פליטת קורונה: איך להפחית את אפקט הקורונה
תופעת הקורונה, המוכרת גם בשם אפקט הקורונה, היא תופעה של פליטת חשמל שמתרחשת כאשר מוליך הנושא מתח גבוה מזהם את הזורם הסובב אותו, בדרך כלל אוויר. אפקט הקורונה יקרה במערכות מתח גבוה אלא אם כן יינתן דאגה מספקת להגביל את עוצמת השדה החשמלי הסובב.
מאחר שתופעת הקורונה מעוררת איבוד אנרגיה, מהנדסים מנסים להפחית את תופעת הקורונה כדי להפחית את איבוד הכוח החשמלי, ייצור גז האוזון ופרעות רדיו.
תופעת הקורונה יכולה לגרום לצליל שיזוף או צפצוף מאחר שהיא מייצרת טעמים באוויר סביב המוליכים. זה נפוץ בקווים של העברת כוח חשמלי מתח גבוה. אפקט הקורונה יכול גם לייצר זוהר סגול, ייצור גז האוזון סביב המוליך, הפרעות רדיו והפסד כוח חשמלי.
מהו אפקט הקורונה?
אפקט הקורונה מתרחש באופן טבעי מאחר שהאוויר אינו מבודד מושלם - מכיל חלקיקים חופשיים ואונים בתנאים נורמליים. כאשר מתקיים שדה חשמלי באוויר בין שני מוליכים, האונים והאלקטרונים החופשיים באוויר יתנסו לכוח. בעקבות כך, האונים והאלקטרונים החופשיים מתאצלים ומגיעים בכיוון הפוך.
החלקיקים המטענים במהלך תנועתם מתנגשים אחד עם השני וגם עם מולקולות לא מוטות שנעות לאט. לכן מספר החלקיקים המטענים גדל במהירות. אם השדה החשמלי חזק מספיק, תתרחש התפרקות דילקטרי של האוויר וייווצר קשת בין המוליכים.
העברת כוח חשמלי עוסקת בהעברת כמות גדולה של אנרגיה חשמלית, מתחנות ייצור מרוחקות מהמרכזים העיקריים של הצריכה או הערים. בשל כך, מוליכי העברת מרחק ארוך הם הכרחיים עבור העברת כוח יעילה - מה שמוביל לאיבודים עצומים במערכת.
הקטנת האיבודים האלו הייתה אתגר מרכזי למהנדסי כוח. תופעת הקורונה יכולה להפחית משמעותית אתעיליות של קווי EHV (מתח גבוה מאוד) במערכות כוח.
שני גורמים חשובים לתופעת הקורונה:
צריכת מתח חילופין חייבת להיות מסופקת לאורך הקו.
המרחק בין המוליכים חייב להיות גדול מספיק בהשוואה לקוטר הקו.
כאשר מזרימים זרם חילופין לאורך שני מוליכים של קו העברה שמרחקם גדול בהשוואה לקוטרם, האוויר הסובב את המוליכים (מורכב מאונים) נתון לחץ דילקטרי.
במתח נמוך, אין כל דבר קורה מאחר שהלחץ קטן מדי כדי לאייש את האוויר החיצוני. אך כאשר ההבדל הפוטנציאלי עולה מעבר לערך סף מסוים (ידוע כמתח הקריטי), עוצמת השדה נהיה חזקה מספיק כדי שאוויר הסובב את המוליכים יתפרק לאונים - מה שמאפשר לו להתנהג כמו מוליך. מתח הקריטי הזה מתרחש בערך ב-30 kV.
האוויר המזוהם יוצר פליטת חשמל סביב המוליכים (בעקבות זרימת האונים הללו). זה גורם לפליטת אור עמום, יחד עם צליל שיזוף וביחד עם שחרור אוזון.
הופעת פליטת חשמל בקוوط העברה במתח גבוה ידועה כ אפקט הקורונה. אם המתח לאורך הקווים ממשיך לעלות, האור והצליל נעשים יותר ויותר חזקים - מה שגורם לאיבוד כוח גבוה למערכת.
גורמים המשפיעים על איבוד הקורונה
מתח הקו של המוליך הוא הגורם העיקרי לתופעת הקורונה בקווי העברה. במתח נמוך (פחות מהמתח הקריטי), הלחץ על האוויר אינו גבוה מספיק כדי לגרום להתפרקות דילקטרי - ולכן אין פליטת חשמל.
