Τι λείπει από τους μηχανικούς σχετικά με την τοποθέτηση δακτυλίων Corona σε εξωτερικούς αποζεύκτες

Εισαγωγή

Η τοποθέτηση δακτυλίου κορώνα σε υπαίθριους αποζεύκτες είναι μία από τις πιο απαιτητικές από τεχνικής άποψης και πιο συχνά λανθασμένες πτυχές της μηχανικής διανομής ισχύος υψηλής τάσης. Στα συστήματα μεταφοράς και διανομής που λειτουργούν πάνω από 110 kV, η εκκένωση κορώνα από το υλικό των αποζεύκτη δεν είναι ένα αισθητικό πρόβλημα - είναι μια συνεχής πηγή παρεμβολών ραδιοσυχνοτήτων, ακουστικού θορύβου, παραγωγής όζοντος και διάβρωσης της επιφάνειας του μονωτήρα που υποβαθμίζει σταδιακά την αξιοπιστία του εξοπλισμού και παραβιάζει τα πρότυπα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας IEC. Αυτό που διαφεύγει από τους περισσότερους μηχανικούς σχετικά με την τοποθέτηση του δακτυλίου κορώνα είναι ότι η θέση, η διάμετρος, η διατομή του σωλήνα και η αξονική μετατόπιση του δακτυλίου από το υπό τάση υλικό δεν είναι προτιμήσεις εγκατάστασης - είναι επακριβώς υπολογισμένες παράμετροι διαβάθμισης του ηλεκτρικού πεδίου που πρέπει να προκύπτουν από τη συγκεκριμένη γεωμετρία του αποζεύκτη, την τάση του συστήματος και το υψόμετρο, και ότι ένας δακτύλιος κορώνα που εγκαθίσταται ακόμη και 50 mm από τη σωστή του θέση μπορεί να είναι εντελώς αναποτελεσματικός ή, ακόμη χειρότερα, μπορεί να εντείνει το ηλεκτρικό πεδίο σε ένα παρακείμενο σημείο υλικού αντί να το μειώνει. Αυτός ο οδηγός παρέχει τα τεχνικά θεμέλια για τη σωστή τοποθέτηση δακτυλίων κορώνα σε υπαίθριους αποζεύκτες - καλύπτοντας τη φυσική του ηλεκτρικού πεδίου, τις απαιτήσεις των προτύπων IEC, τη μεθοδολογία υπολογισμού της τοποθέτησης και τις πρακτικές εγκατάστασης και επαλήθευσης του κύκλου ζωής που καθορίζουν αν ένας δακτύλιος κορώνα εκτελεί πράγματι τη σχεδιασμένη λειτουργία του στην υπηρεσία διανομής ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης.

Πίνακας περιεχομένων

• Τι είναι η εκφόρτιση Corona στους εξωτερικούς αποζεύκτες και γιατί η τοποθέτηση του δακτυλίου καθορίζει την αποτελεσματικότητα;
• Πώς αλληλεπιδρούν η κατηγορία τάσης, η γεωμετρία του αποζεύκτη και το υψόμετρο για τον καθορισμό των σωστών παραμέτρων του δακτυλίου κορώνα;
• Πώς να υπολογίσετε και να επαληθεύσετε τη σωστή τοποθέτηση του δακτυλίου Corona για εξωτερικούς αποζεύκτες;
• Ποια λάθη εγκατάστασης ακυρώνουν την απόδοση του Corona Ring και πώς πρέπει να δομηθεί η επαλήθευση του κύκλου ζωής;

Τι είναι η εκφόρτιση Corona στους εξωτερικούς αποζεύκτες και γιατί η τοποθέτηση του δακτυλίου καθορίζει την αποτελεσματικότητα;

Η εκκένωση κορώνα είναι ο ιονισμός των μορίων του αέρα σε περιοχές όπου η ένταση του τοπικού ηλεκτρικού πεδίου υπερβαίνει την κατώφλι διηλεκτρικής διάσπασης του αέρα¹ - περίπου 3 kV/mm στο επίπεδο της θάλασσας υπό κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Στους υπαίθριους αποζεύκτες, η κορώνα ξεκινά κατά προτίμηση σε γεωμετρικές ασυνέχειες: αιχμηρές ακμές, υλικό μικρής ακτίνας, κεφαλές μπουλονιών, άκρες λεπίδων επαφής και γωνίες σφιγκτήρων ακροδεκτών - επειδή αυτά τα χαρακτηριστικά συγκεντρώνουν γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, αυξάνοντας τοπικά την ένταση του πεδίου πολύ πάνω από το μέσο πεδίο για την τάση του συστήματος.

Γιατί οι γεωμετρικές ασυνέχειες κυριαρχούν στην εμφάνιση της κορώνας

Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου $E$ στην επιφάνεια ενός αγωγού είναι αντιστρόφως ανάλογη της τοπικής ακτίνας καμπυλότητας $r$:

$E \propto \frac{V}{r}$

Ένα άκρο λεπίδας επαφής αποζεύκτη με ακτίνα καμπυλότητας 3 mm σε τάση φάσης προς γη 220 kV παράγει ένα τοπικό επιφανειακό πεδίο περίπου 40 φορές υψηλότερο από το μέσο πεδίο μεταξύ του αγωγού και της γης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κορώνα στους υπαίθριους αποζεύκτες δεν κατανέμεται ομοιόμορφα - συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένα σημεία υλικού που μπορούν να εντοπιστούν, να χαρτογραφηθούν και να κατασταλούν μέσω σωστά τοποθετημένων δακτυλίων κορώνας.

