ستیپ فرنٹ امپالس بروک ڈاؤن آف ایچ ٹی وی کوئٹڈ کامپوزیٹ پورسلین انسلیٹرز: مکانزم، ٹیسٹنگ، اور سائیمیولیشن

پورسلین اور شیشے کے انسلیٹرز میں بہترین عایقیت اور مکانیکی قوت کا مظاہرہ ہوتا ہے، لیکن شدید آلودگی کے تحت وہ آلودگی کے ذریعے جھکنا پر محفوظ نہیں رہتے، جس سے بجلی کے شبکوں کی مستحکم کارکردگی کو خطرہ ہوتا ہے۔ بیرونی عایقیت کے آلودگی کے ذریعے جھکنے کی مزاحمت کو بڑھانے کے لئے، صنعت کار عام طور پر انسلیٹر کی سطحوں پر کمرہ درجہ حرارت پر سلیکون کی آبپسندی اور آبپسندی منتقلی کی خصوصیات والے کیمیائی روپ سے سلیکون کی گرمائش (RTV) کی طبقات لگاتے ہیں، جس سے جھکنے کا خطرہ کم ہوجاتا ہے۔ ابتدائی طور پر چین میں RTV کی طبقات کو مقامی طور پر لگایا جاتا تھا، جس کا طریقہ بنیادی طور پر تعمیر کی مشکلات اور غیر مساوی کوالٹی کنٹرول کے لائق تھا۔

بعد میں، فیکٹری میں ڈپنگ یا اسپرے کرنے کے عمل کو ترقی دی گئی، جس سے RTV سے کوٹی ہوئے انسلیٹرز کو مکمل پروڈکٹ کے طور پر نگرانی اور قبولیت کے تحت فراہم کیا جا سکا، جس سے پروڈکٹ کی کوالٹی میں معیاری ترقی ہوئی اور بجلی کے شبکوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا جانے لگا۔ لیکن RTV کی طبقات کم مکانیکی قوت اور عایقیت کے جسم سے ضعیف سطحی چسبنے کی وجہ سے ہوتی ہیں، جس سے نقل و حمل، تعمیر، نصب اور لمبے عرصے تک کے آپریشن کے دوران بیرونی زور کے نتیجے میں نقصان ہوسکتا ہے۔ آپریشنل دریافت کی پرانی پیénomènes کی طرح کھلنا، پٹکنا اور الگ ہونا عام ہے، جس کی وجہ سے نیچے اتار کر دوبارہ کوٹنگ کی ضرورت پڑتی ہے، جس کی وجہ سے کافی بالا کیلیں کی لاگت ہوتی ہے۔

ڈسک سسپنشن کمپوزٹ پورسلین انسلیٹرز کامل پورسلین انسلیٹر کو مرکزی حصہ کے طور پر استعمال کرتے ہیں، جس کے ساتھ ایک اعلیٰ درجہ حرارت پر سلیکون کی گرمائش (HTV) کی جلد-کم سے کم 3 ملی میٹر مکمل-کی گرمائش کے ذریعے ایک ہی مالنگ کے ذریعے بنائی جاتی ہے۔ RTV کے مقابلے میں HTV کو مکانیکی قوت کے علاوہ ٹریکنگ اور کھننے کی مزاحمت، آگ کی روک تھام، برقی خصوصیات، دریافت کی مزاحمت، اور اعلیٰ درجہ حرارت کی تحمل کی خصوصیات میں بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے۔

مزید برآں، پورسلین کی سطح پر گلاز لیئر کو تبدیل کرکے اور مخصوص کوپلنگ ایجنٹ کا استعمال کرتے ہوئے، پورسلین اور HTV سلیکون کی گرمائش کے درمیان سطحی چسبنے کی قوت میں قابل ذکر ترقی ہوئی ہے، جس سے کمپوننٹ کی تکمیل اور یکساں ہونے کو فروغ دیا گیا ہے۔ اس کے نتیجے میں ڈسک سسپنشن کمپوزٹ پورسلین انسلیٹرز میں بہتر مکانیکی اور آلودگی کے ذریعے جھکنے کی مزاحمت کی کارکردگی کے ساتھ کم آپریشنل اور کیلیں کی لاگت کی ضرورت ہے، جس سے ٹرانسمیشن لائن کے لئے بیرونی عایقیت کے استعمال کے لئے نیا راستہ کھلتا ہے۔

