د افغاني ټولنه د UHV وړاندې لينونه او مخلوط کولونکي ايسولاتورونه: چالنګونه، ډيزاين، او کارول

1 ویژگی ها و مولفه های خطوط انتقال فشار قوی

1.1 ویژگی های خطوط انتقال فشار قوی

خطوط انتقال فشار قوی با توجه به نیاز کمتر به اطلاعات، هزینه نسبتاً کمتری دارند. معمولاً از دو رساننده استفاده می‌شود، یکی به قطب مثبت و دیگری به قطب منفی متصل می‌شود. خطوط انتقال جریان مستقیم دارای طول عمر بیشتری هستند و می‌توانند جریان را در فواصل طولانی منتقل کنند. در برخی از تسهیلات انتقال فشار قوی در چین، انتقال جریان متناوب نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد که در زندگی روزمره به وضوح مشاهده می‌شود.

1.2 خطوط انتقال فشار قوی به عنوان یکی از مولفه های اصلی طراحی برق

در کارهای طراحی پایه، نمودارهای مهندسی مورد نیاز برای ساخت باید با دقت آماده شده و طبق روش‌های کاری دنبال شوند. انتخاب مواد خام برای برنامه‌های ساخت، طراحی مناسب مسیرها، روش‌ها و چالش‌های ذخیره‌سازی توسط تیم ساخت، عملکرد عادی خطوط برق را تضمین می‌کند، کارایی کار را افزایش می‌دهد و مؤثریت کار ساخت را بالا می‌برد.

2 وضعیت توسعه خطوط انتقال فشار فوق العاده قوی

در مقایسه با خطوط معمولی، خطوط انتقال فشار فوق العاده (UHV) نیازمند استانداردهای بالاتری هستند، مانند سطح عایق بیرونی، فناوری‌های مهندسی برق و اقدامات حفاظتی خط. اگر سطح عایق بیرونی خطوط UHV به استاندارد نرسد یا اقدامات محافظتی کافی نباشد، مشکلاتی مانند خرابی ناشی از آلودگی، ولتاژ بیش از حد و خرابی افزایش می‌یابد. بنابراین، استفاده از عایق‌های مرکب در خطوط UHV ضروری و بخشی غیرقابل انفصال از ساخت شبکه‌های مدرن است.

3 مشکلات عایق‌های مرکب در خطوط UHV

3.1 خرابی در محل تماس

مشکلات خرابی الکتریکی عایق‌های مرکب عمدتاً ناشی از برخورد برق است که بیش از نیمی از تمام خرابی‌ها را تشکیل می‌دهد. اگرچه مواد به طور مداوم در حال بهبود هستند، مشکل خرابی مکرر در محل تماس همچنان وجود دارد. در طول تولید، هر دوی میله‌های هسته‌ای و پوشش‌ها پدیده‌های قابل توجهی از لپ کردن را نشان می‌دهند و محل تماس پوشش‌ها و قطر میله‌ها ممکن است فرسوده شوند که می‌تواند منجر به خرابی در محل تماس و کاهش طول عمر عایق شود. بهینه‌سازی و بهبود مداوم محصولات برای کاهش احتمال خرابی در محل تماس ضروری است.

3.2 خرابی شکننده میله هسته‌ای

خرابی شکننده میله هسته‌ای نوعی از خرابی عایق‌های مرکب است که به طور معمول در خطوط UHV رخ می‌دهد. در طول فرآیند خرابی شکننده میله هسته‌ای، از سوی خوردگی اسیدی، الیاف میله هسته‌ای به تدریج تحت تأثیر خوردگی اسیدی شکسته می‌شوند و حتی می‌توانند تحت بارهای کوچک کل میله هسته‌ای را بشکنند. دلایل اصلی عبارتند از:

اولاً، این خرابی معمولاً در موقعیت‌هایی رخ می‌دهد که میدان الکتریکی پایانه ولتاژ بالا نسبتاً بالاست. معکوس کردن حلقه گرادیان می‌تواند منجر به خرابی شکننده عایق‌های مرکب شود. برای حل این مشکل، طراحی و پردازش حلقه‌های گرادیان باید تضمین کند که قوت مغناطیسی به سطح مشخص شده برسد و خرابی شکننده مواد را مؤثرانه جلوگیری کند.

