Koronaavspark: Hur man minskar koronaeffekten
Koronaavvikling, även känd som koronaeffekten, är ett elektriskt avviklingsfenomen som uppstår när en ledare med hög spänning joniserar det omgivande fluiden, ofta luften. Koronaeffekten kommer att inträffa i system med hög spänning om inte tillräckligt mycket omsorg tas för att begränsa styrkan på det omgivande elektriska fältet.
Eftersom koronaavvikling innebär energiförlust försöker ingenjörer minska koronaavviklingen för att minimera elektrisk energiförlust, produktion av ozongas och radiostörningar.
Koronaavvikling kan orsaka ett hörbart viskande eller sprickande ljud när den joniserar luften runt ledarna. Detta är vanligt i högspänningselverkstransmissionssystem. Koronaeffekten kan också producera en violettfärgad glöd, produktion av ozongas runt ledaren, radiostörningar och elektrisk energiförlust.
Vad är koronaeffekten?
Koronaeffekten uppstår naturligt eftersom luften inte är en perfekt isolator – innehåller många fria elektroner och jonerna under normala förhållanden. När ett elektriskt fält etableras i luften mellan två ledare upplever de fria jonerna och elektroner i luften en kraft. På grund av denna effekt accelereras jonerna och de fria elektroner och flyttas i motsatt riktning.
De laddade partiklarna under sin rörelse kolliderar med varandra och också med långsamt rörliga oladdade molekyler. Så antalet laddade partiklar ökar snabbt. Om elektriska fältet är starkt nog kommer det att ske en dielektrisk brytning av luften och en båge bildas mellan ledarna.
Elverkstransmission handlar om massöverföring av elektrisk energi, från genereringsstationer belägna många kilometer bort från de huvudsakliga konsumtionscentren eller städerna. Därför är långdistansöverföringsledare av yttersta nödvändighet för effektiv energiöverföring – vilket osynbart leder till stora förluster i systemet.
Att minimera dessa energiförluster har varit en stor utmaning för elingenjörer. Koronaavvikling kan signifikant minska effektiviteten hos EHV (Extra High Voltage) linjer i elkraftsystem.
Två faktorer är viktiga för koronaavvikling att inträffa:
Alternativ spänningsfördelning måste ges över linjen.
Avståndet mellan ledarna måste vara tillräckligt stort jämfört med ledardiametern.
När en alternativ ström får flöda över två ledare i en överföringslinje vars avstånd är stort jämfört med deras diametrar, utsätts luften runt ledarna (bestående av jonerna) för dielektrisk stress.
Vid låga värden av spänningen inträffar ingenting eftersom stressen är för liten för att jonisera luften utanför. Men när potentialskillnaden ökar över någon tröskelvärde (känt som den kritiska disruptiva spänningen), blir fältdjuret starkt nog för luften runt ledarna att dissociera till jon – vilket gör den konduktiv. Denna kritiska disruptiva spänning inträffar vid ungefär 30 kV.
Den joniserade luften resulterar i elektrisk avvikling runt ledarna (på grund av flödet av dessa jon). Detta ger upphov till en svag luminescerande glöd, tillsammans med viskande ljud följt av frigörelse av ozon.
Detta fenomen av elektrisk avvikling som inträffar i högspänningsöverföringslinjer kallas koronaeffekten. Om spänningen över linjerna fortsätter att öka, blir glöden och viskande ljud alltmer intensiva – vilket inducerar en hög energiförlust i systemet.
Faktorer som påverkar koronaförlust
Spänningen i ledaren är den huvudsakliga bestämmande faktorn för koronaavvikling i överföringslinjer. Vid låga värden av spänningen (mindre än den kritiska disruptiva spänningen) är stressen på luften inte tillräckligt hög för att orsaka dielektrisk brytning – och därför inträffar ingen elektrisk avvikling.
Med ökad spänning inträffar koronaeffekten i en överföringslinje på grund av jonisering av atmosfäriska luften runt ledarna – den beror huvudsakligen på kabelförhållandena samt den fysiska tillståndet hos atmosfären. De viktigaste faktorerna som påverkar koronaavvikling är:
Atmosfäriska förhållanden
Tillståndet hos ledarna
Avståndet mellan ledarna
Låt oss ta en närmare titt på dessa faktorer:
Atmosfäriska förhållanden
Spänningsgradienten för dielektrisk brytning av luft är direkt proportionell till luftdensiteten. Som en konsekvens, på stormiga dagar, ökar antalet jon runt ledaren på grund av kontinuerlig luftflöde, vilket gör elektrisk avvikling mer sannolik än på klara väderdagar.
Strömsystemet måste designas för att hantera dessa extrema förhållanden.
Tillståndet hos ledarna
Koronaeffekten beror starkt på ledarna och deras fysiska tillstånd. Fenomenet är inversproportionellt mot ledardiameteren, vilket betyder att en ökning av diametern betydligt minskar koronaeffekten.
Dessutom, närvaron av smuts eller roughtness på ledaren minskar den kritiska brytningsvoltage, vilket gör ledarna mer mottagliga för koronaförluster. Denna faktor är särskilt betydande i städer och industriella områden med hög förorening, där åtgärder för att mildra dess negativa effekter på systemet är nödvändiga.
Avstånd mellan ledarna
Avståndet mellan ledarna är en avgörande faktor för koronaavvikling. För koronaavvikling att inträffa, bör avståndet mellan linjerna vara betydligt större än dess diameter.
Om avståndet dock är för stort, minskar dielektriska stressen på luften, vilket minskar koronaeffekten. Om avståndet är för stort, kan korona inte alls inträffa i det området av överföringslinjen.
Strategier för att minska koronaavvikling
Eftersom koronaavvikling ofrånkomligen leder till energiförlust i form av ljus, ljud, värme och kemiska reaktioner, är det viktigt att använda strategier för att minimera dess förekomst i högspänningsnät.
Koronaavvikling kan minska genom:
Öka ledarens storlek: En större ledardiameter resulterar i en minskning av koronaeffekten.
Öka avståndet mellan ledarna: Ökat avstånd mellan ledarna minskar koronaeffekten.
Använda bundna ledare: Bundna ledare ök
