توضیحات
380 kV Corona Ring Optimization for ac Voltages
حلقه‌ی کرونا بهینه برای ولتاژهای متناوب 380 کیلوولت
1– مقدمه
مقاله‌ای که مورد بررسی قرار داده‌ایم، می‌خواهد تأثیر پارامترهای طراحی حلقه‌ی کرونا مثل قطر حلقه‌ی کرونا، قطر تیوب حلقه و ارتفاع نصب را برای تنظیم کارآمد میدان اطراف نقطه‌ی بحرانی زنجیره مقره از جنس شیشه را بررسی نماید. در مقاله‌ای که شبیه‌سازی‌ها براساس آن انجام شده، دو نوع مقره‌ی R و C مورد مطالعه قرار گرفته است. تست‌های آزمایشگاهی شامل سطوح ولتاژ تداخل امواج رادیویی، ولتاژهای شروع کرونا و ولتاژهای ac تخلیهی الکتریکی در فاز مرکزی یک برج واحد انجام شده است.
در این پروژه از تاثیرات طول هادی، خمیدگی های رسانا و سیم های زمین صرفنظر شده است. با استفاده از نرم افزار Pdetool میتوان یک نقطه با بدترین توزیع و ماکزیمم قدرت میدان را یافت؛ اما امکان پیدا کردن ولتاژ تداخل رادیویی و ولتاژهای شروع کرونا با این نرم افزار وجود ندارد. با این وجود در عمل میتوان لحظه‌ی شروع کرونا را هم در آزمایشگاه دید.
هدف از این مطالعه، بهینه‌سازی ابعاد هندسی و مکان(جایابی) نصب حلقه‌های کرونا مربوط به زنجیره مقره‌های V هم از روی مطالعات شبیه‌سازی سه بعدی و هم تست‌های آزمایشگاهی تحت ولتاژهای AC می‌باشد. در نهایت نیز با مقایسه مشاهدات شبیه‌سازی با نتایج مقاله مرجع البته با کمی اختلاف به همان نتیجه‌ی مطلوب می‌رسیم.
2– مقره‌ی شیشه‌ای
شکل1. مقره
شکل2. ساخت مقره‌ی شیشه‌ای
شکل3. مزایا و معایب مقره‌ی شیشه‌ای نسبت به سرامیکی
3- کرونا
3-1) تعریف کرونا
تخلیهی الکتریکی ایجاد شده به علت افزایش چگالی میدان الکتریکی، کرونا نام دارد؛ این تعریف بسیار کلی است و انواع پدیده‌ی کرونا را شامل میشود.
3-2) پدیده‌ی کرونا
یکی از پدیده‌هایی که در ارتباط با تجهیزات برق‌دار در خطوط انتقال نیرو و تجهیزات فشارقوی مطرح میشود، کرونا یا هاله است. هنگامی که گرادیان ولتاژ در سطح یک هادی بیشتر از شدت دی الکتریک هوای اطراف هادی گردد، هوای اطراف هادی یونیزه میشود(شدت دی الکتریک هوا در شرایط دمای ۲۵ درجه‌ی سلسیوس و فشار هوای ۷۶ سانتیمتر جیوه ۳۰ کیلوولت بر سانتیمتر می‌باشد)؛ حال اگر گرادیان ولتاژ بیش از ۳۰ کیلوولت بر سانتیمتر گردد، با پدیده کرونا مواجه خواهیم شد و میدان الکتریکی در نزدیکی ماده‌ی رسانا می‌تواند به حدی متمرکز شود که هوای مجاور خود را یونیزه نماید. این مسئله می‌تواند منجر به تخلیهی جزئی انرژی الکتریکی شود که به آن کرونا می‌گویند.
