Điều mà các kỹ sư thường bỏ sót khi lắp đặt vòng Corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời

Giới thiệu

Việc lắp đặt vòng chống phóng điện corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời là một trong những khía cạnh đòi hỏi kỹ thuật cao nhất và thường xuyên bị thực hiện sai nhất trong lĩnh vực kỹ thuật phân phối điện cao áp. Trong các hệ thống truyền tải và phân phối điện hoạt động ở mức điện áp trên 110 kV, hiện tượng phóng điện corona từ các bộ phận cơ khí của thiết bị ngắt mạch không chỉ là vấn đề thẩm mỹ — mà còn là nguồn gây nhiễu tần số vô tuyến, tiếng ồn có thể nghe thấy, tạo ra ozone và làm mòn bề mặt cách điện, từ đó làm suy giảm dần độ tin cậy của thiết bị và vi phạm các tiêu chuẩn tương thích điện từ của IEC. Điều mà phần lớn các kỹ sư thường bỏ qua khi lắp đặt vòng chống phóng điện là vị trí, đường kính, tiết diện ống và độ lệch trục của vòng so với thiết bị mang điện không phải là những lựa chọn tùy ý trong quá trình lắp đặt — mà là các thông số phân bố trường điện được tính toán chính xác, phải được xác định dựa trên hình học cụ thể của thiết bị ngắt mạch, điện áp hệ thống và độ cao, và rằng một vòng corona được lắp đặt lệch chỉ 50 mm so với vị trí chính xác có thể hoàn toàn vô hiệu hoặc, tệ hơn, có thể làm tăng cường trường điện tại một điểm thiết bị lân cận thay vì làm giảm nó. Hướng dẫn này cung cấp các nguyên lý kỹ thuật cơ bản để lắp đặt vòng chống phóng điện đúng cách trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời — bao gồm các nguyên lý vật lý về điện trường, các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC, phương pháp tính toán vị trí lắp đặt, cũng như các quy trình lắp đặt và kiểm tra trong suốt vòng đời sản phẩm nhằm xác định liệu vòng chống phóng điện có thực sự thực hiện đúng chức năng thiết kế trong hệ thống phân phối điện cao áp hay không.

Mục lục

• Hiện tượng phóng điện Corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời là gì và tại sao vị trí lắp đặt vòng lại quyết định hiệu quả của nó?
• Các yếu tố như cấp điện áp, hình dạng của thiết bị ngắt mạch và độ cao tương tác với nhau như thế nào để xác định các thông số chính xác của vòng điện quang?
• Làm thế nào để tính toán và kiểm tra vị trí lắp đặt vòng cách điện đúng cách cho các thiết bị ngắt mạch ngoài trời?
• Những sai sót nào trong quá trình lắp đặt làm giảm hiệu suất của vòng Corona và việc xác minh vòng đời nên được tổ chức như thế nào?

Hiện tượng phóng điện Corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời là gì và tại sao vị trí lắp đặt vòng lại quyết định hiệu quả của nó?

Phóng điện corona là quá trình ion hóa các phân tử không khí tại những vùng mà cường độ điện trường cục bộ vượt quá ngưỡng phá vỡ điện môi của không khí — khoảng 3 kV/mm ở mực nước biển trong điều kiện khí quyển tiêu chuẩn. Trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời, hiện tượng phóng điện corona thường bắt đầu tại các điểm gián đoạn hình học: các cạnh sắc, các bộ phận có bán kính nhỏ, đầu bu lông, đầu lưỡi tiếp xúc và các góc kẹp đầu nối — bởi vì các đặc điểm này tập trung các đường điện trường, làm tăng cường độ điện trường cục bộ lên cao hơn nhiều so với điện trường trung bình của điện áp hệ thống.

Tại sao sự gián đoạn hình học lại chi phối sự khởi phát của hiện tượng vầng hào quang

Độ lớn của điện trường $E$ trên bề mặt của một vật dẫn tỷ lệ nghịch với bán kính cong tại vị trí đó $r$:

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

Đầu lưỡi tiếp xúc của bộ ngắt mạch có bán kính cong 3 mm ở điện áp pha-đất 220 kV tạo ra điện trường bề mặt cục bộ cao gấp khoảng 40 lần so với điện trường trung bình giữa dây dẫn và mặt đất. Đây là lý do tại sao hiện tượng phóng điện corona trên các bộ ngắt mạch ngoài trời không phân bố đồng đều — nó tập trung tại các điểm cụ thể trên thiết bị, có thể được xác định, lập bản đồ và triệt tiêu thông qua việc lắp đặt các vòng chống corona ở vị trí thích hợp.

