استفاده از روکش سیلیکونی ایجاد شده به روش جوش برقی زدن در دمای اتاق (RTV) برای محکم کردن پین و کلاهک شیشه­ای عایق، به یک راه حل شناخته شده برای جلوگیری از تخلیه بار الکتریکی و قوس الکتریکی در محیط های آلوده تبدیل شده است. چنین پوشش هایی که خاصیت آبگریزی را به عایق معمولی منتقل می­کنند، باعث کاهش انرژی سطح و جلوگیری از تشکیل لایه­ی نازکی از رطوبت که منجر به قوس الکتریکی می­شود، خواهد شد. عایق­های روکش شده با RTV از خواص مطلوب شیشه محکم شده مانند قابلیت اطمینان مکانیکی و سهولت در بازرسی ، ضمن رفع نیاز به شستشوی دوره ای ، محافظت می­کند. هکتور د سانتوس از La Granja در اسپانیا عملکرد سه رشته یکسان عایق شیشه ای محکم شده ولی با میزان پوشش متفاوت، “کامل، نیمه و بدون پوشش”، را در برابر آلودگی در یک پست آزمایشی به شدت آلوده بررسی می­کند. این مطالعه شامل نظارت بر جریان نشتی در طی یک دوره ۱۰ ماهه و همچنین اندازه­گیری مقایسه­ای ESDD و NSDD است. بازرسی و اندازه گیری آبگریزی نیز برای بررسی وضعیت عایق انجام شد. توجه ویژه به تعامل بین عایق های آزمایشی و پارامترهای هواشناسی از جمله رطوبت نسبی، بارندگی، جهت باد و سرعت مورد توجه قرار گرفت.

 

در روزهای ابتدایی ، فناوری پوشش RTV با کاربردهای عمدتاً اسپری کردن به طور دستی در میدان مواجه شد. با توجه به شرایط دشوار مانند باد ناگهانی و همچنین آلودگی یا رطوبت موجود در سطوح عایق قبل از پوشش، نتایج اغلب رضایت بخش نبود. به طور خاص ، چسبندگی پایین پوشش منجر به لایه برداری و کاهش طول عمر مؤثر می شود. به همین دلایل، این فناوری در ابتدا فقط به عنوان یک راه حل درمانی موقت، عمدتاً در پست هایی که عایق ها بیشتر در دسترس هستند ، مورد استفاده قرار می­گرفت.

پس از آن، کاربرد صنعتی پوشش های سیلیکونی RTV در کارخانه­ی عایق، نقطه عطفی برای این فناوری بود. عایق های دارای پوشش در کارخانه­ای که تولید می شوند کاملاً جدید و تمیز هستند. علاوه بر این، کنترل کیفیت حتی بیشتر از نیازهای مورد نظر در راهنمای استفاده از عایق با پوشش RTV در میدان صورت می­گیرد. زیرا هر پارامتر در فرآیند می­تواند از نزدیک نظارت شود. این امر اتصال مناسب به سطح شیشه­ای و همچنین ضخامت یکدست آن را تضمین می کند. كاهش ضايعات در حين كاربرد، كيفيت بالاي پوشش و طول عمر بالا ، همگي منجر به راهكار بهينه فني و اقتصادي مي شود. پس از روکش، عایق می­تواند به راحتی و به طور مناسب بسته بندی شده و برای استفاده، حتی در پروژه های جدید خطوط هوایی ، ارسال شود.

 

نمونه­ای از لایه برداری از پوشش به دلیل چسبندگی ضعیف.