پدیده‌ی کرونا در اطراف خطوط فشارقوی که جریان متناوب دارند باعث مقداری تلفات الکتریکی و در شدیدترین حالت منجر به قوس الکتریکی و تخلیهی کامل میشود. مهم‌ترین علامت آن، بوجود آمدن هاله‌ای نورانی اطراف خطوط فشارقوی است. کرونا در واقع یونیزه شدن نیتروژن هوا می‌باشد و علت وجود تلفات انرژی ایجاد نور و حرارت در اطراف سطح هادی است. نشانه‌های کرونا شامل نور که بسته به شدت کرونا طول موج آن مادون قرمز تا ماوراء بنفش تغییر می‌کند. نشانه‌های دیگر صدای جرقه‌های کوچک الکتریکی و تشکیل گاز ازن که بوی آن در محیط اطراف قابل تشخیص است و بوجود آمدن اسید نیتریک در اثر ترکیب نیتروژن جدا شده از هوا با رطوبت موجود در هوا است که به صورت گرد سفید اطراف سیم‌ها نمایان می‌گردد. پدیده‌ی کرونا باعث به هدر رفتن انرژی الکتریکی و همچنین کاهش راندمان خطوط انتقال می‌گردد.
3-3) علت بوجود آمدن پدیده‌ی کرونا
وقتی ولتاژمتناوب که شکل موج سینوسی دارد به حد ولتاژ کرونا برسد(ولتاژیونیزاسیون عایق گازی) به علت یونیزه شدن گازجریان یونیزاسیون به جریان عادی هادیها اضافه میشود وباعث غیرسینوسی شدن شکل موج جریان میشود که این موج غیرسینوسی به خاطر داشتن هارمونی های بالا باعث ایجاد پارازیت تداخل رادیویی واعتشاش درمدارهای مخابراتی مجاورآن میشود. این پدیده به دلیل افزایش فشار ولتاژ و در نتیجه افزایش گرادیان ولتاژ در سطح هادی از یک مقدار معین می باشد. این پدیده به دلیل افزایش فشار و در نتیجه گرادیان ولتاژ در سطح هادی از یک مقدار معین رخ میدهد. پدیده‌ی کرونا می‌تواند بین هادیها، عایق‌ها و همچنین در فضای خالی بین عایق روی دهد که باعث صدمه دیدن عایق می شود. وجود کرونا در یک سیستم انتقال قدرت باعث کاهش قابلیت اطمینان سیستم می شود.
3-4) عوامل موثر بر کرونا
3-4-1) شرایط جوی
عواملی مانند چگالی هوا، میزان رطوبت، باران، طوفان وصاعقه‌های شدید که ولتاژ شکست هوا را تغییر می‌دهند، بر وقوع کرونا موثر هستند. صاعقه‌های شدید باعث ایجاد ذرات باردار به علت وجود میدان در اطراف هادیها می‌شوند و منجر به پایین آمدن ولتاژ کرونا می‌گردند.
3-4-2) شرایط هادیها
شرایط فیزیکی هادیها که باعث تغییر ولتاژ کرونا میشود به سه دسته تقسیم می‌گردند:
الف) شعاع هادیها:
هرچه هادیها بزرگتر باشند، سطح خارجی آنها بزرگتر و شدت میدان به ازای واحد سطح کمتر میشود. با کم شدن شدت میدان ولتاژ کرونا نیز افزایش می یابد. وقتی کرونا بوجود می‌آید و هوای اطراف هادیها را یونیزه می‌کند، یون‌ها در اطراف سطح هادیها جمع شده، لایه‌ی نازکی از هادی را بوجود آورده و سطح هادی را افزایش می‌دهند و از بیشتر شدن اثر کرونا جلوگیری به عمل می‌آورند؛ البته متناسب با زیاد شدن شعاع هادیها فاصله‌ی آنها نیز باید زیاد گردد و اگر به اندازه‌ی کافی از هم فاصله نداشته باشند، قبل از وقوع کرونا جرقه‌ی کامل ایجاد میشود.
ب) صاف بودن سطح هادیها:
هرچه ناهمواری سطح هادیها بیشتر باشد به علت شدت میدان بیشتر در لبه‌ها و نقاط نوک تیز، کرونا در آن نقاط در ولتاژ پایین‌تری رخ میدهد. درهادی‌های چند رشته به خاطر اینکه بین رشته‌ها ناهمواری ایجاد میشود، در نقاط تیزتر آن کرونا زودتر اتفاق می‌افتد.
ج) دمای سطح هادیها:
با عبور جریان از هادیها، دمای آنها افزایش یافته و باعث میشود که شبنمهای ریز ناشی از رطوبت هوا تبخیر شوند؛ در نتیجه، ناهمواری سطح کاهش و ولتاژ کرونا افزایش می‌یابد.
3-4-3) نوع و مقدار ولتاژ هادی خط انتقال
سطح ولتاژ هادی‌های خط انتقال از جمله عوامل موثر بر کرونا می‌باشد.