עם עלייה במתח, אפקט הקורונה בקו העברה מתרחש עקב איוש האוויר הסובב את המוליכים - הוא בעיקר מושפע מהנחיות הכבל וכן מצבו הפיזי של האטמוספירה. הגורמים העיקריים המשפיעים על פליטת הקורונה הם:
תנאי אטמוספירה
מצב המוליכים
המרחק בין המוליכים
בואו נבדוק את הגורמים האלו בפירוט רב יותר:
תנאי אטמוספירה
השיפוע המתחי להתפרקות דילקטרי של האוויר פרופורציונלי לריכוז האוויר. לכן, בימים סוערים, מספר האונים סביב המוליך עולה בשל זרימת אוויר מתמדת, מה שגורם לפליטת חשמל להיות יותר סבירה מאשר בימים ברורים.
מערכת המתח צריכה להיות מתוכננת כדי להתמודד עם תנאים קיצוניים אלה.
מצב המוליכים
השפעת הקורונה היא תלויה ביותר במצב המוליכים. התופעה היא הפוכה לקוטר המוליכים, מה שמרמז כי עלייה בקוטר מצמצמת משמעותית את אפקט הקורונה.
בנוסף, הנוכחות של לכלוך או גסיסה על המוליך מפחיתה את מתח ההתפרקות הקריטי, מה שגורם למוליכים להיות יותר רגישים לאיבודים של הקורונה. גורם זה במיוחד משמעותי בערים ואזורים תעשייתיים בעלי זיהום גבוה, שם אסטרטגיות הפחתה חייבות כדי להימנע משלכותיו השליליות על המערכת.
המרחק בין המוליכים
המרחק בין המוליכים הוא אלמנט קריטי לתופעת הקורונה. כדי שתופעת הקורונה תתרחש, המרחק בין הקווים צריך להיות הרבה גדול יותר מקוטרו.
עם זאת, אם המרחק הוא גדול מדי, הלחץ הדילקטרי על האוויר יורד, מה שמפחית את אפקט הקורונה. אם המרחק הוא גדול מדי, ייתכן ולא תתרחש תופעת הקורונה בכלל באזור זה של קו ההעברה.
אסטרטגיות להפחתת פליטת הקורונה
בהינתן שפליטת הקורונה תמיד מובילה לאיבוד כוח בצורה של אור, צליל, חום ותגובות כימיות, חשוב להשתמש באסטרטגיות כדי להפחית את הופעתה במערכות מתח גבוה.
פליטת הקורונה יכולה להופחת על ידי:
הגדלת גודל המוליך: קוטר מוליך גדול יותר מוביל להפחתת אפקט הקורונה.
הגדלת המרחק בין המוליכים: הגדלת המרחק בין המוליכים מפחית את אפקט הקורונה.
שימוש במוליכים מקובצים: מוליכים מקובצים מגדילים את הקוטר האפקטיבי של המוליך - מה שמפחית את אפקט הקורונה.
שימוש בחוגי קורונה: שדות חשמליים חזקים יותר בנקודות של עקומות מוליכים חדות, לכן פליטת הקורונה מתחילה בנקודות חדות, פינות וכדומה. חוגי קורונה, המחוברים אלקטרונית למוליך במתח גבוה, מקיפים את הנקודות שבהן אפקט הקורונה סביר להתרחש. הם מחלישים את החדות של פני השטח של המוליכים, ומפיצים את המטען על פני שטח רחב יותר, מה שמפחית את פליטת הקורונה. חוגי קורונה משמשים בקצוות של ציוד מתח גבוה מאוד (כמו בקצוות של טראנספורמרים במתח גבוה).
פליטת הקורונה והזרם
מבט קרוב על הקשר בין פליטת הקורונה לבין זרם חושף מבטים נוספים להשפעת התופעה על מערכות מתח גבוה.
תפקיד הזרם בפליטת הקורונה
זרימת המטען החשמלי משחקת תפקיד חשוב בפליטת הקורונה. כאשר מתח גבוה מופעל לקו העברה, הזרם הזורם דרך המוליכים יוצר שדה חשמלי סביבם.
שדה חשמלי זה מייצר את מולקולות האוויר הסובבות את המוליכים, מה שגורם לאפקט הקורונה.
גודל הזרם הזורם דרך קו ההעברה הוא פרופורציונלי לעוצמת פליטת הקורונה. רמות זרם גבוהות יוצרות שדה חשמלי חזק יותר, מה שגורם ליותר איוש ולהסתברות גבוהה יותר לפליטת הקורונה.
זרם ואיבודים של הקורונה
האינטראקציה בין הזרם לפליטת הקורונה תורמת
