تشخیص تخلیه جزئی در کابل‌های فشار متوسط؛ خلاصه یک مطالعه آزمایشگاهی
شکل ۵ — آزمون تخلیه جزئی روی کابل XLPE سه‌فاز ۱۱ کیلوولت. منبع تصویر: Rathore، مقاله IJSRD، جلد ۴، شماره ۱۱، ۲۰۱۷، صفحه ۶۱۰.
۲۰ شهریور ۱۴۰۵
واحد فنی و مهندسی پارس مفصل آسیا
این مطلب ترجمه تحت‌اللفظی مقاله نیست، بلکه خلاصه‌ای فنی و ویرایش‌شده از مقاله «Partial Discharge Detection in Medium Voltage Three Phase Cables Used in the Power System» نوشته S. R. Rathore است که در سال ۲۰۱۷ در IJSRD منتشر شده است. تصاویر شکل‌های ۵ و ۶ نیز مستقیماً از همان مقاله استخراج شده‌اند و شماره شکل و مأخذ آنها در زیرنویس درج شده است.
تخلیه جزئی یا PD یک شکست کامل بین دو الکترود نیست؛ بلکه آزادشدن موضعی انرژی الکتریکی در بخشی از سامانه عایقی است. حفره‌های داخلی، لبه‌های تیز، اجزای شناور، نقص ساخت، آلودگی، پیری و آسیب مکانیکی می‌توانند میدان الکتریکی را متمرکز و شرایط شروع تخلیه را فراهم کنند. تداوم این پدیده ممکن است به فرسایش تدریجی عایق و در نهایت خرابی کابل یا متعلقات آن منجر شود.
نویسنده، آزمون تخلیه جزئی را ابزاری برای ارزیابی وضعیت عایق و نگهداری پیش‌بینانه معرفی می‌کند. ارزش اصلی آزمون فقط در مشاهده یک پالس نیست؛ بلکه در تشخیص وجود تخلیه، تفکیک آن از نویز، تعیین محل تقریبی عیب و پیگیری تغییرات فعالیت PD در طول زمان است. نتیجه آزمون باید همراه با مشخصات کابل، نوع عایق، ولتاژ آزمون و روش اندازه‌گیری تفسیر شود.
در اندازه‌گیری PD، نویز می‌تواند از تداخل شبکه برق، اتصال زمین نامناسب، میدان‌های الکترومغناطیسی تجهیزات مجاور، تخلیه در اجزای مدار آزمون یا اتصالات مکانیکی ضعیف ایجاد شود. مقاله برای کاهش این اثرها بر استفاده از قفس فارادی، زمین مرجع مناسب، اتصالات مطمئن و مدار فیلتر تأکید دارد. کالیبراسیون مدار پیش از آزمون نیز برای تبدیل سیگنال اندازه‌گیری‌شده به بار ظاهری بر حسب پیکوکولن ضروری است.
چیدمان آزمایش مقاله شامل منبع ولتاژ بالا یا مدار رزونانس، راکتور/سلف، خازن مسدودکننده، خازن کوپلاژ، نمونه کابل، نقطه تزریق پالس کالیبراسیون، امپدانس اندازه‌گیری و آشکارساز PD است. خازن کوپلاژ و امپدانس اندازه‌گیری، پالس‌های فرکانس‌بالای ناشی از تخلیه را به دستگاه منتقل می‌کنند؛ در حالی که اجزای فیلتر تلاش می‌کنند نویز منبع و شبکه را کاهش دهند.
مطالعه روی چند نمونه کابل فشار متوسط، از جمله کابل XLPE سه‌فاز ۷/۱۱ کیلوولت با سطح مقطع ۱۸۵ میلی‌متر مربع و نمونه‌های تک‌کُر با سطوح مقطع بالاتر انجام شده است. در یکی از آزمایش‌های گزارش‌شده، نمونه بدون عیب مصنوعی در ولتاژ خروجی ۹ کیلوولت حدود ۵ پیکوکولن نشان داده است. پس از ایجاد عیب مصنوعی از نوع لبه تیز، در ولتاژ خروجی ۱۰٫۳ کیلوولت مقدار حدود ۵۳ پیکوکولن گزارش شده که افزایش محسوس فعالیت تخلیه را نشان می‌دهد.