Hàm phân cấp trường điện của vòng Corona

Vòng corona hoạt động bằng cách thay thế cấu trúc trường cao bán kính nhỏ bằng cấu trúc trường thấp bán kính lớn. Vòng này — một hình xuyến bằng nhôm hoặc hợp kim nhôm với bề mặt nhẵn — được kết nối với thiết bị dẫn điện và được đặt sao cho bao quanh điểm trường điện cao trong vùng bao phủ của trường điện. Bằng cách tạo ra một bề mặt cong lớn, nhẵn và liên tục tiếp xúc với không khí xung quanh, vòng này phân phối lại các đường trường điện vốn sẽ tập trung tại điểm gián đoạn của thiết bị, từ đó làm giảm trường điện bề mặt đỉnh xuống dưới ngưỡng khởi phát hiệu ứng corona.

Điều quan trọng mà hầu hết các kỹ sư lắp đặt thường bỏ qua là: Vòng hào quang không chỉ đơn thuần “bảo vệ” điểm phần cứng — nó còn chủ động định hình lại toàn bộ cấu trúc không gian của trường điện tại khu vực đó. Hiệu quả của vòng phụ thuộc đồng thời vào bốn thông số hình học:

• Đường kính vòng (D): Đường kính ngoài của vòng toroid — đường kính lớn hơn sẽ tạo ra bề mặt đẳng thế rộng hơn, giúp giảm sự tập trung từ trường trên một vùng phần cứng rộng hơn
• Đường kính ống (d): Đường kính mặt cắt ngang của ống vòng — đường kính ống lớn hơn sẽ làm giảm trường điện từ bề mặt của chính vòng, từ đó ngăn không cho vòng trở thành nguồn phóng điện corona
• Vị trí trục (z): Khoảng cách dọc theo trục của thiết bị ngắt kết nối từ mặt phẳng trung tâm vòng tròn đến điểm thiết bị cần bảo vệ — thông số quan trọng nhất và thường xuyên bị tính sai nhất
• Độ lệch tâm (r): Khoảng cách từ trục của bộ ngắt mạch đến mặt phẳng tâm của vòng — xác định khoảng cách mà bề mặt đẳng thế của vòng kéo dài ra khỏi thiết bị

Hậu quả của hiện tượng phóng điện corona đối với các thiết bị ngắt mạch ngoài trời

Hậu quả	Cơ chế	Vi phạm Tiêu chuẩn IEC	Mức độ nghiêm trọng
Điện áp nhiễu vô tuyến (RIV)	Phóng xạ điện từ tần số cao từ plasma vầng hào quang	IEC 604371, CISPR 18	Cao — ảnh hưởng đến giao tiếp của rơle bảo vệ
Tiếng ồn có thể nghe thấy	Sóng áp suất do sự giãn nở của plasma vầng hào quang	IEC 60815, IEC 61284	Mức trung bình — vi phạm giới hạn quy định
Quá trình tạo ozone	Sản xuất O₃ từ quá trình ion hóa corona	Quy định về môi trường	Môi trường — làm tăng tốc độ lão hóa của gioăng cao su
Sự mài mòn bề mặt vật liệu cách điện2	Sự tác động của tia UV và ozone lên bề mặt vật liệu cách điện polymer	IEC 60815-3	Cao — làm giảm tuổi thọ của vật liệu cách điện
Sự gia tăng nhiệt độ do đại dịch COVID-19 gây ra	Sự sinh nhiệt do điện trở từ dòng rò tại các điểm phát hiện hiệu ứng corona	IEC 62271-102	Mức độ trực tiếp thấp, mức độ tích lũy cao
Nguy cơ bùng cháy lan rộng gia tăng	Huyết tương Corona làm giảm điện áp phá vỡ khe hở không khí hiệu dụng	IEC 60071	Rất quan trọng tại các khu vực bị ô nhiễm

Các yếu tố như cấp điện áp, hình dạng của thiết bị ngắt mạch và độ cao tương tác với nhau như thế nào để xác định các thông số chính xác của vòng điện quang?

