تخليه جزئي، آشكارسازي و مكان يابي آن در ترانسفورماتورهاي قدرت با استفاده از سيگنال هاي آكوستيك

پیشگفتار
تخلیه جزئی چیست؟ در ابتدا اجازه دهید از تعریفی که استاندارد بین المللی IEC در این رابطه ارائه کرده استفاده کنیم [2]: تخلیه جزیی  یک نوع تخلیه الکتریکی متمرکز شده ایی است که فقط پل های الکتریکی جزئی را در میان الکترودهای رسانا  بوجود می آورد و ممکن است مجاور هادی باشد و یا نباشد.
در ادامه تعریف تخلیه جزیی قصد داریم تعریفی را که دکتر حسین محسنی استاد برجسته عایق و فشار قوی دانشگاه تهران ارائه نموده اند را معرفی کنیم، تعریف ایشان بدین شرح می باشد [8] :
در مواردی ممکن است شدت میدان الکتریکی در همه طول بین آند وکاتد یک اندازه نباشد. یعنی ممکن است آند یا کاتد و یا در نقطه ایی بین آنها، شدت میدان زیاد باشد و شرایط تخلیه در آن     قسمت ها به وجود بیاید ولی در سایر قسمت ها به دلیل کمی شدت میدان الکتریکی شرایط لازم برای تخلیه کامل موجود نباشد. در این حالت تخلیه در قسمتی یا جزئی از طول عایق انجام می شود و شکست کامل عایق انجام نمی گیرد، به این نوع تخلیه، تخلیه جزئی یا کرونا می گویند.
تعاریفی که در بالا ارائه شد در بر گیرنده نکاتی می باشد که به تشریح آنها می پردازیم.
نکته اول: تخلیه جزئی عموما نتیجه تمرکز تنش الکتریکی در یک نقطه خاص از عایق، در داخل و یا روی سطح آن است. معمولا چنین تخلیه هایی به شکل پالس هایی در طول بازه زمانی کمتر از چند میکرو ثانیه ظاهر می شوند. در اکثر مواقع شکل تخلیه موجود در عایق های گازی به اصطلاح به صورت تخلیه های بدون پالسی صورت می پذیرد. این نوع تخلیه به صورت معمولی، با روش های اندازه گیری معرفی شده در استاندارد IEC آشکار سازی نمی شود.
نکته دوم: کرونا شکلی از تخلیه جزئی است که در محیط های گازی پیرامون هادی ها اتفاق می افتد و وقوع آنها در محیط های عایقی جامد و مایع بعید می باشد. پدیده کرونا را نبایستی بعنوان واژه عمومی برای این نوع تخلیه مورد استفاده قرار دهیم. برای توضیح بیشتر لازم است که تعریفی از این نوع پدیده داشته باشیم :
تخلیه های جزئی، تخلیه های الکتریکی متمرکز شده در داخل هر نوع سیستم عایقی هستند که در هر تجهیز و یا دستگاه الکتریکی این پدیده می تواند رخ بدهد. در کل تخلیه جزئی در قسمتی از مواد عایق مورد استفاده در تجهیز محدود می شود و فقط در بین الکترودهایی که ولتاژ به آنها اعمال شده پل های رسانای جزیی را تشکیل می دهد. با این حال عایق می تواند شامل مواد جامد، مایع یا مواد گازی و یا ترکیبی از آنها باشد. بنابراین واژه تخلیه جزئی شامل گروه گسترده ایی از پدیده های تخلیه می باشد که به شرح زیر می باشد.
1 ) تخلیه های الکتریکی داخلی، در حباب ها و یا حفره های بین عایق های جامد و یا مایع.
2 ) تخلیه سطحی ظاهر شده در مرزهای مواد عایقی مختلف.
3 ) تخلیه های از نوع کرونا که در عایق های گازی و در حضور میدانهای ناهمگن اتفاق می افتد.
4 ) برخورد پیوسته تخلیه های موجود در عایق های جامد که کانالهای تخلیه را به وجود می آورند.
اهمیت تخلیه جزئی بخاطر تشخیص میزان عمر و میزان سلامتی عایق است. هر نوع حادثه تخلیه باعث تغییر شکل شیمیایی در مواد بوسیله برخورد انرژی دار یون های شتاب دار و یا الکترونهای با انرژی بالا می گردد. بسیاری از انواع تخلیه ها که در بالا به آنها اشاره شد در یک بازه زمانی محدود وابستگی شدیدی به نوع ولتاژ و میزان دامنه ولتاژ اعمالی دارند. همچنین بدیهی است که فرسایش عایقی به مواد مورد استفاده و کیفیت تولید آنها نیز وابسته است.
تخلیه های از نوع کرونا در هوا هیچ دخالتی روی عمر متوسط خطوط هوایی ندارند، اما تخلیه جزئی در عمر عایقی، عایق های از نوع ترموپلاستیک  مثل پلی اتیلن تاثیر گذار هستند و می توانند باعث شکست عایقی در کمتر از چند روز بر روی عایق شوند. از این رو هدف نهایی بسیاری از تحقیقات در مورد تخلیه جزئی به عمر عایقی مواد خاصی معطوف می گردد.
