Parafudr Eşpotansiyel Halkaları

I. "Gerilim Eşiği": Bunları Kullanmaya Ne Zaman Başlıyoruz?

Metal Oksit Parafudrlar (MOA) için gradyan halkalarının yapılandırılması, gerilim seviyesine ve fiziksel yüksekliğe dayalı katı mühendislik standartlarını takip eder:

1. $\le 35\text{kV}$: Nadiren Kullanılır. Parafudrun fiziksel yüksekliği küçüktür (genellikle $<1\text{m}$), ve kaçak kapasitansın potansiyel dağılımı üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydedir.
2. $66\text{kV}$: Geçiş Seviyesi. Tüm uygulamalar için standart değildir, ancak koronayı bastırmak için yüksek rakımlı veya yoğun kirlenmiş alanlarda kullanılabilir.
3. $110\text{kV}$: Kritik Eşik. Bu, mühendislikteki dönüm noktasıdır. Parafudrun yüksekliği önemli ölçüde artar ve eksenel potansiyel dağılımı düzensiz hale gelir. 110kV'den itibaren gradyan halkaları zorunludur.
4. $220\text{kV}$ ile $1000\text{kV}$ (UHV): Standart Zorunlu Yapılandırma. Gerilim arttıkça, gradyan halkaları aşırı elektrik alan bozulmasını yönetmek için karmaşık yapılara (çift halka, eliptik halka veya kafes tipi) dönüşür.

II. İşlevselliğin Üç Temel Taşı

1. Eksenel Potansiyel Dağılımının Optimizasyonu

Bir parafudr, yüzlerce Çinko Oksit (ZnO) varistöründen oluşan bir yığından oluşur. İdeal olarak, her varistör gerilimi eşit olarak paylaşmalıdır. Ancak yüksek gerilimlerde, üst donanımlar ile toprak arasındaki kaçak kapasitans (CgCg ) havaya "akım sızıntısına" neden olur.

• Sorun: Halka olmadan, varistörlerin üst %20'si toplam gerilimin neredeyse %50'sini taşır ve bu da yerel aşırı ısınmaya ve erken yaşlanmaya yol açar.
• Çözüm: Gradyan halkası, kaçak kapasitansı dengeleyen ve gerilimi yığın boyunca doğrusal olarak dağılmaya zorlayan bir kompanzasyon kapasitansı sağlar.

2. Korona Bastırma

Parafudrun üst kısmındaki keskin metalik parçalar (cıvatalar, flanş kenarları) çok küçük bir eğrilik yarıçapına ($R$) sahiptir. $E=V/R$ formülüne göre, küçük bir yarıçap son derece yüksek elektrik alan şiddetine ($E$) yol açar.

• Sorun: When $E$ exceeds $30\text{kV/cm}$, the air ionizes, causing korona deşarjı, which generates ozone that corrodes seals and causes EMI (Elektromanyetik Parazit).
• Çözüm: Büyük boru çapına sahip olan gerilim dağıtım halkası, yüksek gerilim ucundaki eğrilik yarıçapını artırarak yüksek yoğunluklu alanı metalik yüzeyden uzaklaştırır ve alanı etkili bir şekilde "yumuşatır".

3. Gerilim Seviyeleri Arasında Yapısal Evrim

Sistem gerilimi arttıkça, gerilim dağıtım halkası basit bir metal halkadan karmaşık çok kademeli sistemlere evrilir:

1. $110\text{kV}-220\text{kV}$ (Tek Halka): Öncelikle potansiyel dağıtımı içindir. Boru çapı tipik olarak $40\text{mm}-60\text{mm}$'dir.
2. $500\text{kV}$ (Büyük/Eliptik Halka): Parafudurlar 5 metreden uzun olabilir. Faz açıklığını korurken kapsama alanını sağlamak için büyük çaplı veya eliptik halkalar kullanılır.
3. $750\text{kV}-1000\text{kV}$ (Çok Kademeli/Kafes Halka): UHV sistemleri "Çift Halka" veya "Kafes Halka" kullanır. Bunlar, aşırı elektrik alanlarında termik kırılmayı önlemek için varistör yığınının her bölümünün potansiyelini hassas bir şekilde ayarlar.

Bakım için Mühendislik Kontrol Listesi

Saha denetimleri yaparken aşağıdaki Uzman İpuçlarını aklınızda bulundurun:

1. 110kV'nin Doğrulanması: Gerilim dağıtım halkası olmayan bir $110\text{kV}$ parafuduruyla karşılaşırsanız veya halka ciddi şekilde eğilmişse, derhal düzeltilmelidir. Üst varistörlerin muhtemelen $2-3$ yıl içinde bozulması beklenir.
2. Montaj Yüksekliği Hassasiyeti: Halkanın merkez düzlemi, ilk varistör bölümünün merkeziyle hizalanmalıdır. $>50\text{mm}$'den büyük bir dikey hata, dağıtım verimliliğini $15\%$'ten fazla düşürür.
3. Yabancı Cisimler: Halkanın üzerine asla kuş yuvası veya gevşek teller sarkmasına izin vermeyin. Bu cisimler "eğrilik yarıçapı" dengesini bozar ve doğrudan fazlar arası kısa devrelere yol açabilir.

ROCKWILL Mühendislik Notu: EHV/UHV projeleri için, ekipmanın $50\text{-year}$ yaşam döngüsü kararlılığını sağlamak amacıyla her zaman hassas Elektrik Alan Simülasyonu (FEA) ile doğrulanmış gerilim dağıtım halkaları kullanın.

Bize ulaşın:

• Web: www.rockwill.com

Kaynak: Dyson