สิ่งที่วิศวกรมักมองข้ามเกี่ยวกับการวางตำแหน่งวงแหวนโคโรนาบนตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้ง

บทนำ

การติดตั้งวงแหวนโคโรนาบนตัวตัดวงจรกลางแจ้งเป็นหนึ่งในด้านที่ท้าทายทางเทคนิคมากที่สุดและมักถูกดำเนินการผิดพลาดบ่อยที่สุดในวิศวกรรมระบบจ่ายไฟฟ้าแรงสูง ในการส่งและจ่ายไฟฟ้าที่ทำงานเกินกว่า 110 กิโลโวลต์ การเกิดโคโรนาจากอุปกรณ์ตัวตัดวงจรไม่ใช่ปัญหาด้านความสวยงาม — มันเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนความถี่วิทยุอย่างต่อเนื่อง เสียงรบกวน การสร้างโอโซน และการกัดกร่อนผิวฉนวนที่ค่อยๆ ลดความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์และละเมิดมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของ IEC. สิ่งที่วิศวกรส่วนใหญ่พลาดเกี่ยวกับการวางตำแหน่งวงแหวนโคโรนาคือ ตำแหน่งของวงแหวน เส้นผ่านศูนย์กลาง ส่วนตัดขวางของท่อ และการเยื้องแกนจากฮาร์ดแวร์ที่มีพลังงาน ไม่ใช่ความชอบในการติดตั้ง แต่เป็นพารามิเตอร์การปรับระดับสนามไฟฟ้าที่คำนวณอย่างแม่นยำซึ่งต้องได้มาจากรูปทรงเรขาคณิตของตัวตัดการเชื่อมต่อเฉพาะแรงดันไฟฟ้าของระบบ และระดับความสูง และว่าวงแหวนโคโรนาที่ติดตั้งแม้เพียง 50 มม. จากตำแหน่งที่ถูกต้องอาจไม่มีประสิทธิภาพเลย หรือแย่กว่านั้น อาจทำให้สนามไฟฟ้าที่จุดฮาร์ดแวร์ที่อยู่ใกล้เคียงเพิ่มขึ้นแทนที่จะลดลง. คู่มือนี้ให้พื้นฐานทางวิศวกรรมสำหรับการติดตั้งวงแหวนโคโรนาอย่างถูกต้องบนตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้ง — ครอบคลุมฟิสิกส์ของสนามไฟฟ้า, ข้อกำหนดมาตรฐาน IEC, วิธีการคำนวณตำแหน่ง, และการติดตั้งและการตรวจสอบวงจรชีวิตที่ช่วยกำหนดว่าวงแหวนโคโรนาสามารถทำหน้าที่ตามการออกแบบได้ในระบบจ่ายไฟฟ้าแรงสูง.

สารบัญ

• อะไรคือการคายประจุโคโรนาบนตัวตัดการเชื่อมต่อภายนอกและทำไมตำแหน่งของแหวนจึงกำหนดประสิทธิภาพ?
• แรงดันไฟฟ้า, รูปทรงของตัวตัดการเชื่อมต่อ, และระดับความสูงมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรในการกำหนดพารามิเตอร์ของวงแหวนโคโรนาที่ถูกต้อง?
• วิธีคำนวณและตรวจสอบตำแหน่งการติดตั้งวงแหวนโคโรนาที่ถูกต้องสำหรับตัวตัดการเชื่อมต่อภายนอกอาคาร
• ข้อผิดพลาดในการติดตั้งที่ทำให้ประสิทธิภาพของวงแหวนโคโรนาเป็นโมฆะ และควรจัดโครงสร้างการตรวจสอบวงจรชีวิตอย่างไร?

อะไรคือการคายประจุโคโรนาบนตัวตัดการเชื่อมต่อภายนอกและทำไมตำแหน่งของแหวนจึงกำหนดประสิทธิภาพ?

การคายประจุโคโรนาคือการแตกตัวของโมเลกุลอากาศในบริเวณที่ความเข้มของสนามไฟฟ้าในท้องถิ่นมีค่าเกินกว่าค่าขีดจำกัดการแตกตัวทางไฟฟ้าของอากาศ — ประมาณ 3 กิโลโวลต์ต่อเมตร (kV/mm) ที่ระดับน้ำทะเลภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐานที่ตัวตัดการเชื่อมต่อภายนอก ปรากฏการณ์โคโรนาจะเริ่มต้นที่บริเวณความไม่ต่อเนื่องทางเรขาคณิตเป็นพิเศษ ได้แก่ ขอบคม อุปกรณ์ที่มีรัศมีเล็ก หัวสลักเกลียว ปลายใบมีดสัมผัส และมุมของตัวหนีบขั้วต่อ — เนื่องจากลักษณะเหล่านี้ทำให้เส้นสนามไฟฟ้าเข้มข้นขึ้น ส่งผลให้ความเข้มของสนามไฟฟ้าในบริเวณนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยของสนามไฟฟ้าสำหรับแรงดันไฟฟ้าของระบบอย่างมาก.