Ba yếu tố mà phần lớn các kỹ sư coi là độc lập — cấp điện áp, hình dạng của thiết bị ngắt mạch và độ cao lắp đặt — trên thực tế lại có mối liên hệ chặt chẽ với nhau trong việc xác định các thông số chính xác của vòng chống điện quang. Việc lựa chọn vòng chống điện quang dựa trên bảng cấp điện áp mà không tính đến hình dạng cụ thể của thiết bị ngắt mạch và độ cao lắp đặt là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến việc lắp đặt vòng chống điện quang không hiệu quả trong các dự án phân phối điện cao áp.

Cấp điện áp và ngưỡng khởi phát hiệu ứng corona

Điện áp khởi phát hiệu ứng corona đối với một cấu trúc phần cứng cụ thể được xác định bởi Công thức Peek³:

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

Địa điểm:

• $E_0 = 3,0 kV/mm$ — cường độ trường giới hạn ở mực nước biển, điều kiện chuẩn
• $\delta$ — mật độ không khí tương đối (= 1,0 ở mực nước biển, 20°C)
• $k = 0,03 mm⁰,⁵$ — hằng số độ nhám bề mặt thực nghiệm
• $r$ — bán kính đường dẫn (mm)

Ý nghĩa thực tiễn: Điện áp khởi động của corona giảm theo độ cao bởi vì mật độ không khí tương đối $\delta$ giảm. Ở độ cao 1.000 m, $\delta ≈ 0,89$ — làm giảm điện áp khởi phát hiệu ứng corona khoảng 11% so với mực nước biển. Ở độ cao 2.000 m, $\delta \approx 0,79$ — giảm 21%. Điều này có nghĩa là một vòng corona có kích thước phù hợp để lắp đặt ở mực nước biển sẽ có kích thước quá nhỏ đối với cùng một thiết bị ngắt mạch ở độ cao 2.000 m, và đường kính vòng phải được tăng lên để bù đắp.

Phân loại điện áp so với các thông số tối thiểu của vòng corona

Điện áp hệ thống	Điện áp pha-đất	Đường kính vòng tối thiểu (D)	Đường kính ống tối thiểu (d)	Hệ số hiệu chỉnh độ cao
110 kV	63,5 kV	250–300 mm	40–50 mm	+8% D trên mỗi 1.000 m so với mực nước biển
220 kV	127 kV	400–500 mm	60–80 mm	+8% D trên mỗi 1.000 m so với mực nước biển
330 kV	190 kV	550–650 mm	80–100 mm	hệ số hiệu chỉnh độ cao4
500 kV	289 kV	700–900 mm	100–130 mm	+8% D trên mỗi 1.000 m so với mực nước biển
750 kV	433 kV	1.000–1.200 mm	130–160 mm	+8% D trên mỗi 1.000 m so với mực nước biển

Tương tác hình học của thiết bị ngắt mạch: Ba vùng phần cứng quan trọng

Mỗi thiết bị ngắt mạch ngoài trời có ba khu vực phần cứng, trong đó vị trí lắp đặt vòng corona phải được đánh giá riêng biệt:

Khu vực 1 — Kẹp đầu cuối / điểm nối dây dẫn:
Điểm kết nối giữa dây dẫn đường dây trên không và đầu nối của thiết bị ngắt mạch là điểm có cường độ điện trường cao nhất trên cụm thiết bị đang mang điện. Các bộ phận kẹp đầu nối thường có nhiều đầu bu-lông, các cạnh sắc nhọn và các đầu sợi dây dẫn — tất cả đều là nguồn gây ra hiện tượng phóng điện corona. Vòng bảo vệ corona tại khu vực này phải được bố trí sao cho bao phủ toàn bộ các bộ phận đầu nối trong phạm vi phân cấp điện trường của nó.

Khu vực 2 — Đầu lưỡi tiếp xúc (vị trí mở):
Khi bộ ngắt mạch ở vị trí mở, đầu lưỡi dẫn điện là một đầu dây dẫn tự do — tạo ra cấu trúc trường điện mạnh nhất có thể. Bán kính đầu lưỡi thường nằm trong khoảng 5–15 mm, gây ra sự tập trung trường điện cực mạnh ở các mức điện áp truyền tải. Vòng corona tại đầu lưỡi là yêu cầu bắt buộc đối với tất cả các bộ ngắt mạch hoạt động ở điện áp trên 110 kV khi ở vị trí mở.

