Koronni razlag: Kako zmanjšati koronni učinek

Koronski odvod, tudi znan kot koronski učinek, je električni odvodni pojav, ki nastane, ko vodilo, ki nosi visok napetost, jonizira okoliško tekočino, pogosto zrak. Koronski učinek se bo pojavil v sistemu z visoko napetostjo, razen če ne bomo ustrezno poskrbeli za omejitev moči okoliškega električnega polja.

Ker koronski odvod vključuje izgubo energije, inženirji poskušajo zmanjšati koronski odvod, da minimizirajo izgubo električne moči, proizvodnjo ozonskega plina in radijsko motnjo.

Koronski odvod lahko povzroči slišno šiškanje ali prskanje, ko jonizira zrak okoli vodil. To je običajno v visokonapetostnih sistemih prenosa električne energije. Koronski učinek lahko tudi ustvari violetno svetlobo, proizvodnjo ozonskega plina okoli vodil, radijsko motnjo in izgubo električne moči.

Kaj je koronski učinek?

Koronski učinek se dogaja naravno, ker zrak ni popoln izolator – vsebuje veliko prostih elektronov in ionov v normalnih pogojih. Ko se v zraku med dvema vodiloma vzpostavi električno polje, bodo prostiioni in elektroni v zraku izkušali silo. Zaradi tega učinka se ioni in prosti elektroni pospešijo in premikajo v nasprotni smeri.

Nabitimi delci med njihovim gibanjem naredijo trčenja med seboj in tudi z počasnimi nenabitimi molekulami. Tako se hitro poveča število nabitih delcev. Če je električno polje dovolj močno, bo došlo do dielektričnega propada zraka in med vodili se bo ustvarila luknja.

Prenos električne energije zajema masovni prenos električne energije, od generacijskih postaj, ki so umaknjene za več kilometrov od glavnih mest porabe ali mest. Zato so za učinkovit prenos energije potrebna dolgočasna vodila, kar neizbežno vodi do velikih izgub v sistemu.

Zmanjšanje teh izgub energije je bila velika izziv za inženirje za prenos energije. Koronski odvod lahko značilno zmanjša učinkovitost EHV (ekstra visokonapetostnih) vodil v sistemih za prenos energije.

Za nastanek koronskega odvoda sta pomembna dva dejavnika:

1. Med vodili mora biti podana izmenična električna napetostna razlika.

2. Razmik med vodili mora biti dovolj velik glede na premer vodil.

Ko se izmenični tok pretoka skozi dve vodili prenosnega vodila, katerih razmik je velik glede na njun premer, zrak, ki okružuje vodile (sastavljen iz ionov), podlega dielektričnemu stresu.

Pri nizkih vrednostih napetosti napetosti, nič ne pride do, saj je stres premajhen, da bi joniziral zrak zunaj. Ko pa se napetostna razlika poveča za neko mejno vrednost (znano kot kritična motilna napetost), postane moč polja dovolj močna, da zrak, ki okružuje vodile, razpadne v ione – kar ga naredi prevodljiv. Ta kritična motilna napetost se pojavi približno pri 30 kV.

Joniziran zrak povzroči električni odvod okoli vodil (zaradi pretoka teh ionov). To povzroči bleščeči svetlobni bljesk, skupaj s šiškanjem in osvoboditvijo ozona.

Ta pojav električnega odvoda, ki se zgodi v visokonapetostnih prenosnih vodilih, se imenuje koronski učinek. Če se napetost med vodili nadaljuje s povečevanjem, svetlobni bljesk in šiškanje postanejo vedno bolj intenzivni – kar vodi v visoke izgube moči v sistemu.

Dejavniki, ki vplivajo na koronske izgube

Glavni dejavnik za koronski odvod v prenosnih vodilih je napetost vodila. Pri nizkih vrednostih napetosti (manjših od kritične motilne napetosti) stres na zrak ni dovolj visok, da bi došlo do dielektričnega propada – in zato ne pride do električnega odvoda.

S povečevanjem napetosti se koronski učinek v prenosnem vodilu zgodi zaradi jonizacije atmosferskega zraka, ki okružuje vodile – predvsem je vplivan na stanje kabelov in fizično stanje atmosfere. Glavni dejavniki, ki vplivajo na koronski odvod, so:

• Atmosferske pogoje

• Stanje vodil

• Razmik med vodili

Poglejmo si te dejavnike podrobneje:

Atmosferski pogoji

Napetostni gradient za dielektrični propad zraka je neposredno sorazmeren s gostoto zraka. Torej, v viharne dni se število ionov okoli vodil poveča zaradi stalnega pretoka zraka, kar električni odvod čini bolj verjetnim kot v jasnih vremenskih pogojih.

Sistem napetosti mora biti oblikovan, da upošteva te ekstremne pogoje.

Stanje vodil

Vpliv korone je zelo odvisen od vodil in njihovega fizičnega stanja. Pojav je obratno sorazmeren s premerom vodil, kar pomeni, da povečanje premera značilno zmanjša koronski učinek.

Prav tako prisotnost prljavine ali hrubosti na vodilu zmanjša kritično motilno napetost, kar vodilom omogoča, da postanejo bolj občutljivi na koronske izgube. Ta dejavnik je posebej pomemben v mestih in industrijskih območjih z visokim onesnaževanjem, kjer so strategije za zmanjšanje ključne za odpravljanje negativnih učinkov na sistem.

Razmik med vodili

Razmik med vodili je ključni element za koronski odvod. Za nastanek koronskega odvoda mora biti razmik med vodili veliko večji od njegovega premera.

Če pa je razmik prevelik, se dielektrični stres na zrak zmanjša, kar zmanjša koronski učinek. Če je razmik prevelik, se koronski odvod morda sploh ne bo zgodil v tem delu prenosnega vodila.

Strategije za zmanjšanje koronskega odvoda

Ker koronski odvod neizbežno vodi do izgub moči v obliki svetlobe, zvoka, toplote in kemijskih reakcij, je ključnega pomena, da se uporabijo strategije za zmanjšanje njegovih pojavljanj v visokonapetostnih omrežjih.

Koronski odvod se lahko zmanjša z:

• Povečanjem premera vodil: Večji premer vodilca pripelje do zmanjšanja koronskega učinka.

• Povečanjem razmika med vodili: Povečanje razmika med vodili zmanjša koronski učinek.

• Uporabo združenih vodil: Združeni vodili povečajo učinkoviti premer vodilca – zato zmanjšajo koronski učinek.

• Uporaba koronskih kolobarjev: Električna polja so močnejša na točkah ostre zakrivljenosti vodil, zato se koronski odvod najprej zgodi na ostrih točkah, robovih in kotih. Koronski kolobarji, ki so električno povezani z visokonapetostnim vodilom, obkolijo točke, kjer je koronski učinek najverjetnejši. Učinkovito "zaobljajo" vodilce, zmanjšajojo ostrino površine vodilca in razporedijo naboj na širšem območju, s tem pa zmanjšajo koronski odvod. Koronski kolobarji se uporabljajo na terminalih zelo visokonapetostne opreme (tako kot na bushingih visokonapetostnih transformatorjev).

Koronski odvod in tok

Blizka analiza odnosa med koronskim odvodom in tokom