عوارض جانبی شبکه و جبران خسارت

نکته اساسی که باید در نظر گرفته شود تأثیرات در جریان نشتی به دلیل عوارض جانبی شبکه است. با توجه به رفتار غیر خطی قوی موادZnO ، تغییرات کوچک در ولتاژ منجر به تغییرات بزرگی در پیک و جریان نشتی مقاومت مانند آنچه در شکل ۳ و ۴ اشاره شده است، می شود. به عنوان نمونه ، اگر حداکثر انحراف ولتاژ مجاز ± ۱۰٪ باشد مقادیر جریان مقاومت می تواند در محدوده ای از کمتر از -۴۰٪ تا بیش از ۸۰٪ از جریان اسمی متغیر باشد. معمولاً خطا به دلیل انحراف ولتاژ مثبت بیشتر خواهد بود ، زیرا غیرخطی بودن جریان با نسبت ولتاژ U / Uc افزایش می یابد (شکل ۹).

شکل ۹: خطا در محدوده جریان مقاومت به دلیل انحراف ولتاژ

جبران اتوماتیک انحراف ولتاژ تحقق پذیر نیست زیرا این امر به اندازه گیری ولتاژ سیستم نیاز دارد. برای حل این مشکل ، سیستم مانیتورینگ smartCOUNT یک عملکرد یکپارچه دارد که در آن ولتاژ واقعی سیستم برای جبران نوسانات ولتاژ در نظر گرفته می شود. این عملکرد “تک شات” نام دارد ، که در آن یک اندازه گیری خاص انجام می­شود و اطلاعات مربوط به ولتاژ سیستم با دست وارد می­شود. خواندن ولتاژ ، به عنوان مثال در اتاق کنترل پست، باید بلافاصله قبل از انجام تک شات انجام شود. جبران خطاهای اندازه گیری شده­ی ناشی از انحراف ولتاژ با استفاده از یک منحنی جبران خسارت که دقیقاً به واریستورZnO  استفاده شده در داخل برقگیر مخصوص استفاده شده است، حاصل می­شود. مقادیر اندازه­گیری­شده که بدون جبران انحراف ولتاژ گرفته شده اند (مانند جریان های نشتی که به صورت اتوماتیک وارد شده­اند) ممکن است مقادیر جریان نوسان دائم را نشان دهند (شکل ۱۰).

شکل ۱۰: جریان نشتی نوسانی در اثر انحراف ولتاژ در ترانسفورماتور آزمایشگاه

عدم اطمینان دیگر با ایجاد هارمونیک در ولتاژ سیستم مطرح می شود (شکل ۱۱). این هارمونیک ها مستقیماً بر جریان نشتی مقاومتی تأثیر می­گذارند ، زیرا آن بر اساس اندازه گیری جریان ۳ هارمونیک در برقگیر است. پیشرفته ترین دستگاه های نظارت حاوی یک کاوشگر میدانی است که درصد هارمونیک ۳ را در میدان الکتریکی اندازه گیری می­کند. بنابراین می توان از یک عامل تصحیح برای محاسبه­ی جبران تأثیر ولتاژ هارمونیک بر جریان نشتی استفاده کرد. فرکانس­های بالاتر از هارمونیک ۳ توسط الگوریتم فوریه فیلتر می شود.

شکل ۱۱: نمودار میدان الکتریکی smartCOUNT با ۱۰٪ محتوای هارمونیک سوم

خاموشی ها و خطا­های زمینی ، هنگامی که توسط سیستم های نظارتی شناخته شوند، سؤالاتی را ایجاد می کنند. قطع برق به دلیل خرابی یا نگهداری معمولاً مقادیر جریان نشتی را ۰μA نشان می دهد (شکل ۱۲).

