تأثیر دما بر توزیع بار فضا عایق روغن و کاغذ تحت ولتاژ وارونه DC و قطبیت

اعوجاج میدان الکتریکی ناشی از بار فضا عامل مهمی است که بر قابلیت اطمینان عملکرد عایق روغن و کاغذ در یک ترانسفورماتور مبدل تأثیر می گذارد. برای بررسی ویژگی های تجمع و پوسیدگی بار فضا در مطبوعات تحت فشار روغن تحت ولتاژ وارونگی DC و قطبیت ، و در نظر گرفتن شرایط احتمالی ترانسفورماتور مبدل ، رفتار بار فضا از مطبوعات با روغن پخته شده توسط الکترودهای پالس شده اندازه گیری شدروش صوتی (PEA) در دما از 20 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد است. تأثیر دما در تجمع و ویژگی های پوسیدگی بار فضا نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بار فضا انباشته شده در داخل صفحه در دمای پایین عمدتاً همواره ای است که توسط الکترود تزریق می شود ، در حالی که هتروچارژ تشکیل شده توسط تفکیک یونی برخی از هموکاروژ را در دمای بالا خنثی می کند. بنابراین ، ابتدا بار فضا از صفحه مطبوعات افزایش می یابد ، سپس با افزایش دما کاهش می یابد. با این حال ، پوسیدگی آهسته بار فضا باعث تحریف شدید توزیع میدان الکتریکی در صفحه مطبوعات در طی معکوس قطبیت ولتاژ می شود.

کلید واژه ها:

1. معرفی

ترانسفورماتور مبدل یکی از قطعات اصلی تجهیزات برای تبدیل AC/DC در پروژه های انتقال HVDC است [1]. پروژه انتقال HVDC عملکرد جریان قدرت دو جهته را دارد که با تغییر قطبیت ولتاژ DC حاصل می شود. در این حالت ، ترانسفورماتور مبدل تحت ولتاژ معکوس قطبیت کار خواهد کرد. عایق کاغذ روغن در نزدیکی سمت مقدار یک ترانسفورماتور مبدل تحت ولتاژ ترکیبی AC-DC کار می کند ، که به شما امکان می دهد بار فضا راحت تر در نمونه جمع شود. بار فضا ، پیری عایق را تسریع می کند و میدان الکتریکی را تحریف می کند ، که مستقیماً بر قابلیت اطمینان عملیاتی ترانسفورماتور مبدل تأثیر می گذارد [2،3،4].

تجمع و پوسیدگی بار فضا در عایق روغن و کاغذ تحت تأثیر دما ، رطوبت ، پیری ، میدان الکتریکی و غیره است [5،6،7،8]. تانگ و همکاران. ویژگی های بار فضا کاغذهای تولید شده با روغن چند لایه را در دماهای بالا مورد مطالعه قرار داد و نتیجه گرفت که توزیع بار و تحرک بار فضا تحت تأثیر دما قرار گرفته است [9]. وو و همکاران. ویژگی های بار فضا از کاغذهای تک لایه و دو لایه روغن را تحت شیب های مختلف دما مورد بررسی قرار داد و نتیجه گرفت که بار فضا و میدان الکتریکی ، در سمت پایین دمای پایین ، با افزایش شیب دما افزایش یافته است. یک شبیه سازی عددی توزیع بار فضا در کاغذ لخته شده توسط روغن تحت گرادیان دما نیز بر اساس مدل حمل و نقل بار دو قطبی انجام شد [10،11]. وانگ و همکاران. اثرات حالت کاغذ را بر روی ویژگی های بار فضا در کاغذهای با روغن زراعی مورد بررسی قرار داد و نتیجه گرفت که میزان بار فضا و سرعت پوسیدگی بار فضا با افزایش پیری مقاله افزایش یافته است [12]. هوانگ و همکاران. اثرات تنش حرارتی و الکتریکی را بر بار فضا عایق کاغذی با روغن پراش مورد بررسی قرار داد و نتیجه گرفت که بار فضا انباشته شده در داخل مطبوعات با افزایش مدت زمان استرس افزایش می یابد ، و سرعت انباشت بار بیشترین میزان در الکترو-ترم استروغ ن-کاغذ استرس [13،14]. جورج چن و همکاران. اثرات بار فضا بر توزیع میدان الکتریکی در عایق روغن روغن تحت ولتاژ معکوس قطبیت را با یک روش محاسبه عددی مورد مطالعه قرار داد و نتیجه گرفت که بار فضا انباشته شده در داخل صفحه ، میدان الکتریکی موجود در روغن را پس از برگشت قطبیت ولتاژ افزایش می دهد [15]. ژو و همکاران. از روش پالس الکترو آکوستیک (PEA) برای مطالعه توزیع بار فضا در صفحه مطبوعاتی که تحت پوشش روغن تحت ولتاژ معکوس قطبیت در دمای اتاق قرار دارد استفاده کرد و نتیجه گرفت که بار و میدان الکتریکی در رابط پس از معکوس شدن قطب ولتاژ به شدت تحریف شده است [[16،17].

