دانلود  مقالات برق

اندازه گيري و آناليز تخليه جزئي

مقدمه

بدون شك عايق الكتريكي قسمت اعظم يك ترانسفورماتور را تشكيل داده و مهمترين وظيفه ، يعني تحمل ولتاژ را بعهده دارد . از اين رو وضعيت عايق ترانسفورماتور داراي نقش مهمي براي افزايش قابليت اطمينان شبكه هاي توزيع انرژي الكتريكي ، تعميرهاي به موقع و ممانعت از خسارتهاي جاني و مالي مي باشد . كيفيت عايق الكتريكي ترانسفورماتور كه قسمت اعظم آن از روغن و كاغذ آغشته به روغن تشكيل شده است ،با گذشت زمان دراثر عواملي همچون دماهاي شديد ولتاژهاي بالا و نيروهاي شديد مكانيكي كاهش مي يابد . با كاهش كيفيت عايق و افزايش عمر ترانسفورماتور، احتمال معيوب شدن آن زياد مي شود . بنابراين مانيتورينگ عايق ترانسفورماتور بالاخص ترانسفورماتورهاي پير ضروري است .

عايقهاي الكتريكي بايد خواص الكتريكي ، حرارتي ، مكانيكي و شيميايي مشخصي داشته باشند ،  تا كاركرد مناسب دستگاهي كه در آن استفاده مي شوند را تضمين نمايند . اين خواص متنوع كه داراي ماهيتهاي متفاوتي مي باشند, باعث پيچيدگي و گستردگي مانيتورينگ عايق ترانسفورماتور شده اند . از مهمترين روشهاي بررسي كيفيت عايق ترانسفورماتور مي توان به موردزير اشاره كرد :

1- اندازه گيري تخليه جزئي

2- اندازه گيري گازهاي حل شد در روغن

3- اندازه گيري ولتاژ برگشتي ( RVM )

4- اسكپتروسكوپي در حوزه زمان ( اندازه گيري جريان پولاريزاسيون و دپولاريزاسيون (PDC ))

5- اسكپتروسكوپي در حوزه فركانس ( اندازه گيري ظرفيت الكتريكي و ضريب تلفات عايقي )

ازروشهاي فوق الذكر ، روش تخليه جزئي بحث اين فصل بوده و ساير روشها به طور مناسب در ساير فصول اين تحقیق به تفصيل موردبحث و بررسي قرار خواهند گرفت . ابتدا پديده تخليه جزئي معرفي شده و سپس انواع آن مطالعه خواهند شد .

 

 معرفي پديده تخليه جزئي(Partial discharge)

هميشه نمي توان در ساخت قطعات عايقي مانع ايجاد ناهمگني و ناخالصي در مواد عايقي شد . وقتي عايق موردنظر بين الكترودها قرار گرفته وولتاژ اعمال مي شود ، در نقاطي ازعايق كه ناخالصي وجود داشته و ضعيف مي باشند ، شدت ميدان الكتريكي بالا خواهد بود . در نتيجه ممكن است يك تخليه الكتريكي موضعي خيلي سريع روي دهد ، كه تخليه جزئي ناميده مي شود .

تخليه جزئي به تخليه هاي موضعي داخل سيستم عايقي كه فقط محدود به يك قسمت از ماده        دي الكتريك بوده و به صورت جزئي بين الكترودها پل برقرار مي كند ، گفته مي شود . ممكن است تخليه جزئي مستقيما از يكي از الكترودها شروع شده باشد و يا بدون ارتباط با هيچ الكترودي در حفره اي از عايق روي هد .این پدیده با پخش امواج الکترومغناطیسی همراه است ولذا به عنوان یک پدیده مزاحم برای رادیو و تلویزیون ومخابرات بیسیم وگاهی مخابرات با سیم محسوب می شود .