این دو عدد حد پذیرش عمومی کابل یا سرکابل نیستند. آنها فقط نتایج همان نمونه، همان چیدمان و همان شرایط آزمایش مقاله‌اند. معیار پذیرش هر پروژه باید از استاندارد قابل‌اعمال، مشخصات فنی کابل و متعلقات، روش آزمون، حساسیت دستگاه، سطح نویز زمینه و الزامات قراردادی استخراج شود؛ بنابراین مقایسه مستقیم یک عدد PD با محصولی دیگر بدون یکسان‌بودن شرایط معتبر نیست.
برداشت عملی مقاله این است که وجود عیب متمرکزکننده میدان می‌تواند فعالیت PD را به‌طور قابل‌مشاهده افزایش دهد. پایش صحیح این فعالیت، در کنار آزمون‌های دیگر، به شناسایی عیب پیش از تبدیل‌شدن آن به شکست کامل کمک می‌کند. با این حال تشخیص نوع عیب و محل آن به تحلیل الگوی فاز، شکل پالس، تکرارپذیری، آزمون‌های تکمیلی و تجربه کارشناس نیاز دارد.
برای کابل و متعلقات فشار متوسط، اندازه‌گیری تخلیه جزئی باید به‌صورت بخشی از یک برنامه کنترل کیفیت و ارزیابی عایقی دیده شود. آماده‌سازی صحیح انتهای کابل، کنترل استرس الکتریکی، تمیزی سطح، آب‌بندی، اتصال شیلد و ارت و رعایت دستور نصب، هم بر عملکرد واقعی تجهیز و هم بر قابلیت اعتماد نتیجه آزمون اثر مستقیم دارند.
جمع‌بندی: مقاله نشان می‌دهد که اندازه‌گیری کالیبره‌شده تخلیه جزئی و کنترل نویز می‌تواند تفاوت میان نمونه بدون عیب مصنوعی و نمونه دارای نقص میدان را آشکار کند. با وجود این، نتایج عددی آن مطالعه نباید به‌عنوان حد استاندارد عمومی تعمیم داده شوند و تصمیم مهندسی باید بر مبنای استاندارد و مشخصات همان سامانه کابل انجام شود.
| وضعیت نمونه در مطالعه | ولتاژ خروجی گزارش‌شده | بار ظاهری PD گزارش‌شده | تفسیر محدود به همان آزمون |
|---|---|---|---|
| بدون عیب مصنوعی | ۹ کیلوولت | حدود ۵ pC | فعالیت پایین‌تر در نمونه آزمایش‌شده |
| دارای عیب لبه تیز مصنوعی | ۱۰٫۳ کیلوولت | حدود ۵۳ pC | افزایش محسوس فعالیت تخلیه جزئی |
منابع و استانداردهای مرجع
- S. R. Rathore, “Partial Discharge Detection in Medium Voltage Three Phase Cables Used in the Power System,” IJSRD, Vol. 4, Issue 11, 2017, pp. 608–611, ISSN 2321-0613.
- IS/IEC 60270:2000 — High-voltage test techniques: Partial discharge measurements (مرجع ذکرشده در مقاله).
- William A. Thue, Electrical Power Cable Engineering, Marcel Dekker, 1999, ISBN 0-8247-9976-3.
- Eberhard Lemke, Partial Discharge Measurement in Compliance with IEC 60270, 2008.
- G. C. Montanari, G. Mazzanti, A. Cavallini et al., “Advanced Technique for Partial Discharge Detection and Analysis in Power Cables” (مرجع ذکرشده در مقاله).
- F. H. Kreuger, E. Gulski and A. Krivda, works on partial-discharge diagnostics and defect-pattern analysis (زمینه علمی مرتبط با روش‌های تشخیص PD).
- H. Lindell, T. Bengtsson, J. Blennow and S. M. Gubanski, “Influence of Rise Time on Partial Discharge Extinction Voltage at Semi-square Voltage Waveforms,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 17, No. 1, 2010.