HTV-सीमेंटित कंपोजिट पोर्सलेन इंसुलेटर्स का डीप-फ्रंट इंपल्स ब्रेकडाउन: मैकेनिज्म, परीक्षण और सिमुलेशन

पोर्सलेन और कांच के इन्सुलेटर में उत्कृष्ट इन्सुलेशन प्रदर्शन और यांत्रिक तंज़ोर होता है, लेकिन गंभीर प्रदूषण के तहत प्रदूषण फ्लैशओवर से ग्रस्त हो सकते हैं, जो विद्युत ग्रिड के स्थिर संचालन को धमकी दे सकता है। बाहरी इन्सुलेशन के प्रदूषण फ्लैशओवर प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए, निर्माताओं आमतौर पर इन्सुलेटर सतहों पर कम-तापमान वल्कनाइज्ड सिलिकॉन रबर (RTV) कोटिंग लगाते हैं, जिनमें उत्कृष्ट हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफोबिक परिवर्तन गुण होते हैं, जिससे फ्लैशओवर की संभावनाएं कम हो जाती हैं। शुरुआत में, चीन में RTV कोटिंग ऑन-साइट लगाई जाती थी, जो उच्च निर्माण कठिनाई और असंगत गुणवत्ता नियंत्रण के लक्षणों से विभाजित थी।

उसके बाद, कारखाने-आधारित डिपिंग या स्प्रे प्रक्रियाएं विकसित की गईं, जिनसे RTV-कोटिंग वाले इन्सुलेटर को पूर्ण उत्पाद के रूप मेतौर पर निगरानी और स्वीकृति के अधीन डिलीवर किया जा सकता था, जिससे उत्पाद की गुणवत्ता में महत्वपूर्ण सुधार हुआ और विद्युत ग्रिड में इसकी व्यापक अपनाव को बढ़ावा मिला। हालाँकि, RTV कोटिंग में निम्न यांत्रिक तंज़ोर और इन्सुलेटिंग शरीर के साथ दुर्बल इंटरफेस एडहेशन की समस्याएं होती हैं, जिनसे परिवहन, निर्माण, स्थापना और लंबी अवधि के संचालन के दौरान बाहरी बलों से नुकसान हो सकता है। संचालन पुरानीकरण घटनाएं जैसे कि छीलना, दरार और अलगाव सामान्य होते हैं, जिनके लिए विघटन और फिर से कोटिंग की आवश्यकता होती है, जिससे उच्च रखरखाव की लागत होती है।

डिस्क सस्पेंशन कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटर पूर्ण पोर्सलेन इन्सुलेटर को कोर के रूप में उपयोग करते हैं, जिस पर उच्च-तापमान वल्कनाइज्ड सिलिकॉन रबर (HTV) शीथ—न्यूनतम मोटाई 3 मिमी—उच्च-तापमान इंजेक्शन के माध्यम से एकल ढालन प्रक्रिया में बनाया जाता है। RTV की तुलना में, HTV में उत्कृष्ट यांत्रिक तंज़ोर, ट्रैकिंग और एरोजन रोध, फ्लेम रेटार्डेंसी, विद्युत गुण, पुरानीकरण रोध, और उच्च-तापमान टोलरेंस का प्रदर्शन होता है।

इसके अलावा, पोर्सलेन सतह पर ग्लेज़ की परत को संशोधित करके और विशेष जोड़ने वाले एजेंटों का उपयोग करके, पोर्सलेन और HTV सिलिकॉन रबर के बीच इंटरफेस बांडिंग तंज़ोर में महत्वपूर्ण सुधार हुआ है, जिससे घटक की एकीकरण और समानता में वृद्धि हुई है। इस प्रकार, डिस्क सस्पेंशन कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटर उत्कृष्ट यांत्रिक और प्रदूषण फ्लैशओवर प्रदर्शन उपलब्ध कराते हैं, जिनके संचालन और रखरखाव की आवश्यकताएं कम होती हैं, जो प्रसारण लाइनों में बाहरी इन्सुलेशन अनुप्रयोग के लिए एक नया मार्ग खोलते हैं।

फील्ड अनुभव दर्शाता है कि जब ओवरहेड लाइनों पर बिजली आघात होता है, तो परिणामस्वरूप ओवरवोल्टेज में बहुत छोटे समय के, उच्च ढाल और बहुत ऊंचे शिखर वोल्टेज वाले तीव्र संकेत होते हैं, जो लाइन इन्सुलेटर के लिए महत्वपूर्ण धमकी बनते हैं। ऐसे तीव्र संकेत डिस्क इन्सुलेटर के छेदन या फटन का कारण बन सकते हैं, और गंभीर मामलों में, यह स्ट्रिंग टूटने और लाइन गिरने का कारण बन सकता है। तीव्र संकेत का झेलने की क्षमता इन्सुलेटर की गुणवत्ता का एक महत्वपूर्ण संकेतक है।