 

هنگامی که روکش RTV فقط به قسمت پایین عایق شیشه ای اعمال شود ، نتیجه یک عایق نیمه روکش شده است. سطح پایین پین و کلاهک عایق های شیشه­ای نقش تعیین کننده­ای در عملکرد عایق در محیط آلوده دارد، زیرا در این مکان­ها آلاینده ها به سرعت جمع می شوند، به خصوص برای عایق­هایی که دارای زیر دنده های عمیق هستند. بنابراین این راه حل از نظر کارآیی امیدوارکننده است، زیرا استفاده از مواد RTV قسمت مهم سطح عایق را بهینه می­کند. این عمل موجب کاهش قابل توجهی در حجم و هزینه پوشش، بدون کاهش قابل توجهی در عملکرد عایق در آلودگی می­شود. در واقع، آزمایشات آزمایشگاهی نشان داده­اند که یک عایق نیمه روکش دار تقریباً مانند یک عایق با روکش کامل عمل می­کند. از دیگر مزایای آن حمل و نقل و نسب آسان تر است. همچنین استفاده از جعبه های بسته­بندی استاندارد، این نوع عایق­های روکش شده را تبدیل به گزینه ای جذاب برای کاربرد در محیط های به شدت آلوده کرده است.

 

آلودگی بیشتر در قسمت زیر عایق دیسک شیشه ای جمع می شود.

نمونه ای از عایق شیشه ای نیمه روکش شده.

تحقیق برای ارزیابی عملکرد مقایسه­ای در شرایط آلودگی با سه رشته عایق – کاملاً روکش شده، پوشش داده شده فقط در سطح زیرین و شیشه­ی محکم­ شده­ی بدون پوشش استاندارد – انجام شده است – همگی در یک محیط با شدت آلودگی یکسان مورد استفاده قرار گرفتند. این موضوع امکان مقایسه­ی مستقیم را فراهم می آورد. محل آلودگ طبیعی انتخاب شده، پست آزمایش عایق واقع در سواحل مدیترانه در نزدیکی مارسی بود. این پست توسط ectlectricité de France تأسیس شده و در ولتاژهای سطح انتقال بهره برداری می شود و مجهز به سیستم نظارت بر جریان نشتی در زمان واقعی است. از آنجا که جریان نشتی در یک رشته عایق احتمالاً منجر به قوس الکتریکی می­شود، این پارامتر اغلب به عنوان یک پارامتر مناسب برای ارزیابی عملکرد نسبی عایق در شرایط مورد نظر، در نظر گرفته می شود. دو رشته از عایق های شیشه­ای به عنوان مرجع، یکی به صورت کاملاً روکش شده و دیگری بدون پوشش نیز نصب شده، اما در یک منطقه با پست بدون برق. هدف در اینجا نیز انجام اندازه گیری های مقایسه ای ESDD و NSDD و همچنین تجزیه و تحلیل شیمیایی آلاینده ها بود. بازرسی دوره­ای و اندازه­گیری خاصیت آبگریزی نیز انجام شد.

بررسی اجمالی پست آزمایشی EDF در نزدیکی مارسی.

 

پست آزمایشگاهی فقط چند متر از دریا فاصله دارد و در نزدیکی یک کارخانه­ی عظیم پتروشیمی و پالایشگاه قرار گرفته است و این موضوع آن را در بین چالش برانگیزترین محیط های خدماتی رسانی، که عایق­های مورد استفاده در فضای باز با آن رو به رو هستند، قرار می دهد. علاوه بر اندازه گیری ESDD در رشته های مرجع ، یک دستگاه سنجش گرد و غبار (DDDG) برای جمع آوری آلودگی ناشی از باد از همه جهات و ایجاد آلودگی شدید در سایت (SPS) نصب شده است. از آنجا که یکی از اهداف انجام مقایسه بر پایه­ی مواد سه رشته عایق یکسان با سطوح مختلف پوشش RTV بود، توجه به پارامترهایی همچون جهت باد و سرعت باد، بارندگی، شبنم، دما، رطوبت نسبی جو، فشار و تابش خورشید نیز مورد توجه قرار گرفت. همه­ی این پارامترها در یک پست هواشناسی ضبط شده و امکان درک بهتر تعامل آن ها با مواد عایق و کمک به توضیح روندهای موجود در جریان نشتی را فراهم می­کند.