فیلڈ کی تجربت ظاہر کرتی ہے کہ جب اوورہیڈ لائن پر بجلی کا ضرب لگتا ہے تو نتیجے میں آنے والے اوور وولٹیج میں بہت کم مدت کے ساتھ بہت تیز سرحدی اور بہت بلند چوٹی والے ولٹیج کے ساتھ تیز سرحدی اثرات شامل ہوتے ہیں، جو لائن کے انسلیٹرز کے لئے قابل ذکر خطرات ہوتے ہیں۔ ایسے تیز سرحدی اثرات ڈسک انسلیٹرز کو سوراخ کرنے یا یہاں تک کہ پھٹنے کا باعث بن سکتے ہیں، اور شدید صورتحالوں میں یہ کیبل کی ٹوٹنے اور لائن کی گر گئی کی وجہ بنتے ہیں۔ تیز سرحدی اثرات کی تحمل کی صلاحیت انسلیٹرز کی کیفیت کا ایک بنیادی شاہد ہے۔

اگرچہ چین میں اور بین الاقوامی سطح پر پورسلین اور شیشے کے انسلیٹرز کے تیز لہر کی کارکردگی پر وسیع تحقیقات کی گئی ہیں، ڈسک سسپنشن کمپوزٹ پورسلین انسلیٹرز پر تحقیقات کم ہیں، اور ان کے زیریں مکانات کو خوب سمجھا نہیں گیا ہے۔ لہذا، یہ مقالہ ڈسک سسپنشن کمپوزٹ پورسلین انسلیٹرز پر ہوا میں ایمپلیس کی ٹکر کی جانچ کرتا ہے تاکہ ان کی تیز لہر کی ٹکر کی خصوصیات کا مطالعہ کیا جا سکے۔

ہوا میں ایمپلیس کی ٹکر کی جانچ برقی معدات کی تیز لہر کی تحمل کی صلاحیت کو موثر طور پر جانچنے کے لئے کام کرتی ہے، جس سے کہ انتہائی حالات کے تحت سلامتی اور موثوقیت کی یقینی ہوتی ہے، اور انسلیٹرز کی کیفیت کی جانچ میں بہت اہمیت رکھتی ہے۔ اس مطالعہ میں پہلے ایمپلیس کی ٹکر کی جانچ کی گئی تاکہ تیز لہر کی کارکردگی کا تجزیہ کیا جا سکے، پھر جانچ کے نتائج کے مبنی پر تیز لہر کے ولٹیج کی چوٹی پر برقی میدان کی تقسیم کی محاکاة کی گئی تاکہ کارکردگی کے تبدیل ہونے کے مکانات کو جانچا جا سکے، ٹرانسمیشن لائن کے لئے کمپوزٹ پورسلین انسلیٹرز کی عایقیت کی تناسق کے لئے رہنما مہیا کرنے کا مقصد ہے۔

1 ہوا میں ایمپلیس کی ٹکر کی جانچ کا آرگنائزیشن

1.1 نمونہ

ایک صنعت کار کے ذریعہ تیار کردہ HU550B240/650T AC ڈسک سسپنشن کمپوزٹ پورسلین انسلیٹر کو جانچ کا نمونہ منتخب کیا گیا تھا۔ انسلیٹر کی تین چھتری کی ساخت ہے، جس کو تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔ اس کی اہم کارکردگی کے پیرامیٹرز کو جدول 1 میں درج کیا گیا ہے۔

