دانلود متن کامل کارشناسی ارشد مهندسی برق گرایش سیستمهای قدرت

عنوان :مدلسازی و آشکارسازی درخت رطوبتی و تنزل عایقی ناشی از آن

پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد

در رشته مهندسی برق گرایش سیستم‌های قدرت

استاد راهنما:

دكتر سید محمد شهرتاش

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

هدف از نگارش این پایان نامه این است که ضمن شناخت یکی از مهم­ترین پدیده­های عایقی در کابل­های فشار متوسط و قوی، به نام درخت رطوبتی، بتوان با دریافت سیگنال­های موجود و پردازش آن­ها به وجود این پدیده در عایق کابل پی برد و آن را از دیگر پدیده­های عایقی تشخیص داد تا بتوان در زمان مناسب تمهیدات لازم برای عملیات پیشگیرانه و یا در صورت لزوم عملیات اصلاحی برای این کابل­ها فراهم شود.

در این پایان نامه پس از شناخت پدیده درخت و عوامل موثر بر ایجاد و رشد آن، مطالعه­ای در زمینه مدل­های موجود از این پدیده صورت گرفته است که ضمن آن مدل­های موجود در سه دسته آزمایشگاهی، میدانی و مداری دسته­بندی شده­اند. در حین مطالعات، کمبود یک مدل مداری انعطاف­پذیر، با دقت کافی و با قابلیت توجیه­پذیری فیزیکی کاملاً ملموس بوده است. به همین منظور مدل مداری جدیدی در این پایان نامه پیشنهاد و اعتبارسنجی شده است که ضمن انعطاف­پذیری و توجیه­پذیری فیزیکی، از دقت قابل قبولی نیز برخوردار است.

