Koronirani Iskop: Kako smanjiti koronirani učinak

Korona razrjeđivanje, također poznat kao korona efekt, jest fenomen električnog razrjeđivanja koji se događa kada vodiljak s visokim napetostima ionizira okružujuću tekućinu, često zrak. Korona efekt će se pojaviti u sistemu s visokim napetostima osim ako se ne poduze dovoljno briga za ograničenje jačine okružujućeg električnog polja.

Budući da korona razrjeđivanje uključuje gubitak energije, inženjeri pokušavaju smanjiti korona razrjeđivanje kako bi se minimizirali gubici električne snage, proizvodnja ozona i radio interferencija.

Korona razrjeđivanje može uzrokovati audibilni šipanje ili trzanje zvuka dok ionizira zrak oko vodiljaka. Ovo je uobičajeno u linijama visokonaponske prijenosne električne snage. Korona efekt također može proizvesti ljubičasti sjaj, proizvodnju ozona oko vodiljaka, radio interferenciju i gubitke električne snage.

Što je korona efekt?

Korona efekt se prirodno javlja jer zrak nije savršeni izolator—sadrži mnogo slobodnih elektrona i iona pod normalnim uvjetima. Kada se u zraku između dva vodiljka postavi električno polje, slobodniioni i elektroni u zraku iskusit će silu. Zbog ovog efekta, ioni i slobodni elektroni ubrzaju se i kreću u suprotnom smjeru.

Nalijegane čestice tijekom svog kretanja sudaraju se jedna s drugom i također s sporim, nenalijeganim molekulama. Tako broj nalijeganih čestica brzo raste. Ako je električno polje dovoljno jako, doći će do dielektričnog propadanja zraka i formirat će se luk između vodiljaka.

Prijenos električne snage obuhvaća masovni prijenos električne energije, od generatora situiranih na velike kilometre udaljenosti od glavnih centara potrošnje ili gradova. Zbog toga su dužinskim vodiljci za prijenos nužni za učinkoviti prijenos snage – što neizbježno rezultira ogromnim gubitcima u sustavu.

Smanjenje tih gubitaka energije bila je glavna izazova za inženjere struje. Korona razrjeđivanje može značajno smanjiti učinkovitost EHV (extra visokonaponskih) linija u sustavima snage.

Dva faktora su važna za nastanak korona razrjeđivanja:

1. Alternativni električni potencijalni razlike moraju biti isporučene preko linije.

2. Razmak između vodiljaka mora biti dovoljno velik u usporedbi s promjerom linije.

Kada se alternativni struj pretvoriti u tok kroz dva vodiljka linije prijenosa čiji je razmak velik u usporedbi s njihovim promjerima, zrak oko vodiljaka (sastavljen od iona) podvrgnut je dielektričnom stresu.

Na niske vrijednosti opskrbne napetosti, ništa se ne događa jer je stres premalen da ionizira zrak vani. Ali kada se potencijalna razlika poveća iznad određene pragne vrijednosti (poznate kao kritična prekidna napetost), jakost polja postaje dovoljno jaka da zrak oko vodiljaka dissocira u ione—čime postaje provodljiv. Ova kritična prekidna napetost događa se otprilike kod 30 kV.

Ionizirani zrak rezultira električnim razrjeđivanjem oko vodiljaka (zbog toka tih iona). To dovodi do blagoga luminescentnog sjaja, uz šipanje zvuka i oslobađanje ozona.

Ovaj fenomen električnog razrjeđivanja koji se događa u visokonaponskim linijama prijenosa poznat je kao korona efekt. Ako se napetost preko linija nastavi povećavati, sjaj i šipanje zvuka postaju sve intenzivniji – inducirajući visoki gubitak snage u sustavu.

Faktori koji utječu na korona gubitak

Napetost vodiljka je glavni određujući faktor za korona razrjeđivanje u linijama prijenosa. Na niske vrijednosti napetosti (manje od kritične prekidne napetosti), stres na zrak nije dovoljno jak da uzrokuje dielektrično propadanje—i stoga se ne događa nikakvo električno razrjeđivanje.

S porastom napetosti, korona efekt u liniji prijenosa događa se zbog ionizacije atmosferskog zraka oko vodiljaka – uglavnom utječe stanje kabela te fizičko stanje atmosfere. Glavni faktori koji utječu na korona razrjeđivanje su:

• Atmosferski uvjeti

• Stanje vodiljaka

• Razmak između vodiljaka

Pogledajmo ove faktore u većoj detalji:

Atmosferski uvjeti

Napetostni gradijent za dielektrično propadanje zraka direktno je proporcionalan gustoći zraka. Stoga, u vremenski nemirim, broj iona oko vodiljaka raste zbog neprekidnog toka zraka, čime se električno razrjeđivanje više vjerojatno događa nego u jasno vrijeme.

Sustav napetosti mora biti dizajniran da akomodira ove ekstremne uvjete.

Stanje vodiljaka

Utjecaj korone značajno ovisi o vodiljcima i njihovom fizičkom stanju. Fenomen je obrnuto proporcionalan promjeru vodiljaka, što znači da povećanje promjera značajno smanjuje korona efekt.

Također, prisutnost prljaveće ili grubosti na vodiljku smanjuje kritičnu prekidnu napetost, čime vodiljci postaju osjetljiviji na korona gubitke. Ovaj faktor posebno je značajan u gradovima i industrijskim područjima s visokim zagađenjem, gdje su strategije mitigacije ključne za suzbijanje njegovih negativnih učinaka na sustav.

Razmak između vodiljaka

Razmak između vodiljaka je ključni element za korona razrjeđivanje. Da bi došlo do korona razrjeđivanja, razmak između linija treba biti puno veći od njegovog promjera.

Međutim, ako je razmak preveliki, dielektrični stres na zrak smanjuje, smanjujući korona efekt. Ako je razmak preveliki, korona možda uopće neće doći do toga dijela linije prijenosa.

Strategije za smanjenje korona razrjeđivanja

Uzimajući u obzir da korona razrjeđivanje neizbježno dovodi do gubitka snage u obliku svjetlosti, zvuka, toplote i kemijskih reakcija, ključno je upotrijebiti strategije za smanjenje njegove pojave u visokonaponskim mrežama.

Korona razrjeđivanje može se smanjiti sljedećim:

• Povećanjem promjera vodiljka: Veći promjer vodiljka rezultira smanjenjem korona efekta.

• Povećanjem razmaka između vodiljaka: Povećanje razmaka između vodiljaka smanjuje korona efekt.

• Korištenjem spojenih vodiljaka: Spojeni vodiljci uveličavaju efektivni promjer vodiljka – time smanjujući korona efekt.

• Korištenjem korona prstenova: Električna polja su snažnija na točkama ostrinskog zakrivljenja vodiljaka, stoga se korona razrjeđivanje najprije događa na ostrim točkama, rubovima i kutovima. Korona prstenovi, koji su električno spojeni s visokonaponskim vodiljkom, okružuju točke gdje je korona efekt najvjerojatniji. Oni efektivno "zaobljavaju" vodiljke, smanjujući ostrinu površine vodiljka i distribuirajući naboj na širejšu površinu, čime smanjuju korona razrjeđivanje. Korona prstenovi koriste se na terminalima vrlo visokonaponskog opreme (poput bushinga visokonaponskih transformatora).

Korona razrjeđivanje i struja