عموما آشکار سازی و اندازه گیری تخلیه جزئی بر مبنای میزان تبادل انرژی در طول وقوع حادثه تخلیه جزئی می باشد که در زیر به تشریح انواع آشکار سازی می پردازیم :
1 ) جریان پالس های الکتریکی
2 ) تلفات عایق
3 ) تابشی (نور)
4 ) گسیل سیگنال های آکوستیک (صوت)
5 ) افزایش فشار و نوع گاز
6 ) فعالیت های شیمیایی
همانطور که اشاره شد تکنیک های آشکار سازی تخلیه جزئی را می توان براساس مشاهده هر یک از پدیده های بالا بدست آورد اما در بین انواع روش های آشکار سازی تخلیه جزئی،آشکارسازی توسط سیگنال های آکوستیک هم اکنون حجم بالایی از تحقیقات را در این مورد به خود اختصاص داده است. مزیت آشکار سازی توسط سیگنال های آکوستیک بخاطر آشکار سازی سریع و آنلاین و مهمتر از همه مکان یابی تخلیه جزئی می باشد.گفتنی است روش آشکار سازی آکوستیکی، تنهای روشی است که   می تواند موقعیت تخلیه جزئی را نیز بدست آورد. بنابراین ما نیز در این پایان نامه بدلیل مزیت های بالای این روش نسبت به سایر روش ها، مبنای تحقیق و بررسی را بر این اساس گذاشته و سعی بر آن داریم که یک طرح مبسوط و کاملی را از آن ارائه نمائیم.

فهرست مطالب :
پیشگفتار
فصل اول
آشنایی با تخلیه جزیی
مقدمه
(1-1  نگاه اجمالی
1-2  ) ویژگی های پایان نامه
1-3 ) سازماندهی پایان نامه
فصل دوم
بررسی ابعاد مختلف تخلیه جزئی
1 – 2 ) تخلیه جزیی و ایزلاسیون
2-2 ) حالت های شکست عایقی
2-3 ) استاندارد های  تخلیه جزیی
2–4 ) شاخص مسیرهای تعقیب مقایسه ایی  (CTI)
2–4–1 ) گروه بندی مواد
2¬¬¬−5) بررسی اثر رطوبت در تخلیه جزئی
2−5−1) بررسی علل تولید رطوبت در ترانسفورماتور
(2-5-2 رطوبت باقیمانده در ترانسفورماتور نو
(2-5-3 تجزیه كاغذ و روغن
(2-5-4 تاثیرات نامطلوب رطوبت در ترانسفورماتور
(2-5-5 تشكیل آب در روغن
(2-5-6 تولید حباب در دماهای بالا
(2-5-7 تشدید تخلیه جزیی
(2-5-8 فشار مكانیكی سیم‌پیچ
(2-5-9 روش‌های اندازه‌گیر ی رطوبت موجود در روغن
(2-5-10 روش تیتراسیون كارل- فیشر
(2-5-11 استفاده از سنسور خازنی
(2-5-12نحوه اندازه‌گیری رطوبت در عایق كاغذ ترانسفورماتور
(2-5-13 مزایای استفاده از روش‌های آنلاین تعیین مقدار رطوبت
(2−5−14 نتیجه‌گیری
فصل سوم
روش های آشکار سازی تخلیه جزئی
مقدمه
3–1) تخلیه جزیی
3-2) روش های آشکار سازی
3-2-1) آشکار سازی شیمیایی
2-2-3 ) آشکار سازی الکتریکی
3-2-3 ) آشکار سازی آکوستیکی
3-3 ) سیستم های آشکار سازی آکوستیکی
3-3-1 ) انتشار موج آکوستیک
3−3−2) سیستم های رایج
فصل چهارم
طراحی سیستم های سنسور
مقدمه
بخش 4-1)  استفاده از سنسور در ترانسفورماتور فشار قوی
4-2) عملکرد سنسور
4-3) پارامترهای سنسور
4-3-1 ) حساسیت
4-3-2) پاسخ فرکانسی
4-4) تست سنسورها
1 −4 − 4 ) متدلوژی آزمایش
2 − 4 − 4 ) تنظیم آزمایش
3 − 4 − 4 ( نتایج آزمایش
4-4-4) اندازه گیری با سنسور فیبر نوری
فصل پنجم
طراحی سیستم مکان یاب
مقدمه
1 − 5 ) ذکر خصوصیات سیستم
2 − 5 ) الگوریتم مکان یاب
3 – 5 ( ورود اختلاف زمانی
1− 3 − 5 ) آشکار سازی محاسبات با استفاده از فیلترهای بالاگذر
-3-2 5 ) همبستگی
4 – 5 ) نرم افزار
2 – 5 ) آزمایش و شبیه سازی موقعیت یابی
1 – 2 – 5 ) نتایج شبیه سازی
2 – 5 – 5 ) نتایج آزمایشات
5-6 ) روش آشکارسازی تخلیه جزیی با استفاده از الگوریتم ژنتیک
(5-6-1 روش حل معادله با روش تکرار
(5-6-2 معرفی روش حل الگوریتم ژنتیک
(5-6-3 شبیه سازی ها و نتایج الگوریتم ژنتیک
(5-6-4 نتیجه گیری
فصل ششم
جمع بندی
مقدمه
1 – 6 ) نتایج
(6-2 ویژگی های پایان نامه
پیوست الف ) همبستگی و اختلاف زمانی دریافت سیگنال
پیوست ب ) کدنویسی متلب
1- ب) نرم افزار مکان یاب
2– ب) نرم افزار TDOA
پیوست ج) نتایج موقعیت یابی
منابع و مآخذ