در حال حاضر ، بیشتر تحقیقات در مورد بار فضا بر دمای اتاق یا دمای بالا متمرکز شده است [18،19،20،21] ، در حالی که خصوصیات بار فضا در دمای پایین به ندرت گزارش شده است. در این مقاله ، توزیع بار فضا تحت ولتاژ معکوس DC و قطبیت در دامنه دما از 20 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد با روش PEA اندازه گیری شد ، سپس توزیع میدان الکتریکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. اثرات دما بر روی بار فضا و میدان الکتریکی مطبوعاتی که از روغن تحت تأثیر روغن تحت DC و ولتاژ معکوس قطبیت قرار گرفته بود نیز مورد بررسی قرار گرفت.

2. روش آزمایشی

2. 1تهیه نمونه

ضخامت صفحه مطبوعات مورد استفاده برای آزمایش 1 میلی متر و قطر آن 6 سانتی متر بود. تخته مطبوعات به مدت 48 ساعت در زیر خلاء خشک شد ، سپس توسط روغن ترانسفورماتور (Karamay 45#) ، همچنین تحت خلاء آغشته شد. میزان رطوبت مطبوعات تحت درمان با روغن تحت درمان با روش استخراج اندازه گیری شد. در جدول 1 میزان رطوبت و پارامترهای دی الکتریک روغن و فشار در دمای اتاق ذکر شده است.

2. 2سیستم آزمایشی

سیستم اندازه گیری بار فضا در شکل 1 نشان داده شده است [22،23]. دامنه منبع تغذیه DC 30 کیلو ولت بود. میدان الکتریکی پالس تولید شده توسط منبع تغذیه پالس (پالس عرض 10 نانومتر) بر روی بار فضا عمل می کند تا موج استرس ایجاد شود. موج استرس توسط سنسور پیزو الکتریک به سیگنال ولتاژ تبدیل می شود. در این آزمایش ، از یک کوپلیمر P (VDF-TRFE) (که به طور معمول می تواند از 60 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد کار کند) برای سنسور پیزو الکتریک استفاده شد. از آمپلی فایر برای تقویت خطی سیگنال ولتاژ استفاده شد. از اسیلوسکوپ برای ضبط شکل موج و بارگذاری داده ها در رایانه شخصی استفاده شد. دمای الکترودهای فوقانی و تحتانی توسط چرخه حمام روغن کنترل می شد و دمای آزمایش به دمای 20 درجه سانتیگراد ، 0 درجه سانتیگراد ، 20 درجه سانتیگراد ، 40 درجه سانتیگراد و 60 درجه سانتیگراد تنظیم می شد. ولتاژ تست میدان الکتریکی DC به 10 کیلو ولت و 20 کیلو ولت و زمان اندازه گیری آزمایش ولتاژ بر روی و آزمایش اتصال کوتاه 1 ساعت بود ، با داده های اندازه گیری هر 10 ثانیه ثبت شد. این آزمایش به طور مکرر انجام شد ، هر بار سه نمونه را انتخاب کرد و داده هایی که منعکس کننده روند متوسط برای نتایج آزمایشی است انتخاب شد.

شکل 2 روند وارونگی قطبیت ولتاژ را نشان می دهد. در مرحله اول ، ولتاژ مثبت (+10 کیلو ولت) به مدت 1 ساعت به نمونه اعمال شد. سپس قطبیت ولتاژ در 60 ثانیه از مثبت به منفی معکوس شد. سرانجام ، ولتاژ منفی (10 کیلو ولت) به مدت 1 ساعت به نمونه اعمال شد.

3. نتایج آزمون

3. 1توزیع بار فضا در زیر میدان الکتریکی DC

برای تبدیل سیگنال ولتاژ اندازه گیری شده به چگالی بار ، نتایج آزمایش مورد نیاز برای کالیبره شدن در یک میدان الکتریکی پایین تر است. شکل 3 توزیع بار فضا از صفحه مطبوعاتی را که در دمای پایین و دمای پایین و دمای اتاق قرار دارد ، نشان می دهد. دو خط نقطه در شکل نشان دهنده موقعیت الکترود است. خط چپ الکترود پایین و خط راست الکترود فوقانی است. HOMOCHARGE به تدریج در نمونه جمع می شود و بار رابط بر این اساس کاهش می یابد. هنگامی که ولتاژ اعمال شده ثابت است ، با افزایش دما ، بار فضا افزایش می یابد. تقریباً هیچ هزینه فضایی در نمونه در دمای 20 درجه سانتیگراد وجود ندارد. تجمع بار فضا با افزایش دما و استرس میدان الکتریکی افزایش می یابد. این نشان می دهد که با افزایش دما و استرس میدان الکتریکی ، تحرک شارژ افزایش می یابد. به دلیل ضعف زیاد امواج صوتی که در صفحه مطبوعات پخش می شود ، سیگنال آکوستیک دریافت شده در نزدیکی الکترود فوقانی دامنه کوچکتر و عرض وسیع تری نسبت به آن در نزدیکی الکترود پایین داشت.

شکل 4 توزیع بار فضا از صفحه مطبوعاتی با روغن را در دماهای بالا نشان می دهد. هموچارژ در دمای بالا در نمونه جمع می شود. منحنی های توزیع بار در 900 ثانیه و 3600 ثانیه اساساً در دمای 60 درجه سانتیگراد همزمان هستند و این نشان می دهد که بار فضا HA به ثبات رسیده است. بار فضا در نزدیکی الکترود پایین در دمای بالا کوچک می شود ، به عبارت دیگر ، بار منفی در نزدیکی الکترود پایین کمتر از بار منفی در نمونه است. علاوه بر این ، دامنه انقباض در دمای 60 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی بیشتر از 40 درجه سانتیگراد است. شکل 4C ، D تقویت جزئی از توزیع بار فضا در نزدیکی الکترود پایین را نشان می دهد. بار منفی ابتدا با گذشت زمان افزایش می یابد و سپس کاهش می یابد.

