Διερεύνηση του φαινομένου της εκκένωσης κορώνα σε γραμμές μεταφοράς
Authors: Ζαγκανάς Βασίλειος 
Published: September 2021

Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκαν τα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα σε εναέριες γραμμές μεταφοράς. Αναπτύχθηκαν θεωρητικά μοντέλα για την εκτίμηση των βασικών χαρακτηριστικών της εκκένωσης κορώνα κατά την έναυσή της, στη βάση των φυσικών διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα κατά την έναρξη και ανάπτυξη των ηλεκτρικών εκκενώσεων. Τα μοντέλα αυτά λαμβάνουν υπόψη τις διαφορετικές μορφές της εκκένωσης κορώνα κατά την έναυσή της (αίγλη ή νημάτιο), καθώς και την εξάρτηση αυτών από την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από το φορτισμένο ηλεκτρόδιο, το είδος και την πολικότητα της τάσης καταπόνησης και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα των μοντέλων συζητήθηκαν στη βάση πειραματικών δεδομένων και θεωρητικών αποτελεσμάτων της βιβλιογραφίας και επαληθεύτηκαν μέσω εργαστηριακών πειραμάτων κλίμακας σε ομοαξονικά διάκενα αγωγού-κυλίνδρου. Αυτό συνετέλεσε στην αποσαφήνιση του μηχανισμού έναυσης της εκκένωσης κορώνα σε αγωγούς υπό συνεχείς ή βραδέως μεταβαλλόμενες καθώς και υπό κρουστικές τάσεις καταπόνησης. Το πεδίο έναυσης της εκκένωσης κορώνα υπό συνεχείς ή βραδέως μεταβαλλόμενες τάσεις, όπως αυτό εξαρτάται από την πολικότητα της τάσης καταπόνησης, την ακτίνα του αγωγού και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, μπορεί να εκτιμηθεί με ακρίβεια μέσω προσεγγιστικών σχέσεων. Προτάθηκε εμπειρική σχέση για το συντελεστή ανομοιομορφίας πολύκλωνων αγωγών συναρτήσει της γεωμετρίας του αγωγού και της σχετικής πυκνότητας του αέρα. Η τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα σε αγωγούς δέσμης μπορεί να προσδιοριστεί ικανοποιητικά μέσω της τιμής του μεγίστου γεωμετρικού πεδίου στην επιφάνεια των αγωγών και του πεδίου έναυσης ενός μονού αγωγού ίδιας ακτίνας. Υπό συνεχείς τάσεις καταπόνησης υψηλότερες της οριακής τάσης έναυσης, το ρεύμα της εκκένωσης κορώνα, άρα και οι συσχετιζόμενες απώλειες, μπορεί να εκτιμηθεί ικανοποιητικά μέσω προσεγγιστικής σχέσης, που λαμβάνει υπόψη την πολικότητα και την τιμή της τάσης καταπόνησης, τη γεωμετρία του αγωγού, την ακτίνα του εξωτερικού κυλίνδρου καθώς και τη σχετική πυκνότητα του αέρα. Ακόμη, δείχθηκε η δυνατότητα εκτίμησης των βασικών χαρακτηριστικών της εκκένωσης κορώνα σε γραμμές μεταφοράς μέσω εφαρμογής των θεωρητικών μοντέλων που αναπτύχθηκαν σε τυπικές εναέριες γραμμές 150 kV του ελληνικού συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η ελάχιστη τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα υπό βραδέως μεταβαλλόμενες υπερτάσεις και κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες εκτιμήθηκε περίπου 60% υψηλότερη από τη μέγιστη τιμή της φασικής τάσης της γραμμής. Η εμπειρική σχέση του συντελεστή ανομοιομορφίας που προέκυψε μέσω πειραμάτων κλίμακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την «ασφαλή» εκτίμηση του συντελεστή ανομοιομορφίας των αγωγών των εναέριων γραμμών μεταφοράς. Υψηλότερες τάσεις έναυσης σε σχέση με αυτή που αντιστοιχεί σε βραδέως μεταβαλλόμενες υπερτάσεις μπορούν να προκύψουν υπό ταχέως μεταβαλλόμενες υπερτάσεις με κλίση μετώπου μεγαλύτερη από μία οριακή τιμή, η οποία, καθώς και η αύξηση της τάσης έναυσης με την κλίση μετώπου της κυματομορφής της υπέρτασης, εξαρτώνται κυρίως από την ακτίνα του αγωγού της γραμμής. Τα συμπεράσματα αυτά πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στις μελέτες συντονισμού μονώσεων, όπου ενδιαφέρει η εκτίμηση της απόσβεσης και παραμόρφωσης των οδευόντων κυμάτων υπέρτασης στις εναέριες γραμμές μεταφοράς λόγω της εκκένωσης κορώνα.