Khu vực 3 — Nắp cách điện và các chi tiết kim loại của chốt:
Nắp kim loại và chốt kim loại ở đầu chuỗi cách điện nối với cấu trúc bộ ngắt mạch làm tập trung điện trường tại giao diện kim loại-cách điện. Vùng này đặc biệt quan trọng đối với các cách điện polymer, nơi hiện tượng xói mòn bề mặt do hiệu ứng corona diễn ra nhanh hơn so với trên gốm sứ.

Điều kiện khô so với điều kiện ẩm ướt: Sự biến đổi trong quá trình hình thành hiệu ứng corona

Điều kiện	Ảnh hưởng đến thời điểm khởi phát bệnh COVID-19	Tác động của việc đo kích thước nhẫn
Không khí khô và trong lành	Thời điểm khởi phát dịch COVID-19 theo công thức của Peek	Bảng kích cỡ nhẫn tiêu chuẩn
Độ ẩm cao (>80% RH)	Giảm điện áp khởi động từ 5–15%	Tăng đường kính vòng lên 5–10%
Mưa hoặc hơi nước ngưng tụ trên các bộ phận kim loại	Giảm điện áp khởi động từ 15–30%	Điểm quan trọng — hiệu ứng corona ướt mạnh hơn 3–5 lần
Cặn muối hoặc cặn ô nhiễm	Giảm điện áp khởi động từ 20–40%	Tăng đường kính vòng; tăng đường kính ống
Độ cao lớn (>1.000 m)	Giảm điện áp khởi động tỷ lệ thuận với mật độ không khí	Áp dụng hệ số hiệu chỉnh độ cao

Một trường hợp khách hàng trong lĩnh vực phân phối điện minh họa trực tiếp lỗi tương tác độ cao. Một kỹ sư đường dây truyền tải tại một công ty điện lực ở miền tây Trung Quốc đã lựa chọn các vòng chống phóng điện corona cho hệ thống ngắt mạch ngoài trời 330 kV lắp đặt ở độ cao 2.400 m bằng cách sử dụng bảng thông số kỹ thuật tiêu chuẩn ở mực nước biển — chọn các vòng có đường kính 550 mm với đường kính ống 80 mm. Kết quả thử nghiệm điện áp nhiễu vô tuyến (RIV) sau khi lắp đặt cho thấy mức RIV cao gấp 4,2 lần so với giới hạn theo tiêu chuẩn IEC 60437. Mô phỏng trường điện đã xác nhận rằng ở độ cao 2.400 m ($\delta = 0,77$), các vòng 550 mm đã cung cấp độ dốc trường tương đương với vòng 430 mm ở mực nước biển — không đủ cho hệ thống 330 kV. Bepto đã cung cấp các vòng thay thế có kích thước phù hợp với độ cao thực tế: đường kính 680 mm với đường kính ống 95 mm, áp dụng hệ số hiệu chỉnh 8% cho mỗi 1.000 m độ cao. Kết quả thử nghiệm RIV sau khi thay thế đã xác nhận tuân thủ biên độ 35% dưới giới hạn IEC.

Làm thế nào để tính toán và kiểm tra vị trí lắp đặt vòng cách điện đúng cách cho các thiết bị ngắt mạch ngoài trời?

Việc lắp đặt vòng corona đúng cách đòi hỏi một phương pháp tính toán kết hợp phân tích trường điện với hình dạng cụ thể của thiết bị ngắt mạch — chứ không phải chỉ áp dụng bảng tra cứu mà không qua kiểm chứng. Quy trình sau đây áp dụng cho các thiết bị ngắt mạch lắp đặt ngoài trời thuộc các cấp điện áp từ 110 kV đến 750 kV trong các ứng dụng phân phối và truyền tải điện.