3. 2توزیع بار فضا در طول اتصال کوتاه

شکل 5 توزیع بار فضا از صفحه مطبوعاتی با روغن را در دمای مختلف در طی یک اتصال کوتاه نشان می دهد. بار منفی در نزدیکی الکترود پایین جمع می شود و بار مثبت در نزدیکی الکترود فوقانی جمع می شود. در ابتدای اتصال کوتاه ، بار فضا نمونه با افزایش استرس میدان الکتریکی از پیش استفاده شده افزایش می یابد. سپس بار فضا افزایش می یابد و متعاقباً با افزایش دما (حداکثر مقدار در 40 درجه سانتیگراد ظاهر می شود) کاهش می یابد. بار فضا به تدریج در طول اتصال کوتاه کاهش می یابد و پوسیدگی در مرحله اولیه سریعتر و در مرحله بعدی کندتر می شود. علاوه بر این ، میزان پوسیدگی بار فضا با افزایش دما به وضوح افزایش می یابد. در پایان اتصال کوتاه ، بار فضا در نمونه در دمای 60 درجه سانتیگراد کاملاً پوسیده شده است.

3. 3توزیع شارژ فضا تحت ولتاژ وارونه قطبی

شکل 6 توزیع بار فضا از صفحه مطبوعاتی را که تحت ولتاژ معکوس قطبیت قرار دارد ، نشان می دهد. منحنی های توزیع بار فضا در نمونه ، در 30 ثانیه ، 0 ثانیه و 30 ثانیه ، تقریباً همزمان هستند ، نشان می دهد که بار فضا به آرامی در طی معکوس قطبیت ولتاژ پوسیده می شود. پس از برگشت قطبیت ولتاژ ، بار رابط در الکترود پایین به وضوح افزایش می یابد و ابتدا با افزایش دما کاهش می یابد (حداکثر مقدار در 40 درجه سانتیگراد ظاهر می شود). سپس ، بار رابط در الکترود پایین به تدریج کاهش می یابد و قطبیت بار فضا در نزدیکی الکترود پایین به تدریج از منفی به مثبت تغییر می کند. با این حال ، بار رابط در الکترود فوقانی پس از معکوس شدن قطبیت ولتاژ افزایش نمی یابد و در هر دو +3630 ثانیه و 30 ثانیه کمتر از بار رابط است. در دمای بالا ، توزیع بار فضا در هر د و-30 ثانیه و +3630 ثانیه به صورت متقارن با توجه به محور افقی توزیع می شود.

3. 4توزیع میدان الکتریکی تحت ولتاژ معکوس قطبی

با توجه به نتایج اندازه گیری بار فضا ، میدان الکتریکی مطبوعات با روغن پراش به شرح زیر محاسبه می شود:

e = - 1 ε 0 ε r ∫ ρ (x) d x

جایی که E تنش میدان الکتریکی (kV/mm) است ، ρ (x) چگالی بار فضا (c/m 3) ، ε₀آیا مجازات خلاء است و ε_rتراکم نسبی نمونه است.

شکل 7 توزیع میدان الکتریکی مطبوعاتی با روغن را تحت ولتاژ معکوس قطبیت نشان می دهد. هنگامی که ولتاژ اعمال شده مثبت است ، میدان الکتریکی در رابط کاهش می یابد و میدان الکتریکی موجود در نمونه افزایش می یابد. پس از برگشت قطبیت ولتاژ ، توزیع میدان الکتریکی رابط در الکترود پایین به وضوح افزایش می یابد و ابتدا با افزایش دما افزایش می یابد (حداکثر مقدار در 40 درجه سانتیگراد ظاهر می شود). سپس ، میدان الکتریکی رابط به تدریج کاهش می یابد و میدان الکتریکی موجود در نمونه افزایش می یابد. در دماهای بالا ، توزیع میدان الکتریکی در هر د و-30 ثانیه و 3630 ثانیه به صورت متقارن با توجه به محور افقی توزیع می شود. علاوه بر این ، منحنی های توزیع میدان الکتریکی در سمت چپ نمونه ، در 30 ثانیه ، 0 ثانیه و +30 ثانیه ، یک رابطه "موازی" دارند ، نشان می دهد که تأثیر بار در توزیع میدان الکتریکی یکسان استدر طول وارونگی قطبیت ولتاژ.

4. تجزیه و تحلیل و بحث

توزیع بار فضا از صفحه مطبوعاتی با روغن با ضخامت 1 میلی متر در دماهای مختلف اندازه گیری شد. تجمع و ویژگی های پوسیدگی بار فضا در دمای اتاق با نتایج آزمایش در [24] سازگار است. میانگین چگالی حجم برای تجزیه و تحلیل بیشتر ویژگی های تجمع و پوسیدگی بار فضا استفاده می شود و فرمول محاسبه آن به شرح زیر نشان داده شده است:

q (t) = 1 l ∫ 0 l |ρ (x ، t) |d x

جایی که q (t) میانگین چگالی حجم نمونه (c/m 3) است ، ρ (x ، t) چگالی بار فضا (c/m 3) است و L ضخامت نمونه (میلی متر) است.