شروع تخلیه جزیی رابطه مستقیمی با ولتاژ اعمالی به دستگاه دارد.ولتاژی که در ان تخلیه جزیی شروع می شودولتاژ شروع تخلیه جزیی گویند.در مواردی که اضافه ولتاژهای گذرایی پیش اید, ممکن است ولتاژاعمال شده از ولتاژشروع تخلیه جزیی بیشتر شود.در این حالت نیز باید دقت داشت که با پایین آمدن ولتاژ به حد نامی خود تخلیه جزیی خاموش شود. در حقیقت تخلیه جزیی دارای پسماند است, یعنی در ولتاژ بالاتری روشن ودر ولتاژ پایین تری خاموش می شود .اگر ولتاژ بالا رود و تخلیه جزیی شروع شود وبا پایین امدن ولتاژ به حد نامي خود تخلیه جزیی خاموش نشود, عایق در طول زمان تخریب می شود. اختلاف ولتاژ در روشن وخاموش شدن تخلیه جزیی بستگی به ماده عایق دارد.  در زیر انواع معمول تخليه هاي جزئي به كمك ساختار هاي عايقي ساده اي نشان داده شده اند ، كه عبارتند از :

1- تخليه كرونا :

كرونا به دليل بالا بودن شدت ميدان الكتريكي در نوك تيز هاديها و تجهيزات فشار قوي و همچنين حول خطوط انتقال انرژي الكتريكي رخ مي هد .اين نوع تخليه معمولا بر روي نقاط تيز با پتانسيل فشار قوي ، نقاط تيز با پتانسيل زمين كه در ميدان الكتريكي قرار گرفته باشد و يا حتي در الكترودهاي تيزي كه در وسط ميدان الكتريكي واقع شده باشند ، مشاهده مي شود .

اگر چه ايجاد كرونا بر روي خطوط انتقال تاثيري بر طول عمر اين

خطوط ندارد و تنها باعث تلفات الكتريكي و نوزهاي مخابراتي

مي شود ، ولي وجود نوك هاي تيز درون تجهيزات فشار قوي كه  

شکل (2 – 1)

درمجاورت عايقهاي الكتریكي مي باشند ، باعث خراب شدن اين عايقها مي گردد .

2- تخليه سطحي :

اين نوع تخليه بر روي سطح خارجي عايق جامد و يا مايع صورت مي پذيرد . در حقيقت تخليه سطحي تخليه اي است كه بر روي سطح مشترك دو عايق از دو نوع ماده مختلف رخ مي دهد. استقامت الكتريكي بر روي فصل مشترك دو عايق الكتريكي كمتر از استقامت الكتريكي هريك از عايقها به تنهايي مي باشد .  تخليه جزئي به دليل بالا بودن شدت ميدان در نقاطي از اين سطح رخ       مي دهد . در صورتي كه فصل مشترك دو عايق در جهت خطوط نيرو و ميدان الكتريكي باشد و يا بعبارتي ديگر اين فصل مشترك تشكيل يك خط

 هم پتانسيل را ندهد ، استقامت الكتريكي اين فصل

 مشترك كمتر از هر يك از عايقها مي باشد . بنابراين

شکل (2 – 2)

 قرار دادن قصل مشترك دو عايق در جهت خطوط

 هم پتانسيل بسيار مناسب و بر عكس قرار دادن فصل مشترك دو عايق در جهت خطوط نيرو بسيار نامناسب مي باشد . در صورتيكه امكان قرار دادن فصل مشترك بر روي سطح هم پتانسيل وجود نداشته باشد بايد سعي كرد كه فصل مشترك دو عايق با خطوط ميدان زاويه بزرگي را داشته باشد .

 

3- تخليه درمواد عايقي مركب :

اين تخليه نيز مشابه تخليه سطحي در صورت وجود چند نوع ماده عايقي در كنار يكديگر روي        مي دهد . در برخي حالتها ، همچون فاصله بين دو سيم پيچي در ترانسفورماتور هاي خشك كه داراي عايقي مركب از هوا و رزين اپوكسي مي باشد ،

ممكن است قسمت اعظم ولتاژ روي يكي از عايقها

شکل (2 – 3)

افتاده و باعث بروز چنين تخليه اي در آن عايق شود .

 

 

 

4- تخيله جزئي در منافذ و حفره ها :

توليد عايق بدون منافذو حفره ها در عمل غير ممكن است . شدت ميدان در اين منافذ و
حفره ها ، گر چه ابعاد خيلي كوچكي دارند ، بالا مي باشد . به دليل اين شدت ميدان بالا ، ممكن است در آنها تخليه جزئي روي دهد . همچنين اين

 نوع تخليه مي تواند به دليل اتصال ناقص عايق به

 الكترودها ، دراثر وجود ناهمواريهاي سطحي بر

شکل (2 – 4)

 روي عايق بوجود آيد .

