فهرست مطالب1 مقدمه ای بر لزوم بررسی پدیده های عایقی21-1 تاریخچه شناخت پدیده درخت رطوبتی41-2 اهداف پروژه51-3 ساختار پایان نامه52 پدیده های عایقی در عایق های جامد72-1 حفره72-2 شیار82-3 درخت الکتریکی82-4 درخت رطوبتی112-4-1 انواع درخت رطوبتی132-4-1-1......................................... درخت روزنه ای132-4-1-2.................................. درخت گره – پاپیونی142-4-1-3............................................. درخت سوزنی152-4-1-4.......................................... درخت نقره ای162-4-2 نحوه وقوع و رشد درخت رطوبتی در عایق کابل ها162-4-2-1......... رشد درخت رطوبتی از یک الکترود مرطوب172-4-2-2........................... رشد درخت رطوبتی از حفره172-4-3 پارامترهای موثر بر وقوع و رشد درخت رطوبتی182-4-3-1............................................. پیری عایقی182-4-3-2............................................. محلول نمکی182-4-3-3............................................. اکسیداسیون192-4-3-4................................ اندازه ولتاژ اعمالی202-4-3-5....................................... وجود بار فضائی202-4-3-6......................................... مشخصه آبدوستی202-4-3-7................................................... یون ها222-4-3-8....................................... از شکل افتادگی222-4-3-9................................................... فرکانس222-4-3-10ساختار کریستالی عایق242-4-4 مشکلات ناشی از وجود درخت رطوبتی در عایق کابلها252-4-5 روش های جلوگیری از وقوع درخت رطوبتی در عایق کابل ها262-4-6 روش های جلوگیری از رشد درخت رطوبتی درعایق کابلها262-5 جمع بندی263 آشکارسازی و مدلسازی درخت رطوبتی283-1 اندازهگیری ضریب تلفات tanδ293-2 اندازه گیری بار باقیمانده303-2-1 مدار آشکارسازی بار باقیمانده303-2-2 جمع بندی روش اندازهگیری بار باقیمانده323-3 استفاده از اعوجاج هارمونیکی (THD)جریان تلفات323-4 استفاده از مولفه DC جریان نشتی عایق323-5 اندازه گیری ولتاژبازگشتی333-6 روش اندازه گیری جریان آسودگی همدما363-7 اندازه گیری دمای تحریک جریان غیر قطبی شدگی383-8 مدل های آزمایشگاهی پدیده درخت رطوبتی393-9 مدل سازی میدانی پدیده درخت در عایق جامد413-9-1 مدل سازی عددی413-9-2 مدل محاسباتی423-9-2-1.................................. درخت رطوبتی پیوسته433-9-2-2................................... درخت رطوبتی منفرد473-9-3 مدل پاسخ عایقی483-9-3-1.................. مدل المان محدود متغیر با زمان493-9-3-2............................................... بررسی مدل513-9-3-3.......................................... نتایج مقایسه523-9-4 جمع بندی مدل میدانی533-10 مدل مداری درخت رطوبتی در عایق کابل533-10-1 مدل مداری دیودی533-10-2 مدل مداری Debye553-10-3 مدل مداری ماکسول-واگنر573-10-4 مدل مداری بارباقیمانده603-10-5 اعتبارسنجی مدل مداری623-11 جمع بندی624 بررسی و اعتبارسنجی مدل پیشنهادی654-1 مدل مداری پیشنهادی درخت رطوبتی654-2 محاسبه عناصر مدل مداری674-2-1 در ناحیه safe:694-2-2 - در ناحیه res :704-2-3 درناحیه s :704-2-4 درناحیه s_wt :714-2-5 -در ناحیه p_wt :714-2-6 - در ناحیه ins_wt :724-2-7 - در ناحیه tree_wt :734-2-8 محاسبه حالت خاص مدل مداری774-3 قابلیت های مدل پیشنهادی794-3-1 مقایسه مدل مداری پیشنهادی با نتایج تست واقعی794-3-2 تاثیر رطوبت در مدل پیشنهادی804-3-3 پارامترهای موثر درخت رطوبتی با محاسبه ضریب تلفات854-4 اعتبار سنجی مدل پیشنهادی894-5 جمع بندی مدل پیشنهادی895 جمع بندی وپیشنهادات915-1 جمع بندی915-2 پیشنهادات92فهرست93محصولات انتشار یافته پایان نامه98 فهرست شکل هاشکل (2‑1). درخت الکتریکی[1].8شکل (2‑2). درخت الکتریکی کابل های کاغذ روغنی[5]9شکل (2‑3) مراحل رشد درخت الکتریکی[13]9شکل (2‑4). درخت بوته ای(الف) درخت شاخه ای(ب)، درخت گره - پاپیونی(ج) [1]10شکل (2‑5). نمائی از درخت الکتریکی که با بزرگ شدن درخت رطوبتی روزنه ای ایجاد شده است[15].11شکل (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]12شکل (2‑7). نتایجشکل2-5 که بصورت لگاریتمی Log L و Log N رسم شده است[19]13شکل (2‑8). درخت روزنه ای کابل های مینیاتوری تحت شتاب پیری (بخش برش شعاعی ) [20]13شکل (2‑9). (الف) درخت رطوبتی پلشده (ب) درخت رطوبتی غیر پلشده[21]14شکل (2‑10). درخت گره– پاپیونی کاغذهای روغنی[5]14شکل (2‑11) . درخت گره– پاپیونی حفره هسته عایق[20]15شکل (2‑12). تولید درخت سوزنی توسط آزمایش تسریع پیری تحت فرایند افزایش دما[20]15شکل (2‑13). فوتوگرافی SEM درختان نقره ای[22]16شکل (2‑14). درخت روزنه ای بوجود آمده در اطراف الکترود مرطوب[17]17شکل (2‑15). رشد درخت رطوبتی در اطراف حفره پر از آب[17]17شکل (2‑16). رابطه بین طول درختان رطوبتی وزمان[17]18شکل (2‑17). رابطه بین ضریب گذر دهی محلول نمک وطول درخت رطوبتی[17]19شکل (2‑18). منحنی های رشد درخت رطوبتی با افزایش ولتاژ اعمالی [23]20شکل (2‑19). زاویه تماسی و ریخت درخت رطوبتی در سه ماده مختلف[17]21شکل (2‑20). رابطه فرکانس و طول درخت رطوبتی[17]23شکل (2‑21). اضافه کردن فرکانس های بالا. [19].23شکل (3‑1). مدار اندازهگیری بارباقیمانده[21]31شکل (3‑2). مشخصه زمان آسودگی بار باقیمانده تحت ولتاژ اعمالی AC[21]31شکل (3‑3). مراحل اندازه گیری ولتاژ باز گشتی[27]33شکل (3‑4). طیف قطبشی کابل PE سالم[26]34شکل (3‑5). طیف قطبشی کابل PE درخت رطوبتی[26]34شکل (3‑6). طیف تقسیم شبیه سازی شده کابل های XLPE با طول درخت رطوبتی در محدوده 10 الی 80 درصد ضخامت عایق[27]35شکل (3‑7). طیف تقسیم شبیه سازی شده کابل های XLPE با عرض درخت رطوبتی در محدوده 0.1 الی 5 درصد طول عایق[27]35شکل (3‑8). نمودار i.t-logt نوعی جریان غیرقطبی شدن عایق ترمیم شده [29]37شکل (3‑9). نمودار i.t-logt نوعی جریان غیرقطبی شدن عایق نو[29]37شکل (3‑10). نمودار i.t-logt نوعی جریان غیرقطبی شدن عایق فرسوده[29]38شکل (3‑11). شکل سلول آزمایشی:1.الکترود، 2.درپوش، 3.سلول تست، 4.قطعه عایق، 5.الکترود زمین، 6.