Коронен разряд: Как да намалим коронния ефект
Корона разряд, известен също като Корона ефект, е феномен на електрически разряд, който се появява, когато проводник, носещ високо напрежение, ионизира заобикалящата го течност, често въздух. Корона ефектът ще се появи в системи с високо напрежение, освен ако не се вземат достатъчни мерки за ограничаване на силата на заобикалящото електрическо поле.
Тъй като корона разрядта предизвиква загуба на енергия, инженерите се стремят да намалят корона разряда, за да минимизират загубата на електрическа мощност, производството на озонов газ и радиоинтерференцията.
Корона разрядът може да причини слушаем шум от тип хълцане или трясък, докато ионизира въздуха около проводниците. Това е обикновено в системи за високонапрежнена електрическа передача. Корона ефектът може също да произведе лилаво сияние, производство на озонов газ около проводника, радиоинтерференция и загуба на електрическа мощност.
Какво е корона ефект?
Корона ефектът се появява естествено, тъй като въздухът не е идеален изолатор — съдържа много свободни електрони и йони при нормални условия. Когато електрическо поле се установи във въздуха между два проводника, свободните йони и електрони във въздуха ще преживеят сила. В резултат на този ефект, йоните и свободните електрони се ускоряват и движат в противоположна посока.
Заредените частици по време на своето движение се сблъскват помежду си и също така с бавно движещи се не заредени молекули. Така броят на заредените частици бързо нараства. Ако електрическото поле е достатъчно силно, ще се случи диелектричен пробив на въздуха и ще се формира дъга между проводниците.
Електрическата передача на мощност се занимава с масовата прехвърляне на електрическа енергия, от генериращи станции, разположени на много километри разстояние от основните центрове на потребление или градовете. Затова, дългобойните проводници за ефективна передача на мощност са от най-голяма необходимост, което неизбежно води до значителни загуби в системата.
Минимизирането на тези енергийни загуби е било основен предизвикателство за електроинженерите. Корона разрядът може значително да намали ефективността на системите с ЕХВ (Extra High Voltage).
Два фактора са важни за появата на корона разряд:
Алтернативни електрически потенциални разлики трябва да се подават през линията.
Разстоянието между проводниците трябва да бъде достатъчно голямо в сравнение с диаметъра на линията.
Когато алтернативен ток се прави да протича през два проводника на линия за передача, чиито разстояния са големи в сравнение с техните диаметри, въздухът около проводниците (съставен от йони) е подложен на диелектричен стрес.
При ниски стойности на напрежението, нищо не се случва, тъй като стресът е твърде малък, за да ионизира въздуха отвън. Но когато потенциалната разлика нараства над определена прагова стойност (известна като критично разрушително напрежение), силата на полето става достатъчно голяма, за да се въздухът около проводниците диссоциира в йони — правейки го проводим. Това критично разрушително напрежение се появява при около 30 кВ.
Ионизираният въздух води до електрически разряд около проводниците (поради протичането на тези йони). Това дава начало на слабо светещо сияние, придружено от шум, съпроводен от освобождаването на озон.
Този феномен на електрически разряд, който се появява в линии за високонапрежнена передача, е известен като корона ефект. Ако напрежението през линиите продължи да нараства, сиянието и шумът стават все по-интензивни — индуцирайки висока загуба на мощност в системата.
Фактори, влияещи върху загубите от корона разряд
Напрежението на линията на проводника е основният определящ фактор за корона разряд в линии за передача. При ниски стойности на напрежението (по-малки от критичното разрушително напрежение), стресът върху въздуха не е достатъчно голям, за да предизвика диелектричен пробив — и следователно, няма електрически разряд.
С увеличаването на напрежението, корона ефектът в линията за передача се появява поради ионизацията на атмосферния въздух около проводниците — той е главно влияет от условията на кабела, както и от физическото състояние на атмосферата. Основните фактори, влияещи върху корона разряд, са:
Атмосферни условия
Състояние на проводниците
Разстояние между проводниците
Нека разгледаме тези фактори по-подробно:
Атмосферни условия
Напрежението за диелектричен пробив на въздуха е прямо пропорционално на плътността на въздуха. Следователно, в бурни дни, броят на йоните около проводника нараства поради непрекъснато въздушно движение, правейки електрическия разряд по-вероятен, отколкото в ясни дни.
Електрическата система трябва да бъде проектирана, за да допуска тези крайни условия.
Състояние на проводниците
Влиянието на корона ефекта е силно зависещо от проводниците и техните физически условия. Феноменът е обратно пропорционален на диаметъра на проводниците, което означава, че увеличаването на диаметъра значително намалява корона ефекта.
Освен това, присъствието на прах или неравномерност на проводника намалява критичното пробивно напрежение, правейки проводниците по-уязвими към загуби от корона. Този фактор е особено значителен в градове и индустриални зони с висока замърсеност, където стратегии за намаляване са необходими, за да се противодейства на негативните ефекти върху системата.
Разстояние между проводниците
Разстоянието между проводниците е ключов елемент за корона разряд. За да се случи корона разряд, разстоянието между линиите трябва да е много по-голямо от диаметъра им.
Обаче, ако разстоянието е прекалено голямо, диелектричният стрес върху въздуха намалява, намалявайки корона ефекта. Ако разстоянието е твърде голямо, корона може да не се случи изобщо в този регион на линията за передача.
Стратегии за намаляване на корона разряд
Тъй като корона разряд неизменно води до загуба на мощност във формата на светлина, звук, топлина и химични реакции, е важно да се използват стратегии за намаляване на неговото появяване в системи с високо напрежение.
Корона разрядът може да бъде намален чрез:
Увеличаване на размера на проводника: По-голям диаметър на проводника води до намаляване на корона ефекта.
Увеличаване на разстоянието между проводниците: Увеличаване на разстоянието между проводниците намалява корона ефекта.
Използване на свързани проводници: Свързаните проводници увеличават ефективния диаметър на проводника — следователно намалявайки корона ефекта.
Използване на корона пръстени: Електрическите полета са по-силни в точки на остри завои на проводника, затова корона разрядът се появява първо в остри точки, краища и ъгли. Корона пръстените, които са електрически свързани с високонапрежнения проводник, обгръщат точките, където корона ефектът е най-вероятен. Те ефективно "закръгляват" проводниците, намалявайки острия вид на повърхността на проводника и разпределяйки заряда в по-широко пространство, следователно намалявайки корона разряд. Корона пръстените се използват на терминалите на високонапрежната апаратура (например на бушингите на високонапрежните трансформатори).
