Koronaavgi: Hvordan redusere koronaeffekten

Koronadisponent, også kjent som koronaeffekten, er et elektrisk disponentfenomen som oppstår når en leder som bærer høy spenning ioniserer det omgivende flytende stoffet, ofte luft. Koronaeffekten vil oppstå i høyspenningsystemer med mindre tilstrekkelig forsiktighet tas for å begrense styrken av det omgivende elektriske feltet.

Siden koronadisponent innebærer energitap, søker ingeniører å redusere koronadisponent for å minimere tap av elektrisk effekt, produksjon av ozongass, og radiostøy.

Koronadisponent kan forårsake en hørlig sisjing eller knasende lyd mens den ioniserer luften rundt lederne. Dette er vanlig i høyspennings elverkstransmisjons linjer. Koronaeffekten kan også produsere en violettskinnende glød, produksjon av ozongass rundt lederen, radiostøy, og tap av elektrisk effekt.

Hva er koronaeffekten?

Koronaeffekten forekommer naturlig fordi luft ikke er en perfekt isolator—den inneholder mange frie elektroner og ioner under normale forhold. Når et elektrisk felt etableres i luften mellom to ledere, vil de frie ionene og elektronene i luften oppleve en kraft. På grunn av denne effekten blir ionene og de frie elektronene akselerert og beveget i motsatt retning.

De ladete partiklene kolliderer med hverandre og også med langsomt bevegende uladete molekyler under sin bevegelse. Derfor øker antallet av ladete partikler raskt. Hvis det elektriske feltet er sterkt nok, vil det forekomme en dielektrisk nedbryting av luften, og en bue vil dannes mellom lederne.

Elektrisk kraftoverføring handler om masseoverføring av elektrisk energi, fra genereringsstasjoner beliggende mange kilometer unna de største forbrukssentrene eller byene. Av denne grunn er lange distanseoverføringsledere av ytterste nødvendighet for effektiv kraftoverføring—som uunngåelig fører til store tap i systemet.

Å minimere disse energitap har vært en stor utfordring for strømteknikere. Koronadisponent kan betydelig redusere effektiviteten av EHV (Ekstra Høy Spenning) linjer i kraftsystemer.

To faktorer er viktige for at koronadisponent skal forekomme:

1. Alternativ elektrisk spenningsforskjell må leveres over linjen.

2. Avstanden mellom lederne må være stor nok i forhold til linjens diameter.

Når en alternativ strøm gjøres til å strømme over to ledere i en transmissionslinje hvis avstand er stor sammenlignet med deres diametre, blir luften rundt lederne (bestående av ioner) utsatt for dielektrisk stress.

Ved lave verdier av spenningsforskyvningen, skjer ingenting da stressen er for liten til å ionisere luften utenfor. Men når potensialforskjellen øker over en terskelverdi (kjent som den kritiske nedbrytningsvoltage), blir feltstyrken så sterk at luften rundt lederne dissocierer seg til ioner—og blir konduktiv. Denne kritiske nedbrytningsvoltage forekommer ved omtrent 30 kV.

Den ioniserte luften resulterer i elektrisk disponent rundt lederne (på grunn av flyten av disse ionene). Dette fører til en svak lysende glød, sammen med sissende lyd og frigjøring av ozon.

Dette fenomenet med elektrisk disponent som forekommer i høyspenningsoverføringslinjer kalles koronaeffekten. Hvis spenningen over linjene fortsetter å øke, blir gløden og sissende lyd mer og mer intensiv—induserer et høyt tap av effekt i systemet.

Faktorer som påvirker koronatap

Linjespenningen til lederen er den hovedavgjørende faktoren for koronadisponent i transmissionslinjer. Ved lave verdier av spenning (lavere enn den kritiske nedbrytningsvoltage), er stressen på luften ikke høy nok til å forårsake dielektrisk nedbryting—og dermed forekommer ingen elektrisk disponent.

Med økende spenning, forekommer koronaeffekten i en transmissionslinje på grunn av ionisering av atmosfæriske luft rundt lederne—det påvirkes hovedsakelig av kondisjonene for kabelen samt den fysiske tilstanden av atmosfæren. De viktigste faktorene som påvirker koronadisponent er:

• Atmosfæriske forhold

• Tilstand av lederne

• Avstand mellom lederne

La oss se nærmere på disse faktorene:

Atmosfæriske forhold

Spenningsgradienten for dielektrisk nedbryting av luft er direkte proporsjonal med lufttettheten. Derfor, på stormfulle dager, øker antallet av ioner rundt lederen på grunn av kontinuerlig luftstrøm, som gjør elektrisk disponent mer sannsynlig enn på klare værdager.

Spenningsystemet må være designet for å akkommodere disse ekstreme forhold.

Tilstand av lederne

Koronaeffekten er sterkt avhengig av lederne og deres fysiske tilstand. Fenomenet er inversproporsjonalt med diameteren av lederne, noe som betyr at en økning i diameter betydelig reduserer koronaeffekten.

Videre, tilstedeværelsen av smuss eller uregelmessigheter på lederen reduserer den kritiske nedbrytningsvoltage, gjør lederne mer utsatt for koronatap. Denne faktoren er spesielt betydelig i byer og industriområder med høy forurensning, hvor tiltak for å motvirke dens negative effekter på systemet er essensielle.

Avstand mellom lederne

Avstanden mellom lederne er en avgjørende faktor for koronadisponent. For at koronadisponent skal forekomme, skal avstanden mellom linjene være mye større enn dens diameter.

Imidlertid, hvis avstanden er for stor, minsker dielektrisk stress på luften, noe som reduserer koronaeffekten. Hvis avstanden er for stor, kan koronadisponent kanskje ikke forekomme i det området av transmissionslinjen.

Strategier for å redusere koronadisponent

Ettersom koronadisponent uunngåelig fører til tap av effekt i form av lys, lyd, varme, og kjemiske reaksjoner, er det viktig å benytte strategier for å minimere forekomsten av dette i høyspenningsnettverk.

Koronadisponent kan reduseres ved:

• Øking av lederstørrelse: En større lederdiameter fører til en reduksjon i koronaeffekten.

• Øking av avstanden mellom lederne: Øking av lederavstand reduserer koronaeffekten.

• Bruk av bundlete lederer: Bundlete lederer øker den effektive diameteren av lederen—dermed reduserer koronaeffekten.

• Bruk av koronaringer: Elektriske felt er sterkest i punkter med skarpe kurver på lederen, derfor forekommer koronadisponent først i skarpe punkter, kanter, og hjørner. Koronaringer, som er elektrisk koblet til høyspenningslederen, omslutter punktene der koronaeffekten er mest sannsynlig. De effektivt "runder ut" lederne, reduserer skarheten av lederoverflaten, og fordeler ladningen over et større område, noe som reduserer koronadisponent. Koronaringer brukes ved terminaler av veldig høyspenningsutstyr (som ved busser av høyspenningstransformatorer).

Koronadisponent og strøm

En nærmere undersøkelse av forholdet mellom koronadisponent og strøm gir ytterligere innsikt i dette fenomens innvirkning på høyspenningsystemer.

Strømmens rolle i koronadisponent

Flyt av elektrisk ladning spiller en vital rolle i forekomsten av koronadisponent. Når en høy spenning anvendes på en transmissionslinje, opprettes et elektrisk felt rundt lederne.