المقالة مترجمة للكاتب Manuel Bolotinha [1]
التأثير الهالي: هو ظاهرة تنتج عن تفريغ جزئي في الهواء (أو في أي مائع) نتيجة تأين الهواء المحيط بخطوط النقل، تحدث هذه العملية عندما يتدفق التيار الكهربائي في موصل وعندما يكون تدرج المجال الكهربائي(1) قويًا بما يكفي لتأين الهواء المحيط ولكنها ليست قوية بما يكفي للتسبب في انهيار العازل (2) أو الانحناء بين الموصلات.
توصف هذه الظاهرة بتوهج ذو لون أزرق أو بنفسجي وتحدث بشكل أساسي في خطوط النقل العلوية (Overhead lines) بالقرب من العازل المعلق وعازل الشد، وتحدث أيضاً عندما تكون المسافة بين الموصلات أكبر بكثير من أقطار الموصلات.
بشكل عام للموصلات المتوازية في الهواء يحدث التأثير الهالي عندما تكون:
D / r < 5.85
حيث أن: r هو نصف قطر الموصلات و D هي المسافة بين الموصلات.
عند دراسة التأثير الهالي من المهم حساب القيمة الأدنى للجهد بين الأطوار أو بين طور ومحايد (أو أرضي) تسمى هذه القيمة بالجهد المدمر الحرج (Critical Disruptive Voltage)، إذا كان r [cm] هو نصف قطر الموصل فإن d [cm] هي المسافة بين الموصل والمحايد (أو الأرضي)، و U [V] هو تدرج المجال الكهربائي (E)، يتم حساب الجهد المدمر الحرج G بواسطة المعادلة التالية:
G = (U / (r x ln (d/r)) [V/m]
حيث يمثل ln اللوغاريتم الطبيعي.
لحدوث التأثير الهالي من الضروري أن تكون G مساوية أو أكبر من جهد اضطراب الهواء (disruption voltage of the air) وذلك عند الضغط الجوي (3) (1.01325×10^5 Pa = 1 atm = 760 mmHg)، وعند درجة حرارة 25 درجة مئوية تساوي 30 كيلو فولت/سم، مع الأخذ في الاعتبار القيمة القصوى لـ U أو kV/cm 21.2 مع الأخذ في الاعتبار قيمة الجذر المتوسط التربيعي (4) (rms) لـ U.
يتم تحديد G0 لقيمة E التي تخضع للحالة المذكورة أعلاه ليتم حساب القيمة الحرجة لجهد الاضطراب (Uc) بواسطة المعادلة:
Uc = G0 x r x ln (d/r) [kV/phase]
تختلف كثافة الهواء باختلاف درجة الحرارة والضغط الجوي، من الممكن التعبير عن هذا الاختلاف بواسطة عامل δ. والذي يعطى بضغط معين P [Pa] ودرجة الحرارة θ [ºC]، بالمعادلة:
δ = (3.92 x 1.01325×10^5 x P)/((273 + θ) x 760)
نظرًا لكون G’0 قيمة لـ E المقابلة للظروف الجوية الجديدة، يتم حساب قيمتها بالمعادلة:
G’0 = δ x G0
ومن ثم يتم حساب القيمة الحرجة لجهد الاضطراب (U’c) بالمعادلة:
U’c = G0 x r x δ x ln (d/r) [kV / phase]
مع الأخذ في الاعتبار عدم انتظام سطح الموصل ويتم التعبير عن عدم الانتظام كعامل m0، لذا تصبح قيمة U’c كالتالي:
U’c = m0 x G0 x r x δ x ln (d/r) [kV / phase]
القيم الشائعة لـ m0 هي:
- الموصلات المصقولة (Polished conductors): m0 = 1
- الموصلات المتسخة (Dirty conductors): m0 = 0.92-0.98
- الموصلات المجدولة (Stranded conductors): m0 = 0.8-0.87
القيمة الأخرى المستخدمة لوصف التأثير الهالي هي الجهد الحرج المرئي (Visual Critical Voltage) والذي يعبر عنه بـ Uv، وهو القيمة الأدنى للجهد بين طور ومحايد (أو أرضي) والذي يحدث له التأثير الهالي على طول الموصل، يتم حساب هذا الجهد بالمعادلة التجريبية التالية:
Uv = mv x G0 x δ x 3 x (1 + (0.3/√(δ x r)) x ln (d/r) [kV/phase]
العامل mv هو أيضًا مقياس لعدم انتظام الموصل، بافتراض القيم التالية:
- الموصلات المصقولة (Polished conductors): mv = 1
- الموصلات الخشنة (Rough conductors): mv = 0.72-0.82
القيمة الأخرى التي يجب حسابها عند دراسة التأثير الهالي هي الخسائر الناتجة عن هذا التأثير بالنظر إلى قيمة الجذر المتوسط التربيعي (rms) لـ Uc وكونها الجذر المتوسط التربيعي للجهد المقنن للشبكة [كيلو فولت] وللتردد المقنن للشبكة [هرتز]، يتم حساب الخسائر التأثير الهالي (Pco) بواسطة المعادلة:
Pco = 242.2 x ((f + 25) / δ) x √ (r / d) x (U(exp)2 – Uc^2) x 10^-5 [kW/km /phase]
تعريفات:
(1) التدرج (Gradient): هو عامل تفاضلي يتم تطبيقه على المجال العددي F والذي يمثل المتجه الذي يتم فيه تحقيق أكبر معدل زيادة في هذا المجال.
(2) انهيار العازل (Dielectric breakdown): يحدث عندما تكون قيمة المجال الكهربائي المطبق على تلك المادة عالية جدًا مما يتسبب في أن تصبح المادة موصلة للكهرباء، يحدث هذا الانهيار في الهواء عندما تكون قيمة المجال الكهربائي ≈ 3×10^6 V/m.
(3) وحدات الضغط: Pa – باسكال، atm – وحدة قياس الضغط الجوي، mmHg – ملليمتر من الزئبق.
(4) الجذر المتوسط التربيعي (root mean square): هو مقياس لمقدار قيم متفاوتة.
المراجع:
[2]: https://www.pinterest.com/pin/328059154100871973
