آزمایش عایقی پست های جی آی اس GIS

پست های گازی پس از نصب باید تحت آزمایش عایقی قرار گیرند. برای این منظور از ولتاژ متناوب، ولتاژضربه و یا ولتاژ کلیدزنی نوسانی استفاده می شود. با توجه به ولتاژ بالای لازم برای آزمایش، نیاز به حمل تجهیزات نسبتاً پیچیده و سنگین به محل می باشد.

در پستهای گازی 400 کیلوولت عملیات شکل گیری و آزمایش عایقی نهایی با ولتاژ 515 کیلوولت متناوب با کمک ترانسفورماتورهای کاسکاد دو پله با جریانی در حدود 1,9 آمپر، یعنی توانی در حدود یک مگاولت آمپرانجام می گیرد.

شرح

پستهای گازی بر ای ولتاژهای مختلف به منظور انتقال وتوزیع انرژی الکتریکی با توجه به حجم کم و عدم مشکل آلودگی مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی از مسائل پستها ی گاز ی آزمایش عا یقی آنها درمحل نصب و پس از تکمیل پست می باشد. در حمل قسمت های مختلف پست به محل و نصب آنها و برقرار ی اتصالات، ممکن است خطاها یی پیش بیاید که کارکرد سالم و طولا نی پست را تحت تاثیر قرار دهد. البته در کارخانه سازنده کلیه قطعات عایقی، تحت آزمایش قرار می گیرند، ولی ممکن است در طول حمل و در مراحل نصب اشکا لی پیش آمده باشد. برای مثال ترک ها ی مو ئی، ممکن است در طول حمل و یا در مراحل نصب در عایق ایجاد گردد. همچنین قطعات ریز (براده) از جنس هادی و یا عایق می تواند در داخل لوله ها (باس داکت) باقی بماند. این ذرات بر اثر اعمال ولتاژ و به دلیل نیروها ی الکترواستاتیکی حرکت می کنند و می توانند ایجاد مشکل نمایند.

حساس ترین قسمت، عایق ها می باشند که فاصله بین هادی وسط (باس بار) و لوله خارجی (باس داکت) را حفظ می کنند. ذرات و براده ها ی آزاد در مسیر حرکت، جذب میدان شدیدتر می شوند و ممکن است برروی سطح قطعات هادی و یا عایقی جدا کننده (Spacer) بنشینند. در نتیجه شکل میدان الکتریکی را برهم می زنند و باعث شکست عایق می گردند. قرار گرفتن این ذرات بر روی باس بار نیز باعث تغییر شکل میدان الکتریکی و افزایش شدت میدان در آن محل می گردد. برخی از سا زندگان تله ها یی برای این ذرات در نظر می گیرند که بر اثر میدان، ذرات حرکت کرده و داخل آن تله ها بیافتند و اثر بدی نداشته باشند.

برای این منظور باید قبل از آزمایش عایقی، تجهیزات پست تحت ولتاژ متناوب فشارقوی قرار گیرند تا ذرات حرکت نموده و در تله ها بیفتند. بدین منظور یک منبع ولتاژمتناوب با فرکانس 50 هرتز (و گاهی بیشتر) لازم است. توصیه شده است که ابتدا 120 درصد ولتاژ نامی یعنی 290 کیلوولت برای مدت 15 دقیقه به باس بار اعمال شود و سپس ولتاژ نامی یعنی 420 کیلوولت به مدت 3 دقیقه و در نهایت 80 درصد ولتاژ آزمایش درکارخانه سازنده برای مدت 1 دقیقه اعمال می گردد.

در حقیقت دو مرحله اول را نباید آزمایش بنامیم، بلکه Conditioning یا Forming خوانده می شود. شاید مناسب باشد که این عمل را شکل گیری ترجمه نماییم. در طول مدت اعمال ولتاژ، پست حالت عادی خود را بدست می آورد. پس از انجام عمل شکل گیری با ولتاژ متناوب، آزمایش عایقی انجام می شود. برای این منظور می توان از ولتاژمتناوب، ولتاژ ضربه و یا ولتاژ کلیدزنی نوسان کننده استفاده نمود. هر یک از این ولتاژها دارای مزایا و معایب مختلفی هستند. ولتاژ متناوب همان ولتاژ کار معمول است. ولی البته ولتاژ ضربه و ولتاژ کلیدزنی نیز در عمل پیش می آیند. در پستهای گازی هر گونه تغییر ولتاژ ناگهانی باعث نوسان می شود. از آنجا که میزان تلفات در این نوع پست ها بسیار کم می باشد این نوسان با میرائی بسیار کم و در نتیجه طولانی مدت می باشد. شاید دلیل استفاده ازولتاژ کلیدزنی نوسان کننده نزدیکی شکل این ولتاژ با ولتاژمتناوب باشد.

