چکیده

به عنوان یک روش تشخیص تخلیه بدون تماس، تصویربرداری ماوراء بنفش (UV) می­تواند به سرعت ، به طور مستقیم و ایمن تخلیه کرونا را تشخیص دهد. بنابراین، تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش به طور گسترده در سیستم های قدرت استفاده شده است. برای مطالعه تأثیر عوامل مختلفی در تشخیص تخلیه کرونا با استفاده از UV ، از دو نوع معمولی تصویرگر DayCor®Superb و CoroCAM®۶D استفاده شد. نتایج نشان می دهد که اگر هیچ موانعی برای ردیابی وجود نداشته باشد، زاویه مشاهده تأثیر کمی در تشخیص اشعه ماوراء بنفش دارد. با توجه به اینکه تصویرگرهای UV مختلف از دستاوردهای تصویر بهینه متفاوتی برخوردار هستند ، تعداد فوتون­های تحت دستاوردهای مختلف را می­توان مطابق با فرمول تصحیح بهره (gain)، به مقادیر بهینه کالیبره کرد. تعداد فوتون با افزایش مربع فاصله مشاهده کاهش می­یابد. نتایج ردیابی در فواصل مشاهده مختلف می­تواند پس از تشخیص تجهیزات برقی با فاصله کنتراست اصلاح شود. تعداد فوتون انواع مختلف تصویرگر UV مطابق با ضریب تصحیح ابزاری قابل اصلاح است. نتایج این مطالعه می­تواند به عنوان مرجع در جهت بهبود برنامه ها و استاندارد سازی فناوری تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش در تشخیص تخلیه کرونا استفاده شود.

مقدمه

به دلیل آلودگی ، باران ، نقص ساختاری و تماس ضعیف با رسانا ، توزیع میدان الکتریکی در تجهیزات با ولتاژ بالا در حال کار ناهموار است، که منجر به پدیده تخلیه کرونا یا قوس الکتریکی می شود. تخلیه كرونا می­تواند باعث بروز پیری عایق و ترک خوردگی عایق شود كه بر عملکرد ایمن تجهیزات برقی تأثیر می گذارد [۱–۴]. بنابراین، تشخیص به موقع محل و شدت تخلیه کرونا برای عملکرد ایمن سیستم های قدرت از اهمیت زیادی برخوردار است. روش های فعلی مورد استفاده برای تشخیص تخلیه کرونا در تجهیزات الکتریکی، عمدتاً شامل مشاهده بصری ، روش اولتراسونیک ، روش تصویربرداری مادون قرمز ، روش فرکانس فوق العاده بالا و تصویربرداری ماوراء بنفش (UV) است [۵،۶]. تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش یک روش تشخیص زنده و بدون تماس است که می تواند به سرعت، مستقیم و با اطمینان از تخلیه جزئی در تجهیزات استفاده شود. طول موج اشعه ماوراء بنفش تابش تخلیه کرونا از ۲۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر [۷،۸] است ، اما تصویرگرهای ماوراء بنفش تنها می توانند سیگنال های نوری UV را در محدوده ۲۴۰ تا ۲۸۰ نانومتر داشته باشند ، که منطبق با منطقه خورشید کور است [۹،۱۰]. این بدان معناست که می­توان اثر نور خورشید را در هنگام تشخیص تخلیه کرونا و قوس الکتریکی توسط تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش حذف کرد. با توجه به مزایای آن ، تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش به طور گسترده ای در سراسر جهان مورد استفاده و مورد مطالعه قرار گرفته است.به عنوان یک پارامتر کمی مهم در تشخیص تخلیه کرونا توسط تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش ، تعداد فوتون در تحقیقات آزمایشگاهی و آزمایش­های میدانی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. در تشخیص ، تعداد فوتون می­تواند به سرعت ، مستقیم و به راحتی منعکس کننده تخلیه جزئی باشد. با این حال ، در برنامه های کاربردی عملی، این پارامتر به دلیل روابط پیچیده آن با زاویه مشاهده ، بهره تصویر ، فاصله مشاهده و انواع تصویرگر، دارای برخی نواقص است. برای غلبه بر این مشکل، چندین محقق تلاش کرده­اند تخلیه ها را با پردازش تصویر UV اندازه­گیری کنند [۱۸-۲۰]. با این حال ، نتیجه گیری های یکپارچه تر مورد نیاز است. با توجه به اینکه زاویه مشاهده ، فاصله مشاهده ، بهره تصویر و انواع تصاویر در تشخیص متفاوت است و فاقد توانایی مقایسه تعداد فوتون­های مختلف است، تخلیه ها را نمی­توان به طور دقیق اندازه گیری کرد. بنابراین ، اثرات عواملی مانند بهره تصویر و فاصله مشاهده در تشخیص عدد فوتون باید ارزیابی شود. در این مطالعه ، از دو تصویرگر UV نماینده DayCor®Superb و CoroCAM®۶D در یک سری آزمایشهای تخلیه کرونا استفاده شد. اثرات زاویه مشاهده، بهره تصویرگر و فاصله مشاهده در تعداد فوتون ها به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. این نتایج کاربرد روش تصویربرداری با اشعه ماوراء بنفش را تکمیل کرده و پروژه تشخیص UV را کامل می کند. در همین حال ، انواع مختلف تصویرگرهای ماوراء بنفش برای اولین بار در تشخیص اشعه ماوراء بنفش متضاد هستند و یک فرمول تصحیح بین دو تصویرگر UV ارائه شده است، که برای تحقق مقایسه بین تصویرگرهای مختلف UV مفید است. بر اساس تحقیق فوق ، می­توان تعداد فوتون های مختلف تشخیصی را اصلاح کرد و این برای تحقق مقایسه تخلیه کرونا در شرایط مختلف مفید است. استفاده از تصویربرداری اشعه ماوراء بنفش در تشخیص کرونا بیشتر توسعه یافته است.