فهرست مطالب

1  مقدمه ای بر لزوم بررسی پدیده های عایقی 2

1-1 تاریخچه شناخت پدیده درخت رطوبتی 4

1-2 اهداف پروژه 5

1-3 ساختار پایان نامه 5

2  پدیده های عایقی در عایق های جامد 7

2-1 حفره 7

2-2 شیار 8

2-3 درخت الکتریکی 8

2-4 درخت رطوبتی 11

2-4-1 انواع درخت رطوبتی 13

2-4-1-1…………………………………. درخت روزنه ای 13

2-4-1-2…………………………… درخت گره – پاپیونی 14

2-4-1-3…………………………………….. درخت سوزنی 15

2-4-1-4………………………………….. درخت نقره ای 16

2-4-2 نحوه وقوع و رشد درخت رطوبتی در عایق کابل ها 16

2-4-2-1…….. رشد درخت رطوبتی از یک الکترود مرطوب 17

2-4-2-2……………………. رشد درخت رطوبتی از حفره 17

2-4-3 پارامترهای موثر بر وقوع و رشد درخت رطوبتی 18

2-4-3-1…………………………………….. پیری عایقی 18

2-4-3-2…………………………………….. محلول نمکی 18

2-4-3-3…………………………………….. اکسیداسیون 19

2-4-3-4…………………………. اندازه ولتاژ اعمالی 20

2-4-3-5……………………………….. وجود بار فضائی 20

2-4-3-6…………………………………. مشخصه آبدوستی 20

2-4-3-7………………………………………….. یون ها 22

2-4-3-8……………………………….. از شکل افتادگی 22

2-4-3-9………………………………………….. فرکانس 22

2-4-3-10ساختار کریستالی عایق 24

2-4-4 مشکلات ناشی از وجود درخت رطوبتی در عایق کابلها 25

2-4-5 روش های جلوگیری از وقوع درخت رطوبتی در عایق کابل ها 26

2-4-6 روش های جلوگیری از رشد درخت رطوبتی درعایق کابلها 26

2-5 جمع بندی 26

3  آشکارسازی و مدلسازی درخت رطوبتی 28

3-1 اندازهگیری ضریب تلفات tanδ 29

3-2 اندازه گیری بار باقیمانده 30

3-2-1 مدار آشکارسازی بار باقیمانده 30

3-2-2 جمع بندی روش اندازهگیری بار باقیمانده 32

3-3 استفاده از اعوجاج هارمونیکی (THD)جریان تلفات 32

3-4 استفاده از مولفه DC جریان نشتی عایق 32

3-5 اندازه گیری ولتاژبازگشتی 33

3-6 روش اندازه گیری جریان آسودگی همدما 36

3-7 اندازه گیری دمای تحریک جریان غیر قطبی شدگی 38

3-8 مدل های آزمایشگاهی پدیده درخت رطوبتی 39

3-9 مدل سازی میدانی پدیده درخت در عایق جامد 41

3-9-1 مدل سازی عددی 41

3-9-2 مدل محاسباتی 42

3-9-2-1…………………………… درخت رطوبتی پیوسته 43

3-9-2-2……………………………. درخت رطوبتی منفرد 47

3-9-3 مدل پاسخ عایقی 48

3-9-3-1…………….. مدل المان محدود متغیر با زمان 49

3-9-3-2……………………………………… بررسی مدل 51

3-9-3-3………………………………….. نتایج مقایسه 52

3-9-4 جمع بندی مدل میدانی 53

3-10 مدل مداری درخت رطوبتی در عایق کابل 53

3-10-1 مدل مداری دیودی 53

3-10-2 مدل مداری Debye 55

3-10-3 مدل مداری ماکسول-واگنر 57

3-10-4 مدل مداری بارباقیمانده 60

3-10-5 اعتبارسنجی مدل مداری 62

3-11 جمع بندی 62

4  بررسی و اعتبارسنجی مدل پیشنهادی 65

4-1 مدل مداری پیشنهادی درخت رطوبتی 65

4-2 محاسبه عناصر مدل مداری 67

4-2-1 در ناحیه safe: 69

4-2-2 – در ناحیه res : 70

4-2-3 درناحیه s : 70

4-2-4 درناحیه s_wt : 71

4-2-5 -در ناحیه p_wt : 71

4-2-6 – در ناحیه ins_wt : 72

4-2-7 – در ناحیه tree_wt : 73

4-2-8 محاسبه حالت خاص مدل مداری 77

4-3 قابلیت های مدل پیشنهادی 79

4-3-1 مقایسه مدل مداری پیشنهادی با نتایج تست واقعی 79

4-3-2 تاثیر رطوبت در مدل پیشنهادی 80

4-3-3 پارامترهای موثر درخت رطوبتی با محاسبه ضریب تلفات 85

4-4 اعتبار سنجی مدل پیشنهادی 89

4-5 جمع بندی مدل پیشنهادی 89

5  جمع بندی وپیشنهادات 91

5-1 جمع بندی 91

5-2 پیشنهادات 92

فهرست 93

محصولات انتشار یافته پایان نامه 98

فهرست شکل ها

شکل (‏2‑1). درخت الکتریکی[1]. 8

شکل (‏2‑2). درخت الکتریکی کابل های کاغذ روغنی[5] 9

شکل (‏2‑3) مراحل رشد درخت الکتریکی[13] 9

شکل (‏2‑4). درخت بوته ای(الف) درخت شاخه ای(ب)، درخت گره – پاپیونی(ج) [1] 10

شکل (‏2‑5). نمائی از درخت الکتریکی که با بزرگ شدن درخت رطوبتی روزنه ای ایجاد شده است[15]. 11

شکل (‏2‑6). تاثیر فرکانس در طول درخت رطوبتی درعایق کابل پلی اتیلن مرطوب اندازه گیری شده با آب مقطر تحت میدان الکتریکی ثابت ) ولت بر متر ^8-10×9/4) [18] 12

شکل (‏2‑7). نتایج شکل2-5 که بصورت لگاریتمی Log L و Log N رسم شده است[19] 13

شکل (‏2‑8). درخت روزنه ای کابل های مینیاتوری تحت شتاب پیری (بخش برش شعاعی ) [20] 13

شکل (‏2‑9). (الف) درخت رطوبتی پلشده (ب) درخت رطوبتی غیر پلشده[21] 14

شکل (‏2‑10). درخت گره– پاپیونی کاغذهای روغنی[5] 14

شکل (‏2‑11) . درخت گره– پاپیونی حفره هسته عایق[20] 15

شکل (‏2‑12). تولید درخت سوزنی توسط آزمایش تسریع پیری تحت فرایند افزایش دما[20] 15