حال فرض مي كنيم عايق شماره 1 هوا باشد . با  و عايق شماره دواز جنس زرين با
در حقيقت رزين ريختگي عايق اصلي ماست ولي به دليلي , يك شكاف نازك هوا در آن بوجود آمده است كه ضخامت آن   و ضخامت رزين      است

اگر عايق با عددي الكتريك بزرگ شكاف بردارد و هوا داخل شكاف شود ميدان الكتريكي در شكاف زياد مي شود و دراين صورت در آن شكاف جرقه هاي كوچكي مي زند كه تخليه جزئي خوانده مي شود .اين تخليه اگر چه در ابتدا بي اهميت است ولي درطول زمان ممكن است عايق را خورده و باعث تخريب آن شود . در ترانس هاي روغني بايد دقت داشت كه حباب هاي هوا در لابلاي عايق هاي كاغذ نماند براي اين منظور تزريق روغن بايد در حالي انجام شود كه سيم پيچ در خلأ قرار دارد .

5- تخليه الكتريكي در كانالهاي تريينگ :

وجود حفره هاي كوچك در داخل عايقهاي جامد و بالا بودن شدت ميدان در اين حفره ها نوع خاص ديگري از تخليه جزئي را ايجاد مي كند كه باعث خورده شدن عايق از داخل شده و شكلهايي نظير درخت و يا بوته را بوجود مي آورد كه به آن تريينگ گفته مي شود . ادامه اين نوع تخليه باعث گسترش شاخه هاي درخت ايجادشده خواهدشد كه درنهايت ممكن است منجر به تخليه كامل گردد. اين تخليه عمدتا خيلي ناپايدار بوده و خيلي سريع باعث رشد درخت مي شود. براي مدت طولاني هيچ نشانه اي از تخليه مشاهده نمي شود ، اما پس از شروع به رشد ،

درخت ايجاد شده در مدت كوتاهي منجر به تخليه كامل مي گردد .

 در این گونه موارد جهت ممانعت از شكست الكتريكي كامل بايستي

شکل (2 – 5)

 ولتاژ را كاهش داد .

 

مانيتورينگ عايق ترانسفورماتور با استفاده از اندازه گيري تخليه جزئي

امروزه روش نسبتا جديد اندازه گيري تخليه جزئي براي مانيتورينگ عايقها موردتوجه قرار گرفته است . به كمك اين روش مي توان نتايج كيفي با ارزشي را درمورد وضعيت استحكام الكتريكي ساختار عايقي بدست آورد .

با اندازه گيريهاي تخليه جزئي مي توان علاوه بر پيش بيني بروز عيب ، نتايج مهم ديگري را بدست آورد . به عنوان مثال تخريب ناگهاني عايق در اثر اضافه ولتاژهاي صاعقه و يا كليد زني و نيز پيري زودرس ناشي از دما و يا رطوبت بالاي روغن ، از جمله عواملي هستند كه قابل تشخيص با اين روش مي باشند . با ثبت وپردازش داده ها و بررسي تك تك پارامترها و اثرات مربوطه ، مي توان درموردمسائل مختلف و مهمي همچون ميزان اضافه بار مجاز و زمانهاي مناسب خروج از مدار ابراز نظر كرد .

دراثر يك تخليه جزئي ، پديده هاي مختلف نوري ، شيميايي ، الكترومغناطيسي ، الكتريكي و صوتي اتفاق مي افتند . هر كدام از اين پديده ها مي توانند جهت تشخيص علت وقوع آنها ، يعني تخليه جزئي مورداستفاده قرا رگيرد . امكان پذيري و موثر بودن هر كدام از آنها به عنوان روشهاي مختلف آشكار سازي تخليه جزئي در ادامه مورد بررسي قرار مي گيرد :

1- آشكار سازي نوري تخليه جزئي :

آشكار سازي نوري تخليه جزئي فقط در تخليه كرونا، تخليه سطحي و تخليه داخلي در عايقهاي شفاف امكان پذير مي باشد . اگر نمونه تحت آزمايش به يك اتاق تاريك منتقل شود ، نور مرئي و نور ماوراءبنفش ناشي از پديده تخليه جزيي را مي توان مشاهده نمود و محل عيب را مشخص كرد . كاغذ و روغن در كل محدوده طيفي مادون قرمز تا ماوراء بنفش يك ميرايي خيلي بزرگ را از خود نشان مي دهند . بنابراين روش اشكار سازي نوري را نمي توان درموردترانسفورماتورها بكار برد .