ทำไมความไม่ต่อเนื่องเชิงเรขาคณิตจึงมีอิทธิพลเหนือการเกิดโคโรนา

ความเข้มของสนามไฟฟ้า $E$ ที่ผิวหน้าของตัวนำเป็นสัดส่วนผกผันกับรัศมีโค้งท้องถิ่น $r$:

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

ปลายใบมีดตัดวงจรที่มีรัศมีความโค้ง 3 มม. ที่แรงดันไฟฟ้าเฟสถึงพื้นดิน 220 กิโลโวลต์ จะสร้างสนามไฟฟ้าพื้นผิวเฉพาะจุดที่สูงกว่าสนามไฟฟ้าเฉลี่ยระหว่างตัวนำกับพื้นดินประมาณ 40 เท่า นี่คือเหตุผลที่โคโรนาบนตัวตัดวงจรกลางแจ้งไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ — แต่จะรวมตัวกันที่จุดฮาร์ดแวร์เฉพาะที่สามารถระบุ ทำแผนที่ และลดทอนได้ด้วยการติดตั้งวงแหวนโคโรนาในตำแหน่งที่ถูกต้อง.

ฟังก์ชันการให้คะแนนสนามไฟฟ้าของวงแหวนโคโรนา

วงแหวนโคโรนาทำงานโดยการแทนที่รูปทรงเรขาคณิตสนามสูงที่มีรัศมีเล็กด้วยรูปทรงเรขาคณิตสนามต่ำที่มีรัศมีใหญ่แหวน — ท่อรูปวงแหวนของอะลูมิเนียมหรือโลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีพื้นผิวเรียบ — เชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ที่มีพลังงานและวางตำแหน่งให้ล้อมรอบจุดสนามแม่เหล็กสูงภายในเขตสนามไฟฟ้าของมัน โดยการนำเสนอพื้นผิวโค้งขนาดใหญ่ เรียบ และต่อเนื่องให้กับอากาศโดยรอบ แหวนจะกระจายเส้นสนามไฟฟ้าที่จะมุ่งเน้นที่ความไม่ต่อเนื่องของฮาร์ดแวร์ออกไป ลดสนามไฟฟ้าสูงสุดบนพื้นผิวให้ต่ำกว่าเกณฑ์เริ่มต้นของโคโรนา.

ข้อคิดที่สำคัญซึ่งวิศวกรติดตั้งส่วนใหญ่พลาดไปคือ: วงแหวนโคโรนาไม่ได้เพียงแค่ “ป้องกัน” จุดฮาร์ดแวร์เท่านั้น — แต่มันปรับเปลี่ยนโครงสร้างของสนามไฟฟ้าท้องถิ่นทั้งหมดอย่างแข็งขัน. ประสิทธิภาพของแหวนขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตสี่ตัวพร้อมกัน:

• เส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน (D): เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของทอรอยด์ — เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ขึ้นให้พื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันที่ใหญ่ขึ้น ช่วยลดการเข้มข้นของสนามไฟฟ้าในบริเวณฮาร์ดแวร์ที่กว้างขึ้น
• เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (d): เส้นผ่านศูนย์กลางขวางของท่อวงแหวน — เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่ใหญ่ขึ้นจะลดพื้นที่ผิวของวงแหวนเอง ทำให้วงแหวนไม่กลายเป็นแหล่งกำเนิดโคโรนา
• ตำแหน่งตามแนวแกน (z): ระยะทางตามแกนของตัวตัดการเชื่อมต่อจากระนาบศูนย์กลางวงแหวนไปยังจุดฮาร์ดแวร์ที่ต้องการป้องกัน — พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดและมักผิดพลาดบ่อยที่สุด
• รัศมีออฟเซ็ต (r): ระยะทางจากแกนของตัวตัดการเชื่อมต่อถึงระนาบศูนย์กลางของวงแหวน — กำหนดว่าพื้นผิวศักย์ไฟฟ้าเท่ากันของวงแหวนจะขยายออกไปไกลเพียงใดจากฮาร์ดแวร์

ผลกระทบของการเกิดประกายไฟโคโรนาต่อตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้ง

ผลลัพธ์	กลไก	มาตรฐาน IEC ละเมิด	ความรุนแรง
แรงดันรบกวนทางวิทยุ (RIV)	การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงจากพลาสมาโคโรนา	IEC 604371, CISPR 18	สูง — ส่งผลกระทบต่อการสื่อสารของรีเลย์ป้องกัน
เสียงที่ได้ยิน	คลื่นความดันจากการขยายตัวของพลาสมาโคโรนา	IEC 60815, IEC 61284	ระดับกลาง — การละเมิดขีดจำกัดด้านกฎระเบียบ
การผลิตโอโซน	การผลิต O₃ จากการไอออไนเซชันของโคโรนา	การกำกับดูแลด้านสิ่งแวดล้อม	ขนาดกลาง — เร่งการเสื่อมสภาพของซีลยาง
การกัดกร่อนของพื้นผิวฉนวน2	การโจมตีของรังสียูวีและโอโซนบนพื้นผิวฉนวนโพลิเมอร์	IEC 60815-3	สูง — ลดอายุการใช้งานของฉนวน
การเกิดความร้อนจากผลกระทบของโควิด-19	การให้ความร้อนแบบต้านทานจากกระแสไฟฟ้ารั่วไหลที่บริเวณโคโรนา	IEC 62271-102	ต่ำโดยตรง สูงสะสม
ความเสี่ยงการเกิดไฟลุกโชน	พลาสมาโคโรนาลดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดการแตกตัวในช่องว่างอากาศที่มีประสิทธิภาพ	IEC 60071	สำคัญอย่างยิ่งในสถานที่ปนเปื้อน

แรงดันไฟฟ้า, รูปทรงของตัวตัดการเชื่อมต่อ, และระดับความสูงมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรในการกำหนดพารามิเตอร์ของวงแหวนโคโรนาที่ถูกต้อง?