شکل 8 میانگین چگالی حجم بار فضا را در دماهای مختلف و ولتاژ نشان می دهد. میانگین چگالی حجم بار فضا در مرحله اولیه به طور قابل توجهی افزایش می یابد و در مرحله بعدی تمایل به ثبات دارد. هرچه دما و تنش میدان الکتریکی بیشتر باشد ، میانگین چگالی حجم قبل از نقطه 600 ثانیه افزایش می یابد. در پایان تست ولتاژ ، میانگین چگالی حجم بار فضا ابتدا افزایش می یابد ، سپس با افزایش دما کاهش می یابد (حداکثر مقدار در دمای 40 درجه سانتیگراد ظاهر می شود). میانگین چگالی حجم در مرحله بعدی تست ولتاژ در 60 درجه سانتیگراد کمی تغییر می کند ، نشان می دهد که توزیع بار فضا نمونه به ثبات رسیده است.

تجمع بار فضا در عایق تحت تأثیر عواملی مانند تولید ، مهاجرت ، نوترکیبی و استخراج بار فضا قرار دارد. استرس دما و میدان الکتریکی بر فرآیندهای فیزیکی فوق تأثیر می گذارد و این بر توزیع بار فضا تأثیر می گذارد.

4. 1تأثیر دما در تولید و مهاجرت بار

از آنجا که نتایج اندازه گیری به دست آمده توسط روش نخود تنها می تواند "بار خالص" موقعیت مربوطه را منعکس کند ، حتی اگر نتایج اندازه گیری هموکاروژ را نشان دهد ، تأثیر هتروچارژ بر نتیجه اندازه گیری را نمی توان نادیده گرفت. هتروچارژ از تفکیک حرارتی مولکول های نجس در نمونه حاصل می شود. از آنجا که حداکثر استرس میدانی در طول آزمایش 20 کیلو ولت در میلی متر است ، هموکاروژ درون نمونه عمدتاً توسط اثر شوتکی تزریق می شود. با توجه به اثر Schottky ، چگالی جریان تزریق الکترود به شرح زیر بیان شده است:

j = a t 2 e - (e w - e 3 e / (4 π ε 0 ε r)) k b t

جایی که J چگالی جریان تزریق الکترود (A M-2) است ، A ثابت ریچاردسون (A m-2 · K-2) است ، W مانع تزریق بار (EV) ، K است_bثابت بولتزمن (J/K) است ، T دمای مطلق (K) است و E بار الکترونیکی است. چگالی جریان تزریق الکترود با افزایش دما و استرس میدان الکتریکی افزایش می یابد و میزان بار تزریق شده به نمونه بر این اساس افزایش می یابد و باعث افزایش بار به دام افتاده فضای می شود. میدان الکتریکی در رابط با افزایش در همسایه کاهش می یابد و چگالی جریان تزریق بر این اساس کاهش می یابد. بنابراین ، بار فضا در نمونه در مرحله بعدی آزمایش به آرامی افزایش می یابد.

تفکیک حرارتی مولکولهای نجس تحت تأثیر دما قرار می گیرد و یونهای مثبت و منفی تولید شده با عملکرد میدان الکتریکی به رابط مهاجرت می کنند و هتروچارژ را تشکیل می دهند. میزان تفکیک مولکول ها در واحد حجم و واحد زمان به شرح زیر بیان شده است:

n = n 0 v 0 e - Δ u d i s / (k b t)

جایی که n₀غلظت مولکولهای نجس ( M-3) ، V است₀فرکانس لرزش حرارتی نسبی بین گروههای اتمی در مولکول (هرتز) و ∆ u است_{با استفاده از}آیا سدی که هنگام جدا شدن مولکول ها از حالت پایدار خود (EV) برطرف می شود. با افزایش دما ، میزان تفکیک افزایش می یابد و هتروچارژ انباشته شده در نمونه بر این اساس افزایش می یابد.

تفکیک حرارتی مولکول های نجس را می توان به عنوان یک رفتار قطبش آهسته در نظر گرفت. از آنجا که تراکم نسبی یک پارامتر مهم است که منعکس کننده قطبش است ، طیف دی الکتریک صفحه مطبوعاتی با روغن در دمای مختلف در محدوده از 10-2 هرتز به 10 7 هرتز اندازه گیری شد ، همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است. در دما ، و همچنین با کاهش فرکانس افزایش می یابد. پارامترهای موجود در حالت پایدار DC باید همانند فرکانس پایین باشد. نفوذ نسبی در دمای 60 درجه سانتیگراد بیشترین میزان را از 10 0 هرتز به 10 - 2 هرتز افزایش می دهد ، و پس از آن 40 درجه سانتیگراد ، در حالی که نفوذ نسبی در دمای پایین در آن محدوده کمی افزایش می یابد. این نشان می دهد که قطبش در دماهای بالاتر آسانتر است و مولکول های نجس به راحتی برای تشکیل هتروچارژ جدا می شوند. این با نتایج تجزیه و تحلیل معادله (3) سازگار است.