2- آشكار سازي شيميايي تخليه جزئي :

وقوع واكنش هاي شيميائي جزء آثار تخليه جزئي درعايقهاي الكتريكي مي باشد. به اين دليل برخي روشهاي اشكار سازي تخليه جزئي بر مبناي اين واكنش ها بوده و به كمك آنها ميتوان وجود يا عدم وجود چنين تخليه هائي پي برد در داخل روغن ترانس نيز ممكن است تخليه هائي انجام شود  از آنجا كه اين تخليه ها منجر به شكست كامل عايق نمي شوند به آن تخليه جزئي مي گويند . تخليه جزئي در روغن سبب تجزيه آن مي شود به طوري كه روغن به گازهاي مختلف هيدروكربورها مانند استيلن تجزيه مي شود. گازهاي ديگر مانند اتان و متان و اتيلن و غيره نيز به ميزان كمتر و هيدروژن به ميزان نسبتا بيشتر توليد مي شود. اين گازها به ميزان قابل توجهي در روغن حل مي شوند و بندرت و فقط وقتي تخليه شديد باشد ، از روغن خارج مي گردند . لذا تا مدتي نمي توان متوجه ايجاد آنها شد . تخليه در روغن مي تواند باعث ايجاد نوعي موم گردد كه نام آن X – واكس يا موم مجهول است . اين موم نيز مي تواند باعث تخريب كاغذ و انفجار ترانس گردد . X – واكس نوعي موم است كه چون در ابتدا به ماهيت آن پي نبردند به آن اين نام را دادند. اگر گازهاي CO و CO2 نيز در روغن ایجاد شده باشند بيانگر دخالت كاغذ در تخلیه جزیی است و با از بين رفتن كاغذ ، ممكن است به ترانس صدمات جبران ناپذيري وارد شود .

با توجه به مطالبي كه در بالا گفته شد تجزيه و تحليل گازهاي محلول در روغن نيز مي تواند به عنوان يكي از روشهاي اشكار سازي تخليه جزئي مورداستفاده واقع شود . مشكل اين روش در زمانبر بودن آن درعيب يابي ترانس است. با وجود اين به دليل كاربرد زياد آن و مفيد بودن آن درمواقعي كه زمان نقش مهمي را  بازي نمي كند مورد استفاده واقع می شود. درفصل پنجم تجزيه و تحليل گازهاي محلول در روغن به طوركامل مورد بررسي قرار گرفته است .

3- آشكار سازي الكترومغناطيسي تخليه جزئي :

تخليه هاي جزئي ، سيگنالهايي با فركانس بالا را از خود منتشر مي كنند كه مي توانند جهت آشكار سازي آنها مورداستفاده قرار گيرند. اين اندازه گيريها در محدوده فركانسي 100 مگاهرتز تا يك گيگا هرتز قابل انجام بوده اند . موفقيت اين اندازه گيريها تاكنون در آزمايشگاهها بوده است و هنوز اعتبار آنها درمحل بهره برداري  نشان داده نشده است .

4- آشكار سازي الكتريكي تخليه جزئي :

اندازه گيري تخليه جزئي به روش الكتريكي ، يكي از آزمايشهاي استاندارد ترانسفورماتور ها است . اشكار سازي الكتريكي بر اساس تسخير كردن پالس هاي بوجود آمده در اثر جريان هاي تخليه جزئي پايه گذاري شده است . اين پالس ها در حدود چند نانو ثانيه طول كشيده و فركانس آن متجاوز از يك مگاهرتز است .

دامنه پالس بيانگر نوع خطاي تخليه جزئي و شدت خطري است كه عايق را تهديد مي كند .        اندازه گيري هاي الكتريكي نيازمند خازن متصل شونده است كه بايد به ترمينال فازترانس متصل شود. در این  روش به وسائل ثبت كننده در حوزه زمان نياز است ( مانند اسيلوسكوپ) تا بوسيله آن سيگنال تخليه جزئي تسخير شود . پس از آن سيگنال تخليه جزئي بوسيله چندين شيوه تحليل ديجيتالي مشخص مي شود . اين شيوه اندازه گيري تخليه جزئي داراي يك مزيت بسيار عالي است و آن سرعت بسيار زياد در جواب اندازه گيري است يعني يك مانيورينگ با جواب بلادرنگ .

