Как коронное кольцо подавляет коронный разряд?

Коронный разряд редко заявляет о себе событием. Он заявляет о себе симптомами: слабой фиолетовой дымкой на соединении, шипением, усиливающимся после наступления темноты, помехами на ближайшем радио. Представьте концевое соединение линии через час после заката — слабо светящееся и тихо гудящее в темноте. Эти симптомы являются видимым проявлением цепи, которая начинается гораздо раньше, на уровне электрической напряжённости на поверхности металла.

Самый быстрый способ понять, что на самом деле делает коронное кольцо, — проследить эту цепь поэтапно: начальная напряжённость, импульсы Тричеля, свечение и стримеры и, наконец, дуга. Компания RaxPower поставляет коронные и эквипотенциальные кольца из алюминиевого сплава для навесного оборудования воздушных линий, и эта цепь — та физика, для борьбы с которой эти кольца приобретаются. Одно звено определяет всё, что идёт далее.

Коронный разряд — это цепь, а не событие

Инженеры определяют корону как утечку электрического тока в воздух рядом с высоковольтными проводниками. Иногда она видна как тусклое синеватое свечение рядом с острыми краями на оборудовании. Воздух в одной точке пробит и стал проводящим, тогда как остальная часть зазора всё ещё изолирует.

Это определение скрывает прогрессию. Между исправным оборудованием и пробитой изоляционной цепочкой лежат четыре различные стадии, каждая со своей физикой и своей сигнатурой. Относитесь к свечению так же, как к дыму: это признак пожара выше по цепи, а не сам пожар.

Также полезно сказать, чем коронный разряд НЕ является. Это не авария, и ни один выключатель его не видит. Это непрерывная утечка заряда от проводника в воздух, длящаяся столько, сколько сохраняется локальная напряжённость. Утечка столь малая, что никогда не вызовет срабатывания, но незаметно потребляет мощность, излучает помехи и старит поверхности, на которых существует.

Называние стадий важно по практической причине. Коронное кольцо действует ровно на одной из них. Всё, что вы можете увидеть, услышать или измерить позже, принадлежит к стадиям, которые оно призвано предотвратить.

Стадия 1: поверхностная напряжённость превышает пороговый градиент

Каждая цепь начинается с геометрии. Поле на поверхности проводника наиболее сильно там, где кривизна острее всего, — вот почему корона прежде всего захватывает точки, углы и кромки. Конец болта, край зажима или жгут проводника несут одно и то же напряжение при совершенно различной локальной напряжённости.

В воздухе при давлении на уровне моря градиент пробоя составляет около 30 кВ на сантиметр. Ниже этого предела случайные электроны от космических лучей и естественной радиоактивности дрейфуют и рекомбинируют без драмы. Выше него каждый свободный электрон ускоряется достаточно сильно, чтобы выбить другие электроны, и лавина подпитывает саму себя.

Когда градиент на одном кольце соединения пересекает эту границу, воздух там перестает быть изолятором. На расстоянии ничего видимого может ещё не произойти. Однако цепь уже началась, и порог не фиксирован: он падает по мере падения атмосферного давления, поэтому высота над уровнем моря сужает все допуски.

На реальной цепочке кандидаты первой стадии встречаются повсюду, где арматура имеет резкие выступы. Края зажимов, концы болтов и места крепления, где проводники соединяются с арматурой изоляторов, — все они подходят, и именно здесь устанавливаются коронные кольца. Загрязнение и погода решают, какой кандидат сработает первым, — вот почему две идентичные фазы могут вести себя по-разному на одной и той же башне.

Стадия 2: импульсы Тричеля сигнализируют об отрицательной короне

Дайте первой стадии острый катод и немного больше напряжения, и разряд организуется в импульсы. Отрицательная корона известна этим самоимпульсным режимом, впервые описанным Тричелом в 1938 году и до сих пор названным в его честь. Каждый импульс — это вспышка лавин, заглушенная собственным пространственным зарядом, а затем повторяющаяся.

