Koroonaläte: Kuidas vähendada koroonamõju
Koroonaladumine, mida tuntakse ka kui koroonaeffect, on elektriline ladumisfenomen, mis tekib, kui joontel, mis kannavad kõrget pinget, ioniseeritakse ümber olevat vahendit, tihti õhk. Koroonaeffect toimub kõrgepingelistes süsteemides, kui ei ole piisavalt hoolikalt piiratud ümber oleva elektrivälja tugevust.
Kuna koroonaladumine hõlmab energiakaotust, siis insenerid püüavad vähendada koroonaladumist, et minimeerida elektrilise energiakaotuse, ozoonikaasu tootmist ja raadiointerfeerentsi.
Koroonaladumine võib põhjustada kuuldava sisesenekut või praksut, kui see ioniseerib õhu ümber joont. See on tavaline kõrgepingeliste elektrijaamade transmissioonijoonidel. Koroonaeffect võib ka põhjustada violetti hooga, ozoonikaasu tootmist ümber joont, raadiointerfeerentsi ja elektrilise energiakaotuse.
Mis on koroonaeffect?
Koroonaeffect toimub looduslikult, kuna õhk ei ole täiuslikul isolant – sellel on palju vaba elektronide ja ioonide normaalsete tingimustega. Kui elektriväli on luodud õhus kahe joone vahel, siis vabad ioonid ja elektronid õhus kogevad jõudu. Selle tulemuseks saavad ioonid ja vabad elektronid kiirendatud ja liigutatud vastassuunas.
Laengutud osakesed liigutudes kokku puutuvad teineteisega ja ka aeglaselt liiguvate laenguteta molekulidega. Nii kasvab laengutud osakeste arv kiiresti. Kui elektriväli on piisavalt tugev, siis toimub õhu dielektriline lõhnemine ja ark vormitub joonte vahel.
Elektrienergia transmissioon hõlmab suurte kogusega elektrienergia edastamist, alates mitme kilomeetri kaugusel asuvatest tootmisestammetest, mis asuvad suurematel tarbimiskeskustel või linnadel. Seetõttu on pikad transmissioonijooned olulised efektiivse energiaedastamiseks – mis eeldumatult tuletab suuri kaotusi süsteemis.
Nende energiakaotuste vähendamine on olnud suur väljakutse elektritehnikutele. Koroonaladumine võib oluliselt vähendada EHV (Extra High Voltage) joonte tõhusust elektrosüsteemides.
Koroonaladumiseks on olulised kaks tegurit:
Alternatiivne elektriline pingepotentsiaal erinevus peab olema antud joonele.
Joontele tuleb olla piisavalt suur vahemaa nende läbimõõdu suhtes.
Kui alternatiivne vool viiakse kahel joonel, mille vahemaa on suurem nende läbimõõdude suhtes, siis õhk, mis ümbritseb jooni (mis koosneb ioonidest), on alustanud dielektrilise stressi all.
Madalate pingeveadega ei toimu midagi, kuna stress on liiga väike, et ioniseerida õhku ümber. Kuid kui pingepotentsiaalide erinevus kasvab mingi küllastuspunktini (tuntud kui kritiline lõhnutav pinge), siis väljatugevus muutub piisavalt suureks, et õhk ümber joontele dissociereerituks ioonideks – muutes selle juhivaks. See kriitiline lõhnutav pinge toimub umbes 30 kV.
Ioniseeritud õhk tuletab elektrilist ladumist ümber joont (nende ioonide liikumise tõttu). See põhjustab nõgust heledat hooga, koos sisseprikitusega ja ozoonikaasu vabastumisega.
See elektrilise ladumise fenomen, mis toimub kõrgepingelistes transmissioonijoontes, on tuntud kui koroonaeffect. Kui joonte kohal toimuv pinge jätkab kasvamist, siis hoog ja sisseprikitus muutuvad aina intensiivsemaks – indukeerides süsteemi kõrge energiakaotuse.