ตัวแปรสามตัวที่วิศวกรส่วนใหญ่ถือว่าไม่มีความสัมพันธ์กัน — ระดับแรงดันไฟฟ้า, รูปทรงของตัวตัดการเชื่อมต่อ, และระดับความสูงในการติดตั้ง — แท้จริงแล้วมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดในการกำหนดพารามิเตอร์ของวงแหวนโคโรนาที่ถูกต้อง การระบุวงแหวนโคโรนาจากตารางระดับแรงดันไฟฟ้าโดยไม่คำนึงถึงรูปทรงเฉพาะของตัวตัดการเชื่อมต่อและระดับความสูงของสถานที่ติดตั้งเป็นแหล่งที่มาที่พบบ่อยที่สุดของการติดตั้งวงแหวนโคโรนาที่ไม่มีประสิทธิภาพในโครงการจัดจำหน่ายไฟฟ้าแรงสูง.

ระดับแรงดันไฟฟ้าและเกณฑ์เริ่มต้นของปรากฏการณ์โคโรนา

แรงดันเริ่มต้นของโคโรนาสำหรับรูปทรงของฮาร์ดแวร์ที่กำหนดถูกกำหนดโดย สูตรพีค³:

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

สถานที่:

• $E_0 = 3.0 \text{ กิโลโวลต์/มิลลิเมตร}$ — ความเข้มสนามวิกฤตที่ระดับน้ำทะเล สภาวะมาตรฐาน
• $เดลตา$ — ความหนาแน่นของอากาศสัมพัทธ์ (= 1.0 ที่ระดับน้ำทะเล, 20°C)
• $k = 0.03 \text{ มิลลิเมตร}^{0.5}$ — ค่าคงที่ของความขรุขระของพื้นผิวเชิงประจักษ์
• $r$ — เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำในมิลลิเมตร

ผลกระทบในทางปฏิบัติ: แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นของโคโรนาลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น เนื่องจากความหนาแน่นสัมพัทธ์ของอากาศ $เดลตา$ ลดลง ที่ระดับความสูง 1,000 เมตร, $\delta ≈ 0.89$ — ลดแรงดันเริ่มต้นของปรากฏการณ์โคโรนาลงประมาณ 11% เมื่อเทียบกับระดับน้ำทะเล ที่ระดับความสูง 2,000 เมตร, $\delta ≈ 0.79$ — การลดขนาด 21% ซึ่งหมายความว่าวงแหวนโคโรนาที่มีขนาดถูกต้องสำหรับการติดตั้งที่ระดับน้ำทะเลจะมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับตัวตัดการเชื่อมต่อเดียวกันที่ระดับความสูง 2,000 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวนต้องเพิ่มขึ้นเพื่อชดเชย.

ระดับแรงดันไฟฟ้าเทียบกับพารามิเตอร์วงแหวนโคโรนาขั้นต่ำ

แรงดันไฟฟ้าของระบบ	แรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสกับกราวด์	เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวนขั้นต่ำ (D)	เส้นผ่านศูนย์กลางท่อขั้นต่ำ (d)	ปัจจัยการปรับแก้ระดับความสูง
110 กิโลโวลต์	63.5 กิโลโวลต์	250–300 มม.	40–50 มม.	+8% D ต่อ 1,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล
220 กิโลโวลต์	127 กิโลโวลต์	400–500 มิลลิเมตร	60–80 มม.	+8% D ต่อ 1,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล
330 กิโลโวลต์	190 กิโลโวลต์	550–650 มม.	80–100 มม.	ปัจจัยปรับแก้ระดับความสูง4
500 กิโลโวลต์	289 กิโลโวลต์	700–900 มิลลิเมตร	100–130 มม.	+8% D ต่อ 1,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล
750 กิโลโวลต์	433 กิโลโวลต์	1,000–1,200 มิลลิเมตร	130–160 มม.	+8% D ต่อ 1,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล

ปฏิสัมพันธ์ของเรขาคณิตของตัวตัดการเชื่อมต่อ: สามโซนฮาร์ดแวร์ที่สำคัญ

ทุกตัวตัดการเชื่อมต่อภายนอกมีโซนฮาร์ดแวร์สามโซนที่ต้องประเมินการติดตั้งวงแหวนโคโรนาอย่างอิสระ:

โซน 1 — จุดหนีบปลายสาย / จุดเชื่อมต่อตัวนำ:
การเชื่อมต่อระหว่างตัวนำสายเหนือศีรษะและขั้วต่อตัวตัดการเชื่อมต่อเป็นจุดที่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสูงสุดบนชุดอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อุปกรณ์จับยึดขั้วต่อมักมีหัวสลักเกลียวหลายหัว ขอบคม และจุดสิ้นสุดของเส้นใยตัวนำ — ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดโคโรนาทั้งหมด วงแหวนโคโรนาในบริเวณนี้ต้องถูกจัดวางให้ครอบคลุมอุปกรณ์ขั้วต่อทั้งหมดภายในขอบเขตของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า.