Bước 1: Xác định tất cả các điểm phần cứng quan trọng liên quan đến Corona

• Lấy bản vẽ có ghi kích thước của cụm thiết bị ngắt mạch, bao gồm kẹp đầu nối, hình dạng lưỡi dao, các chi tiết của nắp cách điện và vị trí của tất cả các chi tiết buộc chặt
• Xác định tất cả các chi tiết cấu trúc có bán kính cong nhỏ hơn 20 mm — đây là những điểm có khả năng gây ra hiện tượng phóng điện corona, cần phải tiến hành phân tích độ dốc tại hiện trường
• Đối với mỗi điểm đã xác định, hãy ghi lại: vị trí trên trục bộ ngắt kết nối (tọa độ z), khoảng cách bán kính tính từ trục (tọa độ r) và bán kính cong tại điểm đó

Bước 2: Thực hiện mô phỏng trường điện

Mô phỏng trường điện⁵ Việc sử dụng phần mềm phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) (COMSOL, ANSYS Maxwell hoặc các phần mềm tương đương) là tiêu chuẩn kỹ thuật để xác minh vị trí vòng corona ở mức điện áp trên 220 kV. Đối với các ứng dụng ở mức điện áp 110–220 kV, các phương pháp phân tích dựa trên phương pháp hình ảnh mang lại độ chính xác đủ cao.

Các thông số đầu vào chính cho mô phỏng:

• Điện áp pha-đất của hệ thống ở điện áp định mức tối đa ($Um/\sqrt{3}$)
• Hình dạng của thiết bị ngắt kết nối theo bản vẽ của nhà sản xuất — bao gồm tất cả các chi tiết về phụ kiện nằm trong phạm vi 500 mm tính từ vùng nhạy cảm với hiện tượng phóng điện corona
• Hình học mặt phẳng đất — kết cấu tháp, thanh ngang và các dây dẫn pha liền kề
• Điều chỉnh độ cao đối với độ bền điện môi của không khí: $E_{threshold} = 3,0 × δ kV/mm$

Kết quả mô phỏng cần thiết:

• Điện trường bề mặt tối đa tại mỗi điểm phần cứng đạt ngưỡng phóng điện corona không có vòng corona
• Bản đồ phân bố điện trường cho thấy $3,0 × δ kV/mm$ đường viền ngưỡng
• Vị trí vòng đề xuất giúp giảm tất cả các trường bề mặt phần cứng xuống dưới $2,4 × δ kV/mm$ (80% của ngưỡng khởi phát — biên độ thiết kế tiêu chuẩn)

Bước 3: Xác định các thông số kích thước của vòng

Dựa trên kết quả mô phỏng, hãy xác định:

Đường kính vòng (D):
$D = 2 × (r_{hardware} + Δr_{grading})$

Ở đâu $r_{phần cứng}$ là phạm vi theo hướng tâm của vùng phần cứng và $\Delta r_{phân loại}$ là khoảng hở hướng tâm bổ sung cần thiết để giảm trường đỉnh xuống 80% so với ngưỡng khởi phát — thường là 50–150 mm tùy thuộc vào loại điện áp.

Đường kính ống (d):
Ống vòng không được trở thành nguồn phóng điện corona. Đường kính tối thiểu của ống:
$d_{min} = \frac{V_{phase-earth}}{E_{threshold} \times \pi}$

Đối với điện áp pha-đất 220 kV ở mực nước biển: $d_{min} = \frac{127 \text{ kV}}{3,0 \text{ kV/mm} \times \pi} \approx 13,5 \text{ mm}$ — nhưng các vòng thực tế thường sử dụng ống có đường kính 60–80 mm để đảm bảo khoảng trống và độ bền cơ học.

Vị trí trục (z):
Mặt phẳng tâm của vòng phải được định vị sao cho điểm thiết bị cần bảo vệ nằm trong vùng phân cấp trường của vòng. Khoảng cách lệch trục từ điểm thiết bị đến mặt phẳng tâm của vòng:

$z_{offset} = từ 0,3 × D đến 0,5 × D$

Đây là thông số thường bị cài đặt sai nhất — việc đặt vòng quá xa theo trục so với điểm gắn phụ kiện sẽ khiến phụ kiện nằm hoàn toàn ngoài vùng phân loại.