ثانیاً، شکاف‌ها ممکن است زمانی رخ دهند که پوشش یا سطح انتهایی آسیب دیده باشد. با این حال، استفاده از میله‌های هسته‌ای مقاوم به اسید بدون بور به طور قابل توجهی مقاومت کلی به اسید را بهبود می‌بخشد و این مشکل را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. باید توجه داشت که نه همه میله‌های هسته‌ای الیافی دارای ویژگی‌های مقاومت به اسید عالی هستند؛ بنابراین، ارزیابی عملکرد و انتخاب ضروری است. اگرچه خرابی‌های شکننده تأثیر قابل توجهی بر عملیات دارند، اما احتمال وقوع آن‌ها کم است و می‌تواند از طریق مداخلات مختلف کاهش یابد.

3.3 مشکلات پیری

بعد از یک دوره استفاده، عایق‌ها ممکن است با مشکلات پیری مواجه شوند که عمدتاً ناشی از عوامل دمایی و تخلیه سطحی است. اگرچه مواد کائوچوی سیلیکون دارای چرخه پیری طولانی‌تری هستند، اما پیری اولیه عملیاتی ممکن است به دلیل آلودگی محیطی و فناوری تهیه ماده رخ دهد. در حالی که بیشتر مناطق می‌توانند شرایط و ویژگی‌های خوب را از طریق ژل سیلیکون حفظ کنند، پیری اجتناب‌ناپذیر است. برای تضمین عملکرد ایمن عایق‌ها، تست‌های اولیه ضروری است. بنابراین، بازرسی‌های دوره‌ای عایق‌های مرکب مورد نیاز است تا از ترکیدگی بیشتر جلوگیری شود.

3.4 مشکلات مکانیکی

عایق‌های مرکب در طول استفاده کاهش قابل توجهی در عملکرد مکانیکی نشان می‌دهند. در حال حاضر، از عایق‌های داخلی پلاگ-نوع استفاده می‌شود، اما این عایق‌ها نیازهای بالایی برای روش‌های اتصال دارند و شیب خزشی آن‌ها با طراحی‌های عایق‌های لبه‌گرد تفاوت قابل توجهی دارد.

4 تعیین طول زنجیره عایق و کمترین فاصله هوایی برای خطوط UHV

4.1 فاصله عایق بیرونی در نظر گرفته شده در طراحی خطوط UHV

نیازمندی‌های تطابق عایق برای خطوط UHV 1000kV باید عملکرد ایمن و قابل اعتماد را در شرایط مختلفی مانند ولتاژ تواتر، ولتاژ بیش از حد سوئیچ و ولتاژ بیش از حد برخورد برق تضمین کند. تخلیه سطحی عایق‌ها عامل کنترل اصلی زنجیره‌های عایق است. ساختارهای عایق بیرونی معمولاً بر اساس تحمل آلودگی محاسبه می‌شوند و با تجربیات موجود در مهندسی، عواملی مانند ارتفاع و پوشش یخ در نظر گرفته می‌شوند. برای ولتاژ بیش از حد سوئیچ، مضرب‌های ولتاژ 1.6p.u. و 1.7p.u. در نظر گرفته می‌شوند؛ وقتی ولتاژ عملیاتی حداکثر سیستم 1100kV است، اگر ولتاژ بیش از حد سوئیچ نتواند تعداد عناصر عایق را کنترل کند و مقدار محاسبه شده کمتر از 50٪ ولتاژ تخلیه ضربه‌ای زنجیره عایق باشد، خطر تخلیه ضربه‌ای وجود دارد. در سیستم‌های UHV، ولتاژ بیش از حد برخورد برق با ولتاژ عملیاتی رابطه مستقیمی ندارد و سطح عایق بیرونی بالا موجب می‌شود که ولتاژ بیش از حد برخورد برق عامل تعیین‌کننده نباشد.