امکانات آزمایشگاهی ، نمونه ها و مراحل آزمایش تنظیمات آزمایش و تصاویر UV

آزمایشات در یک محفظه آب و هوایی مصنوعی چند منظوره که قطر آن ۸/۷ متر و ارتفاع ۶/۱۱ متر است انجام شد (شکل ۱a). توان از طریق ترانسفورماتور تست ۵۰۰ کیلوولت ۲۰۰۰ کیلوولت آمپری (شکل ۱b) با حداکثر جریان اتصال کوتاه ۷۵ آمپر تامین می شود. ضریب اعوجاج شکل موج ولتاژ خروجی کمتر از ۳٪ ، میزان تخلیه جزئی کمتر از ۱۰ pC است ، امپدانس اتصال کوتاه سیستم کمتر از ۶٪ است و ولتاژ اعمال شده با تقسیم ولتاژ خازنی ۵۰۰ کیلوولت اندازه گیری می­شود ، همانطور که در شکل ۱c نشان داده شده است. شماتیک مدار آزمایش در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل ۱٫ امکانات آزمایشی (a) ترانسفورماتور تست ۵۰۰ کیلوولت / ۲۰۰۰ کیلوولت آمپری. (ب) محفظه آب و هوایی مصنوعی چند منظوره؛ ج. تقسیم ولتاژ خازنی ۵۰۰ کیلوولتی.

شکل ۲٫ شماتیک مدار تست. T: تنظیم کننده ولتاژ ۱۰ کیلوولت؛ ب: تست ترانسفورماتور AC؛ R1، Rm: مقاومت محافظ؛ F: تقسیم ولتاژ خازنی ۱۰۰۰۰ به ۱، R2: امپدانس تشخیص. H: اسیلوسکوپ.

DayCor®Superb (نوع A ، ساخته شده توسط OFIL ، تل آویو یافو ، اسرائیل) و CoroCAM®۶d (نوع B ، ساخته شده توسط CSIR ، کیپ تاون ، آفریقای جنوبی) از تصاویر UV در آزمایشات استفاده شده است ، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است. پارامترهای اصلی تصاویر UV در جدول ۱ آورده شده است. شکل ۳٫ تصاویر ماوراء بنفش (UV). (الف) نوع A؛ (ب) نوع B

جدول ۱٫ پارامترهای اصلی تصاویر ماوراء بنفش (UV). فشار اتمسفر (p) ، دما (T) و رطوبت نسبی (RH) در آزمایشات با دستگاه PTU2000 ، ساخته شده توسط VAISALA هلسینکی ، فنلاند) اندازه گیری شد، همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است. در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد ، خطای اندازه گیری دما ۲/۰ درجه سانتیگراد است. ، و خطای رطوبت نسبی ۱٪ است. شکل ۴٫ PTU2000.

نمونه­های آزمایشی

نمونه­های آزمایشی عایق کامپوزیت (I) FXBW ‐ ۳۵/۷۰ HONGGUANG)، Leqing ، چین) ، (II) عایق های پرسلنی HAOTIANTONG) ،Hejian ، China) و یک مدل ساده سوزنی (III) (دانشگاه چونگ کینگ ، چونگ کینگ ، چین) ، همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده است. پارامترهای اصلی فنی عایق ها در جدول ۲ نشان داده شده است. شعاع انحنای نوک مدل سوزن ‐ ۱/۰ میلیمتر ، قطر الکترود ساده ۶۰ میلیمتر است (ساخته شده از صفحه برنجی ) و فاصله هوایی از مدل ۱۵ میلیمتر است.