Η συνάρτηση διαβάθμισης του ηλεκτρικού πεδίου του δακτυλίου Corona

Ένας δακτύλιος κορώνα λειτουργεί με την αντικατάσταση μιας γεωμετρίας υψηλής ακτίνας υψηλού πεδίου με μια γεωμετρία χαμηλού πεδίου μεγάλης ακτίνας. Ο δακτύλιος - ένα τοροειδές από αλουμίνιο ή κράμα αλουμινίου με λείο φινίρισμα επιφάνειας - συνδέεται με το υπό τάση υλικό και τοποθετείται έτσι ώστε να περικλείει το σημείο υψηλού πεδίου εντός του περιβλήματος του ηλεκτρικού του πεδίου. Παρουσιάζοντας μια μεγάλη, ομαλή, συνεχή καμπύλη επιφάνεια στον περιβάλλοντα αέρα, ο δακτύλιος αναδιανέμει τις γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου που διαφορετικά θα συγκεντρώνονταν στην ασυνέχεια του υλικού, μειώνοντας το μέγιστο επιφανειακό πεδίο κάτω από το κατώφλι έναρξης της κορώνας.

Η κρίσιμη διαπίστωση που χάνουν οι περισσότεροι μηχανικοί εγκατάστασης είναι η εξής: ο δακτύλιος κορώνα δεν “θωρακίζει” απλώς το σημείο υλικού - αναδιαμορφώνει ενεργά ολόκληρη την τοπολογία του τοπικού ηλεκτρικού πεδίου. Η αποτελεσματικότητα του δακτυλίου εξαρτάται ταυτόχρονα από τέσσερις γεωμετρικές παραμέτρους:

• Διάμετρος δακτυλίου (D): Η εξωτερική διάμετρος του τοροειδούς - η μεγαλύτερη διάμετρος παρέχει μεγαλύτερη ισοδυναμική επιφάνεια, μειώνοντας τη συγκέντρωση του πεδίου σε μια ευρύτερη ζώνη υλικού
• Διάμετρος σωλήνα (d): Η διάμετρος διατομής του σωλήνα του δακτυλίου - μεγαλύτερη διάμετρος του σωλήνα μειώνει το πεδίο της ίδιας της επιφάνειας του δακτυλίου, αποτρέποντας τον ίδιο τον δακτύλιο να γίνει πηγή κορώνας
• Αξονική θέση (z): Η απόσταση κατά μήκος του άξονα του αποζεύκτη από το κεντρικό επίπεδο του δακτυλίου έως το σημείο υλικού που προστατεύεται - η πιο κρίσιμη και πιο συχνά λανθασμένη παράμετρος.
• Ακτινική μετατόπιση (r): Η απόσταση από τον άξονα του αποζεύκτη έως το κεντρικό επίπεδο του δακτυλίου - καθορίζει πόσο μακριά εκτείνεται η ισοδυναμική επιφάνεια του δακτυλίου από το υλικό.

Συνέπειες της εκφόρτισης Corona σε υπαίθριους αποζεύκτες

Συνέπεια	Μηχανισμός	Παραβιάστηκε το πρότυπο IEC	Σοβαρότητα
Τάση ραδιοπαρεμβολής (RIV)	Ηλεκτρομαγνητική εκπομπή HF από πλάσμα κορώνα	IEC 604372, CISPR 18	Υψηλή - επηρεάζει την επικοινωνία με τον ηλεκτρονόμο προστασίας
Ακουστικός θόρυβος	Κύμα πίεσης από τη διαστολή του πλάσματος κορώνα	IEC 60815, IEC 61284	Μέτρια - παραβίαση κανονιστικού ορίου
Παραγωγή όζοντος	Παραγωγή O₃ από ιονισμό κορώνα	Περιβαλλοντική ρύθμιση	Μεσαίο - επιταχύνει τη γήρανση των ελαστικών σφραγίδων
Διάβρωση της επιφάνειας του μονωτήρα	Προσβολή από υπεριώδη ακτινοβολία και όζον στην επιφάνεια του πολυμερούς μονωτήρα	IEC 60815-33	Υψηλή - μειώνει τη διάρκεια ζωής του μονωτήρα
Θέρμανση που προκαλείται από το στέμμα	Θέρμανση αντίστασης από ρεύμα διαρροής σε θέσεις κορώνα	IEC 62271-102	Χαμηλή άμεση, υψηλή σωρευτική
Ανύψωση κινδύνου ανάφλεξης	Το πλάσμα κορώνας μειώνει την τάση διάσπασης του αποτελεσματικού διάκενου αέρα	IEC 60071	Κρίσιμη σε μολυσμένες περιοχές

Πώς αλληλεπιδρούν η κατηγορία τάσης, η γεωμετρία του αποζεύκτη και το υψόμετρο για τον καθορισμό των σωστών παραμέτρων του δακτυλίου κορώνα;

Οι τρεις μεταβλητές που οι περισσότεροι μηχανικοί αντιμετωπίζουν ως ανεξάρτητες - κατηγορία τάσης, γεωμετρία αποζεύκτη και υψόμετρο εγκατάστασης - είναι στην πραγματικότητα στενά συνδεδεμένες για τον καθορισμό των σωστών παραμέτρων του δακτυλίου κορώνα. Ο καθορισμός ενός δακτυλίου κορώνα από έναν πίνακα τάσης χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η συγκεκριμένη γεωμετρία του αποζεύκτη και το υψόμετρο της τοποθεσίας είναι η πιο κοινή πηγή αναποτελεσματικών εγκαταστάσεων δακτυλίων κορώνα σε έργα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης.