اين شيوه داراي محدوديت هائي است . محدوديت اول آن تاثير پذيري از نويز است . محيط اطراف ترانسفورماتورهاي ولتاژ بالا شامل انواع سطوح بالاي نويزهاي الكتريكي است . مشكل اصلي در اين بين تمايز قائل شدن بين نويز و سيگنال PD است زيرا دامنه پالس PD بسيار كوچك است .

اين مشكل سبب ايجاد خطا در اشكار سازي PD دريك مانيتورينگ online مي شود . براي حل اين مشكل  مي توان عمل اشكار سازي تخليه جزئي را به روش الكتريكي در زمان خروج ترانس از مدار ( offline ) انجام داد كه اين مورد خود موجب ضرر مالي بهره بردار مي شود . البته به كمك فيلترهاي ديجيتالي جديد حساسيت اين روش همواره در حال بهبود است . با استفاده از پردازش مناسب داده ها ، طراحي دقيق فيلترهاي ديجيتالي و پياده سازي الگتوريتمهاي جبران كننده نويزها ، مي توان اختلالات و نويزهاي مختلف را كاهش داده وبه اندازه گيريهاي مطمئنتر دست يافت . با چنين تمهيداتي كاهش سطح نويز از pc 30000 به  pc1000 امكان پذير شده است .

 مشكل ديگر دراشكار سازي تخليه جزئي وابسته بودن خصوصيات پالس دريافتي به ابعاد ترانس و اجزاء داخل آن است . اجزاء مختلف داخل ترانس مي تواند شكل پالس اندازه گيري شده را تغيير دهد و سبب اشتباه در شناسايي نوع خطاي تخليه جزئي شود.

 با وجود مشكلات ذكر شده در بالا ، اين سيستم هاي اندازه گيري بصورت گسترده در سرتاسر جهان استفاده مي شوند . در زیر این روش مانیتورینگ عایقها مورد بررسی قرار گرفته است .

 

مدار معادل الکتریکی تخليه جزئي

دراين بخش چگونگي ايجاد تخليه جزئي در يك ساختار عايقي ساده توضيح داده شده و سپس مدار معادل الكتريكي آن نتيجه گيري مي شود . مدار معادل تخليه جزئي در طراحي مدارهاي آزمايش آن بسيار مفيد مي باشد . همچنين به كمك مدلسازي مي توان رفتار
تخليه هاي جزئي را بهتر بررسي نمود .

مدارمعادل يك ساختار عايقي ساده

فرض مي كنيم كه يك خطاي كوچك مثلا يك حفره ، در يك ماده عايقي جامد يا مايع وجود داشته باشد .

Rt

(Ct) دستگاه تحت ازمایش

 

B

شكل (2-6 )

ظرفيت حفره در عايق ، درمدار معادل با C₁ نشان داده شده است . خطوط ميداني كه از الكترودها شروع شده وبه حفره منتهي مي شوند ، توسط خازن C₂ در مدار معادل مدل
شده اند . خازن C₃ قسمتهايي از عايق را كه سالم و بي عيب مي باشند شبيه سازي مي كند . اين خازن از تركيب ظرفيتهاي C₃ نتيجه مي شود .

                                                                  

اگر ولتاژ خازن Ct از يك حد معيني تجاوز كند ، فاصله هوايي به عنوان يك كليد حساس به ولتاژ عمل كرده و خازن Ct از طريق مقاومت R_t دشارژ مي شود .مقاومت R_t فقط دامنه جريان تخليه

 (t) i_t را محدود مي كند .مدت زمان چنين تخليه اي براي حفره هاي كوچك در حد نانوثانيه است . افت ولتاژΔU₁ در حفره ، كه در اثر جريان تخليه (t) i_t ايجاد مي شود ، باعث تغيير بار به ميزان زير مي گردد :