Числа хорошо задокументированы в научных публикациях. Приложенные напряжения обычно находятся в диапазоне от −5 до −50 кВ. Частота повторения — от нескольких килогерц до нескольких сотен килогерц, а средние токи составляют от 5 до 100 мкА. Уровень напряжения, температура, давление и влажность все влияют на эти цифры.

Для линейного персонала вторая стадия — это первая стадия с электронным отпечатком. Каждый импульс тока создаёт скачок на соединении, и это — сырой материал для радио помех. Разряд на этой стадии всё ещё мал, но уже не гипотетичен.

Регулярность — это то, что делает сигнал пригодным для использования. Случайные помехи рассеиваются по спектру, тогда как импульсы Тричеля повторяются с частотой, определяемой физикой одной точки. Прибор, слышащий дисциплинированную последовательность импульсов, слушает конкретную поверхность, напрягающую воздух, а не всю линию, говорящую одновременно.

Стадия 3: режимы свечения и стримеров берут верх

Продолжайте наращивать, и импульсная последовательность уступает место более стабильным формам. Отрицательная корона может перейти в бесимпульсное свечение перед тем, как стримеры возьмут верх при более высоком напряжении. Положительная корона ведёт себя иначе: равномерная сине-белая плазменная оболочка, вторичные лавины которой питаются фотоионизацией — фотонами от плазмы, ионизирующими газ впереди.

Это стадия, которую человеческие органы чувств замечают первой. Значительная часть излучения — ультрафиолетовая, далеко за пределами того, что видит глаз, а видимый край читается как классический фиолетовый ореол. Озон и оксиды азота образуются в той же зоне, — вот почему соседнее оборудование и эластомеры стареют быстрее чем предусматривает график обслуживания.

На линии переменного тока каждое соединение проходит обе полярности в каждом цикле. Отрицательная полуволна благоприятствует импульсам Тричеля, тогда как положительная — свечению и стримерным формам, описанным ниже. В результате разряд меняет характер дважды за каждый цикл, — это часть того, почему коронный разряд звучит грубо, а не гладко.

Стримеры тоже принадлежат сюда: светящиеся, ветвящиеся нити ионизированного воздуха, которые снова и снова вылетают от электрода. Это разряд, проверяющий, насколько далеко зазор позволит ему зайти. Пока они не могут замкнуть зазор, оборудование всё ещё держит.

Стадия 4: когда стримеры перерастают в дугу

Стример, достигающий проводника противоположной полярности, меняет игру. Он оставляет ионизированный проводящий путь, по которому может течь большой ток, выделяя достаточно тепла для установления настоящей электрической дуги. Молния работает по точно этой логике в атмосферных масштабах.

Изоляционные цепочки выходят из строя через ту же прогрессию, с геометрическим подспорьем. Поле вдоль цепочки неоднородно; оно сильнее всего у конца с высоким потенциалом. Как только поверхность там становится проводящей, оставшаяся сухая длина резко принимает на себя почти всё напряжение, как будто цепочка сократилась за один шаг. Затем отказ распространяется в дуговой пробой.

К тому моменту, когда цепочка достигает этой стадии, исход — электрический, а не химический. Никакой аксессуар оборудования не обращает вспять установленную дугу. Вся ценность коронного кольца заключается в том, чтобы убедиться, что четвёртая стадия никогда не достигается, прерывая цепь на её первом звене.

Где коронное кольцо разрывает эту цепь

Коронное кольцо — это тор из проводящего металла, установленный на терминале или детали оборудования, где должна образоваться корона. Он находится на том же потенциале, что и окружающий проводник. Поскольку кольцо создаёт большой плавный радиус ровно там, где ранее концентрировалось поле, поверхностный градиент на прикрытых точках падает ниже градиента пробоя.

Это весь механизм, и его размещение в цепи точно. Кольцо не борется с импульсами, не тушит свечение и не гасит стримеры. Оно удерживает первую стадию ниже порога на тех точках, которые прикрывает, поэтому стадии два, три и четыре никогда не начинаются там.