Κατηγορία τάσης και κατώφλι έναρξης Corona

Η τάση έναρξης Corona για δεδομένη γεωμετρία υλικού καθορίζεται από τον τύπο Peek:

$E_{onset} = E_0 \cdot \delta \left(1 + \frac{k}{\sqrt{\delta \cdot r}}\right)$

Πού:

• $E_0 = 3.0 \text{ kV/mm}$ - κρίσιμη ισχύς πεδίου στο επίπεδο της θάλασσας, κανονικές συνθήκες
• $\delta$ - σχετική πυκνότητα αέρα (= 1,0 σε επίπεδο θάλασσας, 20°C)
• $k = 0.03 \text{ mm}^{0.5}$ - εμπειρική σταθερά επιφανειακής τραχύτητας
• $r$ - ακτίνα αγωγού σε mm

Η πρακτική επίπτωση: η τάση έναρξης της κορώνας μειώνεται με το υψόμετρο επειδή η σχετική πυκνότητα του αέρα $\delta$ μειώνεται. Σε υψόμετρο 1.000 m, $\delta \approx 0,89$ — μείωση της τάσης έναρξης της κορώνας κατά περίπου 11%⁴ σε σύγκριση με το επίπεδο της θάλασσας. Σε υψόμετρο 2.000 m, $\delta \approx 0,79$ - μείωση 21%. Αυτό σημαίνει ότι ένας δακτύλιος κορώνα με σωστό μέγεθος για εγκατάσταση στο επίπεδο της θάλασσας είναι υποδιαστασιολογημένος για τον ίδιο αποζεύκτη σε υψόμετρο 2.000 m και η διάμετρος του δακτυλίου πρέπει να αυξηθεί για να αντισταθμιστεί.

Κατηγορία τάσης σε σχέση με τις ελάχιστες παραμέτρους δακτυλίου κορώνα

Τάση συστήματος	Τάση φάσης-γης	Ελάχιστη διάμετρος δακτυλίου (D)	Ελάχιστη διάμετρος σωλήνα (d)	Συντελεστής διόρθωσης υψομέτρου
110 kV	63,5 kV	250-300 mm	40-50 mm	+8% D ανά 1.000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας
220 kV	127 kV	400-500 mm	60-80 mm	+8% D ανά 1.000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας
330 kV	190 kV	550-650 mm	80-100 mm	συντελεστής διόρθωσης υψομέτρου
500 kV	289 kV	700-900 mm	100-130 mm	+8% D ανά 1.000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας
750 kV	433 kV	1.000-1.200 mm	130-160 mm	+8% D ανά 1.000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας

Αλληλεπίδραση γεωμετρίας αποζεύκτη: Οι τρεις κρίσιμες ζώνες υλικού

Κάθε εξωτερικός αποζεύκτης διαθέτει τρεις ζώνες υλικού όπου η τοποθέτηση του δακτυλίου κορώνα πρέπει να αξιολογείται ανεξάρτητα:

Ζώνη 1 - Σημείο σύνδεσης ακροδεκτών / αγωγών:
Η σύνδεση μεταξύ του αγωγού εναέριας γραμμής και του ακροδέκτη του αποζεύκτη είναι το σημείο με το υψηλότερο πεδίο στο υπό τάση συγκρότημα. Το υλικό των σφιγκτήρων ακροδεκτών έχει συνήθως πολλαπλές κεφαλές βιδών, αιχμηρές ακμές και απολήξεις κλώνων αγωγών - όλα πηγές κορώνας. Ο δακτύλιος κορώνα σε αυτή τη ζώνη πρέπει να τοποθετηθεί έτσι ώστε να περικλείει όλο το υλικό των ακροδεκτών εντός του φακέλου διαβάθμισης πεδίου.

Ζώνη 2 - Επαφή με το άκρο της λεπίδας (ανοικτή θέση):
Όταν ο αποζεύκτης βρίσκεται στην ανοικτή θέση, το άκρο της υπό τάση λεπίδας είναι ένα ελεύθερο άκρο αγωγού - η γεωμετρία με το υψηλότερο δυνατό πεδίο. Η ακτίνα του άκρου του πτερυγίου είναι συνήθως 5-15 mm, δημιουργώντας ακραία συγκέντρωση πεδίου σε τάσεις μετάδοσης. Απαιτείται δακτύλιος κορώνα στο άκρο του πτερυγίου για όλους τους αποζεύκτες που λειτουργούν πάνω από 110 kV στην ανοικτή θέση.

Ζώνη 3 - Καπάκι μονωτήρα και υλικό πείρου:
Το μεταλλικό καπάκι και το υλικό πείρου στην κορυφή της χορδής μονωτήρα που συνδέεται με τη δομή αποζεύκτη συγκεντρώνει το πεδίο στη διεπιφάνεια μετάλλου-μονωτήρα. Η ζώνη αυτή είναι ιδιαίτερα κρίσιμη για τους πολυμερείς μονωτήρες, όπου η διάβρωση της επιφάνειας που προκαλείται από κορώνα είναι ταχύτερη από ό,τι στην πορσελάνη.

Ξηρός τύπος έναντι υγρών συνθηκών: Διαφοροποίηση έναρξης Corona

Κατάσταση	Επίδραση στην έναρξη της Corona	Δαχτυλίδι μεγέθους Implication
Ξηρός, καθαρός αέρας	Βασική έναρξη της κορώνας σύμφωνα με τον τύπο Peek	Τυποποιημένο μέγεθος δακτυλίου
Υψηλή υγρασία (>80% RH)	Μειώνει την τάση έναρξης κατά 5-15%	Αύξηση της διαμέτρου του δακτυλίου κατά 5-10%
Βροχή ή συμπύκνωση στο υλικό	Μειώνει την τάση έναρξης κατά 15-30%	Κρίσιμη - η υγρή κορώνα είναι 3-5× πιο έντονη
Απόθεση αλατιού ή ρύπανσης	Μειώνει την τάση έναρξης κατά 20-40%	Αύξηση της διαμέτρου του δακτυλίου- αύξηση της διαμέτρου του σωλήνα
Μεγάλο υψόμετρο (>1.000 m)	Μειώνει την τάση έναρξης ανάλογα με την πυκνότητα του αέρα	Εφαρμογή συντελεστή διόρθωσης υψομέτρου

Μια περίπτωση πελάτη διανομής ισχύος απεικονίζει άμεσα το σφάλμα αλληλεπίδρασης ύψους. Ένας μηχανικός γραμμών μεταφοράς σε μια εταιρεία κοινής ωφέλειας στη δυτική Κίνα προσδιόρισε δακτυλίους κορώνα για μια εγκατάσταση εξωτερικού αποζεύκτη 330 kV σε υψόμετρο 2.400 m χρησιμοποιώντας έναν τυποποιημένο πίνακα προδιαγραφών στο επίπεδο της θάλασσας - επιλέγοντας δακτυλίους διαμέτρου 550 mm με διάμετρο σωλήνα 80 mm. Οι δοκιμές τάσης ραδιοπαρεμβολής (RIV) μετά την εγκατάσταση αποκάλυψαν επίπεδα RIV 4,2 φορές πάνω από το όριο IEC 60437. Η προσομοίωση ηλεκτρικού πεδίου επιβεβαίωσε ότι σε υψόμετρο 2.400 m ($\delta = 0,77$), οι δακτύλιοι των 550 mm παρείχαν διαβάθμιση πεδίου ισοδύναμη με δακτύλιο 430 mm στο επίπεδο της θάλασσας - ανεπαρκής για 330 kV. Η Bepto προμήθευσε δακτυλίους αντικατάστασης με μέγεθος για το πραγματικό υψόμετρο: διάμετρος 680 mm με διάμετρο σωλήνα 95 mm, ενσωματώνοντας τη διόρθωση 8% ανά 1.000 m υψόμετρο. Οι δοκιμές RIV μετά την αντικατάσταση επιβεβαίωσαν τη συμμόρφωση με περιθώριο 35% κάτω από το όριο IEC.

Πώς να υπολογίσετε και να επαληθεύσετε τη σωστή τοποθέτηση του δακτυλίου Corona για εξωτερικούς αποζεύκτες;

Η σωστή τοποθέτηση του δακτυλίου κορώνα απαιτεί μια μεθοδολογία υπολογισμού που ενσωματώνει την ανάλυση του ηλεκτρικού πεδίου με τη συγκεκριμένη γεωμετρία του αποζεύκτη - όχι έναν πίνακα αναζήτησης που εφαρμόζεται χωρίς επαλήθευση. Η ακόλουθη διαδικασία ισχύει για υπαίθριους αποζεύκτες σε όλες τις κατηγορίες τάσης από 110 kV έως 750 kV σε εφαρμογές διανομής και μεταφοράς ενέργειας.

Βήμα 1: Προσδιορισμός όλων των κρίσιμων σημείων υλικού Corona

• Λάβετε διαστασιολογημένα σχέδια του συγκροτήματος του αποζεύκτη, συμπεριλαμβανομένων των σφιγκτήρων ακροδεκτών, της γεωμετρίας της λεπίδας, του υλικού του καλύμματος μονωτήρα και όλων των θέσεων των συνδετήρων.
• Προσδιορίστε όλα τα χαρακτηριστικά του υλικού με ακτίνα καμπυλότητας κάτω των 20 mm - αυτά είναι πιθανά σημεία έναρξης κορώνα που απαιτούν ανάλυση διαβάθμισης πεδίου.
• Για κάθε αναγνωρισμένο σημείο, καταγράψτε: τη θέση στον άξονα του αποζεύκτη (συντεταγμένη z), την ακτινική απόσταση από τον άξονα (συντεταγμένη r) και την τοπική ακτίνα καμπυλότητας.

Βήμα 2: Εκτέλεση προσομοίωσης ηλεκτρικού πεδίου

Προσομοίωση ηλεκτρικού πεδίου με χρήση λογισμικού μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM)⁵ (COMSOL, ANSYS Maxwell, ή ισοδύναμο) είναι το πρότυπο μηχανικής για την επαλήθευση της τοποθέτησης του δακτυλίου κορώνα πάνω από 220 kV. Για εφαρμογές 110-220 kV, οι αναλυτικές μέθοδοι που βασίζονται στη μέθοδο των εικόνων παρέχουν επαρκή ακρίβεια.

Βασικές εισροές προσομοίωσης:

• Τάση φάσης-γης του συστήματος στην ονομαστική μέγιστη τάση ($Um/\sqrt{3}$)
• Γεωμετρία του αποζεύκτη από τα σχέδια του κατασκευαστή - περιλαμβάνει όλες τις λεπτομέρειες του υλικού εντός 500 mm από την κρίσιμη ζώνη κορώνα.
• Γεωμετρία του επιπέδου γείωσης - δομή πύργου, εγκάρσιος βραχίονας και γειτονικοί αγωγοί φάσης
• Διόρθωση του υψομέτρου στη διηλεκτρική αντοχή του αέρα: $E_{threshold} = 3.0 \times \delta \text{ kV/mm}$

Απαιτείται έξοδος προσομοίωσης:

• Μέγιστο επιφανειακό ηλεκτρικό πεδίο σε κάθε κρίσιμο σημείο υλικού κορώνας χωρίς δακτύλιος κορώνα
• Χάρτης κατανομής ηλεκτρικού πεδίου που δείχνει το $3.0 \times \delta \text{ kV/mm}$ περίγραμμα κατωφλίου
• Προτεινόμενη θέση δακτυλίου που μειώνει όλα τα πεδία επιφάνειας υλικού κάτω από $2.4 \times \delta \text{ kV/mm}$ (80% του κατωφλίου έναρξης - τυπικό περιθώριο σχεδιασμού)

Βήμα 3: Καθορισμός παραμέτρων διαστάσεων δακτυλίου

Από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, προσδιορίστε:

Διάμετρος δακτυλίου (D):
$D = 2 \ φορές (r_{hardware} + \Delta r_{grading})$

Πού $r_{hardware}$ είναι η ακτινική έκταση της ζώνης υλικού και $\Delta r_{grading}$ είναι η πρόσθετη ακτινική απόσταση που απαιτείται για τη μείωση του πεδίου αιχμής σε 80% του ορίου έναρξης - συνήθως 50-150 mm ανάλογα με την κατηγορία τάσης.

Διάμετρος σωλήνα (d):
Ο σωλήνας δακτυλίου δεν πρέπει να γίνει ο ίδιος πηγή κορώνας. Ελάχιστη διάμετρος σωλήνα:
$d_{min} = \frac{V_{phase-earth}}{E_{threshold} \times \pi}$

Για φάση προς γη 220 kV στο επίπεδο της θάλασσας: $d_{min} = \frac{127 \text{ kV}}{3.0 \text{ kV/mm} \times \pi} \approx 13.5 \text{ mm}$ - αλλά οι πρακτικοί δακτύλιοι χρησιμοποιούν διάμετρο σωλήνα 60-80 mm για να παρέχουν περιθώριο και μηχανική στιβαρότητα.

Αξονική θέση (z):
Το κεντρικό επίπεδο του δακτυλίου πρέπει να τοποθετείται έτσι ώστε το σημείο υλικού που προστατεύεται να εμπίπτει στο φάκελο διαβάθμισης πεδίου του δακτυλίου. Η αξονική μετατόπιση από το σημείο υλικού προς το κεντρικό επίπεδο του δακτυλίου:

$z_{offset} = 0.3 \times D \text{ to } 0.5 \times D$

Αυτή είναι η παράμετρος που ρυθμίζεται συχνότερα λανθασμένα - η τοποθέτηση του δακτυλίου πολύ μακριά αξονικά από το σημείο του υλικού αφήνει το υλικό εντελώς εκτός του φακέλου διαβάθμισης.

Βήμα 4: Επαληθεύστε την τοποθέτηση με δοκιμές RIV μετά την εγκατάσταση

Το IEC 60437 καθορίζει τη μέθοδο δοκιμής τάσης ραδιοπαρεμβολής για εξοπλισμό υψηλής τάσης σε εξωτερικούς χώρους. Η δοκιμή RIV μετά την εγκατάσταση είναι υποχρεωτική για όλους τους αποζεύκτες άνω των 110 kV:

Κατηγορία τάσης	Τάση δοκιμής RIV	Μέγιστη επιτρεπόμενη RIV	Πρότυπο δοκιμής
110 kV	64 kV (φάση-εδάφους)	500 μV (στα 0,5 MHz)	IEC 60437
220 kV	127 kV (φάση-εδάφους)	1.000 μV (στα 0,5 MHz)	IEC 60437
330 kV	190 kV (φάση-εδάφους)	1.500 μV (στα 0,5 MHz)	IEC 60437
500 kV	289 kV (φάση-εδάφους)	2.500 μV (στα 0,5 MHz)	IEC 60437

Εάν η δοκιμή RIV αποκαλύψει μη συμμόρφωση, η αξονική θέση του δακτυλίου θα πρέπει να ρυθμιστεί σε βήματα των 25 mm προς το σημείο του υλικού και να ελεγχθεί εκ νέου - η αξονική θέση είναι η πιο ευαίσθητη παράμετρος ρύθμισης και η πρώτη που πρέπει να διορθωθεί πριν από την αλλαγή της διαμέτρου του δακτυλίου.

Βήμα 5: Τεκμηρίωση της τοποθέτησης ως αρχείο θέσης σε λειτουργία

• Καταγράψτε τη διάμετρο του δακτυλίου, τη διάμετρο του σωλήνα, την αξονική μετατόπιση από την επιφάνεια του τερματικού σφιγκτήρα και την ακτινική μετατόπιση από τον άξονα του αποζεύκτη.
• Φωτογραφία εγκατάστασης δακτυλίου από τρεις ορθογώνιες όψεις με διαστατική κλίμακα αναφοράς
• Καταγράψτε τα αποτελέσματα της δοκιμής RIV στην ονομαστική τάση και στην ονομαστική τάση 110%
• Αποθηκεύστε ως μόνιμο αρχείο θέσης σε λειτουργία - απαιτείται για την επαλήθευση του κύκλου ζωής ανά 10ετία.

Μια δεύτερη περίπτωση πελάτη καταδεικνύει την ευαισθησία της αξονικής θέσης. Ένας εργολάβος EPC που διαχειρίστηκε μια εγκατάσταση υπαίθριου αποζεύκτη 500 kV στη Μέση Ανατολή εγκατέστησε δακτυλίους κορώνα σύμφωνα με έναν γενικό πίνακα προδιαγραφών - διάμετρος δακτυλίου 800 mm, διάμετρος σωλήνα 110 mm, αξονική θέση 400 mm από την επιφάνεια του σφιγκτήρα του ακροδέκτη. Οι δοκιμές RIV μετά την εγκατάσταση έδειξαν 3.800 μV - 52% πάνω από το όριο των 2.500 μV IEC. Η προσομοίωση ηλεκτρικού πεδίου επιβεβαίωσε ότι το υλικό του τερματικού σφιγκτήρα βρισκόταν 180 mm εκτός του φακέλου διαβάθμισης του πεδίου του δακτυλίου στην καθορισμένη αξονική θέση. Η μετακίνηση του δακτυλίου κατά 160 mm πιο κοντά στον τερματικό σφιγκτήρα - σε αξονική μετατόπιση 240 mm - έφερε όλο το υλικό εντός του περιβλήματος διαβάθμισης. Ο επαναληπτικός έλεγχος επιβεβαίωσε 1.950 μV - 22% κάτω από το όριο IEC. Ολόκληρη η μη συμμόρφωση προκλήθηκε από ένα μοναδικό σφάλμα αξονικής θέσης 160 mm.

Ποια λάθη εγκατάστασης ακυρώνουν την απόδοση του Corona Ring και πώς πρέπει να δομηθεί η επαλήθευση του κύκλου ζωής;

Σωστή διαδικασία εγκατάστασης για την αποτελεσματικότητα του δακτυλίου Corona

1. Επαληθεύστε τις διαστάσεις του δακτυλίου με τον υπολογισμό για το συγκεκριμένο έργο - Ποτέ μην εγκαθιστάτε ένα δακτύλιο κορώνα από έναν γενικό πίνακα κατηγοριών τάσης χωρίς να επιβεβαιώσετε ότι η διάμετρος του δακτυλίου, η διάμετρος του σωλήνα και η αξονική θέση ταιριάζουν με την έξοδο της προσομοίωσης FEM για τη συγκεκριμένη γεωμετρία του αποζεύκτη.
2. Ελέγξτε το φινίρισμα της επιφάνειας του δακτυλίου πριν από την εγκατάσταση - επιφανειακές γρατζουνιές, βαθουλώματα ή σημάδια κατεργασίας στο σωλήνα του δακτυλίου δημιουργούν τοπικές συγκεντρώσεις πεδίου που δημιουργούν κορώνα από τον ίδιο το δακτύλιο- απορρίψτε κάθε δακτύλιο με επιφανειακά ελαττώματα βαθύτερα από 0,5 mm
3. Ροπή υλικού τοποθέτησης σύμφωνα με τις προδιαγραφές - οι δακτύλιοι κορώνα τοποθετούνται σε υλικό από αλουμίνιο ή ανοξείδωτο υλικό- οι συνδέσεις με χαμηλή στρέψη δημιουργούν μικρο-κενά που δημιουργούν κορώνα στη διεπιφάνεια δακτυλίου-συσκευής
4. Επαληθεύστε την αξονική θέση με βαθμονομημένο εργαλείο μέτρησης. - χρησιμοποιήστε χαλύβδινο κανόνα ή μετρητή απόστασης με λέιζερ για να επιβεβαιώσετε την αξονική μετατόπιση από την επιφάνεια του σφιγκτήρα του ακροδέκτη προς το κεντρικό επίπεδο του δακτυλίου- η οπτική εκτίμηση δεν επαρκεί για την ακρίβεια της αξονικής θέσης
5. Επιβεβαιώστε ότι ο δακτύλιος είναι ομόκεντρος με τον άξονα του αποζεύκτη - η έκκεντρη τοποθέτηση του δακτυλίου μετατοπίζει το φάκελο διαβάθμισης του πεδίου εκτός άξονα, αφήνοντας τη μία πλευρά του υλικού απροστάτευτη- επαληθεύστε την ομόκεντρη τοποθέτηση εντός ±5 mm

