Korona efekat: Kako smanjiti korona efekat

Korona raspodela, takođe poznata kao Korona efekat, jeste fenomen električne raspodele koji se dešava kada vodilnik koji nosi visok napon jonizuje okružujuću tekućinu, često zrak. Korona efekat će se desiti u sistemima sa visokim naponom, osim ako ne budu poduzeti dovoljni mjeri za ograničenje jačine okružujućeg električnog polja.

Pošto korona raspodela uključuje gubitak energije, inženjeri pokušavaju smanjiti koronu da bi smanjili gubitke električne snage, proizvodnju ozonskog gasa i radio interferenciju.

Korona raspodela može uzrokovati čujan hispanj ili trzanje dok jonizuje zrak oko vodilnika. Ovo je uobičajeno u linijama za prenos električne snage visokog napona. Korona efekat takođe može proizvesti ljubičasti sjaj, proizvodnju ozonskog gasa oko vodilnika, radio interferenciju i gubitak električne snage.

Šta je Korona Efekat?

Korona efekat se prirodno dešava jer zrak nije savršen izolator—pod normalnim uslovima sadrži mnogo slobodnih elektrona i iona. Kada se električno polje postavi u zraku između dva vodilnika, slobodniioni i elektroni u zraku iskusit će silu. Zbog ovog efekta, ioni i slobodni elektroni ubrzavaju i kreću se u suprotnom smeru.

Nalijene čestice tokom kretanja sudaraju jedna s drugom i takođe s sporim nenalijenim molekulama. Tako broj nalijenih čestica brzo raste. Ako je električno polje dovoljno jako, doći će do dielektričnog razbija zraka i formirati se luk između vodilnika.

Prenos električne snage se bavi masovnim prenosom električne energije, od generičkih stanica koje su situirane na veliku udaljenost od glavnih centara potrošnje ili gradova. Zbog toga, vodilnici za daljnji prenos su od najveće važnosti za efikasan prenos snage – što neizbežno dovodi do velikih gubitaka u sistemu.

Smanjenje ovih gubitaka energije bila je velika izazov za inženjere struje. Korona raspodela može značajno smanjiti efikasnost EHV (Extra High Voltage) linija u sistemima snage.

Dva faktora su važna za nastanak korone raspodele:

1. Alternativne električne potencijalne razlike moraju biti dostavljene preko linije.

2. Razmak između vodilnika mora biti dovoljno veliki u poređenju s prečnikom linije.

Kada se alternativni struja provede preko dva vodilnika linije za prenos čiji je razmak veliki u poređenju sa njihovim prečnicima, zrak oko vodilnika (sastavljen od iona) podvrgnut je dielektričnom stresu.

Na niskim vrednostima napajanja, ništa se ne dešava jer je stres premalen da jonizuje zrak van. Ali kada se potencijalna razlika poveća iznad određene granice (poznate kao kritična prekidna napona), jačina polja postaje dovoljno jaka da zrak oko vodilnika disocijuje u iona—čime postaje provodljiv. Ova kritična prekidna napona se dešava oko 30 kV.

Jonizovan zrak rezultira električnom raspodelom oko vodilnika (zbog toka ovih iona). To dovodi do blagog svetlosnog sjaja, uz šišanje zvučno prateći oslobađanje ozona.

Ovaj fenomen električne raspodele koji se dešava u linijama za prenos visokog napona poznat je kao korona efekat. Ako se napona preko linija nastavi povećavati, sjaj i šišanje postaju sve intenzivniji – indukujući velike gubitke snage u sistemu.

Faktori koji utiču na gubitke korone

Napona vodilnika je glavni određujući faktor za koronu raspodelu u linijama za prenos. Na niskim vrednostima napona (manjim od kritične prekidne napona), stres na zrak nije dovoljno visok da uzrokuje dielektrični razbijanje—i stoga ne dolazi do električne raspodele.

Sa povećanjem napona, korona efekat u liniji za prenos dolazi do jonizacije atmosferskog zraka oko vodilnika – uglavnom utiču na uslove kabla kao i fizičko stanje atmosfere. Glavni faktori koji utiču na koronu raspodelu su:

• Atmosferski uslovi

• Stanje vodilnika

• Razmak između vodilnika

Pogledajmo ove faktore u većoj detalji:

Atmosferski uslovi

Napona gradijent za dielektrično razbijanje zraka direktno je proporcionalan gustoći zraka. Posledica toga, na olujnim danima, broj iona oko vodilnika raste zbog kontinuiranog toka zraka, čime električna raspodela postaje verovatnija nego na jasnim danima.

Sistem napona mora biti dizajniran kako bi se prilagodio ovim ekstremnim uslovima.

Stanje vodilnika

Utjecaj korone značajno zavisi od vodilnika i njihovog fizičkog stanja. Fenomen je obrnuto proporcionalan prečniku vodilnika, što znači da povećanje prečnika značajno smanjuje koronu efekt.

Takođe, prisustvo prašine ili grubosti na vodilniku smanjuje kritičnu naponsku razliku, čime vodilnici postaju više podložni gubitcima korone. Ovaj faktor je posebno značajan u gradovima i industrijskim područjima sa visokim zagađenjem, gdje su strategije mitigacije neophodne kako bi se suprotstavile negativnim efektima na sistem.

Razmak između vodilnika

Razmak između vodilnika je ključan element za koronu raspodelu. Da bi došlo do korone raspodele, razmak između linija treba da bude puno veći od njegovog prečnika.

Međutim, ako je razmak preveliki, dielektrični stres na zrak opada, smanjujući koronu efekat. Ako je razmak previše veliki, korona možda i neće nastati u tom delu linije za prenos.

Strategije za smanjenje korone raspodele

Uzimajući u obzir da korona raspodela neizbežno dovodi do gubitaka snage u obliku svetlosti, zvuka, toplote i hemijskih reakcija, ključno je primeniti strategije kako bi se smanjilo njeno pojavljivanje u mrežama visokog napona.

Korona raspodela može se smanjiti:

• Povećavanjem prečnika vodilnika: Veći prečnik vodilnika rezultira smanjenjem korone efekta.

• Povećavanjem razmaka između vodilnika: Povećanje razmaka između vodilnika smanjuje koronu efekt.

• Korišćenjem grupisanih vodilnika: Grupisani vodilnici povećavaju efektivni prečnik vodilnika – smanjujući koronu efekt.

• Korišćenje koronskih prstenova: Električna polja su jača na tačkama ostrini vodilnika, stoga korona raspodela prvo nastaje na ostrim tačkama, ivicama i uglovima. Koronski prstenovi, koji su električno povezani sa vodilnikom visokog napona, obilaze tačke gde je korona efekat najverovatniji. Oni efektivno "zaobljavaju" vodilnike, smanjujući ostrinu površine vodilnika, i distribuiraju naboj na širi prostor, smanjujući koronu raspodelu. Koronski prstenovi se koriste na terminalima opreme visokog napona (poput izlaza transformatora visokog napona).

Korona raspodela i struja

Bliski pregled odnosa između korone raspodele i struje daje dodatne uvide u uticaj ovog fenomena na sisteme visokog napona.

Uloga struje u koroni raspodeli

Tok električnog naboja igra vitalnu ulogu u nastanku korone raspodele. Kada se visok napon primeni na liniju za prenos, struja koja teče kroz vodilnike stvara električno polje oko njih.

Ovo električno polje jonizuje molekule zraka oko vodilnika, dovodeći do korone efekta.