1.2 جانچ کا منصوبہ اور طریقہ
جانچ کے لئے 2400 kV ایمپلیس ولٹیج جنریٹر کا استعمال کیا گیا تھا۔ انسلیٹر کی ٹوپی کو نیچے کی طرف زمین کے متصل میٹل پلیٹ پر رکھا گیا تھا، اور پن کے سرے پر ایک معیاری گیند کا ساکٹ لگایا گیا تھا تاکہ پن کے گرد کے سندر کے کمنڈ میں بہت زیادہ برقی میدان کی تركز کو روکا جا سکے۔ انسلیٹر کی ترتیب تصویر 2 میں دکھائی گئی ہے۔

ہوا میں ایمپلیس کی ٹکر کی جانچ کل 20 انسلیٹر نمونوں پر کی گئی تھی۔ ہوا میں ایمپلیس کی ٹکر کی جانچ کے طریقے تیزی کا طریقہ اور ایمپلیٹیوڈ کا طریقہ میں تقسیم کیے گئے ہیں، جہاں ایمپلیٹیوڈ کا طریقہ اہم طور پر ڈسک انسلیٹرز کے لئے استعمال کیا جاتا ہے۔

اس مطالعہ میں ایمپلیٹیوڈ کا طریقہ استعمال کیا گیا تھا، جس کو ایمپلیس کی سرحد کی لکیریت کی ضرورت نہیں ہوتی بلکہ صرف ٹکر کے ولٹیج کی ایمپلیٹیوڈ کو معیار کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جہاں سرحد کا وقت 100 سے 200 ns کے درمیان کنٹرول کیا جاتا ہے اور ایمپلیٹیوڈ کی تفاوت ±10% کے درمیان رکھی جاتی ہے۔ جانچ کے دوران ہر انسلیٹر کو پانچ مثبت قطبی ایمپلیس ولٹیج کے بعد پانچ منفی قطبی ایمپلیس کا سامنا کرنا پڑا، اور یہ ترتیب ایک بار دہرائی گئی۔ متعدد ایمپلیس کے درمیان وقت 1 سے 2 منٹ کے درمیان رکھا گیا تھا۔

ہمہ گیر اور بین الاقوامی تحقیقات ظاہر کرتی ہیں کہ پورسلین انسلیٹرز کی سطحوں پر سلیکون کی گرمائش کی طبقات لگانے سے پورسلین انسلیٹرز کی سطح پر سطحی اسٹریمرز کی پھیلتی ہوئی رفتار کو تبدیل کر دیا جاتا ہے، جس سے تیز سرحدی اثرات کی تحمل کی صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔ لیکن اصلی آپریشن میں انسلیٹر کے سر کی عایقیت کو متاثر نہیں کیا جاتا ہے۔

یہ مظاہرہ دس سے زائد بھارتی ڈسک انسلیٹر کے صنعت کاروں نے تصدیق کیا ہے: چاہے شیڈ پروفائل گہرے ریب یا متبادل امبریلہ ٹائپ کا ہو یا چاہے ہیڈ سٹرکچر سلنڈرکل یا کونیکل ہو، تمام انسلیٹرز پر سلیکون ربار کوٹنگ کے بعد کسی نہ کسی درجے تک کم ہوتا ہے۔

اس کے نتیجے میں، متعلقہ معیارات میں ترمیم کی گئی ہے، آر ٹی وی کوٹڈ ڈسک انسلیٹرز کے لئے ہوا میں ضربہ کے اختبار کی طاقت کو 2.8 p.u. سے گرا کر 2.2 p.u. کر دیا گیا ہے۔ ابتدائی اختبار کے نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ 2.2 p.u. پر تکلیف کم ہوتی ہے۔ اس لیے، یہ مطالعہ کچے کے بغیر فرنیچنگ کی گئی پورسلین انسلیٹرز کو منتخب کیا ہے اور ان کے لئے ہوا میں ضربہ کے اختبار کو 2.8 p.u. کے معیاری اختبار ولٹیج پر کیا گیا ہے، ولٹیج کی فرونت ٹائم کو 100-200 ns کے درمیان کنٹرول کیا گیا ہے۔