Bước 4: Kiểm tra vị trí lắp đặt bằng thử nghiệm RIV sau khi lắp đặt

Tiêu chuẩn IEC 60437 quy định phương pháp thử nghiệm điện áp nhiễu vô tuyến đối với thiết bị cao áp lắp đặt ngoài trời. Việc thử nghiệm RIV sau khi lắp đặt là bắt buộc đối với tất cả các thiết bị ngắt mạch có điện áp trên 110 kV:

Loại điện áp	Điện áp thử nghiệm RIV	Giá trị RIV tối đa cho phép	Tiêu chuẩn thử nghiệm
110 kV	64 kV (giữa pha và đất)	500 μV (ở tần số 0,5 MHz)	IEC 60437
220 kV	127 kV (giữa pha và đất)	1.000 μV (ở tần số 0,5 MHz)	IEC 60437
330 kV	190 kV (giữa pha và đất)	1.500 μV (ở tần số 0,5 MHz)	IEC 60437
500 kV	289 kV (giữa pha và đất)	2.500 μV (tại tần số 0,5 MHz)	IEC 60437

Nếu kết quả kiểm tra RIV cho thấy không đạt tiêu chuẩn, cần điều chỉnh vị trí trục của vòng theo từng bước 25 mm về phía điểm gắn phụ kiện và tiến hành kiểm tra lại — vị trí trục là thông số điều chỉnh nhạy cảm nhất và là yếu tố cần khắc phục trước tiên trước khi thay đổi đường kính vòng.

Bước 5: Lập hồ sơ về việc lắp đặt thiết bị làm hồ sơ nghiệm thu

• Ghi lại đường kính vòng, đường kính ống, độ lệch trục so với mặt kẹp đầu cuối và độ lệch hướng tâm so với trục bộ ngắt kết nối
• Chụp ảnh quá trình lắp đặt vòng tròn từ ba góc nhìn vuông góc kèm theo thước đo tỷ lệ
• Ghi lại kết quả thử nghiệm RIV ở điện áp định mức và ở điện áp định mức 110%
• Lưu trữ dưới dạng hồ sơ nghiệm thu vĩnh viễn — bắt buộc để xác minh vòng đời theo chu kỳ 10 năm

Một trường hợp khách hàng khác minh họa độ nhạy về vị trí trục. Một nhà thầu EPC phụ trách lắp đặt thiết bị ngắt mạch ngoài trời 500 kV tại Trung Đông đã lắp đặt các vòng chống phóng điện theo bảng thông số kỹ thuật chung — đường kính vòng 800 mm, đường kính ống 110 mm, vị trí trục cách mặt kẹp đầu cuối 400 mm. Kết quả thử nghiệm RIV sau lắp đặt cho thấy mức 3.800 μV — 52%, vượt quá giới hạn 2.500 μV theo tiêu chuẩn IEC. Mô phỏng trường điện đã xác nhận rằng phần cứng kẹp đầu cuối nằm cách 180 mm bên ngoài vùng phân cấp trường của vòng tại vị trí trục quy định. Việc di chuyển vòng lại gần kẹp đầu cuối 160 mm — đến độ lệch trục 240 mm — đã đưa toàn bộ phần cứng vào trong vùng phân cấp trường. Kiểm tra lại xác nhận 1.950 μV — 22% dưới giới hạn IEC. Toàn bộ sự không tuân thủ này là do một lỗi vị trí trục duy nhất 160 mm gây ra.

Những sai sót nào trong quá trình lắp đặt làm giảm hiệu suất của vòng Corona và việc xác minh vòng đời nên được tổ chức như thế nào?