شکل ۱۲: مقادیر ۰μA  مربوط به قطع برق

اگر یک خطای زمین در خطوط انتقال کاملاً زمین­شده اتفاق بیفتد ، سیستم آسیب دیده بلافاصله خاموش می شود و باعث ایجاد رفتاری در جریان نشتی می­شود که در شکل ۱۱ بدست آمده است. در شبکه های خنثی ایزوله شده، خط آسیب دیده به پتانسیل زمین وصل می شود و هر دو فاز دیگر با ضریب ۱٫۷۳ (ولتاژ فاز به فاز) افزایش می­یابد. جریان نشتی در هر سه مرحله به طور مشابه با ولتاژ مطابق رفتار خواهد کرد (شکل ۱۳).

شکل ۱۳: پیک های جریان نشتی به دلیل خرابی زمین در L1 در یک شبکه جبران شده

اثر مه و باران

از آنجا که معمولاً برقگیر­های ولتاژ بالا در محیط خارجی نصب می شوند، در اثر باران، مه و رطوبت متاثر می شوند. این موضوع در آزمایش میدانی طولانی مدت در هرمسدورف مورد بررسی قرار گرفت که تفاوت هایی در نحوه انجام مرطوب شدن عایق وجود داشت. تأثیرات باران سبک بر جریان نشتی هرگز تشخیص داده نشد. جریان­های پیک در روزهای ۲ و ۱۹ ماه می مستقیماً با باران و طوفان بسیار شدید، که با استفاده از داده های هواشناسی فهمیده شده بود، ارتباط داشت. مقادیر پیک ناپایدار، در دوره بین ۲ تا ۱۹ ماه می مشخص شد که مربوط به باران مداوم، پایدار، مه سنگین و رطوبت زیاد است (شکل ۱۴ و ۱۵).

شکل ۱۴: جریان نشتی در اثر باران ، رطوبت و مه افزایش می یابد

این مقادیر جریان پیک همیشه در شرایط خشک به مقدار اسمی آن­ها برمی گردد. جریان مقاومت فقط در حاشیه تحت تأثیر قرار گرفت.

شکل ۱۵: باران (سمت چپ) و رطوبت (راست) از می ۲۰۱۷ (گزیده ای از ایستگاه هواشناسی)

برقگیر آلوده

در مناطقی که به شدت آلوده هستند ، مانند کویرها ، پارک های صنعتی و مناطق ساحلی ، برقگیر در معرض آلودگی، پس از گذشت مدت زمانی مشخص، رسوبات رسانا در محفظه برقگیر  ظاهر می شود. یک آزمایش آب و هوا انجام شد، که شبیه سازی آلودگی در حال رشد در محفظه برقگیر به منظور به دست آوردن تجربه در مورد تاثیر جریان سطحی بر مقادیر جریان نشتی اندازه گیری شده در این شرایط را بر عهده داشت. یک برقگیر با محفظه­ی چینی و یک برقگیر سیلیکونی، که هر دو با طراحی الکتریکی یکسان و فاصله های خزشی مساوی ساخته شده اند، برای بررسی تفاوت های بین دو فن آوری محفظه مورد استفاده قرار گرفتند (شکل ۱۶ و ۱۷).

شکل ۱۷: محفظه­ی برقگیر چینی و سیلیکونی در محفظه پیر شدن در اثر آب و هوا

این آزمایش شامل روشی است، شبیه به شرایط محیطی در آب و هوای بیابانی ساحلی با مه نمکی و همچنین رطوبت در صبح و به دنبال آن شرایط محیطی گرم و خشک (شکل ۱۸).

شکل ۱۸: روش آزمایش محفظه­ی پیری آب و هوایی

مرحله اول آزمایش تحت ولتاژ با شرایط هوای خشک و بدون مه نمک و گرما انجام شد. این مورد برای تجزیه و تحلیل جریان نشتی برقگیر بدون نفوذ جریان سطحی لازم بود تا شرایطی را برای مقایسه با نتایج با آلودگی سطحی ایجاد کند. در شرایط خشک ، پیک جریان ۱۰۰۰μA و جریان مقاومت ۱۳۰μA برای برقگیر چینی و همچنین برقگیر سیلیکونی با این مجموعه تنظیمات الکتریکی خاص است.