โซน 2 — ปลายใบมีดสัมผัส (ตำแหน่งเปิด):
เมื่อตัวตัดการเชื่อมต่ออยู่ในตำแหน่งเปิด ปลายใบมีดที่มีกระแสไฟฟ้าจะเป็นปลายตัวนำอิสระ — ซึ่งเป็นรูปทรงที่มีสนามแม่เหล็กสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ รัศมีปลายใบมีดโดยทั่วไปอยู่ที่ 5–15 มม. ทำให้เกิดการรวมตัวของสนามแม่เหล็กอย่างรุนแรงที่แรงดันส่งผ่านสูง จำเป็นต้องมีวงแหวนโคโรนาที่ปลายใบมีดสำหรับตัวตัดการเชื่อมต่อทั้งหมดที่ทำงานที่แรงดันเกิน 110 กิโลโวลต์ในตำแหน่งเปิด.

โซน 3 — ฝาครอบฉนวนและอุปกรณ์ขา:
ฝาครอบโลหะและอุปกรณ์หมุดที่ส่วนบนของสายฉนวนซึ่งเชื่อมต่อกับโครงสร้างตัวตัดการเชื่อมต่อ จะทำให้สนามไฟฟ้าเข้มข้นบริเวณรอยต่อระหว่างโลหะกับฉนวน บริเวณนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับฉนวนโพลิเมอร์ เนื่องจากการกัดกร่อนของพื้นผิวที่เกิดจากโคโรนาจะเกิดขึ้นเร็วกว่าบนฉนวนพอร์ซเลน.

สภาวะแห้ง vs. สภาวะเปียก: ความแตกต่างของการเกิดโคโรนา

เงื่อนไข	ผลกระทบต่อการเกิดโคโรนา	ผลกระทบจากการเลือกขนาดแหวน
อากาศแห้งและสะอาด	ค่าเริ่มต้นของการเกิดโคโรนาต่อสูตรพีค	ขนาดแหวนมาตรฐาน
ความชื้นสูง (>80% RH)	ลดแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นลง 5–15%	เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน 5–10%
ฝนหรือการควบแน่นบนฮาร์ดแวร์	ลดแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นลง 15–30%	วิกฤต — โคโรนาเปียกมีความเข้มข้นมากกว่า 3–5 เท่า
เกลือหรือคราบสะสมจากมลภาวะ	ลดแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นลง 20–40%	เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน; เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ
ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล (>1,000 เมตร)	ลดแรงดันเริ่มต้นตามสัดส่วนของความหนาแน่นของอากาศ	ใช้ค่าสัมประสิทธิ์การปรับแก้ระดับความสูง

กรณีศึกษาของลูกค้าด้านการจ่ายพลังงานแสดงให้เห็นถึงข้อผิดพลาดในการโต้ตอบกับความสูงโดยตรง. วิศวกรสายส่งที่ทำงานในบริษัทสาธารณูปโภคทางตะวันตกของจีนได้กำหนดให้ใช้แหวนโคโรนาสำหรับการติดตั้งตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้ง 330 kV ที่ระดับความสูง 2,400 เมตร โดยใช้ตารางข้อกำหนดมาตรฐานระดับน้ำทะเล — เลือกแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 550 มม. และท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 80 มม. หลังจากการติดตั้ง การทดสอบแรงดันรบกวนทางวิทยุ (RIV) พบว่าระดับ RIV สูงกว่าขีดจำกัดของ IEC 60437 ถึง 4.2 เท่าการจำลองสนามไฟฟ้ายืนยันว่าที่ระดับความสูง 2,400 เมตร ($\delta = 0.77$), วงแหวนขนาด 550 มม. ให้การปรับระดับภาคสนามเทียบเท่ากับวงแหวนขนาด 430 มม. ที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับ 330 kV Bepto ได้จัดหาวงแหวนทดแทนที่มีขนาดเหมาะสมกับความสูงจริง: เส้นผ่านศูนย์กลาง 680 มม. พร้อมเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ 95 มม. โดยรวมการแก้ไข 8% ต่อความสูง 1,000 ม.การทดสอบ RIV หลังการเปลี่ยนยืนยันการปฏิบัติตามข้อกำหนดของค่าขอบเขต 35% ต่ำกว่าขีดจำกัดของมาตรฐาน IEC.

วิธีคำนวณและตรวจสอบตำแหน่งการติดตั้งวงแหวนโคโรนาที่ถูกต้องสำหรับตัวตัดการเชื่อมต่อภายนอกอาคาร

การติดตั้งวงแหวนโคโรนาอย่างถูกต้องจำเป็นต้องใช้วิธีการคำนวณที่ผสานการวิเคราะห์สนามไฟฟ้าเข้ากับรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะของตัวตัดการเชื่อมต่อ — ไม่ใช่การใช้ตารางค้นหาโดยไม่มีการตรวจสอบ ขั้นตอนต่อไปนี้จะใช้กับตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้งในทุกระดับแรงดันตั้งแต่ 110 kV ถึง 750 kV ในการใช้งานการจ่ายและส่งพลังงาน.