شکل ۵٫ نمونه های تجربی. الف. FXBW 35/70 ب. XP ‐ ۷۰ج. مدل ساده سوزنی.

جدول ۲٫ پارامترهای اساسی مقره ها.

روش های آزمایش

سطح نمونه ها تمیز و خشک نگه داشته شده تا از اثرات آلودگی و تخلیه آب در طی آزمایشات جلوگیری شود. مراحل آزمون به شرح زیر بود.(۱) از نمونه سوم برای بررسی ارتباط بین تعداد فوتون و بزرگی تخلیه استفاده شد. همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده، ترتیب داده شده است. قبل از آزمایش ، منبع سیگنال با تخلیه ۱۰۰۰ ، ۵۰۰ و ۱۰۰ پیکو فاراد به عایق تزریق شده است. سپس، مقیاس بزرگی تخلیه (kc) محاسبه و سیستم اندازه­گیری تخلیه جزئی کالیبره شد. در آزمایش ، سیگنال ویدئویی UV و سیگنال تخلیه همزمان ثبت شد.(۲) در آزمایش های دیگر ، نمونه های تجربی مطابق شکل ۲ بدون اندازه­گیری میزان تخلیه چیده شدند. P ، T و RH برای همان آزمایشات و نمونه ها ثابت نگه داشته شدند و دامنه فاصله مشاهده بین نمونه ها و تصاویر UV 0 تا ۲۵ متر بود.(۳) بهره­ی تصویرگر ماوراء بنفش در دهانه مربوطه از کوچک به بزرگ تنظیم شد.(۴) ولتاژ اعمال شده نمونه ها به تدریج به یک ولتاژ از پیش تعیین شده افزایش یافت و تخلیه کرونا توسط تصویرگرهای UV شناسایی و جهت گیری می­شود.(۵) یک نقطه روشنایی روی صفحه نمایشگرهای ماوراء بنفش پیدا می­شود ، سپس هنگامی که تصویر ثابت است، فیلمبرداری از تخلیه را شروع می­کنیم. هر فیلم حدود ۳۰ ثانیه طول می کشد.(۶) مطابق رویه های آزمایش قبلی، چندین عدد فوتون از تشخیص تخلیه کرونا برای شرایط مشابه آزمایش بدست آمد. با حذف داده هایی که ۱۵٪ بالاتر یا پایین تر از مقدار متوسط ​​هستند ، می­توانید مقدار متوسط ​​تعداد فوتون های معتبر را حفظ کرده و سپس تحت یک شرایط خاص آن را به عنوان نتیجه نهایی تشخیص، انتخاب کنید.

رابطه بین عدد فوتون و بزرگی تخلیه

بزرگی و اندازه تخلیه یک پارامتر مشخص است که می­تواند به طور موثر میزان تخلیه عایق را تعیین کند. نمونه III برای بررسی روابط بین تصویرگرهای مختلف UV و میزان تخلیه استفاده شد. فاصله مشاهده ۶ متر بود. نتایج آزمون در شکل ۶ نشان داده شده است.

شکل ۶٫ نتایج آزمایش از تعداد فوتون و بزرگی تخلیه

همانطور که در شکل ۶ نشان داده شده است، تعداد فوتون از دو تصویرگر UV و تخلیه با افزایش ولتاژ افزایش می یابد. منحنی های شکل ۶ روند مشابه دارند. علاوه بر این، رابطه بین تعداد فوتون و میزان تخلیه تصاویرگرهای مختلف UV مشابه است. از این رو ، می­توان از شماره فوتون به عنوان نتیجه تشخیص اشعه ماوراء بنفش برای نشان دادن تخلیه کرونا استفاده کرد. برای بررسی رابطه بین تعداد فوتون و بزرگی تخلیه ، منحنی های مربوط به تعداد فوتون و میزان تخلیه در شکل ۷ نشان داده شده است.

شکل ۷٫ رابطه بین تعداد فوتون و بزرگی تخلیه.

شکل ۷ نشان می دهد که تعداد فوتون ها از تصویرگرهای مختلف و بزرگی تخلیه روابط تقریباً خطی دارند. از این رو، تعداد فوتون می تواند تخلیه عایق را نشان دهد. بنابراین می­توان میزان تخلیه کرونا را با تعداد فوتون نشان داد و استفاده از عدد فوتون برای مطالعه تخلیه کرونا امکان پذیر است.