ناحیه۳d در این مدل با ترکیب موازی خازن ۲C و کندوکتانس ۲G بیان شده است. درشکل (۳‑۲۰) ۱C ظرفیت خازنی کل ناحیه ۳d-dرا نشان میدهد. بنابراین، مدار معادل XLPEحاوی درخت رطوبتی با کانالهای بدون آب را میتوان ترکیب سری ۱C و ترکیب موازی ۲C و ۲G بیان کرد که در شکل (۳‑۲۰) نیز نشان داده شده است[۳۵].
وابستگی ولتاژ با جریان درخت رطوبتی با کانالهای پر آب، با یک تابع سینوس هیپربولیک به صورت زیر برازش می شود[۳۵]:
که V ولتاژ است و پارامتر h، وابستگی ولتاژ به جریان را مشخص می کند. چگالی جریان کندوکتانس ۲G مربوط به ناحیه ۳d به صورت زیر محاسبه می شود:
که E میدان الکتریکی در ناحیه ۳d و پارامتر رسانایی ۳d در میدان الکتریکی کم است. جریان i(t) عبوری از این مدار معادل به صورت زیر محاسبه می شود:
که S، مساحت الکترود (سطح مقطع ناحیه با کانالهای پر از آب) و q2(t)، بار خازن ۲C است. با حل عددی معادله بالا، میتوان i(t) را تخمین زد. بنابراین با کم کردن جریان شارژ خازنی عبوری از نمونه عایق سالم (با ابعاد مشابه نمونه حاوی درخت رطوبتی)، از جریان i(t) محاسبه شده در بالا میتوان جریان ناشی از وجود درخت رطوبتی در عایق کابل را محاسبه کرد.
از آنجایی که اندازه گیری خازن، با یک خازنمتر دقیق، در ولتاژ کم (۵ ولت) انجام می شود و ناحیه ۳d درشکل (۳‑۲۰) رشد ناچیزی در ولتاژ پایین دارد، بنابراین نمونه عایق حاوی درخت رطوبتی فقط با کانالهای بی آب را میتوان با یک مدار معادل خازنی ماکسول-واگنر متشکل از دو لایه نشان داده شده در شکل (۳‑۲۱) نمایش داد که در آن، C0 و G0، به ترتیب خازن و کندوکتانس معادل ناحیه سالم عایق متناظر با ناحیه d1 است و ۳C و ۳G، به ترتیب خازن و کندوکتانس معادل ناحیه با کانالهای بدون آب عایق متناظر با ناحیه ۲d است[۳۵].
شکل (۳‑۲۱). مدار معادل ماکسول-واگنر[۳۵]
خازن ۳C و کندوکتانس ۳G ناحیه ۲d را میتوان با کم کردنC0 و کندوکتانس G0 ناحیه سالم ۱d از خازن C و کندوکتانس G ناحیه ۲+d1 dبه دست آورد[۵۰]. مدار معادل شکل (۳‑۲۱) را میتوان به صورت زیر بیان کرد[۳۵]:
کهω فرکانس زاویهای است. خازن C3(ω) و کندوکتانس G3(ω) در معادله بالا را میتوان با ضریب گذردهی نسبی و رسانایی ناحیه ۲d به صورت زیر به دست آورد[۲۹]:
که گذردهی فضای آزاد است[۳۵].
مدل مداری بارباقیمانده
شکل (۳‑۲۲) مدل مربوط به درخت رطوبتی (روزنه ای) غیر پلشده است. قسمتی از درخت رطوبتی عایق را می توان بصورت مدارRC که درآن R مقاومت عایق فرسوده شده و C خازن سری عایق سالم است و Cx خازن عایق سالم که بصورت موازی با مدارRC متصل شده درنظر گرفت[۲۱].