شکل (‏2‑13). فوتوگرافی SEM درختان نقره ای[22] 16

شکل (‏2‑14). درخت روزنه ای بوجود آمده در اطراف الکترود مرطوب[17] 17

شکل (‏2‑15). رشد درخت رطوبتی در اطراف حفره پر از آب[17] 17

شکل (‏2‑16). رابطه بین طول درختان رطوبتی وزمان[17] 18

شکل (‏2‑17). رابطه بین ضریب گذر دهی محلول نمک وطول درخت رطوبتی[17] 19

شکل (‏2‑18). منحنی های رشد درخت رطوبتی با افزایش ولتاژ اعمالی [23] 20

شکل (‏2‑19). زاویه تماسی و ریخت درخت رطوبتی در سه ماده مختلف[17] 21

شکل (‏2‑20). رابطه فرکانس و طول درخت رطوبتی[17] 23

شکل (‏2‑21). اضافه کردن فرکانس های بالا. [19]. 23

شکل (‏3‑1). مدار اندازهگیری بارباقیمانده[21] 31

شکل (‏3‑2). مشخصه زمان آسودگی بار باقیمانده تحت ولتاژ اعمالی AC[21] 31

شکل (‏3‑3). مراحل اندازه گیری ولتاژ باز گشتی[27] 33

شکل (‏3‑4). طیف قطبشی کابل PE سالم[26] 34

شکل (‏3‑5). طیف قطبشی کابل PE درخت رطوبتی[26] 34

شکل (‏3‑6). طیف تقسیم شبیه سازی شده کابل های XLPE با طول درخت رطوبتی در محدوده 10 الی 80 درصد ضخامت عایق[27] 35

شکل (‏3‑7). طیف تقسیم شبیه سازی شده کابل های XLPE با عرض درخت رطوبتی در محدوده 0.1 الی 5 درصد طول عایق[27] 35

شکل (‏3‑8). نمودار i.t-logt نوعی جریان غیرقطبی شدن عایق ترمیم شده [29] 37

شکل (‏3‑9). نمودار i.t-logt نوعی جریان غیرقطبی شدن عایق نو[29] 37

شکل (‏3‑10). نمودار i.t-logt نوعی جریان غیرقطبی شدن عایق فرسوده[29] 38

شکل (‏3‑11). شکل سلول آزمایشی:1.الکترود، 2.درپوش، 3.سلول تست، 4.قطعه عایق، 5.الکترود زمین، 6.پیچ[31] 39

شکل (‏3‑12). (الف)کابل، (ب)کابل با درخت رطوبتی پیوسته، (ج)کابل با درخت رطوبتی منفرد[32] 42

شکل (‏3‑13). مدل توزیع درخت رطوبتی پیوسته و بار فضایی در عایق کابل[32] 44

شکل (‏3‑14). مدل توزیع دو درخت رطوبتی منفرد در عایق کابل[32] 47

شکل (‏3‑15). تجزیه زمانی مشخصات بار فضائی تحت ولتاژ اعمالی 7 کلیولت AC فرکانس 50هرتز ، نمونه W [33] 52

شکل (‏3‑16). مشخصه ولتاژ-جریان درخت رطوبتی[34] 54

شکل (‏3‑17). مدار معادل دیودی عایق با درخت رطوبتی[34] 54

شکل (‏3‑18). تحلیل مداری کابل حاوی درخت رطوبتی تنها [27] 55

شکل (‏3‑19). طیف قطبشی اندازهگیری شده وطیف تقریبی درخت رطوبتی شده کابل[36] 57

شکل (‏3‑20). مدار معادل ماکسول – واگنر درخت رطوبتی[35] 57

شکل (‏3‑21). مدار معادل ماکسول-واگنر[35] 59

شکل (‏3‑22). مدار معادل اندازهگیری بار باقیمانده[21] 60

شکل (‏3‑23). مشخصه V-I غیرخطی درخت رطوبتی[21] 61

شکل (‏4‑1). شکل شماتیک درخت رطوبتی در عایق کابل(الف) ، لوله های نواحی درخت رطوبتی و عایق سالم (ب) مجموع لوله های نواحی درخت رطوبتی و عایق سالم (ج). 65