Геометрия решает, выполнит ли кольцо своё обещание. Кольцо помогает только там, где оно действительно охватывает точку, которая бы излучала, и его ценность — в предоставлении большой, округлой поверхности вместо острой кромки. Его радиус и позиция крепления определяют, насколько сильно падает поверхностная напряжённость, — вот почему выбор кольца стоит рядом с выбором арматуры, а не после него.

Эквипотенциальное кольцо распространяет ту же идею вдоль изоляционной цепочки. гирлянда изоляторов. Установленное вокруг цепочки, оно выравнивает градиент потенциала по всей колонне и снимает концентрацию на конце линии, которая запускает каскад четвёртой стадии. Тот же потенциал, та же физика, применённые к длине цепочки вместо одного соединения.

Чтение сигналов: импульсы, УФ, шум, озон

Каждое звено оставляет обнаруживаемый след, и след говорит о том, насколько продвинулась цепь. Импульсы тока в диапазоне килогерц указывают на раннюю отрицательную корону. УФ-богатое свечение, слышимое шипение и радиошум маркируют средние стадии, наряду с запахом озона, который выдаёт корону внутри помещений.

Во влажную погоду эта карта изменяется в реальном времени. Слышимый шум от линий электропередачи возникает главным образом из-за коронных разрядов на дефектах и капельках воды на поверхности. Размер и положение капли усиливают локальную напряжённость поля.

Ультрафиолетовая часть сигнатуры заслуживает отдельного замечания. Коронный разряд излучает значительную часть энергии в ультрафиолете, поэтому гало, кажущееся глазу слабым, становится заметным для оборудования, настроенного на этот диапазон. Химия дополняет картину: озон и оксиды азота подтверждают, что воздух действительно разрушается, а не просто светится напроход.

На наш взгляд, наиболее полезным показанием является тренд: сигналы, растущие в течение недель, означают, что поверхностное напряжение повышается где-то выше по потоку от свечения.

Разрыв цепи начинается от соединителя. Коронные и выравнивающие кольца для наземного оборудования — это вопрос одной спецификации.

Изучить коронные и выравнивающие кольца

Что цепь означает для выбора кольца

Рама цепи быстро решает несколько аргументов выбора, потому что кольцо защищает то, что оно окружает, и ничего более. Из этого вытекают три следствия для любого, кто специфицирует оборудование:

• Закрывайте излучающую геометрию, а не окрестность. Кольцо экранирует точки, которые оно охватывает; разряд, начинающийся на незакрытом хомуте или болте, остаётся вне зоны его действия.
• Состояние поверхности — часть электрического проектирования. Повреждённый край кольца, заусенец после сварки или город капель воды могут каждый стать новой самой острой точкой, открывая первый этап именно в том месте, которое должно этому препятствовать.
• Запасы должны выживать на площадке. Порог начала снижается с уменьшением давления воздуха, поэтому кольцо, которое заглушает соединитель на уровне моря, может лишь сдерживать его на высоте. Удержание градиента дальше от потолка — это расчёт, выполняемый перед заказом, а не регулировка на столбе.

По нашему опыту, покупатели просят большее кольцо, когда реальный вопрос — какое звено вышло из строя. Размеры отвечают на это геометрией и запасами; цепь отвечает на это физикой. Используемые вместе, они завершают спор до отправки оборудования. страница товара кольца на этом сайте содержит обсуждавшиеся выше кольца из алюминиевого сплава.

Одно звено определяет всю цепь

Коронный разряд — это прогрессия: напряжение свыше порога, импульсы Тричела, свечение и стримеры, затем дуга. Коронное кольцо заслуживает своего места в начале этой прогрессии, где гладкая проводящая поверхность на потенциале проводника удерживает локальное напряжение ниже порога. Всё, что идёт далее, — симптом звена, которое она защищает.

Именно такой стандарт применяет RaxPower, когда поставляет коронные и выравнивающие кольца из алюминиевого сплава для оборудования воздушных линий. Укажите кольцо для звена, которое оно может фактически разорвать, и свечение, шипение и помехи останутся там, где им и положено: вне спецификации.

Часто задаваемые вопросы