 

 

 

 

تنظیمات پست آزمایش

پست آزمایش در یک محیط دریایی و صنعتی قرار دارد و مناسب ترین عایق برای چنین شرایطی نوع ضد مه (یعنی U160BSP) است. این امر به ویژه در مناطقی که در معرض اسپری آب نمکی قرار دارند، مؤثر است. زیرا این امر باعث خزش طولانی تر در واحد با عملکرد مناسب در شرایط مرطوب می­شود. پارامترهای هندسی کلیدی در جدول ۱ آورده شده است:

جدول ۱: مشخصات فنی
۱۴۶ میلیمتر	فضا
۳۲۰ میلیمتر	قطر
۵۴۵ میلیمتر ۳۰% ۷۰%	فاصله خزشی بالا پایین
۳۳% ۶۷%	سطح بالایی سطح پایینی
۳۵۵ میلیمتر ۹۳%	فاصله خزشی محافظت شده سطح پایینی

 

مناطق محافظت شده که ۹۰ درجه با محور طولی یک عایق اختلاف زاویه دارد نسبت به سایر مناطق، انباشت آلودگی ناشی از باد بیشتری دارند. با توجه به این، عایق­های نیمه روکش دار می­توانند یک راه حل کارآمد را اثبات کنند زیرا مواد سیلیکونی RTV به قسمت­های کلیدی از خزش محافظت شده در پایین قسمت آن اعمال می شود. سه نوع رشته عایق متشکل از ۱۰ واحد از عایق های شیشه­ای کاملاً روکش شده، نیمه روکش شده و نوع استاندارد بدون پوشش در سطح ولتاژ  کیلوولت برقدار شد. پست آزمایشگاهی مجهز به سیستم اندازه گیری آلودگی در زمان واقعی و بر اساس نظارت بر جریان نشتی است. جریان نشتی یکی از مناسب ترین پارامترها برای نشان دادن نزدیک بودن عایق به شرایط تخلیه بار الکتریکی و قوس الکتریکی در نظر گرفته شده است. دو رشته مرجع شیشه­ای کاملاً روکش شده و بدون پوشش در منطقه بدون برق برای انجام اندازه­گیری ESDD و NSDD نصب شده بود.

پست آزمایشگاهی نزدیک به مدیترانه و همچنین در مجاورت یک نیروگاه حرارتی و همچنین یک مجموعه عظیم پتروشیمی است. همچنین کارخانجات پالایشگاه، فولاد و صنایع شیمیایی در این نزدیکی هستند. بنابراین این مکان شامل ترکیبی از آلودگی های دریایی و صنعتی سنگین است و شرایط را برای ارزیابی و آزمایش عایق ها در شرایط سخت خدمات دهی فراهم می­کند. آب و هوا معمولاً مدیترانه­ای است و زمستان های معتدل و مرطوب و تابستان های خشک طولانی دارد. این منطقه همچنین آفتابی ترین منطقه فرانسه با بیش از ۳۰۰۰ ساعت تابش خورشید در سال است که باعث می­شود این مکان به خصوص برای آزمایش مواد پلیمری مانند پوشش های RTV در زیر اشعه ماوراء بنفش خورشید مناسب باشد. پست آزمایشگاهی در معرض بادهای شدید شمال غربی است که نه تنها آلودگی صنعتی از صنایع پتروشیمی و سنگین را به همراه دارد، بلکه آلودگی دریایی را نیز به خود می­بیند. رطوبت نسبی زیاد است ، بیشتر اوقات از ۷۰ درصد فراتر می­رود.

 

اندازه­گیری DDDG

DDDG اجازه ارزیابی آلودگی از هر چهار جهت را می دهد.