شکل (‏4‑2). کابل استوانه ای فشار قوی با درخت رطوبتی 66

شکل (‏4‑3). مدل مداری پیشنهادی درخت رطوبتی عایق کابل 66

شکل (‏4‑4). شکل هندسی سطح مقطع کابل استوانه ای با درخت رطوبتی 68

شکل (‏4‑5). شکل هندسی سطح مقطع هر ناحیه 69

شکل (‏4‑6). قطاع مثلثی شکل ناحیه درختی شده عایق کابل استوانه ای 75

شکل (‏4‑7). شماتیک هندسی مدل خاص مدل پیشنهادی 77

شکل (‏4‑8). قطاع مثلثی شکل ناحیه درختی شده عایق کابل استوانه ای مدل حالت خاص 78

شکل (‏4‑9). درخت روزنه ای به طول 1780 میکرو متر[38] 82

شکل (‏4‑10). درخت گره-پاپیونی به طول 635 میکرو متر[38] 82

شکل (‏4‑11). تاثیر طول درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق 86

شکل (‏4‑12). تاثیر رطوبت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق 86

شکل (‏4‑13). تاثیر رسانایی درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق که مقادیر رسانایی نمونه ها بترتیب عبارتند از: sigma4=5×10^-8 , sigma3=10^-8 , sigma2=5×10^-9 , sigma1=10^-9 87

شکل (‏4‑14). تاثیر تراکم درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق 87

شکل (‏4‑15). تاثیر زاویه درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق 88

فهرست جداول

جدول (‏2‑1). زاویه تماسی وطول درخت رطوبتی در سه ماده مختلف[17] 21

جدول (‏2‑2). ضریب یانگ وطول درخت رطوبتی در سه ماده مختلف[17] 22

جدول (‏3‑1). میزان سطح فرسودگی عایقی با درنظر گرفتن ضریب A[28] 37

جدول (‏3‑2). اعتبار سنجی روش های آشکارسازی درخت رطوبتی 39

جدول (‏3‑3). پارامترهای اندازهگیری درخت رطوبتی برای شبیه سازی[36] 56

جدول (‏3‑5). جمع بندی مدل های درخت رطوبتی 62

جدول (‏3‑4). اعتبار سنجی مدل های مداری 63

جدول (‏4‑1). اجزای مدار معادل پیشنهادی برای درخت رطوبتی عایق کابل فشار قوی 67

جدول (‏4‑2). مشخصات نمونه کابل اندازه گیری شده از تست عملی [38] 79

جدول (‏4‑3). ضریب تلفات عایق کابل از شبیه سازی پیشنهادی 80

جدول (‏4‑4). شرایط تست شبیه سازی 82

جدول (‏4‑5). مقادیر عناصر مدل مداری نمونه 1 83

جدول (‏4‑6). مقادیر عناصر مدل مداری نمونه 2 84

جدول (‏4‑7). شرایط شبیه سازی 86

جدول (‏4‑8). اعتبار سنجی مدل پیشنهادی 89

فصل اول

مقدمه

در این فصل، مسائل زیر بررسی شده است:

• مقدمه­ای بر لزوم بررسی پدیده های عایقی
• تاریخچه بررسی پدیده درخت رطوبتی
• اهداف پروژه
• ساختار پایان نامه

1        مقدمه ای بر لزوم بررسی پدیده های عایقی

توسعه شهرها، افزایش جمعیت و هم­چنین تأسیس وگسترش مراکز صنعتی همگی سبب افزایش تقاضای بار الکتریکی هستند. افزایش بار الکتریکی درخواستی ملزم به استفاده از سطوح ولتاژ بالا جهت کاهش تلفات انتقال است. از آن­جایی که افزایش ولتاژ خطوط انتقال نیاز به حریم وسیع­تری نسبت به خطوط با ولتاژ پایین دارند و هم­چنین به دلیل افزایش روزافزون ارزش اقتصادی زمین، امروزه ترجیحاً سعی می­شود تا از شبکه ­های کابلی فشارقوی زیرزمینی به جای خطوط انتقال هوایی استفاده شود. ضمناً از آن­جایی که خطوط هوایی از تجهیزات آسیب پذیر در حین جنگ می­باشند، استفاده از کابل­های فشار قوی پدافند غیرعامل[1] محسوب می­شود و از این آسیب­پذیری می­کاهد.