हालाँकि, देशी और विदेशी दोनों द्वारा पोर्सलेन और कांच के इन्सुलेटरों के तीव्र तरंग प्रदर्शन पर व्यापक शोध किया गया है, डिस्क सस्पेंशन कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटरों पर शोध अभी भी कम है, और उनकी तहतीय तंत्र स्पष्ट नहीं हैं। इसलिए, यह शोधपत्र डिस्क सस्पेंशन कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटरों पर हवा में आघात ब्रेकडाउन परीक्षण करता है ताकि उनके तीव्र तरंग ब्रेकडाउन विशेषताओं का अध्ययन किया जा सके।

हवा में आघात ब्रेकडाउन परीक्षण विद्युत उपकरणों के तीव्र तरंग झेलने की क्षमता का प्रभावी मूल्यांकन करता है, जो अत्याधिक परिस्थितियों में सुरक्षा और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करता है, और इन्सुलेटर गुणवत्ता मूल्यांकन में महत्वपूर्ण मूल्य है। यह अध्ययन पहले आघात ब्रेकडाउन परीक्षण करता है ताकि तीव्र तरंग प्रदर्शन का विश्लेषण किया जा सके, फिर परीक्षण परिणामों के आधार पर तीव्र तरंग वोल्टेज के शिखर पर विद्युत क्षेत्र वितरण सिमुलेशन स्थापित करता है ताकि प्रदर्शन परिवर्तन के तंत्र का अध्ययन किया जा सके, जिसका उद्देश्य प्रसारण लाइनों में कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटरों के इन्सुलेशन समन्वय के लिए दिशा-निर्देश प्रदान करना है।

1 हवा में आघात ब्रेकडाउन परीक्षण सेटअप

1.1 नमूना

एक निर्माता द्वारा उत्पादित HU550B240/650T AC डिस्क सस्पेंशन कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटर को परीक्षण नमूना के रूप में चुना गया। इन्सुलेटर में ट्रिपल-अंब्रेला संरचना है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। इसके मुख्य प्रदर्शन पैरामीटर तालिका 1 में सूचीबद्ध हैं।

1.2 परीक्षण प्लेटफार्म और योजना
परीक्षण के लिए 2400 kV आघात वोल्टेज जनरेटर का उपयोग किया गया। इन्सुलेटर का टोपी भाग नीचे की ओर एक ग्राउंड किया गया धातु प्लेट पर रखा गया, और पिन के छोर पर एक मानक बॉल सोकेट लगाया गया ताकि पिन के आसपास की सीमेंट श्रेणी में विद्युत क्षेत्र की अत्यधिक संकेंद्रण से बचा जा सके। इन्सुलेटर की सेटअप चित्र 2 में दिखाया गया है।

हवा में आघात ब्रेकडाउन परीक्षण कुल 20 इन्सुलेटर नमूनों पर किया गया। हवा में आघात ब्रेकडाउन के परीक्षण विधियाँ ढाल विधि और आयाम विधि में विभाजित होती हैं, जिनमें आयाम विधि डिस्क इन्सुलेटरों के लिए मुख्य रूप से उपयोग की जाती है।

यह अध्ययन आयाम विधि का उपयोग करता है, जिसमें आघात फ्रंट की रेखीयता की आवश्यकता नहीं होती, बल्कि केवल ब्रेकडाउन वोल्टेज का आयाम निर्णायक मानक रहता है, जिसमें फ्रंट समय 100 और 200 ns के बीच नियंत्रित किया जाता है और आयाम विचलन ±10% के भीतर रहता है। परीक्षण के दौरान, प्रत्येक इन्सुलेटर पर पांच सकारात्मक-पोलारिटी आघात वोल्टेज लगाए गए, फिर पांच ऋणात्मक-पोलारिटी आघात, और यह अनुक्रम एक बार दोहराया गया। लगातार आघातों के बीच 1 और 2 मिनट का अंतर बनाया गया।

देशी और विदेशी दोनों स्रोतों से शोध दर्शाता है कि पोर्सलेन इन्सुलेटर सतहों पर सिलिकॉन रबर की कोटिंग लगाने से पोर्सलेन इन्सुलेटरों पर सतही स्ट्रीमर्स के प्रसार की दर में परिवर्तन होता है, जिससे तीव्र-फ्रंट आघात झेलने की क्षमता कम हो जाती है। हालाँकि, वास्तविक संचालन में इन्सुलेटर के सिरे पर इन्सुलेशन प्रदर्शन प्रभावित नहीं होता।

