چکیده
-در این مقاله ولتاژ تخلیه الکتریکی مقره هاي آلوده بر اساس شکل موج هاي مختلف نظیر امواج biexponential (مشخصه هاي مختلف رعد و برق و پالس ضربه) و امواج ac با فرکانس هاي مختلف با استفاده از مدار معادل شبکه الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج بررسی
و شبیه سازي نشان می دهد که براي یک مقاومت مشخص در لایه آلودگی، هر چه ولتاژ پالس کوتاه تر باشد ولتاژ تخلیه الکتریکی بیشتر و تاخیر زمانی کمتر می شود. همچنین در ولتاژ متناوب ، ولتاژ تخلیه الکتریکی با فرکانس افزایش می یابد. از طرف دیگر براي ولتاژ معین، ولتاژ تخلیه الکتریکی به انرژي در دسترس که درآن تخلیه می شود بستگی دارد.

کلید واژه- تخلیه الکتریکی، زمان انتشار ، قوس الکتریکی، مقره آلوده.

-۱ مقدمه

خطوط انتقال را می توان بصورت تنش هاي مختلف ارسالی مانند آلودگی مقره و ولتاژهاي بالا مثل رعدوبرق یا پالس ضربه مدل کرد. بدین ترتیب مدت زمان ولتاژ اعمالی همان محدوده زمان انتشار تخلیه در میان شکاف الکترود عایق مربوطه می باشد. براي ولتاژهاي ضربه کوتاه تر از زمان انتشار تخلیه ، می توان انتظار تخلیه الکتریکی را داشت. در چنین مواردي قدرت ضربه دي الکتریک اینگونه بیان می شود که به طور کلی نیروي ضربه دي الکتریک فاصله هوائی ، بالاتر از حالت استاتیک است. مثلا تحت ولتاژ dc یا(. ac(50 hz با توجه به برخی مشاهدات تجربی گزارش شده در مقالات ۲]،[۱ ولتاژ تخلیه الکتریکی تحت تاثیر شکل موج اعمال شده قرار می گیرد. در این مقاله تاثیر شکل موج ولتاژ تخلیه الکتریکی مقره هاي آلوده با استفاده ازمدار معادل شبکه برق را بررسی می گردد .

ولتاژ تخلیه الکتریکی مقره از نوع استوانه اي با شکل موج biexponential (رعدوبرق و پالس سوییچینگ) و امواج ac که فرکانس آن بین ۵۰-۱۰۰۰ می باشد تعیین شده است.

۱

-۲ مدل

در مدل هاي ارائه شده متداول از مدل ریاضی تخلیه الکتریکی استفاده شده است که به ما امکان محاسبه پارامترهاي تکمیلی تخلیه الکتریکی شبکه معادل الکتریکی را می دهد.[۳] در این مدل تخلیه به عنوان یک مقاومت بصورت موازي با یک ظرفیت خازنی که به ترتیب نشان دهنده مقاومت قوس و انباشتگی باردر سر قوس می باشند مدل شده است .

مدل قوس شرح داده شده با کانال هاي RLC نشان داده می شود که (r,l,c) به ترتیب مقاومت ،اندوکتانس و ظرفیت خازنی کانال می باشند) (شکل (۱ هر سلول اضافه شده مربوط به بخشی از جابجائی تخلیه الکتریکی می باشد. مقاومت Rp نشان دهنده باند آلوده می باشد.

شکل:۱ مدار معادل الکتریکی مقره آلوده با کانالهاي RLC

چهاردهمین کنفرانس دانشجویی مهندسی برق ایران دانشگاه صنعتی کرمانشاه، ۱۷ -۱۵ شهریور ۱۳۹۰

از ویژگی هاي این مدل این است که مقاومت ظاهري قوس را تشریح می کند. تغییرات دینامیکی مقاومت قوس از معادله محاسبه می شود.[۵]خازن هاي کروي از تقریب[۶] بدست می آید. و امپدانس کانال از همان ساده سازي مطرح شده فوفانو۲ و بروآل۳ بدست می آید.[۴]

محاسبه پارامترهاي مدل ریاضی تخلی الکتریکی:

خازن ناشی از قوس الکتریکی و مقاومت قوس :

۱ 
carc  ۴ rsh shn 
n۱

I r 
۱٫۴۵

 a Lx ۱ RP
 log  
a
2 r  ۲

در رابطه بالا r شعاع قوس وL طول مقره وx طول قوس جزئی میباشد.

هنگام مطالعه تخلیه طولانی شکاف هوا اثرات انتهائی نادیده گرفته می شود Lu اندوکتانس واحد طول کانال از جمع دو اندوکتانس بدست می آید.

اندوکتانس ناشی از انرژي الکترومغناطیسی ذخیره شده در کانال(سلف داخلی): L1

L1  ۱۴  ۲ 

اندوکتانس ناشی از انتشار میدان الکترومغناطیسی توسط عبور جریان از طریق کانال : L2

L2   ۲ lnDf r 

در نتیجه:

 r Df  ۲  Lu 
 ۰٫۲۵ln
  

به عنوان مثال ، مقره استوانه اي با طول ۵۰cm و قطر۱۰cm و آلودگی با سطح رسانائی ۵µs انتخاب می شود. از نتایج شبیه سازي مشخص می شود که استفاده از سلول RLC عملأ همان نتایج بدست آمده از سلول RC را نتیجه می دهد (یعنی بدون اندوکتانس). در نتیجه اثر سلف قابل صرف نظر است.

شکل:۲ مدار معادل الکتریکی مقره آلوده با کانال هاي RC

-۳ تاثیر شکل موج ولتاژ

در ادامه نتایج شبیه سازي براي عایق استوانه اي شکل بیان شده در بالا(یعنی استوانه با طول ۵۰cm و قطر(۱۰cm با رسانائی سطحی ۵_۵۰µs و شدت آلودگی بالاي مقره که از شکل موج هاي مختلف ولتاژ اعمال شده بدست می آید را بررسی می کنیم.