 

سنجشگر رسوب گرد و غبار چهار جهته (DDDG) ابزاری برای ارزیابی میزان آلودگی هر مکانی است. مزیت آن در سادگی و امکان استفاده از آن در هر نقطه می­باشد، حتی بدون حضور عایق ها. از طرف دیگر ، DDDG نمی تواند خواص خود پاک کنندگی عایق ها و همچنین تأثیر مشخصات آن در رسوب آلودگی را ارزیابی کند. DDDG شامل لوله های تقسیم عمودی از روبرو است که با هر چهار جهت در ارتباط است و دارای یک محفظه در زیر برای جمع آوری آلاینده ها است. این محفظه­ها در فواصل ماهیانه برداشته می­شوند، محتوای آن­ها با ۵۰۰ میلی لیتر آب معدنی معدنی مخلوط شده و رسانایی محلول ها با استفاده از یک دستگاه اندازه­گیر سنجیده می­شود. DDDG نرمال شده با استفاده از معادله زیر محاسبه می شود:

شاخص آلودگی به عنوان میانگین رسانایی از چهار جهت به صورت  و نرمال شده در یک بازه ۳۰ روزه تعریف شده است. این می تواند به صورت زیر محاسبه شود:

شاخص آلودگی و خواندن DDDG.

 

همانطور که نشان داده شده، بالاترین DDDG نرمال شده از جهت غرب بوده، که مستقیماً مربوط به ساحل است. در طی دوره آزمایش ۱۰ ماهه، بالاترین شاخص آلودگی دارای کلاس شدت آلودگی مکانی نوع “C” یا “متوسط” بود.

 

 

 

اندازه گیری ESDD و NSDD

تراکم رسوب نمک معادل (ESDD) مقدار معادل رسوب سدیم کلرید (NaCl) در میلیگرم بر سانتیمتر مربع روی سطح یک عایق است و دارای هدایت الکتریکی برابر با مقدار رسوب که در همان مقدار آب حل شده، می­باشد. تراکم رسوب غیر محلول (NSDD) باقیمانده غیر محلول از محلول اندازه­گیری شده­ی ESDD است که با استفاده از کاغذ فیلتر، فیلتر و وزن شده است – همچنین در میلیگرم بر سانتیمتر مربع. اندازه گیری ESDD و NSDD که روی کلاهک و پین شیشه­ای عایق­ها انجام می­شود، می­تواند برای تعیین شدت آلودگی سایت مورد استفاده قرار گیرد. با این حال ، برای این تحقیق، این اندازه­گیری­ ها، روی عایق از نوع مه صورت گرفت. اندازه گیری ESDD هر ۳ ماه یکبار و بر مقره های مختلف با دو رشته­ی شیشه ای بدون پوشش و کاملاً پوشش دار شده، انجام شد.

نتایج اندازه گیری ESDD: شیشه بدون پوشش (سمت چپ)؛ شیشه ای با روکش RTV (در سمت راست)

بلافاصله می­توان مشاهده کرد که عایق های روکش دار شده با RTV تمایل بیشتری به جمع آوری آلودگی نسبت به نمونه های بدون پوشش دارد. اصولاً فرآیند خیس شدن آلودگی روی یک پوشش RTV که یک ماده انتقال آبگریز (HTM) است، متفاوت از شیشه است. بنابراین، سطح ESDD را نباید از نظر عملکرد آلودگی به طور مستقیم مقایسه کرد. علاوه بر این، توزیع آلاینده ها بین سطوح بالا و پایین یکنواخت نیست. به عنوان مثال، در اینجا مشخص شد که میانگین آلودگی نسبی سطح پایین به بالا (B / T) ، که همچنین به آن “نسبت یکنواختی آلودگی” گفته می­شود ، به گونه­ای بود که CUR برای هر دوی عایق­های شیشه­ای و پوشیده شده با RTV 85/2 بود. این نشان می دهد که سطوح بالا بیشتر توسط باران شسته می شوند و CUR ممکن است بیشتر به هندسه­ی ماده وابسته باشد. NSDD همچنین در عایق های روکش شده با RTV تمایل به بیشتر شدن دارد. اندازه­گیری های انجام شده پس از ۶ ماه در میدان منجر به NSDD با مقدار ۰۴۸/۰ میلی گرم بر سانتی متر مربع برای شیشه، اما ۰۸۵/۰ میلی گرم بر سانتی متر مربع برای عایق های پوشیده شده با RTV شد. برای درک بهتر ماهیت آلودگی غالب، لایه آلودگی از نظر شیمیایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. اما این تحلیل، تفاوت عمده ای در ترکیب آلودگی های انباشته شده بر روی شیشه و عایق های پوشیده شده با RTV نشان نداد. نتایج نشان داد که آلاینده غالب NaCl و سایر نمک های دریایی هستند که به راحتی قابل حل شدن هستند. این نوع نمک ها به سرعت در طول وقوع خیس شدن مانند باران­های سبک یا طولانی مدت، لایه­های رسانا را روی سطح عایق تشکیل می­دهند (RH > 75٪). از طرف دیگر، غلظت بالای سولفات نمایانگر مناطق صنعتی است. این نمک ها ، مانند MgSO4 یا Na2SO4 ، به آرامی حل می شوند و به آب زیادی نیاز دارند تا روند کار تسریع شود.