توزیع بار فضا تحت تأثیر ظرفیت مهاجرت بار است. صفحه مطبوعاتی با روغن از روغن ترانسفورماتور و سلولز تشکیل شده است ، و سلولز حاوی فاز کریستالی و فاز آمورف است. سدی که مانع از اتهام مهاجرت می شود ، بین ساختارهای کریستالی مجاور تشکیل می شود. با افزایش دما ، افزایش انرژی بار باعث عبور از سد می شود و تحرک بار بر این اساس افزایش می یابد. مهاجرت بار در دمای 60 درجه سانتیگراد سریعترین است که باعث می شود روند تزریق ، به دام انداختن ، دفع و نوترکیب ، از اتهام بار در مدت زمان کوتاهی برسد. یعنی توزیع بار فضا به سرعت به ثبات می رسد.

به طور خلاصه ، هر دو Homocharge و HeteroCharge در یک صفحه مطبوعاتی با روغن به طور هم زمان وجود دارند ، اما اولی بیشتر از دومی است ، بنابراین نتایج آزمایش در دماهای مختلف نشان می دهد. هر دو هموچارژ و هتروچارژ با افزایش دما افزایش می یابد ، اما میزان افزایش هر یک متفاوت است. از آنجا که تفکیک حرارتی مولکول های نجس در دمای 20 درجه سانتیگراد ، 0 درجه سانتیگراد و 20 درجه سانتیگراد آشکار نیست ، بار فضا انباشته شده در نمونه عمدتاً همسایه است. نمودار شماتیک توزیع بار فضا در دمای بالا ، و نتایج اندازه گیری PEA مربوطه (نادیده گرفتن شکل موج بار رابط) ، در شکل 10 نشان داده شده است. هتروچارژ با افزایش دما افزایش می یابد ، و هتروچارژ عمدتا در نزدیکی توزیع می شودرابط. بنابراین ، بار خالص در نزدیکی الکترود با افزایش دما کاهش می یابد. به عنوان هتروچارژ ، و نوترکیبی بار ، در دمای 60 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، میانگین چگالی حجم بار در 60 درجه سانتیگراد کمتر از 40 درجه سانتیگراد است. در طول آزمایش ولتاژ ، بار منفی تزریق شده از الکترود پایین به تدریج کاهش می یابد ، در حالی که بار مثبت تشکیل شده توسط تفکیک حرارتی به تدریج افزایش می یابد. از این رو ، بار فضا در نزدیکی الکترود پایین ابتدا در 60 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و سپس کاهش می یابد.

سیگنال در نزدیکی الکترود فوقانی در نتایج اندازه گیری با آن در نمودار شماتیک متفاوت است. این امر به این دلیل است که بار فضا با روش نخود اندازه گیری می شود. پخش موج صوتی در داخل نمونه هم ضعف و هم پراکندگی دارد که باعث می شود دامنه سیگنال اندازه گیری شده کاهش یابد و عرض پالس افزایش یابد. ضریب میرایی آکوستیک از شکل موج در الکترودهای فوقانی و تحتانی در سیگنال مرجع بدست می آید [25]. شکل موج سمت چپ در شکل 6E به عنوان سیگنال بدون استفاده از الکترود فوقانی آینه می شود ، همانطور که در شکل 11a نشان داده شده است. سیگنال ضعیف شده با ضریب میرایی و سیگنال بدون استفاده ، همانطور که در شکل 11b نشان داده شده است محاسبه می شود.

همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است ، بین سیگنال ضعیف و سیگنال بدون استفاده تفاوت زیادی وجود دارد. روند تغییر سیگنال ضعیف با زمان در شکل 11b با نتایج اندازه گیری در نزدیکی الکترود فوقانی در دمای 60 درجه سانتیگراد سازگار است ، نشان می دهد که روند تغییر بار فضا با گذشت زمان تغییر می کند ، در هر دو الکترود فوقانی و تحتانی ، اساساً معادل است. با این حال ، سیگنال های الکترودهای فوقانی و تحتانی در نتایج اندازه گیری به دلیل ضعف امواج صوتی متفاوت است.

4. 2اثرات دما بر بار فضا در طی یک اتصال کوتاه

شکل 12 میانگین چگالی حجم بار فضا را در دمای مختلف در طی یک اتصال کوتاه نشان می دهد. میانگین چگالی حجم به تدریج در طی یک اتصال کوتاه کاهش می یابد و در مرحله اولیه به طور قابل توجهی کاهش می یابد. میزان و دامنه پوسیدگی بار با افزایش دما افزایش می یابد. در آغاز فرآیند پوسیدگی ، حداکثر میانگین چگالی حجم در دمای 40 درجه سانتیگراد ظاهر می شود ، نشان می دهد که بار باقیمانده در نمونه در این دما بزرگترین است.

کاهش شارژ تحت تأثیر سطح دما و دام است. نرخ تخریب شارژ را می توان به شرح زیر بیان کرد:

∂ n t ∂ t = v ⋅ exp ( - e c - e t k b t)

جایی که n_tبار در تله (c/m 3) ، v فرکانس نوسان الکترونیکی (هرتز) و E است_cو e_tبه ترتیب سطح انرژی باند هدایت و دام (EV) هستند. نرخ کاهش بار با افزایش دما و سطح دام افزایش می یابد. پوسیدگی بار با افزایش دما تسریع می کند و میزان کاهش یک دام کم عمق بالاتر از تله عمیق است. تشکیل بار فضا عمدتاً مربوط به تله های کم عمق است. از بین رفتن اوراق قرضه خود در یک تله کم عمق آسانتر است ، بنابراین بار در مرحله اولیه سریعتر پوسیده می شود. علاوه بر این ، بار باقیمانده در طی یک اتصال کوتاه ، یک میدان الکتریکی را در داخل نمونه تشکیل می دهد که به پوسیدگی بار فضا کمک می کند. از آنجا که بار فضا به تدریج پوسیدگی می کند ، میدان الکتریکی به طور متناوب کاهش می یابد ، بنابراین بار در اواخر مرحله یک اتصال کوتاه به آرامی پوسیدگی می کند.