4.2 طول زنجیره عایق

در شرایط آلودگی، طول زنجیره عایق با استفاده از روش‌های مقاوم در برابر آلودگی تعیین می‌شود. این شامل: (1) اندازه‌گیری ولتاژ تخلیه آلودگی عایق‌های مختلف در شرایط جوی برای به دست آوردن رابطه بین ولتاژ تخلیه 50٪ آلودگی و چگالی نمک عایق‌های مختلف؛ (2) اندازه‌گیری ولتاژ تحمل عایق‌ها؛ (3) اصلاح و محاسبه چگالی نمک محلول؛ (4) کالیبراسیون تأثیر نسبت خاک به نمک بر آلودگی سطح عایق‌ها؛ (5) اصلاح ناهماهنگی سطوح بالا و پایین؛ (6) اصلاح ارتفاع در ارتفاعات بالا؛ و (7) محاسبه تعداد بخش‌های عایق تحت شرایط ولتاژ کاری ماکسیمم است.

4.3 تعیین کمترین فاصله هوایی برای خطوط UHV

4.3.1 محاسبه کمترین تعداد عناصر عایق برای عملیات عادی

این مقاله روی موضوع علمی کلیدی انتخاب کمترین فاصله برای خطوط UHV تمرکز دارد و از خطوط انتقال تک مدار به عنوان شیء مطالعه استفاده می‌کند. تأثیر فاصله هوایی بر ابعاد برج‌های انتقال تحت ولتاژ تواتر و تأثیر برخورد برق را مطالعه می‌کند، کمترین فاصله برج‌های انتقال را با استفاده از فواصل هوایی اندازه‌گیری شده تعیین می‌کند و تأثیر تخریب عایق‌ها بر ساختار برج‌های انتقال را در نظر می‌گیرد و کمترین فاصله برای برج‌های انتقال با در نظر گرفتن تخریب عایق‌ها را پیشنهاد می‌دهد.

4.3.2 تعیین فاصله هوایی ولتاژ بیش از حد سوئیچ

این شامل تعیین عامل تناسب آماری برای عملیات ولتاژ بیش از حد سوئیچ بر اساس محاسبه ولتاژ تخلیه ضربه‌ای U50٪ برای فواصل هوایی تکی است.

در این میان، Us نشان‌دهنده ولتاژ بیش از حد سوئیچ است که به کیلوولت (kV) اندازه‌گیری می‌شود؛ Z ثابت است و به 2.45 تنظیم می‌شود؛ برای یک فاصله هوایی تکی، σ1 به 0.06 تنظیم می‌شود؛ در این میان، σm واریانس چندین فاصله هوایی است که به 0.024 تنظیم می‌شود. بنابراین:

بنابراین، عامل تناسب آماری kckc برای ولتاژ بیش از حد سوئیچ فاصله هوایی خط است:

5 کاربرد عایق‌های مرکب در خطوط انتقال فشار فوق العاده

از طریق عملیات عملی خطوط موجود در کشورمان، مشخص شده است که استفاده از عایق‌های مرکب می‌تواند هزینه‌های نگهداری خط و آلودگی شبکه برق را کاهش دهد. در مناطق آلوده، توصیه می‌شود از عایق‌های مرکب استفاده شود. برای خطوط انتقال 1000kV، توصیه می‌شود از عایق‌های حدود 9 متری استفاده شود و در مناطق با آلودگی سنگین، از عایق‌های بیش از 17 متری استفاده شود. اگر اتصال‌های سری‌ای اتخاذ شود، ارتفاع عایق‌ها می‌تواند بیشتر تنظیم شود، اما این امر همچنین وزن و طول عایق‌ها را افزایش می‌دهد و هزینه خط را بالا می‌برد.