در انجام آزمایش با ولتاژ متناوب گاهی بر روی اندازه گیری تخلیه جزئی تکیه می شود. البته انجام این اندازه گیری در پست برقدار که دارای آلودگی امواج الکترومغناطیسی یا به اصطلاح دارای نویز می باشد مشکل است.

لزوم انجام آزمایش

در بسیاری از پست های گازی اشکال عایقی در مراحل اولیه بهره برداری پیش آمده است. مطابق قانون وان حمام (Bath tube) برای تمامی تجهیزات در ابتدای بهره برداری اشکالات بیشتر است و پس از برطرف کردن اشکالات اول کار تجهیزات بر ای مد تی به خو بی کار می کنند تا در انتها بدلیل پیری بار دیگر اشکالات ز یاد می شوند. ولی از طرفی پستهای گازی در این رابطه در ابتد ای کار حساستر می باشند و از طرف د یگر در صورت بروز اشکال عایقی در زما نی که پست به شبکه قوی وصل است نتیجه بسیار وحشتناک خواهد بود و تعمیر پرهزینه و زمانبر می باشد.

علاوه بر اشکال در تولید قطعات، چون قطعات پست گازی جداگانه حمل و اغلب با شرایط نامناسب کارگاهی و با کارگران محلی با تجربه کمتر در محل نصب می شوند، اشکال بیشتر پیش می آید. از همه مهمتر، وجود ذرات یا براده هایی است که ممکن است در طول حمل و نقل و نصب، داخل لوله ها باقی بمانند.

از آنجا که در طول کار پست، اضافه ولتاژها ی مختلفی (متناوب، ضربه صاعقه و ضربه کلیدزنی) پیش می آیند، نباید تنها به ولتاژ نامی اکتفا نمود. ولتاژ آزمایشی تجهیزات پست در استانداردها ی کشورها ی مختلف آورده شده است. بر ای مثال در استاندارد بین المللی، ولتاژ آزمایش عایقی بین تجهیزات شبکه 400 کیلوولت می تواند 680 کیلوولت باشد که نزدیک به 3 برابر ولتاژ نامی است. از طرف دیگر اگر چه ساختمان پست گازی نسبتا ساده است(در مقابل سیم پیچ ترانسفورماتور یا ژنراتور) و در نتیجه مسئله تقسیم ولتاژ در شرایط سالم قطعات عایقی و عدم وجود ذرات معلق بر ای انواع ولتاژها ی مختلف (متناوب، ضربه صاعقه و ضربه کلیدزنی) یکنواخت می باشد، و لی شکل نها یی پست نیز با در نظر گرفتن امواج سیار بر ای انواع مختلف ولتاژ دار ای اهمیت می باشد. لذا به نظر می رسد، بررسی ها ی لازم بر ای اعمال ولتاژ به شکل ها ی مختلف به پست صورت گیرد، ضروری باشد. از این رو گاهی آزمایش با ولتاژها ی ضربه نیز انجام می پذیرد. اگر چه حساسیت ذرات معلق به ولتاژ متناوب بیشتر است، تشخیص وجود شکاف ها ی مو ئی در عایق ها ی جامد با کمک ولتاژ ضربه بهتر قابل تشخیص است، با این حال اعمال ولتاژ متناوب بیش از 2,2 برابر ولتاژنامی می تواند هر گونه اشکال در عایق پست گاز ی را نشان دهد.

در این آزمایش معمول است که برقگیرها وترانسفورماتورهای ولتاژ از مدار خارج گردند، زیرا برقگیرممکن است عمل کند و هسته ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ نیز اشباع می گردد. جالب است در اینجا ذکر گردد که با کمک ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ پست که البته همیشه وجود دارد نیز می توان به باس بار ولتاژ متناوب اعمال کرد، ولی معمولا ظرفیت خازنی پست زیاد است و ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ تنها قسمت کوچکی از پست را می تواند تا ولتاژ نامی برقدار نماید. لذا این روش برای شکل گیری پست (forming) قابل اجراست ولی برای آزمایش عایقی امکان پذیر نمی باشد. از طرف دیگر تقسیم پست به چند قسمت و انجام آزمایش در چند نوبت زمانبر است و احتمال بوجود آمدن خطا در تقسیم مکرر پست واتصال ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ به نقاط مختلف خودمنبع بروز اشکال می باشد.