Koroonakaotust mõjutavad tegurid
Joone pingeväli on peamine määramisfaktor koroonaladumiseks transmissioonijoontes. Madalate pingeveadega (väiksemad kui kriitiline lõhnutav pinge) õhu peale pandud stress pole piisavalt suur, et põhjustada dielektrilist lõhnutust – seega ei toimu elektrilist ladumist.
Pinge kasvades, toimub koroonaeffect transmissioonijoontes atmosfäärilise õhu ümber joontele ioniseerimise tõttu – see on peamiselt mõjutatud kaabli seisundist ja atmosfääri füüsilisest seisundist. Peamised koroonaladumise mõjutajad on:
Atmosfäärilised tingimused
Joontede seisund
Vahemaa joontevahel
Vaatame neid tegureid üksikasjalikumalt:
Atmosfäärilised tingimused
Õhu lõhnutamiseks vajalik pingegradient on otseproportsionaalne õhu tihedusega. Seetõttu tuulikes päevadel kasvab joontele ümber olevate ioonide arv, mis muudab elektrilise ladumise tõenäolisemaks, kui selges ilmas.
Pingeüsteem tuleb projekteerida, et hõlmata need äärmuslikud tingimused.
Joontede seisund
Koroonaladumise mõju sõltub oluliselt joontest ja nende füüsilisest seisundist. Fenomen on pöördproportsionaalne joontede läbimõõduga, mis tähendab, et läbimõõdu suurenemine oluliselt vähendab koroonaeffecti.
Lisaks, kui joontel on saastu või nälg, siis väheneb kriitiline lõhnutav pinge, mis muudab jooned tundlikumaks koroonakaotusele. See tegur on eriti oluline linna ja tööstusalade kontekstis, kus on kõrge saaste, kus vajalikud on meetmed, et vältida selle negatiivset mõju süsteemile.
Vahemaa joontevahel
Vahemaa joontevahel on oluline element koroonaladumiseks. Et koroonaladumine toimuks, peaks vahemaa joontevahel olema palju suurem kui nende läbimõõdud.
Kuid kui vahemaa on liiga suur, siis õhu peale pandud dielektriline stress väheneb, vähendades koroonaeffecti. Kui vahemaa on liiga suur, võib koroonaladumine transmissioonijoonel üldse mitte toimuda.
Strateegiad koroonaladumise vähendamiseks
Kuna koroonaladumine põhjustab alati energiakaotust valguse, heli, soojuse ja keemiliste reaktsioonide kujul, on oluline kasutada strateegiaid, et vähendada selle toimumist kõrgepingelistes võrkudes.
Koroonaladumist saab vähendada:
Joone suuruse suurendamisega: Suurem joone läbimõõt vähendab koroonaeffecti.
Joontevahelise vahemaaga suurendamisega: Vahemaaga suurendamine vähendab koroonaeffecti.
Bundlitud joontega kasutamisega: Bundlitud jooned suurendavad joone efektiivset läbimõõdu – seega vähendades koroonaeffecti.
Koroonaringide kasutamisega: Elektriväljad on tugevamad teravnate joonte kumerustes, seega koroonaladumine toimub esimest korda teravnates, servades ja nurkades. Koroonaringid, mis on elektriliselt ühendatud kõrgepingelisele joonele, ümbritsevad punkte, kus koroonaeffect on kõige tõenäolisem. Nad efektivselt "ümberkondavad" joont, vähendades joone pinnavälimuse teravnatust ja levivad laeng laiasemale alale, seega vähendades koroonaladumist. Koroonaringid kasutatakse väga kõrgepingeliste seadmete terminaalidel (nt kõrgepingeliste transformaatorite bushingutel).
Koroonaladumine ja vool
Koroonaladumise ja voolu suhete lähem vaatlus andest veelgi rohkem selle fenomeni mõju kõrgepingeliste süsteemidele.
