الاثنين، 18 مايو 2020

ظاهرة الكورونا CORONA التفريغ الهالي أسبابها وحلولها

الدرس السابق:أسباب ظهور الجهود الزائدة على شبكة نقل الكهرباء وتأتيرها على العوازل.



ظاهرة الكورونا CORONA  التفريغ الهالي:

     هذه الظاهرة سبق لي ان تطرقت لها في موضوع سابق (شرح ظاهرة التفريغ الهالى (الكرونا) Corona اسبابها وعيوبها وكيف يمكن التخلص منها) لكن لاباس ان نعيد شرحها .يمكنك الرجوع الى الشرح السابق من هنا.

     تعتبر الكورونا من أبرز المشاكل التى تواجه العوازل عامة . وهذه الظاهرة عبارة عن حدوث تفريغ جزئى Partial Discharge  لوسط عازل أو مرور تيار متسرب من الموصل الأصلى إلى الهواء الجوي المحيط به بصورة عشوائية نتيجة تأين الهواء المحيط ، وتعتبر هى الظاهرة مؤشرا لحدوث انهيار محتمل للعزل (كلمة العزل تتضمن أيضا الهواء كنوع من العوازل).
   
    وتحدث هذه الظاهرة عندما يتجاوز شدة المجال الكهربى electric field  عند سطح الموصل الحد المعروف بــ disruptive potential gradient   وهو الحد الذى يساوي فى حالة الهواء الجو ى 30 cm/kV (مع ملاحظة أن هذه القيمة تتغير مع الضغط الجوى ولذا فمشكلة الكورونا أكثر وضوحا فى الأماكن المرتفعة عن سطح الأرض) ويترتب على ذلك أن يصبح الهواء المحيط بالموصل ليس عازلا كاملا بل تصبح له در جة من درجات التوصيل conductive plasma   فقط فى منطقة محيطة بالموصل. لكن قد تزداد هذه الطبقة الموصلة مع الوقت حتى ينكسر العزل بين الموصلات ويحدث انهيار كامل من خلال شرارة كهربائية.

    المجال الكهربائي عموما يزداد عند الأسطح الحادة لأن التغير فى قيمة الجهد يكون كبيرا وليس تدريجيا كما فى الأسطح الملساء ومن ثم ترتفع قيمة cm/kV بقيم كبيرة تتسبب فى بروز هذه الظاهرة بوضوح أكبر .

   ومن ثم فدائما هناك مسافة كافية بين موصلات خطوط النقل لتجنب الوصول لهذه القيمة. ولكن قد تجد ظروف معينة تجعل المجال الكهربائي المسلط على الهواء يتزايد ، وعندها يبدأ الوسط العازل (هواء / زيت / أو غيره) فى التأين . 

    وتحدث ظاهرة(التفريغ الجزئى) Partial Discharge  أو الكورونا فى أي وسط عازل يقع بالقرب من جهود كهربائية موجودة فى الخدمة ، سواء كان ذلك خطوط النقل أو فى أي عازل آخر مثل الزيت مثلا داخل الــ CB ، ففى حالة خطوط النقل يتأين الهواء المحيط حول موصلات الجهد العالي وتزداد الظاهرة وضوحا كلما كان سطح الموصل غير منتظم وأيضا كلما زادت الرطوبة والتلوث فى الوسط العازل حيث تزداد نسبة ذرات الهواء المتأين حول الموصل .

   ويمكن ملاحظة ذلك على خطوط النقل الكهربائية كوميض لامع مائل للزرقة (شكل أسفله) ، وتكون هذه الظاهر ة مصحوبة بصوت أزيز وإنتاج غاز الأوزون وهذه الظاهرة تسمى Partial Discharge  أي يحدث تفريغ جزئى داخل العازل وهو يعتبر مقدمة لالنهيار فى العزل Breakdown.

  
    وبالطبع ينتج عن وجود هذه الظاهرة حدوث مفاقيد للقدرة الكهربائية تسمى  Corona Losses  تتمثل فى هالة من الضوء يميل للون البنفسجى أو الأزرق ، والصوت المصاحب للظاهرة إضافة إلى حدوث تداخلات مع موجات الراديو Radio Interference  .

     وهذه معادلة تقريبية للجهد الذى تبدأ عنده الكورونا بالظهور  وواضح أنها تعتمد على درجة خشونة السطح وعلى قطر الموصل وبعده عن بقية الموصلات الحاملة للجهد.


   1- أسباب ظاهرة الكورونا :

      • ارتفاع الجهد الكهربائي : فمن أهم أسبابها ارتفاع الجهد على الخطوط وبالتالى يزداد شدة المجال وتزداد احتمالية تأين الذرات حول الموصل. 