3-5) آثار کرونا
پدیده‌ی کرونا آثار متعددی را به همراه خواهد داشت که به صورت زیر می‌باشند:
- تشعشع نور
- اشعه‌ی ماورای بنفش
- صدای آزار دهنده
- گاز ازن
- اسید نیتروژن و مشتقات آن
- نمک(به صورت پودر سفید انباشته)
- انواع مواد شیمیایی بسته به نوع عایق
- فرسایش مکانیکی در اجزا به دلیل بمباران یون‌ها
- گرما به صورت بسیار جزئی
3-6) ولتاژ شروع کرونا
حدأقل ولتاژی که در یک فرکانس خاص باعث رخ دادن این پدیده به صورت متداوم می شود را ولتاژ شروع کرونا می‌گویند. برای تداوم این پدیده لازم است که ولتاژ در مقطعی از زمان افزایش داشته باشد؛ این ولتاژ با افزایش فرکانس کاهش می‌یابد.
3-7) ولتاژ محو شدن کرونا
بیشترین ولتاژی که پس از آن ولتاژ کرونا شروع به کاهش کرده، ولتاژ محو شدن کرونا می‌گویند. پس از این ولتاژ دیگر پدیده کرونا تا رسیدن دوباره به ولتاژ شروع رخ نخواهد داد.
3-8) ولتاژ بحرانی
گرادیان ولتاژی که سبب شکست الکتریکی در عایق شده و به ازای آن عایق، خاصیت دی الکتریک خود را از دست می دهد، گرادیان ولتاژ بحرانی نامیده میشود؛ همچنین ولتاژی را که سبب ایجاد این گرادیان بحرانی می‌گردد، ولتاژ بحرانی می‌نامند.
3-9) حلقه‌ی کرونا
در خطوط انتقال نیرو بالاتر از 230 کیلوولت معمولا از حلقه‌ی کرونا استفاده میشود، به گونه‌ای که در دو طرف مقره حلقه‌ای فلزی نصب می‌گردد، یکی از حلقه ها به بدنه‌ی دکل و دیگری به هادی دارای ولتاژ متصل می‌باشند؛ این حلقه ها باعث کاهش گرادیان ولتاژ(با افزایش سطح مقطع) شده و احتمال وقوع پدیده‌ی کرونا را کاهش می‌دهند.
شکل4. حلقه‌ی کرونا
اشکال مختلف حلقه‌ی کرونا را میتوان در شکل‌های زیر مشاهده نمود:
شکل5. حلقه‌ی کرونا – نوع R
شکل6. حلقه‌ی کرونا – نوع C
3-10) نواحی بحرانی مقره
شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که برخی نواحی بحرانی در نزدیکی بخش انتهایی زنجیره مقره وجود دارند که قدرت میدان در آنها بالاتر از سایر قسمت‌های سیستم است؛ بنابراین، پروسه‌ی بهینه‌سازی بر روی این نواحی متمرکز خواهد بود و هدف از آن حدأقل نمودن میدان ماکزیمم می‌باشد. نواحی بحرانی به صورت K، L، M و N در شکل‌های 7 و 8 نشان داده شده است:
شکل7. نواحی بحرانی زنجیره مقره
شکل8. نواحی بحرانی زنجیره مقره
4- نتایج شبیه‌سازی
مطالعات شبیه‌سازی در بررسی زنجیره‌ی مقره، ماکزیمم قدرت میدان‌های الکتریکی را در بر می‌گیرد و رشته‌های حلقه‌ی کرونای بهینه با توجه به کمترین گرادیان ماکزیمم میدان در نقاط بحرانی زنجیره تعیین می شوند. در تمام شبیه‌سازی‌های انجام شده از تأثیر طول رسانا، فاز مجاور، انحنای رسانا و … صرفنظر شده است. در این شبیه‌سازی‌ها، سطح عایق، خشک یا تمیز فرض می‌گردد. در ادامه به آنالیز نواحی K، L و M می‌پردازیم؛ اما به دلیل شباهت ناحیه M با ناحیه N از تحلیل آن صرفنظر شده است.
