حلقات توزيع الجهد لمانع الصواعق

أولاً: "عتبة الجهد": متى نبدأ في استخدامها؟

يتبع تكوين حلقات التوزيع لممانعات أكسيد المعدن (MOA) معايير هندسية صارمة بناءً على مستوى الجهد والارتفاع الفعلي:

1. $\le 35\text{kV}$: نادراً ما تُستخدم. الارتفاع الفعلي للممانع صغير (عادةً $<1\text{m}$)، وتأثير السعة الطفيلية على توزيع الجهد يكون ضئيلاً.
2. $66\text{kV}$: مستوى انتقالي. ليست قياسية لجميع التطبيقات، ولكن قد تُستخدم في المناطق المرتفعة أو شديدة التلوث لقمع الهالة الكهربائية.
3. $110\text{kV}$: العتبة الحرجة. هذه هي نقطة التحول الهندسية. يزداد ارتفاع الممانع بشكل ملحوظ، ويصبح توزيع الجهد المحوري غير متساوٍ. تصبح حلقات التوزيع إلزامية من 110kV فما فوق.
4. $220\text{kV}$ إلى $1000\text{kV}$ (الجهد الفائق العالي): تكوين قياسي إلزامي. مع ارتفاع الجهد، تتطور حلقات التوزيع إلى هياكل معقدة (حلقات مزدوجة، حلقات بيضاوية، أو من نوع القفص) للتعامل مع التشوه الشديد في المجال الكهربائي.

ثانياً: الركائز الثلاث للوظائف

1. تحسين توزيع الجهد المحوري

يتكون ممانع الزيادات المفاجئة من كومة تضم مئات المقاومات المتغيرة لأكسيد الزنك (ZnO). من الناحية المثالية، يجب أن يتقاسم كل مقاوم متغير الجهد بالتساوي. ومع ذلك، عند الجهود العالية، تسبب السعة الطفيلية (CgCg) بين التجهيزات العلوية والأرض "تسرب تيار" إلى الهواء.

• المشكلة: بدون حلقة، تتحمل أعلى 20% من المقاومات المتغيرة ما يقرب من 50% من إجمالي الجهد، مما يؤدي إلى ارتفاع الحرارة موضعياً وتقادم مبكر.
• الحل: توفر حلقة التوزيع سعة تعويضية تعاكس السعة الطفيلية، مما يجبر الجهد على التوزيع خطياً عبر الكومة.

2. قمع الهالة الكهربائية

تتميز الأجزاء المعدنية الحادة (المسامير، حواف الشفاه) في الجزء العلوي من الممانع بـ نصف قطر انحناء صغير جداً ($R$). وفقاً للصيغة $E=V/R$، يؤدي نصف القطر الصغير إلى شدة مجال كهربائي عالية جداً ($E$).

• المشكلة: عندما تتجاوز $E$ $30\text{kV/cm}$، يتأين الهواء، مما يسبب التفريغ الإكليلي، والذي يولد الأوزون الذي يؤدي إلى تآكل الأختام ويسبب التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
• الحل: حلقة التدرج، بقطر أنبوبها الكبير، تزيد من نصف قطر الانحناء عند طرف الجهد العالي، مما يدفع المجال عالي الكثافة بعيداً عن السطح المعدني ويؤدي بشكل فعال إلى "تنعيم" المجال.

3. التطور الهيكلي عبر مستويات الجهد

مع زيادة جهد النظام، تتطور حلقة التدرج من حلقة معدنية بسيطة إلى أنظمة معقدة متعددة المراحل:

1. $110\text{kV}-220\text{kV}$ (حلقة مفردة): في الأساس لتوزيع الجهد. يبلغ قطر الأنبوب عادةً $40\text{mm}-60\text{mm}$.
2. $500\text{kV}$ (حلقة كبيرة/بيضاوية): يمكن أن يبلغ ارتفاع مانعات الزيادات أكثر من 5 أمتار. تُستخدم الحلقات ذات القطر الكبير أو البيضاوية لضمان التغطية مع الحفاظ على مسافة الفصل بين الأطوار.
3. $750\text{kV}-1000\text{kV}$ (حلقة متعددة المراحل/قفصية): تستخدم أنظمة الجهد الفائق العالي "حلقات مزدوجة" أو "حلقات قفصية". تقوم هذه الحلقات بضبط الجهد بدقة لكل قسم من كومة الفاريستور لمنع الانهيار الحراري في المجالات الكهربائية القصوى.

قائمة التحقق الهندسية للصيانة

عند إجراء عمليات التفتيش الميدانية، ضع نصائح الخبراء التالية في الاعتبار:

1. التحقق من 110kV: إذا واجهت مانع زيادات $110\text{kV}$ بدون حلقة تدرج، أو إذا كانت الحلقة مائلة بشدة، فيجب تصحيح ذلك فوراً. من المرجح أن تتدهور الفاريستورات العلوية خلال $2-3$ سنوات.
2. دقة ارتفاع التركيب: يجب أن يتماشى المستوى المركزي للحلقة مع مركز قسم الفاريستور الأول. الخطأ الرأسي $>50\text{mm}$ يقلل من كفاءة التدرج بأكثر من $15\%$.
3. الأجسام الغريبة: لا تسمح أبداً بتعلق أعشاش الطيور أو الأسلاك المفكوكة على الحلقة. تكسر هذه الأجسام توازن "نصف قطر الانحناء" ويمكن أن تؤدي مباشرة إلى دوائر قصر بين الأطوار.

ملاحظة ROCKWILL الهندسية: لمشاريع الجهد العالي جداً/الجهد الفائق العالي، استخدم دائماً حلقات التدرج التي تم التحقق منها من خلال محاكاة المجال الكهربائي (FEA) الدقيقة لضمان استقرار دورة حياة المعدات $50\text{-year}$.

تواصل معنا:

• الموقع الإلكتروني: www.rockwill.com

تم التحرير من:دايسون