ขั้นตอนที่ 1: ระบุจุดฮาร์ดแวร์ที่มีความสำคัญต่อโควิดทั้งหมด

• ขอรับแบบที่มีขนาดของชุดตัวตัดวงจรซึ่งรวมถึงที่หนีบขั้วต่อ, รูปทรงของใบมีด, ฮาร์ดแวร์ฝาครอบฉนวน, และตำแหน่งของตัวยึดทั้งหมด
• ระบุคุณสมบัติของฮาร์ดแวร์ทั้งหมดที่มีรัศมีความโค้งต่ำกว่า 20 มม. — สิ่งเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นของโคโรนาที่อาจเกิดขึ้นได้ ซึ่งจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์การประเมินภาคสนาม
• สำหรับแต่ละจุดที่ระบุ ให้บันทึก: ตำแหน่งบนแกนตัวตัดการเชื่อมต่อ (พิกัด z), ระยะทางรัศมีจากแกน (พิกัด r), และรัศมีโค้งท้องถิ่น

ขั้นตอนที่ 2: ดำเนินการจำลองสนามไฟฟ้า

การจำลองสนามไฟฟ้า⁵ การใช้ซอฟต์แวร์วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) (COMSOL, ANSYS Maxwell หรือเทียบเท่า) เป็นมาตรฐานทางวิศวกรรมสำหรับการตรวจสอบตำแหน่งติดตั้งวงแหวนโคโรนาเหนือ 220 กิโลโวลต์ สำหรับการใช้งานที่ 110–220 กิโลโวลต์ วิธีการวิเคราะห์ที่อิงตามวิธีภาพให้ค่าความแม่นยำที่เพียงพอ.

ข้อมูลนำเข้าหลักสำหรับการจำลอง:

• แรงดันไฟฟ้าเฟสต่อดินของระบบที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่กำหนด$เอียง\รากที่สองของ 3$)
• รูปทรงเรขาคณิตของตัวตัดวงจรจากแบบของผู้ผลิต — ระบุรายละเอียดฮาร์ดแวร์ทั้งหมดภายในระยะ 500 มม. จากเขตวิกฤตโคโรนา
• เรขาคณิตของพื้นผิวอ้างอิง — โครงสร้างเสา, แขนขวาง, และตัวนำเฟสที่อยู่ติดกัน
• การแก้ไขความสูงต่อความแข็งแรงของไดอิเล็กทริกในอากาศ: $E_{ค่าขีดจำกัด} = 3.0 \times \delta \text{ kV/mm}$

ต้องการผลลัพธ์จากการจำลอง:

• สนามไฟฟ้าสูงสุดบนพื้นผิวที่แต่ละจุดวิกฤตของฮาร์ดแวร์ในบรรยากาศโคโรนา โดยไม่มี วงแหวนโคโรนา
• แผนที่การกระจายสนามไฟฟ้าที่แสดง $3.0 \times \delta \text{ กิโลโวลต์/มิลลิเมตร}$ เส้นขอบเขต
• ตำแหน่งวงแหวนที่เสนอซึ่งลดสนามบนพื้นผิวของฮาร์ดแวร์ทั้งหมดให้ต่ำกว่า $2.4 \times \delta \text{ กิโลโวลต์/มิลลิเมตร}$ (80% ของเกณฑ์เริ่มต้น — ขอบเขตการออกแบบมาตรฐาน)

ขั้นตอนที่ 3: กำหนดพารามิเตอร์ขนาดของแหวน

จากผลการจำลอง ให้กำหนด:

เส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน (D):
$D = 2 \times (r_{ฮาร์ดแวร์} + \Delta r_{การให้คะแนน})$

ที่ไหน $r_{ฮาร์ดแวร์}$ คือ ขอบเขตรัศมีของโซนฮาร์ดแวร์และ $\เดลต้า อาร์_การให้คะแนน$ คือระยะห่างรัศมีเพิ่มเติมที่จำเป็นเพื่อลดค่าสนามสูงสุดให้เหลือ 80% ของค่าเกณฑ์เริ่มต้น — โดยทั่วไปคือ 50–150 มม. ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้า.

เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (d):
ท่อวงแหวนต้องไม่กลายเป็นแหล่งกำเนิดโคโรนาเอง เส้นผ่านศูนย์กลางท่อขั้นต่ำ:
$d_{min} = \frac{V_{phase-earth}}{E_{threshold} \times \pi}$

สำหรับ 220 kV เฟสถึงพื้นดิน ที่ระดับน้ำทะเล: $d_{min} = \frac{127 \text{ kV}}{3.0 \text{ kV/mm} \times \pi} \approx 13.5 \text{ mm}$ — แต่แหวนที่ใช้ในทางปฏิบัติจะใช้ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 60–80 มม. เพื่อให้มีขอบเขตและทนทานต่อแรงทางกล.

ตำแหน่งตามแนวแกน (z):
ระนาบศูนย์กลางของวงแหวนต้องถูกจัดตำแหน่งให้จุดฮาร์ดแวร์ที่ต้องการป้องกันอยู่ภายในขอบเขตการปรับระดับของวงแหวน โดยระยะเยื้องแกนจากจุดฮาร์ดแวร์ไปยังระนาบศูนย์กลางของวงแหวน:

$z_{offset} = 0.3 × D ถึง 0.5 × D$

นี่คือพารามิเตอร์ที่มักถูกตั้งค่าไม่ถูกต้องบ่อยที่สุด — การวางวงแหวนให้อยู่ห่างจากจุดฮาร์ดแวร์ในแนวแกนมากเกินไปจะทำให้ฮาร์ดแวร์อยู่นอกขอบเขตการประเมินโดยสิ้นเชิง.