شکل9. در سطح حلقه‌ی کرونا(ناحیه‌ی K) (A = 50 cm)
شکل10. در سطح حلقه‌ی کرونا(ناحیه‌ی K) (D = 5 cm)
شکل 9 و 10 شدت میدان ماکزیمم در سطح حلقه‌ی کرونا(ناحیه‌ی K) بر اساس ارتفاع نصب نشان میدهد. افزایش قطر تیوب کرونا، شدت میدان را در حلقه‌های کرونا بهبود می‌بخشد. همین حالت مربوط به مقاله را در زیر مشاهده می‌کنید:
شکل11.
شکل‌های 12 و 13، در ناحیه‌ی L با توجه به پارامترهای مختلف قطر تیوب حلقه بیان می‌کنند. به صورت آشکار مشخص است که با افزایش قطر تیوب مقدار کاهش می‌یابد. قطر تیوب از 4 تا 5 سانتیمتر تغییرکرده و در ارتفاع نصب مختلف بررسی میشود. یک مقدار کمینه حدود[10 – 15] b = وجود دارد که می‌تواند به عنوان مقدار بهینه در نظر گرفته شود. شکل مربوط به مقاله نیز در زیر آمده است:
شکل12. در ناحیه‌ی L
شکل13. در ناحیه‌ی L(شکل مربوط به مقاله)
در اشکال مربوط به ناحیه‌ی L می‌بینیم که نتایج تقریبا مشابه هستند؛ دلیل تفاوت اندک نیز خطا در رسم شکل و همچنین صرفنظر کردن از اثر فاز مجاور می‌باشد.
شکل14. در ناحیه‌ی M(A = 50 cm)
شکل15. در ناحیه‌ی M
در شکل 14 ماکزیمم قدرت میدان برای ناحیه M نشان داده شده است؛ دراین شکل مشاهده می‌کنیم که افزایش قطر تیوب حلقه، میدان در این ناحیه را کاهش میدهد. بین قطر تیوب 4 و 5 سانتیمتر با افزایش ارتفاع نصب کاهش می‌یابد.
شکل16. در ناحیه‌ی M(D = 5 cm)
در شکل فوق می‌بینیم که در ارتفاع نصب بین 10-20 سانتیمتر به اندازه‌ی کافی وضعیت میدان بهبود می‌یابد؛ اما در ارتفاع بیشتر از 20 سانتیمتر بهبود کافی در وضعیت میدان مشاهده نمی‌شود. در زیر نمونه شکل فوق در مقاله آورده شده است؛ همانطور که ملاحظه می‌نمایید، نتایج نزدیک به هم هستند.
شکل17. در ناحیه‌ی M
5- نتیجه‌گیری
در این گزارش سعی بر آن بود که نتایج مقاله مورد بررسی را با شبیه سازی به دست آوریم و همانطور که ملاحظه شد، نتایج حاصل از شبیه‌سازی به نتایج مقاله نزدیک بوده است. به هر حال نتایج به صورت زیر دسته بندی می‌شوند:
- کنترل موثر بر میدان‌های ماکزیمم در نقاط بحرانی وابسته به قطر تیوب، قطر حلقه‌ی کرونا و ارتفاع نصب
- افزایش قطر تیوب کرونا، D، کاهش میدان‌های ماکزیمم در نقاط بحرانی تا حد ممکن. به هر حال در سطح حلقه بیشترین حساسیت را نسبت به قطر تیوب دارد. همچنانکه قطر تیوب کاهش می یابد کوچکتر شدن ارتفاع نصب به کنترل موثر میدان وابسته است. D = 4 cm معقول نیست؛ چون شدت میدان حدأکثر فوق العاده زیادی در سطح رینگ رخ می دهد و D = 5 cm هم برای کنترل موثر میدان و هم از نقطه نظر اقتصادی مناسب نمی‌باشد.
- ارتفاع نصب حلقه‌ی کرونا، B، موثرترین پارامتر در یافتن حالت بهینه می‌باشد. مقدار B به قطر حلقه‌ی کرونا بستگی دارد؛ قطر بزرگتر حلقه کرونا، ارتفاع نصب بالاتری را برای کنترل موثر میدان به همراه دارد.
کلید واژه :
ac flashover, corona ring, electric field, radio interference پروژه متلب
شبیه سازی مقاله 380 kV Corona Ring Optimization for ac Voltages
توسط کارشناسان سایت متلبی پیاده سازی گردیده و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد،. با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.