4. 3تأثیر دما در توزیع بار فضا و میدان الکتریکی تحت ولتاژ وارونه قطبی

نتایج آزمایش نشان می دهد که چگالی بار و میدان الکتریکی ، در الکترود پایین پس از معکوس ولتاژ به طور قابل توجهی افزایش می یابد و سیگنال در الکترود فوقانی ضعیف می شود. بنابراین ، تجزیه و تحلیل بر توزیع بار فضا و میدان الکتریکی در الکترود پایین متمرکز شد. میدان الکتریکی و چگالی بار ، در الکترود پایین در طی وارونگی قطبیت ولتاژ در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 2 نشان می دهد که میدان الکتریکی در الکترود پایین در زمان - 30 ثانیه ، 0 ثانیه و 30 ثانیه تقریباً 10 کیلو ولت در میلی متر در دمای مختلف متفاوت است و چگالی بار در زمان 30 ثانیه ، 0 ثانیه و 30 ثانیه متفاوت استتقریباً 10 c/mm 3. پس از برگشت قطبیت ولتاژ ، افزایش چگالی بار و میدان الکتریکی در 40 درجه سانتیگراد بزرگترین است.

بار فضا در نمونه بار ناشی از آن در رابط ایجاد می شود که به نوبه خود چگالی بار و میدان الکتریکی را در رابط تغییر می دهد. از آنجا که الکترود تحتانی به زمین می رود ، چگالی بار رابط و میدان الکتریکی در الکترود پایین می تواند به شرح زیر بیان شود:

σ d = - ∫ 0 l l - x l ρ (x) d x - ε 0 ε r e e d = 1 ε 0 ε r ∫ 0 l l - x l ρ (x) d x + e

جایی که σ_dچگالی بار رابط در الکترود پایین (c/m 2) ، e است_dمیدان الکتریکی در الکترود تحتانی (کیلو ولت بر میلی متر) ، ρ (x) چگالی بار فضا (c/m 3) است و E تنش میدان الکتریکی کاربردی (kV/mm) است. E = 0 kV/mm نشانگر اتصال کوتاه است.

معادلات (6) و (7) نشان می دهد که همجنسگرای درون نمونه σ را کاهش می دهد_dو e_d، در حالی که Heterocharge σ افزایش می یابد_dو e_dبشرقبل از معکوس شدن قطبیت ولتاژ ، بار فضا جمع شده در نمونه همواره است و σ را ساخت_dو e_dنزول کردن. نسبت به ولتاژ کاربردی ، بار انباشته شده در نمونه از هموکاروژ به هتروچارژ پس از معکوس شدن قطبیت ولتاژ تغییر می یابد ، و باعث می شود σ_dو e_dبه طور متناوب افزایش دهید. علاوه بر این ، σ_dو e_dتحت تأثیر میزان و توزیع بار فضا و میدان الکتریکی کاربردی قرار می گیرند. بار فضا در نزدیکی الکترود تأثیر بیشتری بر روی σ دارد_dو e_dبشربار فضا در نمونه در دمای 40 درجه سانتیگراد بالاترین است و به طور عمده در نزدیکی الکترود توزیع می شود ، بنابراین افزایش σ_dو e_dبزرگترین پس از برگشت قطبیت ولتاژ هستند. همانطور که در شکل 8a نشان داده شده است ، میانگین چگالی حجم در دمای 60 درجه سانتیگراد از 20 درجه سانتیگراد بزرگتر است ، اما بار فضا در نمونه در 60 درجه سانتیگراد در نزدیکی الکترود توزیع می شود. بنابراین ، افزایش σ_dو e_dبعد از برگشت قطبیت ولتاژ ، از 20 درجه سانتیگراد کوچکتر هستند. علاوه بر این ، نتایج آزمایش نشان می دهد که بار فضا اساساً در طول وارونگی قطبیت ولتاژ بدون تغییر باقی می ماند. بنابراین ، تأثیر بار فضای داخلی بر چگالی بار رابط و میدان الکتریکی در طی معکوس قطبیت ولتاژ با توجه به معادلات (6) و (7) معادل است. میدان الکتریکی و چگالی بار ، در رابط به صورت خطی با استرس میدان کاربردی در طی معکوس قطبیت ولتاژ متفاوت است.

پس از برگشت قطبیت ولتاژ ، بار منفی تزریق شده توسط الکترود پایین به یک بار مثبت تغییر می یابد و از معادله (3) مشخص می شود که اعوجاج میدان الکتریکی باعث می شود الکترود بار بیشتری تزریق شود. بار مثبت تزریق شده بار منفی باقیمانده را خنثی می کند ، و بار فضا در نمونه به تدریج از Heterocharge به Homocharge تغییر می کند. علاوه بر این ، میزان و تحرک بار تزریق شده در دماهای بالا بیشتر افزایش می یابد و بار فضا را اساساً در +3630 ثانیه پایدار می کند ، از این رو توزیع بار فضا در هر د و-30 ثانیه و 3630 ثانیه به طور متقارن توزیع می شود.

