电晕环如何帮助防止电晕放电?


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电晕放电是电流从电极流到外部空气的过程。(除其他外)高压电源线中会发生电晕放电。

在这种情况下,减少电晕放电的一种方法是使用所谓的电晕环-只是由厚金属棒制成的环,该环垂直于导线放置,以便导线穿过环。该环已安装到电源线柱并接地。

这有什么帮助?我希望代替“线对空”电流,而将开始“线对环”电流,并且它是相同的。为什么使用电晕环抑制电晕放电?

Answers:


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罗素的答案很好。为了阐明电晕的工作方式:

当空气中某一点的电场足够强时,一些电子就会从原子中剥离出来,空气会变成导电等离子体,而不是绝缘体。当物体处于高压下并且具有较小的曲率(导线,尖点)时,其周围区域中的场可能具有足够高的场强以使其发生,从而形成空气导电层,然后由正常的绝缘空气包围。如果此导电层周围的强度也足够高(如果导电区域很尖锐),则导电层可以增大和增大尺寸(通常在一个方向上),直到形成通往另一个物体的完整导电路径,然后形成一个巨大的电流以电弧的形式流动。

即使场的形状不能形成电弧,它仍然可以形成电晕放电。这是当等离子体的导电层停止膨胀并仅位于导线周围的地方时,等离子体层中的离子被排斥到中性空气中,在那里它们缓慢漂移,直到它们在另一个物体上放电为止。这仍然是电流,仅比电弧小得多。

电晕环改变了电场的形状,在某种意义上将其散布开来,因此它在任何时候都不再足以使空气离子化。


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摘要:

  • 电晕环的作用是分布电场梯度并将其最大值降低到电晕阈值以下,从而防止电晕放电。*

  • 有关理论和实践方面的出色解释,请参见下面的“高级参考”。


电晕环是在超高压系统(通常为200 kV +)中安装在绝缘子的末端或径向向外的导电环。

电晕环的作用是消除或减少伴随电晕放电的空气电离。电晕放电会损坏绝缘体,并可能产生击穿产品,从而导致灾难性的绝缘故障。

电晕环可通过修改电场强度的形状来工作,从而降低绝缘子上最坏情况下的电场变化率,从而将周围空气中的峰值电势降低至低于每英寸约10 kV的击穿电压(干态)空气,电源频率)。

有用的辅助作用是重新整形绝缘体堆栈上的电场分布,以使每个绝缘体的电位降更加均匀,从而降低具有最高电压降的绝缘体的击穿应力。用于超高压绝缘的一堆对称绝缘子在其“热”端的绝缘子上将有更多的压降。长的绝缘子串之间的差异可能会超过10:1,在某些情况下,前3或4个绝缘子上的总EHV下降会超过一半。通过电晕环对电场进行整形可以有效地减少这种不平衡-但总电压的不成比例的大部分仍然易于由前几个绝缘子承载。


在下面的照片中,可以在绝缘子的两端看到电晕环。

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上面的图片摘自对现实世界中电晕效应和治疗的精彩讨论 *关于电晕环的使用的三个摘要非常简洁,以至于我在此答案的开头将其用作我的摘要。(我只在上面写了更长的版本后才找到这篇文章;-)。)他们指出-电晕环的作用是分布电场梯度并将其最大值降低到电晕阈值以下,以防止电晕放电。


维基百科指出,在电力系统中,例如220 kV电晕环易于安装在绝缘子的一端,两端都安装在500 kV +。


极好的参考文献 -这是一篇有关电晕还原和电晕环功能的极好的论文- 日冕环设计对绝缘子沿电场强度和电位分布的影响

2010年的这篇文章指出,在比传统观察到的更低的电压下,会发生电晕损坏和绝缘子故障,这显然是由于使用了新的聚合物绝缘子。与过去不需要在161 kV以下进行电晕环保护的预期相比,在某些配置中据报导,故障和/或损坏的线路低至115 kV。 电晕环:是否需要?-建模基于配置,硬件和线路电压预测电晕水平。

简短而有用的小组讨论在这里

EPRI(电力研究所)发表了有关电力相关问题的论文。这是他们重用电晕环的一些参考


带或不带多绝缘子串上的电晕环的电场分布图。请参阅上面的“高级参考”文章进行讨论。

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极端的例子:

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对于所有这些图片,我仍然一无所获-为什么在线和环之间不会开始放电?
sharptooth 2011年

@sharptooth:因为电场强度不足以允许电弧或电晕放电。当电场太强以至导体周围的空气变为导电性时,就会引起电晕放电,但是导电性区域没有接触任何可以使电路和电弧完整的东西。取而代之的是,较慢的离子流通过中性空气。通过修改电场,可以防止空气导电。
endlith 2011年

@endolith:能否请您将其添加为单独的答案?那就是我想要的。
sharptooth 2011年

这是一个好的答案,但令您感到惊讶的是(如果没有真正感到惊讶)您没有/没有将我的回答的第2&3段视为“您想要的”。它与“要点”无关,但对理解也很重要。
罗素·麦克马洪

@sharptooth:恩,这只是对罗素所说的话的一种澄清,但是好吧
endolith,2011年

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这是关于电荷密度的-环增加了表面积和曲率半径,将电荷密度降低到低于会导致显着电晕的东西,例如接合处的锋利边缘等。


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环安装到电源线柱并接地

大多数电晕环未接地。

一些绝缘体叠层只有一个电晕环-它总是在线路末端。

绝缘子线路端的电晕环连接到电源线。该电晕环与电源线的电压相同。(该电晕环未接地)。

有时,在烟囱的接地端有第二个电晕环。堆栈接地端的电晕环是唯一接地的电晕环。

这有什么帮助?我希望代替“线对空”电流,而将开始“线对环”电流,并且它是相同的。为什么使用电晕环抑制电晕放电?

没错-如果假设所有环都接地,那么线环电流将与没有环的线空气流一样(甚至更糟)。


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电场将在环上而不是在绝缘子的表面上循环,因此减少了电晕放电。


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导体表面或导体内部的电场为零。它几乎不能在那里流通。
Sharptooth
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