Τα πιο συνεπακόλουθα λάθη εγκατάστασης

• Χρήση πινάκων κλάσης τάσης χωρίς διόρθωση υψομέτρου: Το πιο συνηθισμένο σφάλμα σε έργα διανομής ενέργειας σε μεγάλο υψόμετρο - ένας δακτύλιος που έχει σωστή διαστασιολόγηση για το επίπεδο της θάλασσας είναι συστηματικά υποδιαστασιολογημένος σε υψόμετρο και το σφάλμα είναι αόρατο χωρίς δοκιμή RIV.
• Ρύθμιση της αξονικής θέσης με οπτική εκτίμηση: Η αξονική θέση είναι η πιο ευαίσθητη παράμετρος του δακτυλίου κορώνα - ένα αξονικό σφάλμα 50-100 mm μπορεί να μετατοπίσει το σημείο υλικού εντελώς εκτός του φακέλου διαβάθμισης, καθιστώντας τον δακτύλιο αναποτελεσματικό.
• Εγκατάσταση δακτυλίων με επιφανειακές φθορές: Ένας δακτύλιος κορώνα με βαθουλώματα ή γρατζουνιές παράγει κορώνα από την ίδια του την επιφάνεια, δημιουργώντας μια νέα πηγή εκπομπής, ενώ παρέχει μερική διαβάθμιση του αρχικού σημείου υλικού - το καθαρό αποτέλεσμα μπορεί να είναι υψηλότερο RIV από ό,τι χωρίς δακτύλιο.
• Παράλειψη του δακτυλίου άκρου λεπίδας στους αποσυνδετήρες ανοικτής θέσης: Πολλές προδιαγραφές περιλαμβάνουν δακτυλίους σφιγκτήρα ακροδεκτών αλλά παραλείπουν τον δακτύλιο άκρου λεπίδας - το άκρο λεπίδας ανοικτής θέσης είναι το σημείο με το υψηλότερο πεδίο στον αποζεύκτη και απαιτεί τον δικό του δακτύλιο πάνω από 110 kV.
• Παράλειψη των δοκιμών RIV μετά την εγκατάσταση: Χωρίς δοκιμές RIV, τα σφάλματα τοποθέτησης δακτυλίου κορώνα παραμένουν απαρατήρητα μέχρι να υποβαθμιστεί ο μονωτήρας, να γίνουν καταγγελίες για ραδιοπαρεμβολές ή παραβιάσεις ακουστικού θορύβου και να αναγκαστεί η έρευνα - συχνά χρόνια μετά την εγκατάσταση.

Χρονοδιάγραμμα επαλήθευσης κύκλου ζωής για δακτυλίους Corona σε εξωτερικούς αποζεύκτες

Δραστηριότητα επαλήθευσης	Διάστημα	Μέθοδος	Κριτήριο επιτυχίας
Οπτική επιθεώρηση	Ετήσια	Επίγεια κιάλια ή drone	Δεν υπάρχει ορατή λάμψη κορώνα τη νύχτα- δεν υπάρχουν επιφανειακές ζημιές
Μέτρηση RIV	10 χρόνια	Σετ δοκιμών IEC 60437	Εντός του ορίου IEC για την κατηγορία τάσης
Επιθεώρηση της κατάστασης της επιφάνειας	10 χρόνια	Στενή επιθεώρηση κατά τη διάρκεια διακοπής της γραμμής	Χωρίς βαθουλώματα, διάβρωση ή επιφανειακά ελαττώματα >0,5 mm
Ροπή υλικού τοποθέτησης	10 χρόνια	Κλειδί ροπής στην ονομαστική τιμή	Όλοι οι συνδετήρες με την καθορισμένη ροπή στρέψης
Επαλήθευση αξονικής θέσης	Μετά από οποιαδήποτε συντήρηση	Βαθμονομημένη μέτρηση	Εντός ±10 mm από το αρχείο θέσης σε λειτουργία
Επιθεώρηση μετά το σφάλμα	Μετά από οποιοδήποτε συμβάν σφάλματος	Οπτική + RIV	Επιβεβαιώστε ότι δεν υπάρχει μετατόπιση ή ζημιά του δακτυλίου

