده است، توصیه شده است که تمام ۶۱۸ رشته عایق شیشه ای بین برج های # ۲۸۴ و # ۳۹۷ را به همراه درنظر گرفتن میزان آلودگی فوق العاده بالا با عایق سیلیکونی طراحی کنند. این توصیه شامل برج هایی با مقره­های آویزان و همچنین مجموعه مقره های عایق بندی شده است. عایق های کامپوزیتی نزدیک به ۱۵۰۰۰ میلیمتر فاصله خزشی داشتند، یعنی حدود ۸۰٪ بیشتر از رشته های شیشه­ای پوشش داده شده که جایگزین می­شدند. آن­ها همچنین دارای هیدروفوبیت برتر و سایر خواص الکتریکی مورد نظر (که در جدول ۲ نشان داده شده است) می­باشند. استفاده از این عایق های پلیمری باعث افزایش فاصله خزشی از ۱۵/۱۲ میلی متر / کیلوولت تا ۲۷٫۳ میلی متر / کیلوولت شد و خاصیت عایقی خط را در سطوح آلودگی بین سنگین و فوق سنگین طبقه بندی نمود. پس از بدست آوردن آن، یک تلاش هماهنگ زیاد، جهت جایگزینی تمام رشته های قدیمی تنها در سه روز کاری با خط غیر فعال شده انجام گرفت (شکل ۱۰).

جایگزینی رشته شیشه ای دارای پوشش با عایق کامپوزیت

بازگشت خروج ها

در سال ۲۰۱۶، پس از حدود یک سال با رشته های جدید پلیمری، این خط با افزایش دیگری در نرخ خاموشی ها مواجه شد. در حالی که قطع برق دارای ویژگی های اساساً مشابه با مشکلات گذشته از نظر آلودگی طبیعی بود، ولی این بار آن­ها در برج های خارج از کوه  ها و تپه های سائو پدرو تمرکز داشتند. خدمه تعمیر و نگهداری، از دوربین های کرونا در برخی از این بخش­های خط برای بررسی اینکه چه اتفاقی می­افتد استفاده نمود (نگاه کنید به شکل ۱۱ و ۱۲) و نتایج نشان داد که فعالیت های کرونا روی سطوح عایق شیشه ای به طور چشمگیری افزایش یافته است. این تأییدیه­ای به سوء ظن درباره­ی یک پدیده آلودگی غیر منتظره بود. بعد از آن موضوع اصلی که چرا این مشکلات پیش از آن که شرایط جغرافیایی به طور اساسی تغییر نکرده بودند رخ نداد، درک شد. تنها توضیح ممکن در پشت موج ناگهانی از قطع برق می­تواند تغییر در بارندگی­های محلی باشد. به همین دلیل، مهندسان O & M، الگو های بارش را از سال ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶، با تکیه بر داده­های Pernambuco، از آنجایی که داده های Sergipe و Alagoas States به راحتی در دسترس نبودند، تجزیه و تحلیل کردند. فرض این بود که سطح فعالیت باران در تمام این مناطق، بر اساس تجربه­های گذشته، تقریباً یکسان است.

فعالیت کرونا بحرانی بر روی رشته I در برج ۱۳۹

فعالیت کرونا بحرانی بر روی رشته V در برج ۱۲

بارش در سال ۲۰۱۵

بارش در سال ۲۰۱۶

با توجه به این اطلاعات، میزان بارش باران در سال ۲۰۱۶ نسبت به سال قبل کاهش یافته است، به جز ایستگاه Terezinha. همچنین در بیشتر ایستگاه­های هواشناسی، فصلول خشک نیز گسترش یافت. این شواهد ممکن است منجر به اقدامات لازم آینده یعنی جایگزین کردن مقره های شیشه ای سخت شده باقی مانده در سرویس این خط با همان نوع پلیمری با طبقه بندی آلودگی بالا که در نزدیکی کوه­های سائو پدرو برای جلوگیری از چنین وقفه ها و خاموشی­های جدیدی استفاده شد، بشود.

نظارت بر عایق های کامپوزیتی

استفاده از این تکنولوژی جدید عایقی باعث شده است که با استفاده از برنامه های بازرسی و تکنیک های مختلف  از وقوع خطا های ناگهانی و قطع برق جلوگیری شود. انتظار می رود که دوربین کرونا که در حال استفاده است، به خدمه بخش تعمیرات و نگهداری کمک کند تا تحولات تجمع آلودگی در سطوح پلیمری را در طول سال ها تحلیل و بررسی کنند. با این حال، برای بررسی مشكلات اولیه كه منجر به شكستگی جزئی می­شود، بازبینی های مجدد در دورهای كوتاه مدت با ترکیب تکنیک هایی نظیر اندازه گیری E-field و نمونه های X-raying خارج شده از خط مورد نیا می باشد. در پایان سال ۲۰۱۷، تیم مهندسی O & M شروع به ایجاد طرح نظارت منظم برای این عایق ها، با استفاده از تمام این تکنیک ها، و همچنین پروتکل بازرسی تجدید نظر شده که باید توسط خدمه تعمیر و نگهداری انجام شود، کردند.

نتیجه گیری

خط ۵۰۰ کیلوولت Xingó-Angelim که از یک منطقه با میزان آلودگی سنگین طبیعی عبور می­کند، به اندازه کافی در طراحی پروژه مورد توجه قرار نگرفته بود. ترکیبی از این قضیه و رطوبت بالای متمرکز شده باعث مشاهده­ی این میزان بالای خروج و قطعی برق در طول این سال ها شد. از آنجا که تمام وقفه ها در محدوده کوه سائو پدرو متمرکز شده بودند، آن منطقه برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفت. راه حل برای اولین بار با موفقیت به اثبات رسید زیرا تعداد تخلیه ها به نسبت قبل از جایگزینی رشته های شیشه ای سخت شده با یک نوع پلیمر کامپوزیت کاهش یافت. گسترش بعدی از میزان قطعی برق با ویژگی های مشابه در سایر قسمت های خط نشان می­دهد که ترکیبی از رطوبت و آلودگی احتمالا بر روی مقره ها تاثیر می­گذارد، اما این بار در مکان های دیگر. نتیجه منطقی این بود که این خطا ها قبل از آن رخ نداده بودند، زیرا تپه ها “ضعیف ترین” بخش خط تحت شرایط رطوبت بودند. هنگامی که مشکلات در این بخش حل شد، ضعف های دیگر شروع به پیدایش کرد.گروه مهندسی O & M قادر به یافتن حمایت از این نظریه با تحلیل داده ها برای تایید کاهش بارش در فصل بارانی در آن سال بلافاصله پس از جایگزینی اولین عایق بود. این عدم بارش باران سبب افزایش تجمع آلودگی در سطوح عایق شیشه­ای گردید که پس از آن باعث ایجاد جرقه تحت شرایط رطوبت بالا در زمان بارندگی می­شد. برای حل این مسئله، راه حل مشابهی که در مورد اول مورد استفاده قرار گرفته است، در نظر گرفته شده، به عنوان مثال جایگزین رشته های عایق شیشه ای موجود با انواع پلیمری آن. علاوه بر این، داده هایی که از تصاویر دوربین های کرونا در تعیین اهمیت رشته­هایی که نیازمند جایگزینی در اسرع وقت هستند بدست می­آید، با ارزش هستند. در نهایت، تکنیک های بازرسی خط باید برای عایق های پلیمری جدید اجرا شود و به همین دلیل TAESA تیم های خود را برای این چالش آموزش داده و تجهیز می­کند.