ولٹیج کی قطبیت اور تکلیف کے مقام کے مزید آماری تجزیہ کے نتیجے میں یہ ظاہر ہوا کہ 15 تکلیفوں میں سے 14 مثبت قطبیت کے تحت ہوئے اور صرف ایک منفی قطبیت کے تحت ہوا۔ مثبت قطبیت کے تکلیفوں میں سے 8 ہیڈ پر ہوئے اور 6 شیڈز پر؛ واحد منفی قطبیت کا تکلیف ہیڈ پر ہوا۔ اس کے علاوہ، شیڈز کے تکلیف سے قبل انسلیٹر کی سطح پر آرکنگ دیکھا گیا تھا، جبکہ ہیڈ کے تکلیف کے دوران کوئی ایسا آرکنگ نہیں دیکھا گیا تھا۔

لیکن، حوالہ کے مطابق، تمام پورسلین انسلیٹرز کے ڈسپ فرونت تکلیفوں نے ہیڈ پر ہوئے، اور حوالہ کے مطابق، پورسلین انسلیٹرز نے آر ٹی وی کوٹنگ سے پہلے اور بعد میں دونوں ہیڈ پر تکلیف کیا۔ مقابلہ کے طور پر، یہ اختبار ظاہر کرتا ہے کہ ایک بار کے انژیشن مولڈڈ ایچ ٹی وی اوورکوٹ کے بغیر، ایک ہی بچے کے پورسلین انسلیٹرز کے ڈسپ ویو تکلیفوں نے صرف ہیڈ پر ہوئے۔ ایچ ٹی وی اوورمولڈنگ کے بعد، کمپوزیٹ پورسلین انسلیٹرز کے تکلیفوں نے صرف ہیڈ بلکہ گردن پر بھی ہوئے، یہ ظاہر کرتا ہے کہ ایچ ٹی وی سلیکون ربار کوٹنگ تکلیف کا راستہ تبدیل کرتی ہے۔

تکلیف سے قبل ضربات کی تعداد کو ریکارڈ کیا گیا تھا، نتائج فگر 4 میں دکھائے گئے ہیں۔ جیسے دکھایا گیا ہے، 12 انسلیٹرز پہلے پانچ ضربات کے دوران تکلیف کیے، ایک نے 7ویں ضربے پر تکلیف کیا، اور دو نے 15ویں ضربے پر تکلیف کیا۔ حوالہ کے مطابق، آر ٹی وی کوٹڈ پورسلین انسلیٹرز میں ڈسپ ویو تحمل کی کمی کا مشاہدہ کیا گیا ہے، بڑی تناسب کے انسلیٹرز کے لئے تکلیف کی زیادہ امکان ہے، یہ ظاہر کرتا ہے کہ سلیکون ربار کوٹنگ ڈسپ ویو مقاومت کو خراب کرتی ہے۔ اس اختبار میں، 80% ایچ ٹی وی اوورمولڈڈ کمپوزیٹ انسلیٹرز نے پہلے چار ضربات کے دوران تکلیف کیا، یہ دیکھا گیا ہے کہ ایچ ٹی وی سلیکون ربار کی موجودگی ڈسپ فرونت ضربات کو تحمل کرنے کی انسلیٹرز کی صلاحیت کو کم کرتی ہے۔

3 ڈسپ ویو ولٹیج کے پیک پر برقی میدان کی تقسیم کا محاکاة

سیکشن 2 میں اختبار کے نتائج کا تجزیہ کرتے ہوئے ظاہر ہوتا ہے کہ، پورسلین انسلیٹرز کے مقابلے میں، کمپوزیٹ انسلیٹرز کا تکلیف کا راستہ تبدیل ہو گیا ہے اور ان کی ڈسپ ویو تحمل کی صلاحیت کم ہو گئی ہے۔ اس سیکشن میں محاکاة کا استعمال کرتے ہوئے کمپوزیٹ انسلیٹر کی برقی میدان کی تقسیم کا حساب لگایا گیا ہے اور اس کا مقصد تکلیف کے راستے کی تبدیلی کے اسباب اور ڈسپ ویو صلاحیت کی کمی کی تحقیق کرنا ہے۔

