Koronavilágítás, amit gyakran koronaeffektusnak is neveznek, egy elektromos levezetési jelenség, ami akkor alakul ki, ha egy magas feszültséget hordozó vezető ionizálja a környező folyadékot, gyakran a levegőt. A koronaeffektus bekövetkezik magasfeszültségi rendszerekben, hacsak elegendő odafigyelést nem fordítunk a környező elektromos mező erősségének korlátozására.
Mivel a koronavilágítás energiavesztést jelent, az mérnökök törekednek a koronavilágítás csökkentésére, hogy minimalizálják az elektromos energia vesztéseket, az ozon gáz előállítását és a rádiófrekvenciás zavarokat.
A koronavilágítás hallható suttogást vagy csattogást okozhat, miközben ionizálja a vezető körül lévő levegőt. Ez gyakori a magasfeszültségi villamosenergia-szolgáltatási vezetékek esetén. A koronaeffektus színes fényt, ozongáz előállítását, rádiófrekvenciás zavarokat és elektromos energia vesztéseket is okozhat.
A koronaeffektus természetesen bekövetkezik, mert a levegő nem tökéletes izolátor – normál körülmények között sok szabad elektront és ionot tartalmaz. Ha egy elektromos mező jön létre a levegőben két vezető között, a levegőben lévő szabad ionok és elektronok erőt érezzék. Ennek hatására a szabad elektronok és ionok gyorsulnak és ellentétes irányban mozognak.
A töltött részecskék mozgása során ütközik egymással és lassan mozgó, töltetlen molekulákkal is. Így a töltött részecskék száma gyorsan növekszik. Ha az elektromos mező elég erős, a levegő dielektrikus összeomlása bekövetkezik, és ív alakul ki a vezetők között.
Az elektromos energia szolgáltatása nagy mennyiségű elektromos energia átvitelét jelenti, a generálóállomásoktól, amelyek sok kilométerre helyezkednek el a fogyasztási központoktól vagy városoktól. Ezért a hosszú távú szolgáltatási vezetékek szükségesek a hatékony energiaátvitelhez – ami visszaélésekkel jár a rendszerben.
Ezeknek az energiavesztéseknek a minimalizálása jelentős kihívást jelent a villamosenergia-mérnökök számára. A koronavilágítás jelentősen csökkentheti az EHV (Extra High Voltage) vonalak hatékonyságát a villamosenergia-rendszerekben.
A koronavilágítás bekövetkezéséhez két tényező fontos:
Alternatív elektromos potenciális különbségeket kell kialakítani a vonalon.
A vezetők távolsága elég nagynak kell lennie a vonal átmérőjéhez képest.
Amikor egy alternatív áram áthalad két vezetőn, amelyek távolsága nagy a vezetők átmérőjéhez képest, a vezetők körül lévő levegő (ami ionokból áll) dielektrikus stresszen alakul ki.
Alacsony feszültségi értékeknél semmi nem történik, mert a stressz túl kevés ahhoz, hogy a levegőt ionizálja. De amikor a potenciális különbség meghalad egy küszöbértéket (amit kritikus zavaró feszültségnek nevezünk), a mező ereje elég erős lesz ahhoz, hogy a vezetők körül lévő levegőt ionizálja. Ez a kritikus zavaró feszültség körülbelül 30 kV.
Az ionizált levegő elektromos levezetést okoz a vezetők körül (a mindezek áramlása miatt). Ez enyhén fényes sugárzást, suttogást és ozongáz kibocsátást okoz.
Ez a jelenség, amikor elektromos levezetés bekövetkezik magasfeszültségi szolgáltatási vezetékeken, a koronaeffektus. Ha a vonalakon áthaladó feszültség tovább növekszik, a fényes sugárzás és a suttogás intenzívebbé válik – nagyobb energiavesztést okozva a rendszerben.
A vezető feszültsége a fő meghatározó tényező a koronavilágítás szolgáltatási vezetékekben. Alacsony feszültségi értékeknél (kevesebb, mint a kritikus zavaró feszültség) a levegőre ható stressz nem elég erős ahhoz, hogy dielektrikus összeomlást okozzon – és emiatt nincs elektromos levezetés.
A feszültség növekedésével a koronaeffektus a vezetékek körül lévő légkörrel kapcsolatos ionizációval jelentkezik – főleg a vezetők állapotától és a légkör fizikai állapotától függ. A koronavilágítást befolyásoló fő tényezők:
Légkör állapota
A vezetők állapota
A vezetők közötti távolság
Nézzük meg ezeket a tényezőket részletesebben:
A levegő dielektrikus összeomlásának feszültségi gradiensének arányosan viszonyul a levegő sűrűségéhez. Következésképpen, viharos napokon a vezető körül lévő ionok száma növekszik a folyamatos levegőáramlás miatt, ami valószínűbbé teszi az elektromos levezetést, mint a tiszta időjárási feltételek mellett.
A feszültségrendszert úgy kell tervezni, hogy ezekre az extrém körülményekre is fel legyen készülve.
A koronavilágítás hatása nagyban függ a vezetőktől és fizikai állapotuktól. A jelenség fordítottan arányos a vezetők átmérőjével, ami azt jelenti, hogy a vezetők átmérőjének növelése jelentősen csökkenti a koronaeffektust.
Továbbá, a vezetőkön lévő szennyezettség vagy durvásodás csökkenti a kritikus összeomló feszültséget, ami a vezetőket inkább koronavesztéseknek teszi kitett. Ez a tényező különösen fontos a városi és ipari területeken, ahol a szennyezés nagy, és ahol a koronavesztések enyhítésére szükség van.
A vezetők közötti távolság kulcsfontosságú elem a koronavilágítás szempontjából. A koronavilágítás bekövetkezéséhez a vezetők közötti távolság sokkal nagyobbnak kell lennie, mint a vezetők átmérője.
Ha a távolság túl nagy, a levegőre ható dielektrikus stressz csökken, ami csökkenti a koronaeffektust. Ha a távolság túl nagy, a koronavilágítás egyáltalán nem következik be a vezetők bizonyos területein.
Mivel a koronavilágítás mindig energiavesztést okoz fény, hang, hő és kémiai reakciók formájában, lényeges stratégiákat alkalmazni annak minimalizálására a magasfeszültségi hálózatokban.
A koronavilágítást a következőkkel lehet csökkenteni:
A vezető méretének növelése: A nagyobb vezető átmérő jelentősen csökkenti a koronaeffektust.
A vezetők közötti távolság növelése: A vezetők közötti távolság növelése csökkenti a koronaeffektust.
Összefogott vezetők használata: Összefogott vezetők növelik a vezető határainak határfelületét – ezáltal csökkentve a koronaeffektust.
Koronagyorok használata: Az elektromos mezők erősebbek a vezetők éles görbületeinek pontjain, ezért a koronavilágítás először ezekben a pontokban, éleken és sarokban alakul ki. A koronagyorok, amelyek elektromosan kapcsolódhatnak a magasfeszültségi vezetőhöz, körülveszik a koronaeffektus legvalószínűbb helyeit. Ők hatékonyan „kerekítik” a vezető felületét, és szélesebb területre osztják a töltést, ezzel csökkentve a koronavilágítást. A koronagyorok használata a nagyon magasfeszültségi berendezések (pl. a nagy teljesítményű transzformátorok buszáin) termináljain találkozható.
A koronavilágítás és az