5. نتیجه گیری ها

توزیع بار فضا از صفحه مطبوعاتی که در دمای مختلف تحت DC و ولتاژ معکوس قطبیت قرار دارد ، اندازه گیری شد و تأثیر بار فضا بر توزیع میدان الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه گیری به شرح زیر است:

بار فضا انباشته شده در داخل مطبوعات با روغن تقویت شده در دمای 20 درجه سانتیگراد مشخص نیست. هموچارژ و هتروچارژ هر دو با افزایش دما افزایش می یابد ، اما هتروچارژ فقط در دماهای بالا جمع می شود. بنابراین ، بار فضا در داخل صفحه ابتدا با افزایش دما افزایش می یابد ، سپس کاهش می یابد.

میزان پوسیدگی بار فضا با افزایش دما افزایش می یابد. علاوه بر این ، بار فضا به ندرت در طی معکوس قطبیت ولتاژ پوسیده می شود و منجر به تحریف جدی توزیع میدان الکتریکی در رابط می شود.

میدان الکتریکی در رابط نه تنها تحت تأثیر چگالی بار بلکه در توزیع بار نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. میدان الکتریکی در رابط در دمای 40 درجه سانتیگراد بزرگترین پس از برگشت قطبیت ولتاژ است ، در حالی که میدان الکتریکی داخل نمونه در دمای 60 درجه سانتیگراد بیش از ولتاژ DC است.

در مقایسه با کاغذ نازک روغن شده (ضخامت کمتر از 500 میکرومتر) ، بار فضا در داخل مطبوعات ضخیم روغن با روغن ضخیم برای رسیدن به پایداری زمان زیادی طول می کشد و در طی یک آزمایش اتصال کوتاه به آرامی پوسیده می شود.

کمک های نویسنده

Q. C. و J. Z. آزمایشات را تصور و طراحی کرد. P. T. و W. S. آزمایشات را انجام داد. J. Z. و M. C. تجزیه و تحلیل داده ها ؛J. Z. مقاله را نوشت.

منابع مالی

این پروژه توسط برنامه ملی تحقیق و توسعه ملی چین (شماره 2017YFB0902704) ، بنیاد ملی علوم طبیعی چین (شماره 51677046) و برنامه پرستاری دانشگاه برای محققان جوان با استعدادهای خلاق در استان Heilongjiang پشتیبانی شد (شماره UNPYSCT-2016159999).

تضاد علاقه

نویسندگان هیچ تضاد منافع را اعلام نمی کنند.