پیچ[31]39شکل (3‑12). (الف)کابل، (ب)کابل با درخت رطوبتی پیوسته، (ج)کابل با درخت رطوبتی منفرد[32]42شکل (3‑13). مدل توزیع درخت رطوبتی پیوسته و بار فضایی در عایق کابل[32]44شکل (3‑14). مدل توزیع دو درخت رطوبتی منفرد در عایق کابل[32]47شکل (3‑15). تجزیه زمانی مشخصات بار فضائی تحت ولتاژ اعمالی 7 کلیولت AC فرکانس 50هرتز ، نمونه W [33]52شکل (3‑16). مشخصه ولتاژ-جریان درخت رطوبتی[34]54شکل (3‑17). مدار معادل دیودی عایق با درخت رطوبتی[34]54شکل (3‑18). تحلیل مداری کابل حاوی درخت رطوبتی تنها [27]55شکل (3‑19). طیف قطبشی اندازهگیری شده وطیف تقریبی درخت رطوبتی شده کابل[36]57شکل (3‑20). مدار معادل ماکسول – واگنر درخت رطوبتی[35]57شکل (3‑21). مدار معادل ماکسول-واگنر[35]59شکل (3‑22). مدار معادل اندازهگیری بار باقیمانده[21]60شکل (3‑23). مشخصه V-I غیرخطی درخت رطوبتی[21]61شکل (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).65شکل (4‑2). کابل استوانه ای فشار قوی با درخت رطوبتی66شکل (4‑3). مدل مداری پیشنهادی درخت رطوبتی عایق کابل66شکل (4‑4). شکل هندسی سطح مقطع کابل استوانه ای با درخت رطوبتی68شکل (4‑5). شکل هندسی سطح مقطع هر ناحیه69شکل (4‑6). قطاع مثلثی شکل ناحیه درختی شده عایق کابل استوانه ای75شکل (4‑7). شماتیک هندسی مدل خاص مدل پیشنهادی77شکل (4‑8). قطاع مثلثی شکل ناحیه درختی شده عایق کابل استوانه ای مدل حالت خاص78شکل (4‑9). درخت روزنه ای به طول 1780 میکرو متر[38]82شکل (4‑10). درخت گره-پاپیونی به طول 635 میکرو متر[38]82شکل (4‑11). تاثیر طول درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق86شکل (4‑12). تاثیر رطوبت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق86شکل (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=10-987شکل (4‑14). تاثیر تراکم درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق87شکل (4‑15). تاثیر زاویه درخت در میزان درصد تغییرات ضریب تلفات عایق88 فهرست جداولجدول (2‑1). زاویه تماسی وطول درخت رطوبتی در سه ماده مختلف[17]21جدول (2‑2). ضریب یانگ وطول درخت رطوبتی در سه ماده مختلف[17]22جدول (3‑1). میزان سطح فرسودگی عایقی با درنظر گرفتن ضریب A[28]37جدول (3‑2). اعتبار سنجی روش های آشکارسازی درخت رطوبتی39جدول (3‑3). پارامترهای اندازهگیری درخت رطوبتی برای شبیه سازی[36]56جدول (3‑5). جمع بندی مدل های درخت رطوبتی62جدول (3‑4). اعتبار سنجی مدل های مداری63جدول (4‑1). اجزای مدار معادل پیشنهادی برای درخت رطوبتی عایق کابل فشار قوی67جدول (4‑2). مشخصات نمونه کابل اندازه گیری شده از تست عملی [38]79جدول (4‑3). ضریب تلفات عایق کابل از شبیه سازی پیشنهادی80جدول (4‑4). شرایط تست شبیه سازی82جدول (4‑5). مقادیر عناصر مدل مداری نمونه 183جدول (4‑6). مقادیر عناصر مدل مداری نمونه 284جدول (4‑7). شرایط شبیه سازی86جدول (4‑8). اعتبار سنجی مدل پیشنهادی89 فصلاول مقدمه در این فصل، مسائل زیر بررسی شده است:ü مقدمهای بر لزوم بررسی پدیده های عایقیü تاریخچه بررسی پدیده درخت رطوبتیü اهداف پروژهü ساختار پایان نامه 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 شبکههای 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 شبکههای 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 شبکههای برق ایفا میکنند 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 میکند.عایقهای الکتریکی، مواد جامد، مایع و یا گازی هستند که به صورت گسترده در تمامی تجهیزات یک شبکه قدرت، از جمله ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط[1] . پدافند غیرعامل یا دفاع غیرعامل(Passive Defense) به مجموعه اقداماتی اطلاق می‌گردد که به کارگیری جنگ افزارنیاز 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.