Quy trình lắp đặt đúng để đảm bảo hiệu quả của vòng Corona

1. Kiểm tra kích thước vòng so với kết quả tính toán cụ thể của dự án — Không bao giờ lắp đặt vòng corona dựa trên bảng phân loại điện áp chung chung mà không xác nhận rằng đường kính vòng, đường kính ống và vị trí trục phải khớp với kết quả mô phỏng FEM cho hình dạng cụ thể của thiết bị ngắt mạch
2. Kiểm tra độ nhẵn bề mặt vòng trước khi lắp đặt — Các vết xước, vết lõm hoặc vết gia công trên ống vòng sẽ tạo ra các vùng tập trung điện trường cục bộ, từ đó gây ra hiện tượng phóng điện corona ngay trên chính ống vòng; loại bỏ bất kỳ ống vòng nào có khuyết tật bề mặt sâu hơn 0,5 mm
3. Siết chặt các bộ phận lắp đặt theo đúng tiêu chuẩn — Các vòng corona được lắp đặt trên các bộ phận kim loại bằng nhôm hoặc thép không gỉ; các mối nối không được siết chặt đủ lực sẽ tạo ra những khe hở siêu nhỏ, từ đó gây ra hiện tượng corona tại điểm tiếp xúc giữa vòng và bộ phận kim loại
4. Kiểm tra vị trí trục bằng dụng cụ đo đã được hiệu chuẩn — sử dụng thước thép hoặc máy đo khoảng cách laser để xác định độ lệch trục từ mặt kẹp đầu nối đến mặt phẳng tâm của vòng; việc ước lượng bằng mắt thường là không đủ để đảm bảo độ chính xác về vị trí trục
5. Xác nhận vòng đệm nằm trên cùng một trục với trục của bộ ngắt kết nối — Việc lắp đặt vòng đệm lệch tâm làm lệch trục của vùng phân loại trường, khiến một bên của thiết bị không được bảo vệ; cần kiểm tra độ đồng tâm trong phạm vi ±5 mm

Những sai lầm nghiêm trọng nhất khi lắp đặt

• Sử dụng bảng phân loại điện áp mà không điều chỉnh theo độ cao: Lỗi phổ biến nhất trong các dự án phân phối điện ở độ cao lớn là: một vòng dây được tính toán đúng kích thước ở mực nước biển sẽ thường xuyên bị tính toán thiếu kích thước khi ở độ cao, và lỗi này không thể phát hiện được nếu không tiến hành thử nghiệm RIV
• Điều chỉnh vị trí trục bằng cách ước lượng bằng mắt thường: Vị trí trục là thông số nhạy cảm nhất của vòng corona — sai số trục từ 50–100 mm có thể khiến điểm phần cứng lệch hoàn toàn ra khỏi vùng phân loại, khiến vòng corona trở nên vô hiệu
• Lắp đặt vòng bi bị hư hỏng bề mặt: Một vòng corona bị móp hoặc trầy xước sẽ tạo ra hiệu ứng corona từ chính bề mặt của nó, từ đó hình thành một nguồn phát xạ mới đồng thời giúp phân loại một phần điểm phần cứng ban đầu — kết quả cuối cùng có thể là chỉ số RIV cao hơn so với trường hợp không có vòng corona
• Không lắp vòng đệm đầu lưỡi trên các bộ ngắt mạch ở vị trí mở: Nhiều tiêu chuẩn kỹ thuật quy định phải có vòng kẹp đầu nối nhưng lại không đề cập đến vòng đầu lưỡi dao — đầu lưỡi dao ở vị trí mở là điểm có từ trường mạnh nhất trên thiết bị ngắt mạch và cần phải có vòng riêng ở mức điện áp trên 110 kV
• Bỏ qua việc kiểm tra RIV sau khi cài đặt: Nếu không tiến hành kiểm tra RIV, các lỗi trong việc lắp đặt vòng corona sẽ không được phát hiện cho đến khi tình trạng xuống cấp của bộ cách điện, các khiếu nại về nhiễu sóng vô tuyến hoặc vi phạm về tiếng ồn có thể nghe thấy buộc phải tiến hành điều tra — thường là nhiều năm sau khi lắp đặt

Lịch trình kiểm tra vòng đời của vòng Corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời

Hoạt động xác minh	Khoảng thời gian	Phương pháp	Tiêu chí đánh giá
Kiểm tra bằng mắt thường	Hàng năm	Kính viễn vọng đặt trên mặt đất hoặc máy bay không người lái	Không thấy ánh sáng hào quang vào ban đêm; không có hư hỏng bề mặt
Đo RIV	10 năm	Bộ thiết bị thử nghiệm IEC 60437	Trong giới hạn IEC đối với cấp điện áp
Kiểm tra tình trạng bề mặt	10 năm	Kiểm tra kỹ lưỡng trong thời gian ngừng hoạt động của đường dây	Không có vết lõm, rỉ sét hoặc khuyết tật bề mặt lớn hơn 0,5 mm
Mô-men xoắn của bộ phụ kiện lắp đặt	10 năm	Cờ-lê mô-men xoắn ở giá trị định mức	Tất cả các chi tiết kết nối phải được siết chặt theo mô-men xoắn quy định
Kiểm tra vị trí trục	Sau khi bảo trì	Đo lường đã được hiệu chuẩn	Trong phạm vi ±10 mm so với hồ sơ vận hành ban đầu
Kiểm tra sau sự cố	Sau bất kỳ sự cố nào	Hình ảnh + RIV	Xác nhận rằng vòng đệm không bị lệch vị trí hoặc hư hỏng