پس از روشن کردن اسپری مه نمکی و گرم کردن محفظه هوا ، جریان یک شروع به افزایش می­کند. پس از خاموش کردن مه نمک ، جریان پیک به سطحی پایین­تر می­آید که پایین تر از حداکثر مقدار است، اما هنوز هم بالاتر از جریان معیار است. این رفتار با هر چرخه به طور روزانه مقدار آن به طور تدریجی افزایش می­یابد و پس از آن جریان پیک با کاهش مواجه می­شود. البته هنگامی که مه نمک خاموش می شود و فضای محفظه برقگیر خشک است. این رفتار به دلیل رشد مداوم یک لایه آلودگی با شوری و رطوبت زیاد در هنگام در معرض مه نمکی بودن است. (شکل ۱۹)

شکل ۱۹: جریان نشتی زیاد به دلیل انباشت آلودگی بر روی محفظه­ی چینی برقگیر

به خصوص لایه­های نمک مرطوب از رسانایی بالایی برخوردار هستند ، بنابراین جریان خازنی غالب توسط جریان­های سینوسی بسیار زیاد که با ولتاژ هم فاز هستند، به سیستم تحمیل می­شود. مقدار افت بالا می­رود و لایه آلوده سطح خشک شده تا حدی رسانا می­ماند. رسانایی لایه آلودگی با ضخامت لایه افزایش می­یابد. جریان مقاومت در اثر آلودگی محفظه به طور ناچیزی تحت تأثیر قرار می­گیرد، زیرا جریان کلی تقریباً سینوسی است و اولیه حاوی هارمونیک غالب ۱ به دلیل هدایت سطح، یک هارمونیک کوچک ۳ از جریان ZnO و اعوجاج متناوب زیاد (۹ ، ۱۱ و ۱۳ هارمونیک ترتیب) ناشی از جرقه است (شکل ۲۰).

شکل ۲۰: مدار تعویض (سمت چپ) ، جریان اسیلوسکوپ و طیف (راست)

برخلاف تأثیرات واضح درجه آلودگی به جریان برقگیر با محفظه چینی، جریان برقگیر با محفظه سیلیکونی هیچ تغییری در جریان پیک یا جریان مقاومتی نشان نمی دهد (شکل ۲۱).

شکل ۲۱: جریان نشتی پایدار در محیط سخت بر روی برقگیر دارای محفظه­ی سیلیکونی

این تفاوت مهم به دلیل خاصیت آبگریز سیلیکون است. پرسلن همیشه رفتارهای آبگریز کلاس ۶ را نشان می دهد (در آن کلاس مناطق مرطوب شده بیش از ۹۰٪ را پوشش می دهند) و بنابراین جریان­های سطحی مداوم را در بر دارند. یک سیلیکون با کیفیت خوب بین آبگریز کلاس ۱ (قطرات گسسته) و کلاس ۳ (قطرات گسسته مسطح) متغیر است. در کلاس ۳ ، هنوز هیچ ارتباطی بین قطرات و هیچ لایه نمکی به سطح چسبیده وجود ندارد. در نتیجه هیچ شکلی از جریان در سطح برقگیر ایجاد نمی شود (شکل ۲۲).

شکل ۲۲: سطوح آلوده بر روی محفظه چینی (سمت چپ) و محفظه سیلیکون (راست)

تمیز کردن برقگیر های آلوده، جریان های سطحی را از بین می برد و جریان نشتی را به مقدار عادی خود باز می گرداند (شکل ۲۳).

شکل ۲۳: جریان نشتی با محفظه چینی آلوده و بعد از تمیز کردن آن

همه اثرات ذکر شده تا کنون که بر جریان نشتی برقگیر تأثیر می­گذارد، به سادگی نتایج اندازه گیری را دچار خطا می کند و تخمین وضعیت واقعی یک برقگیر را دشوار می­کند.