بايد توجه شود كه(t) i_t يك جريان موضعي بوده و قابل اندازه گيري نيست . افت ولتاژ منتجه ΔU_t   بين پايانه هاي B,A قابل محاسبه است . اندازه اين افت ولتاژ را مي توان با مقايسه بار ذخيره شده قبل و بعد از تخليه بدست آورد

براساس تخمينهاي تجربي براي مقادير C₃,C₂ مقدار    در محدوده ميلي ولت تا ولت قرار دارد ، درحاليكه مقدار    درمحدوده كيلوولت است . ازآنجائيكه مقادير C₁ و C₂ معمولا نامعلوم مي باشند ، نمي توان كميات محل تخليه( ΔU₁و  Δq₁) را از Δqtنتيجه گرفت .

اساس مدار آزمايش تخليه جزئي

دستگاه مورد آزمايش كه تا اينجا فقط با دو پايانه B,A موردمطالعه قرار گرفت ، در عمل همواره به يك منبع ولتاژ و يك خازن ارتباطي C_k وصل مي شود . همانطوريكه در شكل(2-7 ) ديده مي شود ، يك جريان گردشي i(t) خواهيم داشت كه به دليل ماهيت فركانس بالاي آن و در اثر بكارگيري امپدانس Z از منبع ولتاژ جاري نمي شود . به همين دليل جريان هاي تداخلي فركانس بالاي موجود در طرف منبع ولتاژ نيز كاملا جزئي وارد دستگاه و خازن ارتباطي مي شوند .              

 

 تعاريف بارهاي ظاهري و قابل اندازه گيري

اندازه جريان گردشي قابل اندازه گيري i(t) به نسبت C­_k/ C_t بستگي دارد ، زيرا جهت جبران افت ولتاژ  ، بار از خازن C_k برداشته مي شود . در حالت ايده آل كه _m/q يك كميت اصلي براي ارزيابي حساسيت اندازه گيري در آزمايش  تخليه جزئي                         مي باشد . براي افزايش حساسيت اندازه گيري بايستي خازن ارتباطي C_k را در مقايسه با خازن Ct بزرگ انتخاب كرد .

اصول اندازه گيري تخليه جزئي

 پالسهاي تخليه جزئي اغلب حاوي مشخصه هاي مهمي در مورد فرآيند هاي تخليه جزئي در دستگاه مورد آزمايش مي باشند . مشخصه هاي زماني يك تخليه الكتريكي به شدت تابع نوع عيب و طراحي كل ساختار عايقي هستند . شكل موج يك پالس جريان قابل اندازه گيري i(t) ( جريان گردشي ) درشرايط معين تصويري از فرايند تخليه فيزيكي در محل عيب مي باشد . البته توجه شود كه مدار آزمايش مي تواند روي سيگنالهاي جريان تاثير بگذارد . البته لازم به ذكر است تفسير مقدار تخليه جزيي اندازه گيري شده كار ساده اي نيست و قاعده اي دقيق براي ارتباط عمر باقيمانده ترانسفورماتور ونحوه تغييرات PD هنوز مشخص نشده است. اما انچه مسلم است يك ترانس بدون عيب بايد PD معيني داشته باشد وهر چه نرخ  افزايش PD زياد شود بيانگر خطرناك بودن واحتمال بيشتر وقوع خطاست.

Z

um(t)

Ck

i(t)

اسیلوسکوپ

Ct

Ck

Cs

 

 

اساس كار اندازه گيري پالسهاي تخليه جزئي در شكل (2-9) نشان داده شده است . وظيفه تقويت كننده بالا گذر ، كه مستقيما به مقاومت اندازه گير وصل شده است ، حذف جريان فركانس قدرت  i_-t و تقويت بيشتر پالسهاي تخليه جزئي مي باشد .

ولتاژ u_m(t)  درمقاومت اندازه گير ، يك افزايش سريع ولتاژ با يك كاهش نمايي با ثابت زماني  را نشان مي دهد .روشن است كه شكل پالس اوليه توسط عناصر مدار تغييرپيدا خواهد كرد .

 مدارهاي اندازه گيري تخليه جزئي مطابق استاندارد IEC

براساس روش قرار دادن امپدانس اندازه گيري Z_m مدارهاي آزمايش مختلفي توسط استاندارد   IEC 270   ارائه شده است . در بيشتر موارد در روش آشكار سازي الکتریکی Z_m با خازن ارتباطي C_k سري مي شود .