Các cơ chế suy giảm theo chu kỳ sống của các vòng corona

• Sự ăn mòn nhôm trong môi trường ven biển: Sự tác động của sương muối lên bề mặt vòng nhôm gây ra hiện tượng rỗ, từ đó tạo ra hiệu ứng corona từ chính vòng nhôm — cần chỉ định sử dụng hợp kim nhôm được xử lý anốt hóa hoặc hợp kim nhôm tiêu chuẩn hàng hải cho các công trình phân phối điện ven biển
• Sự lỏng lẻo do rung động: Dao động gió trên các kết cấu đường dây trên không làm lỏng các bộ phận cố định vòng đệm sau nhiều năm sử dụng — việc kiểm tra mô-men xoắn hàng năm là điều cần thiết
• Mỏi do chu kỳ nhiệt: Sự dao động nhiệt độ lớn trong khí hậu lục địa gây ra sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa vòng nhôm và các bộ phận lắp đặt bằng thép — cần kiểm tra bề mặt tiếp xúc lắp đặt để phát hiện hiện tượng ăn mòn do ma sát định kỳ 10 năm một lần
• Sự phân hủy do tia UV của các bộ phận lắp ráp bằng polymer: Bất kỳ miếng đệm polymer hoặc bộ phận cách điện nào trong cụm lắp đặt vòng đều bị phân hủy khi tiếp xúc với tia UV — hãy chỉ định các vật liệu có khả năng chống tia UV, được chứng nhận phù hợp cho các ứng dụng điện áp cao ngoài trời

Kết luận

Việc lắp đặt vòng Corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời là một lĩnh vực kỹ thuật trường điện đòi hỏi độ chính xác cao — chứ không phải là một phụ kiện lắp đặt thông thường. Đường kính vòng, đường kính ống, vị trí trục và hệ số điều chỉnh độ cao là các thông số có mối quan hệ tương hỗ, phải được xác định thông qua mô phỏng trường điện dựa trên hình học cụ thể của thiết bị ngắt mạch và được xác minh bằng thử nghiệm RIV sau lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 60437. Các sai sót nghiêm trọng nhất — bỏ qua hiệu chỉnh độ cao, ước tính vị trí trục, bỏ qua vòng ở đầu lưỡi dao và chấp nhận hư hỏng bề mặt — đều không thể nhìn thấy nếu không có thử nghiệm nghiêm ngặt, và tất cả đều dẫn đến việc không tuân thủ tiêu chuẩn IEC, làm suy giảm dần độ tin cậy của cách điện và khả năng tương thích điện từ của lưới điện. Xác định các vòng corona dựa trên các nguyên lý cơ bản, lắp đặt chúng theo các dung sai kích thước đã được hiệu chuẩn, kiểm tra bằng phương pháp RIV khi đưa vào vận hành và tiến hành kiểm tra lại sau mỗi chu kỳ 10 năm — bởi vì một vòng corona được lắp đặt sai vị trí không phải là biên độ an toàn, mà là một sự đảm bảo sai lầm.

Câu hỏi thường gặp về việc lắp đặt vòng Corona trên các thiết bị ngắt mạch ngoài trời

1. Xem xét các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về điện áp nhiễu vô tuyến (RIV) đối với các thiết bị cách điện và phụ kiện cao áp. ↩

2. Phân tích các cơ chế suy giảm của các chất cách điện phi gốm dưới tác động của phóng điện vầng hào quang liên tục. ↩

3. Hiểu các nguyên lý vật lý chi phối quá trình khởi phát phóng điện corona trên các dây dẫn hình trụ. ↩

4. Tính toán mức giảm độ bền điện môi của không khí dựa trên mật độ tương đối của không khí ở những vùng có độ cao lớn hơn. ↩

5. Khám phá cách phần mềm phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa sự phân bố điện trường. ↩