شکل (۳‑۲۲). مدار معادل اندازه گیری بار باقیمانده[۲۱]
که در اینجا
R : مقاومت درخت رطوبتی
C : قسمت سالم (سری شده به درخت رطوبتی)
Cx : قسمت سالم (موازی شده به درخت رطوبتی)
Cd : خازن آشکارساز
با اعمال ولتاژ Vdc، بار الکتریکی از مجموع C وCx بدست می آید شکل (۳‑۲۲-الف). سپس هادی و جداره اتصال کوتاه و زمین شده که باعث می شود بارCx سریعا ناپدید شود، هرچند بار (Qc=CVdc) C سریعا ناپدید نمی شود چون تاخیر زمانی[۵۱] در مدار وجود دارد شکل (۳‑۲۲-ب). خازن Cd برای آشکارسازی بار (مجموع بار C درلحظه اتصال با Cd ، Qc0 تعریف شده است) به مدار متصل شده ، Vd ولتاژ DC بار Cd که معادله (۳-۴۴) استفاده شد. باضرب Vd در Cd بار باقیمانده Q ایجاده شده که رابطه آن در معادله (۳-۴۵) بیان شده است[۲۱].
که در اینجا
t: زمان پس از اتصال
Qc0: مجموع بار C قبل از اتصال Cd
Cd: ظرفیت بار خازن آشکارساز
همانطور که در معادله (۳-۴۵) نشان داده شد منبع بار باقیمانده Q ، بار باقیمانده از بار Qc0 قبل از اتصال با Cd است. با افزایش بار Q تاخیر زمانی از ۰ به حداکثر بار Qc0 می رسد که درنهایت به اشباع میرود[۲۱].
مشخصه درخت رطوبتی واقعی غیرخطی است که بصورت مشخصه ولتاژ- جریان (مشخصه V-I ) درشکل (۳‑۲۳) نشان داده شده است. استفاده ازاین مشخصه در روش اندازه گیری بارباقیمانده با اعمال ولتاژ ac پیشنهاد شده است[۲۱] .
شکل (۳‑۲۳). مشخصه V-I غیرخطی درخت رطوبتی[۲۱]
با اعمال ولتاژ ac ، تنش ac با ولتاژ DC برهم نهاده شده که با VR در معادله (۳-۴۶) نشان داده شده، درخت رطوبتی است. چون درخت رطوبتی مشخصه غیرخطی دارد و با برهم نهاده شدن ولتاژDC و ولتاژac اعمالی ، مقاومت DC کمی خواهد داشت. درنتیجه با کاهش تاخیرزمانی وزمان آسودگی بارباقیمانده، سریع خواهد شد. چون آسودگی سریع بار باقیمانده، جزDC بزرگی تولید خواهد کردکه در مدار شکل (۳‑۲۲-ج) نشان داده شده است[۲۱].
اعتبارسنجی مدل مداری
همانطور که دربخش مدل میدانی توضیح داده شد ارزیابی مدل ها می تواند دید بهتری نسبت به پدیده درخت رطوبتی دراختیار محققین قرار دهد. اعتبارسنجی مدل مداری در جدول (۳‑۶) نشان داده شده است.
جمع بندی
روش های زیادی برای آشکارسازی درخت رطوبتی درمقاله ها اشاره شده که می توان روش های اندازه گیری ضریب تلفات، ولتاژبازگشتی، جریان آسودگی، بارباقیمانده و … را نام برد. اکثر روش ها عمدتا روش هائی هستند که نیار به قطع الکتریکی کابل ها دارند که معمولا درشبکه های قدرت کمتر تمایل به قطع الکتریکی قسمتی از سیستم داریم. پس روش هایی که بتوان بصورت آنلاین مورد استفاده قرارگیرد در اولویت خواهد بود.
برای مدل سازی پدیده درخت رطوبتی سه روش توضیح داده شد که در مدل آزمایشگاهی هدف تسریع ایجاد پدیده و نحوه عملکرد میباشد . مدل میدانی به محاسبه میدان داخل عایق کابل حاوی درخت می پردازد و با رشد درخت، این محاسبات را باید دوباره با شرایط جدید انجام داد. این روش دید خوبی نسبت به پدیده درخت و رشد آن میدهد و همچنین می توان تاثیر بارهای فضائی را درتوزیع میدان و تاثیر آن بر رشد درخت مدلسازی کرد.
مدل مداری زمان محاسبات کمتری نسبت به مدل میدانی دارند. خلاصه ای از ویژگیهای مدل های ارائه شده برای درخت رطوبتی در این مدل در جدول (۳‑۵) قابل مشاهده است.
جدول (۳‑۵). جمع بندی مدل های درخت رطوبتی
مدل آزمایشگاهی | مدل میدانی | مدل مداری | |
صحت اطلاعات | دقیق | تخمین | تخمین |