IEC 270  در این مدارها Cc کابل کواکسیال,

 Iدستگاه اندازه گیری و   Zm  امپدانس اندازه گیری می باشد

انواع نويزها و تداخلات درمدارات اندازه گيري

حساسيت آزمايشهاي تخليه جزئي در عمل در اثر نويزهاي مختلف كاهش مي يابد . سيستمهاي اندازه گيري مختلف جهت آشكار سازي تخليه هاي جزئي ، داراي تواناييهاي متفاوتي در كاهش نويزهاي معين مي باشند . شناسايي اين نويزها مي تواند به طور موثر دراندازه گيري دقيقتر تخليه هاي جزئي كمك نمايد . منشأ تداخلات را مي توان به صورت زير تقسيم كرد .

·        تداخلات ناشي از شبكه برق :

 تداخلات ناشي از شبكه برق در اندازه گيريهاي تخليه جزئي اختلال ايجاد مي كنند .قرار دادن يك فيلتر در ورودي تغذيه مدار آشكار ساز تخليه جزئي به مراتب باعث حذف اين تداخلات خواهد شد.

·        تداخلات ناشي از منبع فشار قوي :

تخليه هاي جزئي بوجود آمده در ترانسفورماتور فشار قوي موجب تداخلاتي در مدار آشكار ساز مي شود . بنابراين اين ترانسفورماتور بايد عاري از تخليه هاي جزئي باشد و يا يك فيلتر فشار قوي بعد از ترانسفورماتور قرار داده شود تا پالسهاي تخليه جزئي ناشي از ترانسفورماتورحذف گردند .

·        تداخلات ناشي از اتصالات مدار فشار قوي :

اگر اتصالات مدار فشار قوي به طور صحيح طراحي نشوند ، تخليه هاي جزئي كرونا در نوكهاي تيز اين اتصالات ايجادمي شوند. لذا بايد اتصالات بصورت استوانه و كره با قطرهاي كافي ساخته شوند تا از كرونا جلوگيري شود .

·        تداخلات ناشي از خازن ارتباطي :

خازن ارتباطي نيز بايد عاري از تخليه هاي جزئي باشد.

·        تداخلات ناشي از پايانه ها :

پايانه ها به محل اتصال بوشينگ ترانسفورماتورها گفته مي شود . ايجاد تخليه هاي جزئي در    پايانه ها باعث اشتباه در آشكار شازي تخليه هاي جزئي احتمالي در دستگاههاي موردآزمايش  مي شود.بايستي پايانه ها قبلا آزمايش شده و وضعيت آنها مشخص شود .

·        تداخلات ناشي از امواج الكترومغناطيسي موجود در محيط :

امكان دارد كه امواج الكترومغناطيسي منتشره در محيط توسط مدار آشكار ساز ظاهر شوند .

·        تداخلات ناشي از نويز كنتاكتها:

كنتاكتهاي بد و ضعيف در مدار فشار قوي و يا سيستم زمين موجب تخليه هاي جزئي و تداخلات در سيستم آشكار خواهند شد كه جداسازي آنها از پالسهاي تخليه جزئي در دستگاه تحت آزمايش مشكل مي باشد . بنابراين اتصالات خوب موجب بدست آمدن نتايج مطمئنتري      خواهد شد .

 اندازه گيري تخليه جزئي با باند پهن و باند باريك

اندازه گيري تخليه جزئي اغلب از طريق امواج الكترومغناطيسي كه بر اثر اين تخليه ايجاد مي شود ، اندازه گيري مي گردد . البته ديگر پديده هاي همراه تخليه جزئي را نيز مي توان اندازه گيري نمود . از جمله همراه با تخليه جزئي صدا ايجاد مي گردد .