ขั้นตอนที่ 4: ตรวจสอบตำแหน่งด้วยการทดสอบ RIV หลังการติดตั้ง

IEC 60437 กำหนดวิธีการทดสอบแรงดันรบกวนทางวิทยุสำหรับอุปกรณ์แรงดันสูงที่ติดตั้งภายนอกอาคาร การทดสอบ RIV หลังการติดตั้งเป็นข้อบังคับสำหรับตัวตัดการเชื่อมต่อทั้งหมดที่มีแรงดันเกิน 110 กิโลโวลต์:

ระดับแรงดันไฟฟ้า	แรงดันทดสอบ RIV	ค่าสูงสุดที่อนุญาต RIV	มาตรฐานการทดสอบ
110 กิโลโวลต์	64 กิโลโวลต์ (เฟส-กราวด์)	500 ไมโครโวลต์ (ที่ 0.5 เมกะเฮิรตซ์)	IEC 60437
220 กิโลโวลต์	127 กิโลโวลต์ (เฟส-กราวด์)	1,000 μV (ที่ 0.5 MHz)	IEC 60437
330 กิโลโวลต์	190 กิโลโวลต์ (เฟส-กราวด์)	1,500 μV (ที่ 0.5 MHz)	IEC 60437
500 กิโลโวลต์	289 กิโลโวลต์ (เฟส-กราวด์)	2,500 μV (ที่ 0.5 MHz)	IEC 60437

หากการทดสอบ RIV พบว่าไม่สอดคล้องตามข้อกำหนด ตำแหน่งแกนของแหวนควรปรับเพิ่มขึ้นทีละ 25 มม. ไปทางจุดฮาร์ดแวร์และทดสอบใหม่ — ตำแหน่งแกนเป็นพารามิเตอร์การปรับที่ไวที่สุดและควรแก้ไขก่อนเป็นอันดับแรกก่อนที่จะเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของแหวน.

ขั้นตอนที่ 5: บันทึกการวางเอกสารเป็นบันทึกการว่าจ้าง

• บันทึกเส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน, เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ, การเยื้องแกนจากหน้าหนีบขั้ว, และการเยื้องรัศมีจากแกนตัวตัดการเชื่อมต่อ
• การติดตั้งวงแหวนพร้อมภาพถ่ายจากสามมุมมองตั้งฉากพร้อมมาตราส่วนอ้างอิงขนาด
• บันทึกผลการทดสอบ RIV ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและที่แรงดันไฟฟ้า 110% ที่กำหนด
• จัดเก็บเป็นบันทึกการว่าจ้างถาวร — จำเป็นสำหรับการตรวจสอบวงจรชีวิตทุก 10 ปี

กรณีลูกค้าที่สองแสดงให้เห็นถึงความไวต่อตำแหน่งแกน. ผู้รับเหมา EPC ที่ดูแลการติดตั้งตัวตัดวงจรกลางแจ้ง 500 kV ในตะวันออกกลาง ได้ติดตั้งวงแหวนโคโรนาตามตารางข้อกำหนดทั่วไป — เส้นผ่านศูนย์กลางวงแหวน 800 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ 110 มม., ตำแหน่งแกน 400 มม. จากหน้าหนีบขั้วต่อ หลังการติดตั้ง การทดสอบ RIV แสดงค่า 3,800 μV — 52% เหนือขีดจำกัด IEC ที่ 2,500 μVการจำลองสนามไฟฟ้ายืนยันว่าฮาร์ดแวร์ของแคลมป์เทอร์มินัลอยู่ห่างจากขอบเขตการแบ่งเกรดสนามของวงแหวน 180 มม. ที่ตำแหน่งแกนที่กำหนดไว้ การเคลื่อนวงแหวนเข้าใกล้แคลมป์เทอร์มินัล 160 มม. — ให้มีระยะห่างแกน 240 มม. — ทำให้ฮาร์ดแวร์ทั้งหมดอยู่ภายในขอบเขตการแบ่งเกรดการทดสอบซ้ำยืนยันค่า 1,950 μV — ต่ำกว่าขีดจำกัดของ IEC ถึง 22% สาเหตุทั้งหมดของการไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนดเกิดจากความผิดพลาดในตำแหน่งแกนเดียวที่ 160 มม.

ข้อผิดพลาดในการติดตั้งที่ทำให้ประสิทธิภาพของวงแหวนโคโรนาเป็นโมฆะ และควรจัดโครงสร้างการตรวจสอบวงจรชีวิตอย่างไร?

ขั้นตอนการติดตั้งที่ถูกต้องสำหรับประสิทธิภาพของวงแหวนโคโรนา

1. ตรวจสอบขนาดของวงแหวนให้ตรงกับการคำนวณเฉพาะของโครงการ — ห้ามติดตั้งวงแหวนโคโรนาจากตารางคลาสแรงดันทั่วไปโดยไม่ได้ยืนยันว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ และตำแหน่งตามแนวแกนตรงกับผลการจำลอง FEM สำหรับรูปทรงของตัวตัดการเชื่อมต่อเฉพาะ
2. ตรวจสอบผิวหน้าแหวนก่อนการติดตั้ง — รอยขีดข่วนบนผิว, รอยบุบ, หรือรอยเครื่องจักรบนท่อวงแหวนทำให้เกิดการสะสมของสนามไฟฟ้าในบริเวณนั้นซึ่งก่อให้เกิดโคโรนาจากตัววงแหวนเอง; ปฏิเสธวงแหวนที่มีตำหนิบนผิวลึกกว่า 0.5 มิลลิเมตร
3. ขันอุปกรณ์ยึดแรงบิดตามข้อกำหนด — วงแหวนโคโรนาติดตั้งบนฮาร์ดแวร์อะลูมิเนียมหรือสแตนเลส; การเชื่อมต่อที่ขันไม่แน่นพอจะสร้างช่องว่างขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดโคโรนาที่บริเวณรอยต่อระหว่างวงแหวนกับฮาร์ดแวร์
4. ตรวจสอบตำแหน่งแกนด้วยเครื่องมือวัดที่ผ่านการสอบเทียบ — ใช้ไม้บรรทัดเหล็กหรือเครื่องวัดระยะเลเซอร์เพื่อยืนยันการเยื้องแกนจากหน้าหนีบของขั้วต่อไปยังระนาบศูนย์กลางของวงแหวน; การประมาณด้วยสายตาไม่เพียงพอสำหรับความแม่นยำของตำแหน่งตามแนวแกน
5. ยืนยันว่าวงแหวนอยู่ศูนย์กลางร่วมกับแกนของตัวตัดการเชื่อมต่อ — การติดตั้งแหวนแบบเอียงจะเลื่อนขอบเขตการปรับระดับสนามออกจากแกน ทำให้ด้านหนึ่งของฮาร์ดแวร์ไม่ได้รับการป้องกัน; ตรวจสอบความสมมาตรภายใน ±5 มม.