تجهیزات لازم برای آزمایش

برای انجام آزمایش با ولتاژ متناوب نیاز به یک ولتاژنسبتا بالا می باشد. ظرفیت باس بار در هر فاز ممکن است به 10 تا 20 نانو فاراد برسد. برای ظرفیت 12 نانوفاراد و ولتاژ 520 کیلوولت، جریان در فرکانس 50 هرتز نزدیک به 2 آمپر می گردد. البته با تقسیم طول باس بار به چند قسمت می توان جریان را کاهش داد، ولی باید دقت کرد که برای اتصال به باس بار و وارد کردن ولتاژ به هر قسمت باید قطعات مختلفی باز شوند که این امر نیاز به زمان طولانی دارد و نیز باز کردن و بستن مجدد قسمت ها، خود می تواند عامل بروز مشکل باشد.

برای آزمایش کل باس بار نیاز به منبع ولتاژ قابل تنظیم بزرگ می باشد که ممکن است از شبکه تغذیه گردد و یا برای آن یک منبع ولتاژ مستقل در نظر گرفت. به هر حال در ولتاژ متناوب 520 کیلوولت و جریان نزدیک به 2 آمپر، توانی در حدود 1 مگاولت آمپر نیاز است. تامین این توان بالا آن هم از یک منبع ولتاژ قابل تنظیم، مشکل می باشد. از آنجا که جریان آزمون کاملا خازنی است، امکان کاهش توان منبع با استفاده از روش رزونانس سری یا رزونانس موازی وجود دارد. البته به جای رزونانس می توان از اصطلاح جبران سازی استفاده نمود.

رزونانس سری

در روش رزونانس سری از یک رآکتورL قابل تنظیم که با خازنC به صورت سری وصل شده استفاده می شود. این مدار توسط ترانسفورماتور تغذیه می شود. بدیهی است که در این مدارمقاومت هایی وجود دارد که با اندیس R نشان داده شده اند.

در حالت رزونانس که جریان و در نتیجه ولتاژ خازن به حداکثر خود می رسد،ولتاژ خازن که ولتاژ آزمایش باس بار می باشدωL/R برابر ولتاژ منبع است. همان گونه که می دانیم این نسبت را ضریب کیفیت Q می خوانند. البته ممکن است فرکانس منبع یا مقدار L را تغییر داد تا به تشدید رسید. اغلب، میزان Q به 40 نیز می رسد، یعنی ولتاژ آزمایش می تواند تا 40 برابر ولتاژ منبع برسد. واضح است که به این ترتیب توان لازم برای آزمایش Qبرابر کوچک می شود. در این آزمایش معمولا ω یا L را تغییر می دهند تا رزونانس پیش آید. سپس ولتاژ منبع را افزایش می دهند تا ولتاژ خازن به میزان دلخواه یعنی ولتاژ آزمایش برسد.

برای ولتاژهای خیلی بالا لازم است چند رآکتانس به صورت سری وصل شوند. چند رآکتور مشابه را می توان روی یکدیگر قرار داد و ضمن ایجاد راکتانس بزرگتر، امکان ایجاد ولتاژ بیشتر را نیز فراهم نمود. طبیعی است که به دلیل مسائل عایقی، بر روی هر رآکتور تنها مقدار معینی ولتاژ افت می کند.

رزونانس موازی

در رزونانس موازی جریان خازنی باس بار توسط جریان سلفی یک یا چند رآکتور خنثی می شود. این رآکتور را مستقیما موازی با خازن C وصل نمی کنند، چون رآکتورفشارقوی معمولا سنگین و گران است. در صورتی که چنین رآکتوری موجود باشد، دیگر نیازی به ترانسفورماتور ولتاژ بالا که بتواند کل جریان آزمایش را تامین نماید وجود ندارد.

استفاده از رآکتور در طرف ولتاژ پایین ترانسفورماتورمناسب است. در صورتی که رآکتورL بتواند جریان خازن را به صورت کامل جبران نماید، توان لازم برای منبع چندان زیاد نخواهد بود و در حد تلفات مدار می باشد. اغلب جبران سازی کامل در فرکانس ثابت مقدور نیست، زیرا رآکتانس L را نمی توان به میزان دلخواه تنظیم نمود.

استفاده از ترانسفورماتور کاسکاد

از آنجا که یک ترانسفورماتور با ولتاژ بسیار بالا(بیش از 500 کیلوولت) سنگین و حجیم است و برای حمل مناسب نمی باشد، از ترانسفورماتورهای کاسکاد استفاده می شود. به عنوان مثال در تست یک پست 400 کیلوولت از دو ترانسفورماتور به صورت کاسکاد دوپله استفاده گردید. در هر یک از این دو ترانسفورماتور، 4 راکتور وجود دارد که می توانند به صورت سری و یا موازی با یکدیگر وصل و سپس با سیم پیچ ولتاژ پایین یعنی سیم پیچ تغذیه، به صورت موازی متصل شوند. وجود این 4 رآکتور و امکان اتصال سری و موازی آنها، جبران سازی در حد مناسب را فراهم می سازد.