براي اندازه گيري نوسانهاي الكترومغناطيسي ناشي از تخليه جزئي بايد يك ارتباط الكتريكي بين عايق و دستگاه اندازه گيري ايجاد نمود . اين ارتباط مي تواند از طريق يك آنتن يا از طريق يك خازن باشد . دستگاه اندازه گيري ، نوسانها و پالسهاي ناشي از تخليه جزئي را , از نظرهاي مختلف تجزيه و تحليل مي كند . البته همه دستگاهها قادر به تجزيه و تحليل تمام مشخصات پالسهاي امواج الكترومغناطيسي نيستند . يك نوع از اين دستگاهها فقط يك فركانس معين را از ديگر نوسانها جدا كرده و ولتاژ آن را اندازه گيري مي كند . اين نوع دستگاه به نام دستگاه اندازه گيري باند باريك خوانده مي شود .اين دستگاه را ولتمتر سلكتيو يا سطح سنج نيز مي نامند . اين دستگاهها شبيه راديو هستند ولي درخروجي يك ولتمتر دارند . از اين نوع دستگاه براي اندازه گيري پارازيتهاي ناشي از تخليه جزئي (Radio Interference Voltage) نيز استفاده مي شود . باند باریک دارای پهنای باند 9KHZتا30KHZ   است. جهت كاهش نويزها هنگام اندازه گيري بايستي فركانس مركزي باند باريك در حد چند مگاهرتز انتخاب شود. نوع ديگر از دستگاههاي اندازه گيري فقط يك فركانس را      اندازه گيري نمي كنند ، بلكه باند نسبتا پهني از فركانسها را اندازه مي گيرند . دستگاه اندازه گيري باند پهن احتياج به يك خازن ارتباطي نسبتا بزرگ دارد. باند پهن دارای پهنای باند 100KHZتا400KHZ   است.

اين مدار براي باند پهن و باند باريك هر دو قابل استفاده است ، ولي در باند پهن خازن C_k بايد بزرگ باشد . در اين مدار يك ترانسفورماتور فشار قوي منبع ولتاژ است.  L   به عنوان فيلتر قرار دارد. اين فيلتر مانع ورود فركانس هاي خارج به قسمت مورد نظر و مانع خروج پالسهاي تخليه جزئي از قسمت موردنظر است . افت ولتاژ بر روي مقاومت R ، يعني u به دستگاه اندازه گيري M وارد مي شود . معمولا موازي با مقاومت ، يك پيچك وجود دارد تا فركانس صنعتي را حذف كند . ممكن است براي حفاظت دستگاه اندازه گيري يك برقگير نيز موازي مقاومت و پيچك قرار داده شود . اين دستگاه كه داراي دو سر ورودي و دو سر خروجي است ، چهار سر(Quadri pole) خوانده مي شودو با علامت QP مشخص شده است. دستگاه اندازه گيري مي تواند باند پهن يا باند باريك باشد . در باند باريك ممكن است مقاومت چهارسر حذف شده و در عوض يك خازن متغيير با پيچك  سري يا موازي گردد . خازن متغيير را مي توان تغيير داد تا مدار در فركانس موردنظر به حالت تشديد در آيد . براي باند باريك لازم نيست C_k بزرگ باشد . ظرفيت ارتباط فرعي مقره عبوري كفايت مي كند . اين ظرفيت درحدود 100 تا 200 پيكوفاراد است .

براي باند پهن ، خازن C_k بايد همچنان موجود باشد تا جريان لازم را در لحظه اي كه پالس تخليه جزئي رخ مي دهد ، تامين نمايد . درباند باريك خازن C_k مي تواند كوچك باشد .

در آزمايشگاههاي داراي حفاظ الكترومغناطيسي مي توان اندازه گيري هاي تخليه هاي جزئي را با حساسيت خيلي بالايي انجام داد . در جاهايي كه بكارگيري چنين حفاظي ميسر نباشد ، فقط به كمك فيلترهاي ديجيتال مي توان به يك حساسيت كافي دست يافت . به اين منظور در سالهاي گذشته روشهاي ديجيتالي مناسبي ارائه شدند كه با استفاده از آنها نويزهاي باند باريك به اندازه كافي در سيگنالهاي اندازه گيري تضعيف مي شوند .

براساس استاندارد اندازه گيري كيفي تخليه هاي جزئي در ترانسفورماتورها فقط با اندازه گيري هاي با باند محدود امكان پذير است. در اين محدوده فركانسي نمي توان طيف تخليه هاي جزئي دستگاه تحت آزمايش را از طيف مربوط به تخليه هاي كرونا در مدار اندازه گيري جدا كرد .بنابراين با فيلترهايي كه تا كنون استفاده شده نمي توان اين نويزهاي كرونا را حذف و يا تضعيف كرد .