در شبکه برق ایران هم­اکنون جهت گسترش شبکه در سطوح توزیع، فوق توزیع و انتقال، ترجیحاً از شبکه ­های کابلی استفاده می­شود. به عنوان مثال، در شبکه برق منطقه­ای تهران از کابل­های XLPE با سطح ولتاژ 20 تا 230 کیلوولت استفاده شده است و مطالعاتی جهت استفاده از کابل­ها در سطوح بالاتر ولتاژ نیز انجام می­شود[2]. بدین ترتیب، کابل­های فشارقوی نقش بسیار حساسی در شبکه ­های برق ایفا می­ کنند و حفاظت آن­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است، زیرا هر مشکلی در آن­ها که سبب قطع آن­ها و بروز خطا شود، صدمات اقتصادی (و شاید سیاسی) وسیعی به شبکه وارد می­ کند.

عایق­های الکتریکی، مواد جامد، مایع و یا گازی هستند که به صورت گسترده در تمامی تجهیزات یک شبکه قدرت، از جمله ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط انتقال، موتورها و … به منظور جداسازی الکتریکی به کار می­روند. از این ­رو خرابی و یا نقص عایق­های تجهیزات می ­تواند سبب اختلال و ایجاد مشکلات اساسی برای شبکه قدرت شود. بنابراین بررسی علل خرابی و یا عوامل ایجاد نقص در عایق تجهیزات از اهمیت ویژه­ای برخوردار است زیرا می­توان با بررسی آن­ها روش­های ساخت و یا روش­های نگه­داری و تعمیرات را بهبود بخشید[1].

کابل­های الکتریکی از جمله مهم­ترین تجهیزات الکتریکی هستند که در آن­ها از عایق­های جامد استفاده شده است. عایق­های جامد به دلایل مختلف، از جمله روش­های ساخت، پیری، شرایط محیطی و… دچار تنزل در مشخصات عایقی می­شوند. تنزل عایقی در عایق کابل­ها می ­تواند مشکلات زیادی از جمله افزایش جریان نشتی و ایجاد تخلیه­های جزئی در عایق کابل به وجود آورد و در شرایط بحرانی می ­تواند سبب شکست عایقی و ایجاد خطا شود. بنابراین باید عوامل ایجاد تنزل عایقی در عایق کابل­ها به خوبی بررسی شوند تا بتوان عملیات پیشگیرانه و یا در صورت لزوم عملیات اصلاحی برای این کابل­ها صورت بگیرد[1].

علی رغم اینکه در دهه 70 میلادی شکست های عایقی بصورت درخت در عایق پلی اتیلن کابل های فشار متوسط رخ می داد و باعث شکست سرویس کاری می شد، شناسایی شده ولی تاکنون روش مناسبی که بتواند این پدیده را به درستی مدلسازی کند وجود ندارد. برای شناخت بهتر این پدیده آزمایش هایی در این زمینه انجام شد، نتایج نشان می دهد که ظاهراین نوع شکست شبیه درخت الکتریکی است که معمولا از سر دو الکترود رشد کرده است و باعث تنزل سطح عایقی کابل تحت تنش الکتریکی شده است. همین مساله باعث شد تا تحقیقاتی گسترده ای در زمینه شناخت بیشتر این پدیده انجام شود. نتایج آزمایش هایی که با بهره گرفتن از الکترود سوزنی انجام گرفته، نشان داده است که احتمالا افزایش میدان محلی و پیری عایق باعث شروع و رشد درخت در مقیاس زمانی ساعتی، ماهیانه و یا سالیانه می شود[2].

[1] . پدافند غیرعامل یا دفاع غیرعامل(Passive Defense) به مجموعه اقداماتی اطلاق می‌گردد که به کارگیری جنگ افزار نیاز ندارد و با اجرای آن می‌توان از وارد شدن خسارات مالی به تجهیزات و تاسیسات حیاتی و حساس نظامی و غیرنظامی و تلفات انسانی جلوگیری نموده و یا میزان این خسارات و تلفات را به حداقل ممکن کاهش داد.

[2] . به عنوان مثال، در نیروگاه تلمبه ذخیره­ای سیاه­بیشه، جهت انتقال قدرت از خروجی 400 کیلوولت ترانسفورماتور تا پست 400 کیلوولت از کابل­های XLPE استفاده شده است.

ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :122

قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :       (فقط پیامک)       tez.21@chmail.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

  *