در مناطق با ارتفاع بالا و آلودگی سنگین، عایق‌های مرکب مزایای اقتصادی و فنی بالاتری دارند. وقتی طول زنجیره ترکیبی از 10 متر عبور نمی‌کند، می‌تواند مساحت پنجره برج را کاهش دهد، بار برج را کنترل کند و وقوع حوادث تخلیه سطحی را کاهش دهد. بنابراین، عایق‌های مرکب در این جنبه‌ها مزایای قابل توجهی دارند. برای تضمین عملکرد پایدار و قابل اعتماد بلندمدت خطوط UHV، مطالعات عمیقی باید انجام شود.

از یک سو، باید مطالعاتی در مورد ویژگی‌های مکانیکی عایق‌های مرکب با ظرفیت بسیار بزرگ انجام شود تا استانداردهای و روش‌های آزمون کارآمدی را شکل دهد. علاوه بر اطمینان از فشار یکنواخت بر عایق‌های مرکب، اقدامات مناسبی باید برای مقابله با تداخل الکترومغناطیسی و تخلیه کرونا اتخاذ شود تا حوادث ناگهانی را کاهش دهد. یک روش قوس‌زنی مناسب تضمین می‌کند که قوس به طور مؤثر خاموش شود.

ساختارهای مکانیکی بهینه تضمین می‌کنند که عایق خراب شده به زمین نیفتند. باید استانداردهای کنترل کیفیت صریحی تأسیس شود تا محصولات غیر استاندارد ممنوع شود، با کنترل دقیق مواد میله‌های هسته‌ای و دامنه‌ها و بهبود تکنیک‌های تولید از منبع خود، خطرات ایمنی عملیاتی کاهش یابد. در طول ساخت، باید یک روش ذخیره‌سازی علمی اجرا شود تا خسارات پتانسیل را به طور دقیق کنترل کند. برنامه‌های نگهداری و بازرسی مؤثر باید اجرا شود تا به طور فوری خطرات ایمنی را شناسایی کرده و اقدامات متناسب را اتخاذ کند تا ایمنی تولید تضمین شود.

6 نتیجه‌گیری

عایق‌های مرکب کاربرد فزاینده‌ای در شبکه برق چین یافته‌اند و به مولفه‌ای ضروری در ساخت شبکه برق تبدیل شده‌اند. با توجه به نیازهای سطح مقطع بزرگ و شرایط بار بالا در خطوط UHV، باید از عایق‌های مصنوعی به جای عایق‌های شیشه‌ای و دیگر انواع آن‌ها استفاده شود. با گسترش مقیاس خطوط UHV، چالش‌های بیشتری پیش می‌آید که منجر به نیازهای بالاتری برای عملکرد آن‌ها می‌شود.

علاوه بر تضمین فشار یکنواخت بر عایق‌های مرکب، باید اقدامات مناسبی برای مقابله با تداخل الکترومغناطیسی و تخلیه کرونا اتخاذ شود تا حوادث ناگهانی را کاهش دهد. یک روش قوس‌زنی مناسب تضمین می‌کند که قوس به طور مؤثر خاموش شود. ساختارهای مکانیکی بهینه تضمین می‌کنند که عایق خراب شده به زمین نیفتند. باید استانداردهای کنترل کیفیت صریحی تأسیس شود تا محصولات غیر استاندارد ممنوع شود، با کنترل دقیق مواد میله‌های هسته‌ای و دامنه‌ها و بهبود تکنیک‌های تولید از منبع خود، خطرات ایمنی عملیاتی کاهش یابد.

در طول ساخت، باید یک روش ذخیره‌سازی علمی اجرا شود تا خسارات پتانسیل را به طور دقیق کنترل کند. برنامه‌های نگهداری و بازرسی مؤثر باید اجرا شود تا به طور فوری خطرات ایمنی را شناسایی کرده و اقدامات متناسب را اتخاذ کند تا ایمنی تولید تضمین شود.