یافته های حاصل از تجزیه و تحلیل شیمیایی آلاینده ها روی شیشه و شیشه های پوشیده شده با RTV.

اندازه­گیری آبگریزی

در طی هر بازرسی دوره­ای، کلاس قابلیت مرطوب شدن (WC) عایق­های آزمایشی مطابق استاندارد IEC 62073 و به روش اسپری کردن، اندازه گیری شد. سطحی با WC1 آبگریزترین و WC7 دارای کمترین مقدار این خاصیت است. مشاهده شد که قابلیت خیس شدن بیشتر بین محدوده­ی WC1 تا WC3 بسته به آب و هوا در زمان بازرسی متغیر است. WC در سطح بالا به شدت با جهت گیری عایق تحت تأثیر قرار گرفت و با قرار گرفتن در جهت شمال غربی بحرانی ترین حالت مشاهده شد.

نظارت بر جریان نشتی

نصب همزمان سه رشته عایق یکسان از شیشه، نیمه پوشیده شده و کاملاً پوشیده شده با RTV در همان پست آزمایشی تا حدی امکان مقایسه مستقیم عملکرد آن را فراهم آورد. جریان نشتی در یک رشته عایق معمولاً مناسب ترین پارامتر برای نشان دادن نزدیک شدن شرایط یک عایق به قوس الکتریکی در نظر گرفته می شود. بنابراین، این به عنوان پایه­ای برای انجام مقایسه انتخاب شد. پیک جریان نشتی در رشته های عایق در فواصل پنج دقیقه ای در طی دوره ۱۰ ماهه مورد بررسی قرار گرفت. پردازش داده ها صورت گرفت و طبقه­بدی انجام شد. در مورد عایق­های نیمه روکش شده یا کاملاً روکش شده (در محدوده ۱۰-۵۰ میلی آمپر) ، کاهش زیادی در تعداد پالس های جریان مشاهده شد. با این حال، قابل توجه ترین موضوع، سرکوب تقریباً تمام پالس های جریان بیش از ۵۰ میلی آمپر بود.

تعداد پالس های جریان نشت.

 

بار تجمعی، به عنوان جریان نشتی ضرب شده در فاصله نمونه Δt تعریف شده، فاصله­ی پیک های جریان را در نظر می­گیرد و می تواند به عنوان یک خلاصه مفید از فعالیت الکتریکی در یک عایق در نظر گرفته شود. همانطور که نشان داده شده، عایق­های نیمه پوشیده شده حدود ۹۵% بار تجمعی را کاهش می دهند در حالی که این مقدار برای عایق­های کاملاً پوشیده شده ۹۸% است. این نتایج اثربخشی عایق­های پوشیده شده با RTV از نظر سرکوب جریان نشتی و در نتیجه کاهش خطر قوس الکتریکی را تأیید می­کند. علاوه بر این، تفاوت جزئی بین عملکرد عایق­های کاملاً پوشیده شده و نیمه پوشیده شده نشان می­دهد که حالت دوم می­تواند یک راه حل بهینه برای محیط­های به شدت آلوده باشد. کاربرد عایق­های کاملاً پوشیده شده با RTV در این صورت فقط به استفاده در شدیدترین مناطق آلوده محدود می­شود.