ข้อผิดพลาดในการติดตั้งที่สำคัญที่สุด

• การใช้ตารางระดับแรงดันไฟฟ้าโดยไม่มีการปรับแก้ความสูง: ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดเพียงอย่างเดียวในโครงการจ่ายไฟฟ้าในพื้นที่สูง — คือการใช้สายไฟแบบวงแหวนที่มีขนาดถูกต้องสำหรับระดับน้ำทะเล แต่กลับมีขนาดเล็กเกินไปเมื่อใช้งานในพื้นที่สูง และข้อผิดพลาดนี้จะมองไม่เห็นได้หากไม่มีการทดสอบ RIV
• การตั้งค่าตำแหน่งแกนโดยการประมาณด้วยสายตา: ตำแหน่งตามแนวแกนเป็นพารามิเตอร์ของวงแหวนโคโรนาที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงมากที่สุด — ความคลาดเคลื่อนตามแนวแกนเพียง 50–100 มิลลิเมตรสามารถทำให้จุดฮาร์ดแวร์เคลื่อนออกนอกขอบเขตการจัดระดับโดยสิ้นเชิง ส่งผลให้วงแหวนดังกล่าวไม่สามารถใช้งานได้
• การติดตั้งแหวนที่มีรอยเสียหายบนผิว: แหวนโคโรนาที่มีรอยบุบหรือรอยขีดข่วนจะสร้างโคโรนาจากพื้นผิวของตัวแหวนเอง ทำให้เกิดแหล่งกำเนิดการปล่อยประจุใหม่ในขณะเดียวกันก็ช่วยกระจายความเข้มของจุดปล่อยประจุเดิมบางส่วน — ผลลัพธ์ที่ได้คือค่า RIV ที่สูงกว่าเมื่อไม่มีแหวน
• การละเว้นวงแหวนที่ปลายใบมีดบนตัวตัดการเชื่อมต่อในตำแหน่งเปิด: ข้อกำหนดหลายรายการระบุแหวนหนีบปลายสายเป็นอุปกรณ์มาตรฐาน แต่กลับละเว้นแหวนปลายใบมีด — เนื่องจากปลายใบมีดในตำแหน่งเปิดเป็นจุดที่มีสนามไฟฟ้าสูงสุดบนตัวตัดการเชื่อมต่อ จึงจำเป็นต้องมีแหวนแยกติดตั้งเพิ่มเติมสำหรับจุดนี้โดยเฉพาะ เมื่อใช้งานที่แรงดันไฟฟ้าเกิน 110 กิโลโวลต์
• การข้ามการทดสอบ RIV หลังการติดตั้ง: หากไม่มีการทดสอบ RIV ข้อผิดพลาดในการติดตั้งวงแหวนโคโรนาจะยังคงไม่ถูกตรวจพบจนกว่าจะเกิดการเสื่อมสภาพของฉนวน การร้องเรียนเรื่องสัญญาณรบกวนทางวิทยุ หรือเสียงรบกวนที่เกินมาตรฐาน ซึ่งมักจะต้องมีการตรวจสอบหลังจากติดตั้งไปแล้วหลายปี

กำหนดการตรวจสอบวงจรชีวิตสำหรับวงแหวนโคโรนาบนตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้ง

กิจกรรมการตรวจสอบ	ช่วง	วิธีการ	ผ่านเกณฑ์
การตรวจสอบด้วยสายตา	ประจำปี	กล้องส่องทางไกลระดับพื้นดินหรือโดรน	ไม่มีแสงรัศมีที่มองเห็นได้ในเวลากลางคืน; ไม่มีความเสียหายที่ผิวหน้า
การวัดค่า RIV	10 ปี	ชุดทดสอบ IEC 60437	ภายในขีดจำกัดของ IEC สำหรับระดับแรงดันไฟฟ้า
การตรวจสอบสภาพพื้นผิว	10 ปี	ตรวจสอบอย่างละเอียดระหว่างการหยุดเดินสายการผลิต	ไม่มีรอยบุบ, การกัดกร่อน, หรือความบกพร่องบนผิวหน้า >0.5 มิลลิเมตร
แรงบิดของอุปกรณ์ติดตั้ง	10 ปี	ประแจวัดแรงบิดที่ค่าที่กำหนด	ตัวยึดทั้งหมดต้องขันด้วยแรงบิดตามที่กำหนด
การตรวจสอบตำแหน่งแกน	หลังการบำรุงรักษาทุกครั้ง	การวัดที่ปรับเทียบแล้ว	ภายใน ±10 มม. ของบันทึกการทดสอบระบบ
การตรวจสอบหลังเกิดข้อผิดพลาด	หลังจากเหตุการณ์ความผิดพลาดใดๆ	ภาพ + RIV	ยืนยันว่าไม่มีการเคลื่อนที่หรือความเสียหายของวงแหวน