منابع

1. Amoiralis ، E. I. ؛Tsili ، M. A. ؛Kladas ، A. G. ارزیابی اقتصادی ترانسفورماتور قدرت در بازارهای برق غیر متمرکز. IEEE ترانس. الکترون. 2012 ، 59 ، 2329 2341.[Google Scholar] [CrossRef]
2. چن ، س. ؛ژانگ ، ج. ؛چی ، م. ؛Guo ، C. ویژگی های تجزیه عایق فشار روغن تحت ولتاژ ترکیبی AC-DC و مدل ریاضی آن. Energies 2018 ، 11 ، 1319. [Google Scholar] [CrossRef]
3. مونتاناری ، G. C. عایق کاری برای شکست: E نقش هزینه فضا. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2011 ، 18 ، 339-364.[Google Scholar] [CrossRef]
4. Mazzanti ، G. ؛مونتاناری ، G. C. ؛Dissado ، L. A. مدل های پیری و زندگی برقی: نقش بار فضا. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2005 ، 12 ، 876-890.[Google Scholar] [CrossRef]
5. لوندگارد ، L. E. ؛هانسن ، دبلیو. ؛Linhjell ، د. ؛نقاش ، T. J. پیری کاغذهای لخته شده با روغن در ترانسفورماتورهای برق. IEEE ترانس. Deliv Power2004 ، 19 ، 230 239.[Google Scholar] [CrossRef]
6. هائو ، ج. ؛ژو ، ر. ؛لیائو ، ر. ؛یانگ ، ل. ؛Liao ، Q. روش جدید برای تجزیه و تحلیل توزیع تله کم عمق و عمیق در مقاله عایق آغشته به روغن بر اساس بارگذاری بار فضا. Energies 2018 ، 11 ، 271. [Google Scholar] [CrossRef]
7. ژو ، Y. X. ؛هوانگ ، م. ؛چن ، دبلیو دبلیو. ؛جین ، F. B. رفتار شارژ فضا عایق کاغذ روغن از نظر حرارتی تحت دمای مختلف و رطوبت. J. Elect. مهندستکنول2015 ، 10 ، 1129 1135.[Google Scholar] [CrossRef]
8. هائو ، ج. ؛چن ، ج. ؛لیائو ، ر. ؛یانگ ، ل. ؛Tang ، C. تأثیر رطوبت بر دینامیک بار فضا در عایق روغن چند لایه. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2012 ، 19 ، 1456 1464.[Google Scholar] [CrossRef]
9. تانگ ، ج. ؛چن ، ج. ؛فو ، م. ؛لیائو ، R. J. رفتار شارژ فضا در عایق کاغذ روغن چند لایه تحت ولتاژ و درجه حرارت های مختلف DC. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2010 ، 17 ، 775-784.[Google Scholar] [CrossRef]
10. ژو ، س. ؛وانگ ، ایکس ؛وو ، ک. ؛چنگ ، ی. ؛LV ، Z. ؛Wang ، H. توزیع بار فضا در کاغذهای آغشته به روغن تحت گرادیان دما. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2015 ، 22 ، 142-151.[Google Scholar] [CrossRef]
11. وو ، ک. ؛ژو ، س. ؛چن ، ایکس ؛وانگ ، ایکس ؛Cheng ، Y. تأثیر گرادیان دما بر توزیع بار فضا در مقالات آغشته به روغن. ولت بالامهندس2011 ، 37 ، 671-675.[Google Scholar] [CrossRef]
12. وانگ ، س. ؛ژانگ ، ج. ؛مو ، ح. وانگ ، د. ؛لی ، م. ؛Suwao ، s. ؛Tanaka ، Y. ؛Takada ، T. اثرات دولت در سن کاغذ بر خصوصیات بار فضا در عایق کاغذی با روغن لخته شده. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2012 ، 19 ، 1871-1878.[Google Scholar] [CrossRef]
13. هوانگ ، م. ؛ژو ، ی. ؛دای ، ج. ؛چن ، دبلیو. ؛لو ، ل. ؛SHA ، Y. حمل و نقل شارژ در عایق کاغذی از روغن با استرس گرم و برقی. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2016 ، 23 ، 266 274.[Google Scholar] [CrossRef]
14. هوانگ ، م. ؛ژو ، ی. ؛چن ، دبلیو. ؛لو ، ل. ؛جین ، اف. ؛Huang ، J. تکامل رفتار بار فضا با پیری حرارتی عایق کاغذ روغن. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2015 ، 22 ، 1381 1388.[Google Scholar] [CrossRef]
15. هوانگ ، ب. ؛هائو ، م. ؛هائو ، ج. ؛فو ، ج. ؛وانگ ، س. ؛Chen ، G. ویژگی های بار فضا در صفحه مطبوعاتی روغن و روغن و اعوجاج میدان الکتریکی پس از وارونگی قطبیت. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2016 ، 23 ، 881-891.[Google Scholar] [CrossRef]
16. هوانگ ، م. ؛ژو ، ی. ؛چن ، دبلیو. ؛Sha ، Y. ؛جین ، اف. تأثیر وارونگی ولتاژ بر رفتار بار فضا در عایق کاغذ روغن. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2014 ، 21 ، 331-339.[Google Scholar] [CrossRef]
17. هوانگ ، م. ؛ژو ، ی. ؛چن ، دبلیو. ؛لو ، ل. ؛جین ، اف. ؛Huang ، J. دینامیک شارژ فضا در رابط فیزیکی در عایق کاغذ روغن تحت ولتاژ DC. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2015 ، 22 ، 1739-1746.[Google Scholar] [CrossRef]
18. چونگ ، Y. L. ؛چن ، ج. ؛هو ، Y. F. تأثیر دما بر پویایی بار فضا در عایق XLPE. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2007 ، 14 ، 65-76.[Google Scholar] [CrossRef] [نسخه سبز]
19. فو ، م. ؛Dissado ، L. A. ؛چن ، ج. ؛Fothergill ، J. C. شکل گیری بار فضا و میدان الکتریکی اصلاح شده آن تحت وارونگی ولتاژ اعمال شده و شیب دما در کابل XLPE. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2008 ، 15 ، 851-860.[Google Scholar] [CrossRef] [نسخه سبز]
20. Gallot-Lavallée ، O. ؛Teyssèdre ، G. ؛لوران ، ج. ؛Rowe ، S. رفتار شارژ فضایی در یک رزین اپوکسی: تأثیر پرکننده ها ، دما و مواد الکترود. J. Phys. D Applفیزیک2005 ، 38 ، 2017-2025.[Google Scholar] [CrossRef]
21. هوسین ، ن. ؛چن ، G. تجزیه و تحلیل تشکیل بار فضا در LDPE در حضور محصولات جانبی متقاطع. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2012 ، 19 ، 126 133.[Google Scholar] [CrossRef] [نسخه سبز]
22. Takada ، T. ؛Sakai ، T. اندازه گیری میدان های برقی در یک رابط الکترود دی الکتریک با استفاده از یک روش مبدل آکوستیک. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول1983 ، 18 ، 619-628.[Google Scholar] [CrossRef]
23. مورشویس ، ص ؛Jeroense ، M. اندازه گیری بار فضا در مقاله آغشته شده: مروری بر روش نخود و بحث در مورد نتایج. IEEE ELECTانسولمگس1997 ، 13 ، 26-35.[Google Scholar] [CrossRef]
24. هائو ، م. ؛ژو ، ی. ؛چن ، ج. ؛ویلسون ، ج. ؛Jarman ، P. رفتار بار در فضا در صفحه ضخیم روغن تحت فشار تحت فشار HVDC. IEEE ترانس. دی الکتریکبرقانسول2015 ، 22 ، 72-80.[Google Scholar] [CrossRef]
25. Tanaka ، Y. ؛هاناوا ، ک. ؛سوزوکی ، ک. ؛Takada ، T. تکنیک بازیابی میرایی برای انتشار موج آکوستیک در روش نخود. در مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی عایق الکتریکی (ISEIM 2001) ، Himeji ، ژاپن ، 22-22 نوامبر 2001. [Google Scholar]