      • انخفاض شدة العزل : ومن أسبابها أيضا انخفاض شدة العزل نتيجة تلوث أو رطوبة مثلا . تذكر أن المجال الكهربائي يتأثر بقيمة الجهد ولا علاقة له بقيمة التيار ومن ثم فالظاهرة لا تتأثر بقيمة التيار فى الخطوط. 

      • تقارب الموصلات : ومن أسبابها أيضا تقارب المسافات بين الأجزاء الحاملة للجهد. 

      • عدم انتظام المجال الكهربائي : مع التأكيد على أن أكثر الأماكن تأثرا بهذه الظاهرة هى الأماكن غير المنتظمة السطح حيث يصبح توزيع المجال فيها غير منتظم فيزداد فى نقاط(يحدث فيها التأين) ويقل فى نقاط أخرى.

2-الحلول الممكنة لظاهرة الكورونا :

    1 -الحل الأمثل هو زيادة مساحة مقطع الموصل وبالتالى يقل قيمة المجال على سطح الموصل (راجع المعادلة السابقة لحساب الجهد الذى يبدأ عنده حدوث الكورونا ، و ستجد أن قيمة نصف القطر فى مقام المعادلة ، بمعنى كلما زاد نصف القطر كلما كبر الجهد الذى يحدث عنده بداية التفريغ).

      وأحد طرق زيادة المقطع هو استخدام الـ bundled conductors  وذلك بجعل موصل الــ Phase الواحدة عبارة عن موصلين أو أكثر ثم عمل short circuit  على هذه الموصلات (الشكل التالي) وبالتالى يزيد المقطع المكافئ لكل موصل ومن ثم يقل المجال المحيط به فلا تتأين ذرات الهواء.


    2 -زيادة المسافة الفاصلة بين الفازات لتقليل شدة المجال أيضا ولكن ذلك سيؤدى إلى زيادة حجم البرج وارتفاع التكلفة .

    3 -ولأن هذه الظاهرة ليست فقط معتمدة على المجال الكهربائي ولكنها تتأثر بشدة بشكل الأسطح الحاملة للتيار ، وبصفة عامة يجب تجنب الأسطح الحادة فى خطوط النقل وغيره لتجنب الارتفاع فى الـــ Voltage Gradient  ، ولذا يستعمل مثلا وسائل تعليق للموصل لها حواف مستديرة الشكل بدلا من الحواف الحادة  rounded rather than  sharp  edges  ، وكذلك الحال أيضا بالنسة للــ Spacers وخامد االهتزازات.

    4 -وبالتأكيد يجب تجنب الارتفاع فى الجهد لأنه أحد أهم الأسباب الرئيسية.

    5 -استخدام ما يعرف بـــ Corona Rings  ، فمما سبق يتبين أن أحد أهم أسباب هذه الظاهرة هو عدم انتظام السطح وهذا ما يحدث عند تعليق الموصل بسلسلة العزل فتكون نقطة الاتصال معرضة أكثر من غيرها لحدوث الكورونا بسبب التغير الحاد في السطح ، ولعلاج ذلك توضع الحلقات كما فى الصورة متصلة بالموصل المعدنى الحامل للجهد فإذا ظهرت الكورونا فإنها تظهر على الحلقات وليس على أطباق العازل ومن ثم فقد تم حماية العزل. 

    وتستخدم هذه الحلقات (الشكل التالي) أيضا مع مانعات الصواعق Lightning Arrestor  وكذلك تستخدم فى أطراف الـــ CB والمحولات لنفس الغرض وهو حماية أطراف العزل من التغير المفاجى فى الجهد أو التغير المفاجئ فى الشكل والذى ينتج عنه قيمة مرتفعة للــــ  gradient  cm/kV Voltage   والتى تتسبب فى ظاهرة الكورونا. 


     وهذه الحلقات تتصل مباشرة بالموصل كما ذكرنا عند نقطة اتصاله بسلسلة العزل لأنها أخطر منطقة معرضة للكورونا ، ويمكن القول أن هذه الحلقات تغير شكل المجال الكهربائي عند نقاط الاتصال بحيث لا يصبح قادرا على تأيين ذرات الهواء المحيطة بالموصل أو العزل عند نقاط الربط. فالــ Gradient cm/kV أصبح ضعيفا بسبب كبر القيمة الموجودة فى المقام لأن المجال الكهربائي أصبح محيطا بحلقة قطرها واسع وليس بنقطة اتصال صغيرة ومن ثم صغرت قيمته.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق