چکیده

در رابطه با آزمایشات بر روی دستگاه نظارت جدید برقگیر “SmartCOUNT”،Tridelta اثرات مختلفی را در رابطه با جریان نشتی برقگیر بررسی کرده است، که ممکن است منجر به سوء فهم در داده های اندازه گیری­شده شود. تأثیرات دما در شبکه مانند هارمونیک در ولتاژ سیستم نقش کمی دارند زیرا روش­هایی برای جبران آن­ها وجود دارد. آب و هوا و آلودگی هنوز هم با اضافه کردن جریان­های سطحی و از این رو خطا به مقادیر اندازه گیری شده، جریان برقگیر را تحت تأثیر قرار می دهند. نفوذ رطوبت یا تخریب پی در پی بلوک های MOV شایع ترین دلایل نارسایی برقگیر هستند و باید زودهنگام شناسایی شوند. تنها درک صحیح از مقادیر جریان نشتی اندازه گیری شده، ترجیحا به عنوان داده های بلند مدت وارد شده دوره­ای در دسترس، تشخیص خطای زودهنگام و تصمیم گیری صحیح برای جایگزینی یک برقگیر را تضمین می کند. بنابراین، بیشترین موارد رفتار جریان نشتی با توجه به سناریوی عملی، توضیح و تنظیم می شود.

مقدمه

در ۳۰ سال گذشته دستگاه های بی شماری با فناوری های مختلف برای نظارت بر برقگیر به بازار معرفی شدند. امروزه ، نظارت بر جریان نشتی روشی شایع برای ارزیابی وضعیت برقگیر و از همه مهمتر برای برآورد عمر باقی مانده آن­ها است. با این وجود تأثیراتی در جریان نشتی برقگیر وجود دارد که منجر به خطاهای اندازه­گیری، تفسیرهای نادرست و سرانجام به تعویض غیرضروری یا حتی خرابی غیرمنتظره یک برقگیر می­شود. استفاده از جریان نشتی برای نظارت بر برقگیر اغلب باعث سردرگمی می شود زیرا باید پدیده های رفتار جریان نشتی متنوع را درک کرد. این مقاله بر اساس اولین تجربیات آزمایشگاهی در زمینه آزمایش smartCOUNT و آزمایش با سیستم نظارت بر برقگیر smartCOUNT است که در ابتدا در INMR 2015 معرفی شد. این مقاله به بررسی اجمالی در مورد جریان نشتی برقگیر می پردازد و ممکن است به عنوان یک راهنما برای تفسیر نتایج اندازه گیری­شده و تصمیم گیری دقیق در نگهداری از برقگیر تبدیل شود.

پیک جریان ، جریان خازنی و جریان مقاومتی – عذاب در انتخاب

به خوبی شناخته شده است که بقگیر ZnO   دارای یک امپدانس پیچیده است که به دلیل ساختار مولکولی اکسید روی از یک مقاومت و اجزای خازنی تشکیل شده است. تحت ولتاژ AC ، این منجر به دو جریان متفاوت می شود: یک فاز جریان خازنی سینوسی -۹۰ درجه نسبت به سیگنال ولتاژ تغییر فاز دارد و یک جریان مقاومتی که در فاز ولتاژ است و سینوسی نیست وای به صورت سیگنال پالس دوره ای شکل می­گیرد (شکل ۱).

شکل ۱: جریان خازنی و مقاومت در یک برقگیر ZnO

جریان خازنی و مقاومتی در برابر یک جریان نشتی کل قرار گرفته است که در آن می­توان دو مقدار مهم، جریان پیک و جریان سوم هارمونیک را (به عنوان مثال در ۱۵۰ هرتز) تعیین کرد (شکل ۲).

شکل ۲: جریان نشتی ZnO (سمت چپ) و طیف جریان (راست)

مقدار پیک جریان برقگیر همیشه در قسمت اصلی (خازنی یا مقاومت) جریان قرار دارد. در سطح ولتاژ کم (تقریباً کمتر از UC) ، پیک جریان خود را در مقدار پیک مؤلفه خازنی جهت می دهد. در تنش ولتاژ بالاتر، در درجه اول در محدوده بالاتر از Ur (ولتاژ نامی)، جریان پیک خود را به مقدار پیک جزء مقاومتی می رساند. در بین آن دو محدوده، جریان پیک به دلیل افزایش بخش مقاومتی و رفتاری با حساسیت کم به تغییرات در ولتاژ، یا مناسب تر بودن در تغییرات در ویژگی مشخصه ولتاژ – جریان برقگیر، تحت تأثیر اعوجاج هارمونیکی قرار می­گیرد (شکل ۳). این موضوع جریان پیک را به عنوان یک شاخص خوب برای جریان­های خازنی یا مقاومتی خالص تأیید می­کند، اما برای اجزای جریان ترکیبی واجد شرایط نیست.

شکل ۳: ویژگی پیک جریان یک برقگیر

جریان خازنی بیانگر جریان موجود در خازن سری برقگیر است. متناسب با تغییرات ولتاژ رفتار می کند و در نتیجه حساسیت قابل توجهی در ناحیه غیر خطی مشخصه ولتاژ – جریان برقگیر نشان نمی دهد.

جریان مقاومتی به دلیل حساسیت بالا و رشد لگاریتمی در کل منطقه جریان نشتی از منحنی مشخصه ولتاژ – جریان، مقدار مناسبی برای وضعیت برقگیر است. از نظر معیارشناسی، جريان مقاومتي غالباً براساس سومين هارمونيك جريان نشتی است كه با استفاده از الگوريتم تابع تبدیل فوريه از طيف جريان نشتی استخراج مي شود (شكل ۴).

شکل ۴: جریان هارمونیک سوم و جریان مقاومتی

نظارت بر برقگیر – آزمایشگاه آزمایش و تجربیات میدانی

آزمایش میدانی smartCOUNT
در طول توسعه سیستم جدید نظارت بر برقگیر تریدلتا “smartCOUNT”، یک برنامه آزمایشی گسترده انجام شد. به عنوان بخش جدایی ناپذیر برنامه آزمون، یک تست میدانی برای آزمایش رفتار سیستم نظارت در شرایط واقعی انجام شد. مرحله اول آزمون میدانی به همراه TEN، Thüringer Energie Netze GmbH) و Co. KG) انجام شد. سه برقگیر با محفظه­ی چینی، واقع در پست ۱۱۰ کیلوولت در هرمسفورد ، در آوریل ۲۰۱۷ به سیستم نظارت جدید مجهز شدند (شکل ۵). از آن زمان تأثیرات متنوعی بر رفتار جریان نشت برقگیر در میدان مشاهده شده و عملکرد مناسب دستگاه­های نظارتی را می توان اثبات کرد. نتایج ارائه شده در این مقاله مبتنی بر تجربیات مربوط به سیستم نظارت SmartCOUNT از این آزمایش میدانی ، و همچنین از آزمایشگاه تست Tridelta  فشار قوی است.

شکل ۵: دستگاه های SmartCOUNT در پست برق TEN Hermsdorf

تأثیر دما و جبران آن

دما عامل مهمی در اندازه گیری جریان نشتی است، زیرا واریستور ZnO نیمه هادی هستند و مقاومت آن­ها به شدت وابسته به دما است. در نتیجه دمای محیط یک برقگیر تأثیر خود را بر جریان نشتی مقاومتی برقگیر دارد (شکل ۶). از آنجایی که اپراتورهای پست­ها علاقه ای به تأثیرات خارجی بر روی جریان نشتی ندارند، اما با توجه به تأثیراتی که از خود برقگیر حاصل می شود، باید تأثیر دمای محیط بر جریان نشت مقاومتی جبران شود.

شکل ۶: وابستگی دما جریان نشتی مقاومتی و خازنی

شکل ۶ تفاوت بین خصوصیات جریان مقاومتی و خازنی یک واریستور ZnO را در ۲۰ درجه سانتیگراد و ۴۰ درجه سانتیگراد نشان می دهد. از ۲۰ درجه سانتیگراد تا ۴۰ درجه سانتیگراد جریان مقاومتی به طور قابل توجهی با ضریب ۲ با نسبت U / Uc 40/0 و تنها ۴/۱ در نسبت U / UC 2/1 افزایش می یابد. جریان خازنی فقط کمی تغییر می کند. در حقیقت، بسته به نسبت ولتاژ، تأثیر دما در جریان مقاومتی غیرخطی است. البته این نمونه ای است که از یک نوع خاص واریستور گرفته شده است، سایر مدل های واریستور با قطرهای متفاوت، مقادیر مختلفی را ارائه می دهند.

معمولاً تأثیرات دما بر جریان نشتی مقاومتی از دمای محیط با اندازه گیری دمای محیط و با ضرب کردن مقدار خام اندازه گیری شده در ضریب تصحیح بر اساس یک مدل جبران دما جبران می­شود. البته مدل­های دما نیز بین انواع واریستور متفاوت هستند اما می­توان برای انواع مختلف واریستور تقریب زده شود یا تقریباً برای یک نسبت خاص U / UC خطی آن را خطی نمود تا به این ترتیب روش جبران ساده شود.

تأثیر دیگری بر الگوریتم جبران دما وجود دارد که از خود اندازه گیری دما ناشی می­شود. معمولاً سنسور دما در داخل دستگاه نظارت ساخته شده است و دمای اندازه گیری شده با توجه به ثابت بودن دمای دستگاه نظارت و اینکه چه مدت طول می­کشد تا دمای محیط با سنسور دما هماهنگ شود، با دمای محیط متفاوت است. ثابت دما از دستگاه نظارت و برقگیر باید تقریباً یکسان باشد تا تکرار همان تأثیر دما در هر دو باشد. علاوه بر این، تأثیر بر سنسور دما و واریستور به دلیل اختلاف در توانایی محفظه برقگیر و محافظ دستگاه نظارت در بازتاب نور آفتاب، مغایرت دارد. اختلاف زاویه تابش نور خورشید و سایه جزئی بر محاسبات دما تأثیر می­گذارد.
این عوامل منجر به تأثیری می شود که در مورد برقگیر در میدان مشاهده شده است که از آن به عنوان جبران بیش از حد نام می­برند، جایی که میزان جبران آن کم می­شود، و از انحراف درجه حرارت اسمی بزرگتر است. سرانجام با بالا رفتن دمای محیط، جریان نشتی مقاومتی نیز بالا نمی رود و پایدار نمی­ماند. این امر منجر به ایجاد ریپل و نوسان در جریان نشت مقاومتی، به دلیل نوسانات دمای شب و روز ، که در شکل ۷ مشخص شده است، می­شود.

شکل ۷: اثر ریپل به دلیل جبران بیش از حد دما

این مشکل را می­توان با بهینه‌سازی مدل جبران دما یا با اندازه‌گیری موثر در شب، برای حذف تأثیر دمای محیط و نور خورشید، برطرف نمود. تنظیم دقیق مدل های دما در سیستم smartCOUNT بر اساس اندازه گیری های واریستور و همچنین تغییر در اندازه گیری ها در شب نتایج بسیار پایداری را برای جریان نشت مقاومتی به ارمغان آورد (شکل ۸).

شکل ۸: نتایج پیدار به دلیل مدل دقیق دما و اندازه گیری شبانه