यह घटना देशी डिस्क इन्सुलेटर निर्माताओं द्वारा पुष्टि की गई है: चाहे शेड प्रोफाइल गहरे-रिब या एल्टरनेटिंग-अंब्रेला प्रकार की हो, या चाहे सिरे की संरचना सिलिंड्रिकल या शंकु आकार की हो, सिलिकॉन रबर की कोटिंग के बाद सभी इन्सुलेटरों में तीव्र-तरंग ब्रेकडाउन प्रदर्शन का कुछ डिग्री तक कमी होती है।

इस परिणामस्वरूप, संबंधित मानकों को संशोधित किया गया, RTV-कोटिंग वाले डिस्क इन्सुलेटरों के लिए हवा में आघात ब्रेकडाउन परीक्षण आयाम 2.8 p.u. से 2.2 p.u. तक कम कर दिया गया। प्रारंभिक परीक्षण परिणामों से पता चलता है कि 2.2 p.u. पर ब्रेकडाउन बहुत कम होता है। इसलिए, यह अध्ययन RTV कोटिंग रहित पोर्सलेन इन्सुलेटरों का चुनाव किया और 2.8 p.u. के मानक परीक्षण वोल्टेज पर हवा में आघात ब्रेकडाउन परीक्षण किया, जिसमें वोल्टेज फ्रंट समय 100-200 ns के भीतर नियंत्रित किया गया।

वोल्टेज की ध्रुवता और ब्रेकडाउन स्थान के आगे आगे विश्लेषण से पता चला कि 15 ब्रेकडाउन में से 14 सकारात्मक ध्रुवता पर और केवल एक ऋणात्मक ध्रुवता पर हुए। सकारात्मक ध्रुवता के ब्रेकडाउन में, 8 सिरे पर और 6 शेड पर हुए; एक ऋणात्मक ध्रुवता का ब्रेकडाउन सिरे पर हुआ। इसके अलावा, शेड ब्रेकडाउन से पहले इन्सुलेटर सतह पर आर्किंग देखी गई, जबकि सिरे के ब्रेकडाउन के दौरान ऐसी आर्किंग नहीं देखी गई।

हालाँकि, संदर्भ में, सभी पोर्सलेन इन्सुलेटरों के तीव्र-फ्रंट ब्रेकडाउन सिरे पर हुए, और संदर्भ में, पोर्सलेन इन्सुलेटरों का ब्रेकडाउन RTV कोटिंग से पहले और बाद में दोनों सिरे पर हुआ। इसके विपरीत, यह परीक्षण दिखाता है कि एक-बार-में इंजेक्शन-मोल्डिंग वाले HTV ओवरकोट के बिना, एक ही बैच के पोर्सलेन इन्सुलेटरों में तीव्र-तरंग ब्रेकडाउन केवल सिरे पर हुए। HTV ओवरमोल्डिंग के बाद, कंपोजिट पोर्सलेन इन्सुलेटरों में ब्रेकडाउन सिरे और गले पर दोनों ही हुए, जो दर्शाता है कि HTV सिलिकॉन रबर की कोटिंग ब्रेकडाउन पथ को बदल देती है।

ब्रेकडाउन से पहले आघातों की संख्या रिकॉर्ड की गई, जिसके परिणाम चित्र 4 में दिखाए गए हैं। जैसा दिखाया गया है, 12 इन्सुलेटर पहले पांच आघातों के भीतर ब्रेकडाउन हुए, एक 7वें आघात पर ब्रेकडाउन हुआ, और दो 15वें आघात पर ब्रेकडाउन हुआ। संदर्भ दर्शाता है कि RTV-कोटिंग वाले पोर्सलेन इन्सुलेटरों में तीव्र-तरंग झेलने की क्षमता में महत्वपूर्ण कमी होती है, बड़े-टनाज़ इन्सुलेटरों के लिए ब्रेकडाउन की संभावना अधिक होती है, जो दर्शाता है कि सिलिकॉन रबर की कोटिंग तीव्र-तरंग प्रतिरोध को कम कर देती है। इस परीक्षण में, 80% HTV ओवरमोल्डिंग वाले कंपोजिट इन्सुलेटर पहले चार आघातों के भीतर ब्रेकडाउन हुए, जो दर्शाता है कि HTV सिलिकॉन रबर की उपस्थिति इन्सुलेटर की तीव्र-फ्रंट आघात झेलने की क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से कम कर देती है।