กลไกการเสื่อมสภาพตลอดอายุการใช้งานสำหรับวงแหวนโคโรนา

• การกัดกร่อนของอลูมิเนียมในสภาพแวดล้อมชายฝั่ง การโจมตีด้วยละอองเกลือบนพื้นผิววงแหวนอะลูมิเนียมทำให้เกิดการกัดกร่อนเป็นหลุมซึ่งก่อให้เกิดโคโรนาจากตัววงแหวนเอง — ระบุอะลูมิเนียมที่ผ่านการชุบอโนไดซ์หรืออะลูมิเนียมอัลลอยเกรดสำหรับทะเลสำหรับการติดตั้งระบบจ่ายไฟฟ้าในพื้นที่ชายฝั่ง
• การคลายตัวที่เกิดจากการสั่นสะเทือน: การสั่นสะเทือนแบบเอโอลิอันบนโครงสร้างสายส่งเหนือศีรษะทำให้ฮาร์ดแวร์ยึดแบบวงแหวนหลวมขึ้นเมื่อใช้งานเป็นเวลาหลายปี — การตรวจสอบแรงบิดประจำปีเป็นสิ่งจำเป็น
• ความเหนื่อยล้าจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรงในสภาพอากาศแบบทวีปทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างวงแหวนอลูมิเนียมกับอุปกรณ์ติดตั้งเหล็ก — ตรวจสอบผิวสัมผัสการติดตั้งเพื่อหาการกัดกร่อนจากการเสียดสีทุก 10 ปี
• การเสื่อมสภาพของส่วนประกอบติดตั้งโพลิเมอร์จากรังสียูวี: ตัวเว้นระยะหรือส่วนประกอบฉนวนที่เป็นพอลิเมอร์ในชุดประกอบติดตั้งแหวนจะเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับรังสียูวี — โปรดระบุวัสดุที่ผ่านการรับรองความทนทานต่อรังสียูวีและได้รับการจัดอันดับสำหรับการใช้งานกลางแจ้งที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง

สรุป

การติดตั้งวงแหวนโคโรนาบนตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้งเป็นศาสตร์ทางวิศวกรรมสนามไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง — ไม่ใช่เพียงอุปกรณ์เสริมในการติดตั้งเท่านั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ตำแหน่งตามแนวแกน และการปรับแก้ระดับความสูงเป็นพารามิเตอร์ที่สัมพันธ์กันซึ่งต้องได้มาจากการจำลองสนามไฟฟ้าของรูปทรงเฉพาะของตัวตัดการเชื่อมต่อนั้น และต้องได้รับการตรวจสอบโดยการทดสอบ RIV หลังการติดตั้งตามมาตรฐาน IEC 60437ข้อผิดพลาดที่สำคัญที่สุด — การละเว้นการแก้ไขความสูง, การประมาณตำแหน่งแกน, การละเว้นวงแหวนปลายใบพัด, และการยอมรับความเสียหายของพื้นผิว — ล้วนไม่สามารถมองเห็นได้หากไม่มีการทดสอบอย่างเข้มงวด และทั้งหมดส่งผลให้ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน IEC ซึ่งจะทำให้ความน่าเชื่อถือของฉนวนและความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบกริดลดลงอย่างต่อเนื่อง. ระบุวงแหวนโคโรนาจากหลักการพื้นฐาน ติดตั้งให้สอดคล้องกับค่าความเผื่อมิติที่ปรับเทียบแล้ว ตรวจสอบด้วยการทดสอบ RIV ในขั้นตอนการเดินเครื่อง และตรวจสอบซ้ำทุก ๆ 10 ปีตลอดอายุการใช้งาน — เพราะวงแหวนโคโรนาที่ติดตั้งผิดตำแหน่งไม่ใช่ขอบเขตความปลอดภัย แต่เป็นการให้ความมั่นใจที่ผิดพลาด.

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการติดตั้งวงแหวนโคโรนาบนตัวตัดการเชื่อมต่อกลางแจ้ง

1. ทบทวนวิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับแรงดันรบกวนทางวิทยุ (RIV) บนฉนวนแรงดันสูงและอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์. ↩

2. วิเคราะห์กลไกการเสื่อมสภาพของฉนวนที่ไม่ใช่เซรามิกภายใต้การปล่อยประจุโคโรนาอย่างต่อเนื่อง. ↩

3. เข้าใจหลักการทางกายภาพที่ควบคุมการเริ่มต้นการปล่อยประจุโคโรนาบนตัวนำทรงกระบอก. ↩

4. คำนวณการลดลงของความแข็งแรงไดอิเล็กทริกของอากาศโดยอิงจากความหนาแน่นสัมพัทธ์ของอากาศที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น. ↩

5. สำรวจวิธีการใช้ซอฟต์แวร์วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ในการสร้างแบบจำลองและเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายสนามไฟฟ้า. ↩