2.1 محاکاة ماڈل

ہوا میں ضربہ کے اختبار کے مشاہدے سے ظاہر ہوتا ہے کہ جب کمپوزیٹ انسلیٹرز میں شیڈ فلاش اوور ہوتا ہے تو آرکس انسلیٹر کی سطح پر تکلیف کے مقام تک تیار ہوتے ہیں۔ آرکس کی موجودگی برقی میدان کی تقسیم کو متاثر کرتی ہے اور اسے ماڈل میں شامل کیا جانا چاہئے۔ لیکن، آرکس کی غیر منظم شکل کی وجہ سے، 3D ماڈل کو کمپیوٹ کرنا مشکل ہو گا، خاص طور پر کیونکہ سلیکون ربار کا لیئر پتلا ہے اور کل انسلیٹر کے مقابلے میں بہت چھوٹا ہے، یہ 3D مش کو مشکل بناتا ہے۔ اس لیے، سلیکون ربار لیئر اور آرکس کے برقی میدان کی تقسیم پر اثر کو کیفی طور پر تجزیہ کرنے کے لئے، یہ سیکشن میں دو ڈائمینشنل محوری متقارن ماڈل کو اختیار کیا گیا ہے۔ محاکاة کا ماڈل فگر 5 میں دکھایا گیا ہے۔

2.2 مواد اور حدود کی شرائط

انسلیٹر کی 50% بجلی کی روشنی کی ضربہ فلاش اوور ولٹیج 145 kV ہے، اور 2.8 p.u. ڈسپ فرونت ضربہ ولٹیج کا پیک 406 kV ہے۔ کیونکہ زیادہ تر نمونوں نے مثبت قطبیت کے تحت تکلیف کیا ہے، محاکاة میں، پین (اسٹیل پین) کو اعلیٰ پوٹینشل (406 kV) اور کیپ (اسٹیل کیپ) کو صفر پوٹینشل کے طور پر سیٹ کیا گیا ہے۔ مواد کی متناسب پرمیتیوٹی کی قیمتیں جدول 2 میں درج ہیں۔

2.3 محاکاة کے نتائج اور تجزیہ

سلیکون ربار کوٹنگ کے بغیر کے ماڈل میں، پورسلین انسلیٹر کی ڈسپ فرونت ضربہ ولٹیج کے پیک پر برقی میدان کی تقسیم فگر 6(a) میں دکھائی گئی ہے۔ فگر 6 میں دیکھا جا سکتا ہے کہ برقی میدان کی شدت کا مرکز انسلیٹر کے ہیڈ پر ہے، یہ 50 kV/mm تک پہنچتی ہے، یہ ہیڈ فلاش اوور کی زیادہ امکان کو ظاہر کرتا ہے - میدان کے تجربے اور متعلقہ مطالعات کے مطابق۔

سلیکون ربار کوٹنگ کے اثر کا متناسب تجزیہ کرنے کے لئے، ایک بار کے انژیشن مولڈڈ سلیکون ربار کے ساتھ کمپوزیٹ انسلیٹر کے ماڈل کی برقی میدان کی تقسیم کا حساب لگایا گیا ہے، نتائج فگر 6(b) میں دکھائے گئے ہیں۔ فگر 6(b) سے ظاہر ہوتا ہے کہ زیادہ سے زیادہ برقی میدان انسولیٹنگ بدن کی نچلی سطح پر آرک کے آخر پر ہوتا ہے، یہ تقریباً 219.4 kV/mm ہے؛ اوپری سطح پر آرک کے آخر پر میدان کی شدت کم ہوتی ہے، یہ 41.21 kV/mm ہے؛ اور پین ہیڈ پر بھی کثیر شدت کا وجود ہے، یہ کسی بھی وقت 50.68 kV/mm تک پہنچ سکتا ہے۔