بار تجمعی در طی دوره­ی ۱۰ ماهه.

برخی از همبستگی بین داده­های مربوط به هوا و توسعه جریان نشتی یافت شد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، ترکیب آلودگی و رطوبت پایدار، یعنی رطوبت نسبی بیش از ۷۵% ، باعث فعالیت تخلیه الکتریکی در عایق­های شیشه ای شده است. در مقابل ، عایق­های روکش شده با RTV ، رشد جریان نشتی به دلیل رطوبت نسبی بالا را کاملاً سرکوب می­کنند. علاوه بر این، مشاهده شد که عایق­های پوشیده شده با RTV تنها تحت تأثیر حوادث مرطوب کننده­ی گذرا مانند باران های خفیف قرار گرفته اند. در هر صورت، در این نوع عایق­های پوشیده شده با RTV پیک­های جریان نشتی همیشه کم تر از مواردی است که عایق­ها شیشه­ای و بدون پوشش باشد.

تعداد پالس های جریان نشتی.

باد یکی دیگر از عوامل محیطی است که می­تواند حوادث آلودگی را ایجاد کند. برای مطالعه وقوع چنین حوادثی، داده های جریان نشتی هنگامی که رطوبت نسبی زیر ۷۵% بود، تجزیه و تحلیل شدند تا آن را از وقایع ناشی از مرطوب شدن متمایز کند. بین پیک های جریان نشتی و جهت باد و سرعت آن رابطه وجود دارد. بحرانی ترین باد در محدوده ۵ – ۱۰ متر بر ثانیه که از NW-NNW (300-350º) می­وزد، مشاهده شد. در آنجایی که یک مجموعه بزرگ پتروشیمی واقع شده است. آلودگی صنعتی ناشی از جهت نام برده، به نظر می رسد که خاصیت آب گریزی متوسط ​​عایق­های پوشیده شده با RTV را کاهش می­دهد و این پیک های جریان نشتی یافت شده در رشته های پوشیده شده با سیلیکون را توضیح می­دهد.

رابطه بین جریان نشتی (هنگامی که RH < 75٪) و باد.

 

خلاصه و نتیجه­گیری

سه رشته عایق یکسان ولی با میزان پوشش RTV متفاوت، “کاملاً پوشیده شده ، نیمه پوشیده شده (فقط سطح پایین) و عایق های شیشه ای بدون پوشش معمولی استاندارد” در یک محیط بسیار آلوده مورد بررسی قرار گرفتند. یافته های عمده شامل موارد زیر است:

• عایق­های شیشه­ای با روکش سیلیکونی RTV یک راه حل عالی برای جلوگیری از قوس الکتریکی به دلیل آلودگی در مناطق به شدت آلوده است. نتایج نشان داد که اگر به طور مستقیم سرکوب نشود، جریان نشتی می­تواند بسیار کاهش می یابد.
• فقط تفاوت های جزئی بین عملکرد عایق های کاملاً پوشیده شده و نیمه پوشیده شده وجود دارد. از نظر بهینه سازی مواد سیلیکون RTV ، حمل و نقل و جابجایی، مقره­های نیمه روکش شده یک راه حل ایده آل برای برخی از محیط های به شدت آلوده به نظر می رسند.
• ارتباط بین داده های آب و هوایی و جریان نشتی مشاهده شد. مرطوب شدن با رطوبت نسبی بالا دلیل اصلی بروز آلودگی برای عایق­های شیشه­ای بود. عایق­های پوشیده شده با سیلیکون RTV تنها در اثر خیس شدن زودگذر ، مانند باران سبک ، تحت تأثیر قرار گرفته اند.