Μηχανισμοί υποβάθμισης του κύκλου ζωής για δακτυλίους Corona

• Διάβρωση αλουμινίου σε παράκτια περιβάλλοντα: Η προσβολή της επιφάνειας του δακτυλίου αλουμινίου από αλατόνερο δημιουργεί διάβρωση που δημιουργεί κορώνα από τον ίδιο τον δακτύλιο - προσδιορίστε ανοδιωμένο ή κράμα αλουμινίου ναυτικής ποιότητας για εγκαταστάσεις διανομής ενέργειας σε παράκτιες περιοχές
• Χαλάρωση λόγω κραδασμών: Οι αιολικοί κραδασμοί στις κατασκευές εναέριων γραμμών χαλαρώνουν το υλικό στερέωσης των δακτυλίων με την πάροδο των ετών λειτουργίας - η ετήσια επαλήθευση της ροπής στρέψης είναι απαραίτητη
• Κόπωση με θερμικό κύκλο: Οι μεγάλες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στα ηπειρωτικά κλίματα προκαλούν διαφορική θερμική διαστολή μεταξύ του δακτυλίου αλουμινίου και του χαλύβδινου υλικού στερέωσης - επιθεωρήστε τη διεπιφάνεια στερέωσης για διάβρωση λόγω τριβής ανά 10 έτη
• Υποβάθμιση με υπεριώδη ακτινοβολία των πολυμερών εξαρτημάτων στερέωσης: Οποιαδήποτε πολυμερή αποστάτες ή μονωτικά εξαρτήματα στο συγκρότημα στερέωσης δακτυλίου υποβαθμίζονται υπό την έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία - προσδιορίστε υλικά σταθεροποιημένα με υπεριώδη ακτινοβολία που έχουν χαρακτηριστεί για εξωτερική χρήση υψηλής τάσης.

Συμπέρασμα

Η τοποθέτηση του δακτυλίου Corona στους εξωτερικούς αποζεύκτες είναι μια πειθαρχία μηχανικής του ηλεκτρικού πεδίου ακριβείας - όχι ένα αξεσουάρ εγκατάστασης. Η διάμετρος του δακτυλίου, η διάμετρος του σωλήνα, η αξονική θέση και η διόρθωση του υψομέτρου είναι αλληλοεξαρτώμενες παράμετροι που πρέπει να προκύπτουν από την προσομοίωση του ηλεκτρικού πεδίου της συγκεκριμένης γεωμετρίας του αποζεύκτη και να επαληθεύονται με δοκιμές RIV μετά την εγκατάσταση σύμφωνα με το πρότυπο IEC 60437. Τα πιο επακόλουθα σφάλματα - παράλειψη διόρθωσης υψομέτρου, εκτίμηση αξονικής θέσης, παράλειψη δακτυλίου άκρου πτερυγίου και αποδοχή επιφανειακής βλάβης - είναι όλα αόρατα χωρίς αυστηρές δοκιμές και όλα οδηγούν σε μη συμμόρφωση με το IEC που υποβαθμίζει σταδιακά την αξιοπιστία του μονωτήρα και την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα του δικτύου. Καθορίστε τους δακτυλίους κορώνα από τις πρώτες αρχές, εγκαταστήστε τους με βαθμονομημένες ανοχές διαστάσεων, επαληθεύστε τους με δοκιμές RIV κατά τη θέση σε λειτουργία και επανεπαληθεύστε τους ανά 10ετή διαστήματα του κύκλου ζωής - επειδή ένας δακτύλιος κορώνα εγκατεστημένος σε λάθος θέση δεν αποτελεί περιθώριο ασφαλείας, αλλά ψευδή διαβεβαίωση.

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την τοποθέτηση δακτυλίου Corona σε εξωτερικούς αποζεύκτες

1. “Διηλεκτρική αντοχή”, https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength. Παρέχει την πρότυπη ατμοσφαιρική τιμή αναφοράς για τη διηλεκτρική διάσπαση του αέρα. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: όριο διηλεκτρικής διάσπασης του αέρα. ↩

2. “IEC 60437: Δοκιμή ραδιοπαρεμβολής σε μονωτήρες υψηλής τάσης”, https://webstore.iec.ch/publication/2054. Αναλυτικά οι διεθνείς προδιαγραφές για τα κατώτατα όρια τάσης ραδιοπαρεμβολής. Evidence role: general_support; Source type: standard. Υποστηρίζει: IEC 60437: Κανονισμοί και όρια. ↩

3. “IEC 60815-3: Επιλογή και διαστασιολόγηση μονωτήρων υψηλής τάσης που προορίζονται για χρήση σε μολυσμένες συνθήκες”, https://webstore.iec.ch/publication/3592. Καθορίζει κατευθυντήριες γραμμές για την υποβάθμιση πολυμερών μονωτήρων λόγω περιβαλλοντικών επιδράσεων όπως η υπεριώδης ακτινοβολία και η κορώνα. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: IEC 60815-3 για τη διάβρωση της επιφάνειας του μονωτήρα. ↩

4. “Επίδραση του υψομέτρου στα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα”, https://ieeexplore.ieee.org/document/7588236. Ακαδημαϊκή μελέτη που ποσοτικοποιεί την αναλογική σχέση μεταξύ της πτώσης της πυκνότητας του αέρα και της τάσης έναρξης της κορώνας. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: μείωση της τάσης έναρξης της κορώνας κατά περίπου 11%. ↩

5. “Προσομοίωση ηλεκτρικού πεδίου με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων”, https://www.comsol.com/multiphysics/electric-field-simulation. Εξηγεί τη μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για την υπολογιστική μοντελοποίηση τοπολογιών ηλεκτρικών πεδίων υψηλής τάσης. Τύπος πηγής: βιομηχανία. Υποστηρίζει: Προσομοίωση ηλεκτρικού πεδίου με χρήση λογισμικού μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM). ↩