اس کے نتیجے میں، سلیکون ربار کے کوٹنگ کے زیر اثر، انسلیٹر کی سطح کی مقاومت بڑھ جاتی ہے، جس سے شیڈز میں حجمی کیپیسٹر کرنٹ کا تناسب سطح کے مقاومتی کرنٹ سے بڑھ جاتا ہے۔ اس کے نتیجے میں انسلیٹر کی سطح کے عمودی الیکٹرک فیلڈ کا مولفہ قابل ذکر حد تک بڑھ جاتا ہے، جس سے آرک کے شروع ہونے کے بعد یہ سطح کے نزدیک پیچھا کرتا ہے۔

HTV کوٹنگ کے زیر اثر، سطح کے آرک جب تیز ہونے والے ولٹیج کے زیر اثر ہوتے ہیں تو وہ انسلیٹر کی سطح پر پھیلتے ہیں، جس سے مقامی فیلڈ کی طاقت میں تیز اضافہ ہوتا ہے—جو پین ہیڈ کی طاقت سے بہت زیادہ ہوتی ہے—جو آرک کے نوک پر برقی کشیدگی کی ممکنہ وقوع کو بڑھا دیتی ہے اور شیڈ فلاشوور کی طرف لے جاتی ہے۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ تیز موج کی تحمل کی صلاحیت شیڈ سطح پر HTV کوٹنگ کے زیر اثر ہوتی ہے۔ علاوہ ازیں، محاکاة کے مطابق انسلیٹر کے سر پر نسبتاً زیادہ الیکٹرک فیلڈ ہوتا ہے، جو تجربات میں دیکھی گئی سر کی فلاشوور سے مطابقت رکھتا ہے۔

3 نتیجہ

کمپوزیٹ انسلیٹرز پر ہوا کی ایمپالس برقی کشیدگی کے تجربات کیے گئے تھے تاکہ ان کی تیز موج کی برقی کشیدگی کی خصوصیات کا تجزیہ کیا جا سکے، اور تیز ہونے والے ولٹیج کے چوٹی پر الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم کی محاکاة کی گئی تھی۔ درج ذیل نتائج نکلے:

• 2.8 p.u. تیز ہونے والے ایمپالس ولٹیج کے تحت، 20 کمپوزیٹ انسلیٹر نمونوں میں سے 15 کی برقی کشیدگی ہوئی، جن میں سے 80% پہلے چار ایمپالس کے دوران ہوئی، یہ ظاہر کرتا ہے کہ HTV سلیکون ربار کی موجودگی کمپوزیٹ انسلیٹرز کی تیز موج کی تحمل کی صلاحیت کو قابل ذکر حد تک کم کرتی ہے۔

• 15 برقی کشیدگی کے واقعات میں سے، پین ہیڈ کی فلاشوور کے علاوہ، چھ شیڈز پر ہوئے، یہ ظاہر کرتا ہے کہ کلیہ برقی کشیدگی کے راستے میں روایتی پورسلین انسلیٹرز کے مقابلے میں واضح تبدیلی ہوئی ہے۔

• محاکاة کے نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ کمپوزیٹ انسلیٹرز میں سطح کے آرک کی پھیلاؤ ولٹیج کی چوٹی پر شیڈ کے الیکٹرک فیلڈ کی طاقت میں قابل ذکر اضافہ کرتا ہے، جو 217.64 kV/mm تک پہنچ جاتا ہے، جو شیڈ فلاشوور کی ممکنہ وقوع کو بڑھا دیتا ہے۔ بالکل مقابلے میں، سلیکون ربار کے لاکھر کے بغیر کے انسلیٹروں کے لیے آرک کی ترقی کے دوران کے زمانے میں زیادہ سے زیادہ فیلڈ پین ہیڈ پر ہوتا ہے، جو 49.55 kV/mm تک پہنچ جاتا ہے، جہاں برقی کشیدگی بنیادی طور پر ہوتی ہے۔