การปล่อยประจุโคโรนา: วิธีลดผลกระทบของโคโรนา
การปล่อยประจุโคโรนา หรือที่เรียกว่า ผลต่อโคโรนา เป็นปรากฏการณ์ของการปล่อยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อสายนำที่มีแรงดันสูงทำให้ของเหลวรอบ ๆ ไอออนไชซ์ ซึ่งโดยทั่วไปคืออากาศ ปรากฏการณ์โคโรนาจะเกิดขึ้นในระบบแรงดันสูง เว้นแต่จะได้รับการดูแลอย่างเพียงพอในการจำกัดความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้ารอบ ๆ
เนื่องจากการปล่อยประจุโคโรนาเป็นสาเหตุของการสูญเสียพลังงาน วิศวกรจึงพยายามลดการปล่อยประจุโคโรนาเพื่อลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า การสร้างแก๊สโอโซน และการรบกวนคลื่นวิทยุ
การปล่อยประจุโคโรนายังสามารถทำให้เกิดเสียงหืดหรือเสียงแตกดังเมื่อมันทำให้อากาศรอบ ๆ สายนำไอออนไชซ์ ซึ่งพบได้บ่อยในสายส่งไฟฟ้าแรงดันสูง ผลต่อโคโรนายังสามารถสร้างแสงสีม่วง ทำให้เกิดแก๊สโอโซนรอบ ๆ สายนำ ทำให้เกิดการรบกวนคลื่นวิทยุ และการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า
อะไรคือผลต่อโคโรนา
ผลต่อโคโรนาเกิดขึ้นตามธรรมชาติเพราะอากาศไม่ใช่ฉนวนที่สมบูรณ์—มีอิเล็กตรอนและไอออนที่ฟรีอยู่มากมายภายใต้สภาพปกติ เมื่อสนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในอากาศระหว่างสองสายนำ อิเล็กตรอนและไอออนที่ฟรีในอากาศจะได้รับแรง ด้วยผลของแรงนี้ อิเล็กตรอนและไอออนที่ฟรีจะถูกเร่งและเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้าม
อนุภาคที่มีประจุระหว่างการเคลื่อนที่จะชนกับอนุภาคที่มีประจุอื่น ๆ และอนุภาคที่ไม่มีประจุที่เคลื่อนที่ช้า ทำให้จำนวนอนุภาคที่มีประจุเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากสนามไฟฟ้ามีความแข็งแกร่งเพียงพอ จะเกิดการแตกของฉนวนอากาศและอาร์คจะเกิดขึ้นระหว่างสายนำ
การส่งผ่านพลังงานไฟฟ้า หมายถึงการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก จากสถานีกำเนิดไฟฟ้าที่ตั้งอยู่หลายกิโลเมตรจากศูนย์บริโภคหรือเมือง ด้วยเหตุนี้ สายส่งระยะไกลจึงจำเป็นสำหรับการส่งผ่านพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานอย่างมากในระบบ
การลดการสูญเสียพลังงานนี้เป็นความท้าทายสำคัญสำหรับวิศวกรไฟฟ้า การปล่อยประจุโคโรนาสามารถลดประสิทธิภาพของสายส่ง EHV (Extra High Voltage) ในระบบไฟฟ้าได้อย่างมาก
มีสองปัจจัยที่สำคัญสำหรับการปล่อยประจุโคโรนา:
ต้องมีความต่างศักย์ไฟฟ้าสลับที่Across the line.
ระยะห่างระหว่างสายนำต้องใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของสาย
เมื่อมีกระแสไฟฟ้าสลับไหลผ่านสองสายนำของสายส่งที่มีระยะห่างระหว่างสายใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของสาย อากาศรอบ ๆ สายนำ (ประกอบด้วยไอออน) จะถูกทำให้เกิดความเครียดแบบไดเอลิคทริก
ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ ไม่มีอะไรเกิดขึ้นเนื่องจากความเครียดน้อยเกินไปที่จะทำให้อากาศภายนอกไอออนไชซ์ แต่เมื่อความต่างศักย์เพิ่มขึ้นเกินค่าหนึ่ง (เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าวิกฤต) ความเข้มของสนามไฟฟ้าจะเพียงพอที่จะทำให้อากาศรอบ ๆ สายนำแตกตัวเป็นไอออน—ทำให้มันสามารถนำไฟฟ้าได้ แรงดันไฟฟ้าวิกฤตนี้เกิดขึ้นที่ประมาณ 30 kV
อากาศที่ไอออนไชซ์ทำให้เกิดการปล่อยประจุไฟฟ้ารอบ ๆ สายนำ (เนื่องจากการไหลของไอออนเหล่านี้) ทำให้เกิดแสงสว่างอ่อน ๆ พร้อมกับเสียงหืดและทำให้เกิดแก๊สโอโซน
ปรากฏการณ์การปล่อยประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในสายส่งไฟฟ้าแรงดันสูงนี้เรียกว่าผลต่อโคโรนา ถ้าแรงดันระหว่างสายส่งเพิ่มขึ้น แสงและเสียงหืดจะเข้มข้นขึ้น—ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานสูงในระบบ
ปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสียโคโรนา
แรงดันไฟฟ้าของสายนำเป็นปัจจัยหลักในการปล่อยประจุโคโรนาในสายส่ง ที่ระดับแรงดันต่ำ (น้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าวิกฤต) ความเครียดบนอากาศไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการแตกของฉนวน—และไม่มีการปล่อยประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น
เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น ผลต่อโคโรนาในสายส่งเกิดขึ้นจากการไอออนไชซ์ของอากาศรอบ ๆ สายนำ—มันได้รับผลกระทบจากสภาพของสายเคเบิลและสภาพอากาศ ปัจจัยหลักที่มีผลต่อการปล่อยประจุโคโรนาคือ:
สภาพอากาศ
สภาพของสายนำ
ระยะห่างระหว่างสายนำ
ลองมาดูปัจจัยเหล่านี้อย่างละเอียด:
สภาพอากาศ
ความลาดชันแรงดันไฟฟ้าสำหรับการแตกของฉนวนอากาศเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนาแน่นของอากาศ ดังนั้น ในวันที่มีลมพัดแรง จำนวนไอออนรอบ ๆ สายนำจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากลมพัดตลอดเวลา ทำให้การปล่อยประจุไฟฟ้ามีโอกาสเกิดขึ้นมากกว่าวันที่อากาศแจ่มใส
ระบบแรงดันไฟฟ้าต้องออกแบบให้รองรับสภาพอากาศที่รุนแรงเหล่านี้
สภาพของสายนำ
ผลกระทบที่มาจากโคโรนาขึ้นอยู่กับสายนำและสภาพทางกายภาพของมัน ปรากฏการณ์นี้เป็นสัดส่วนกลับกับเส้นผ่านศูนย์กลางของสายนำ ซึ่งหมายความว่าการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางจะลดผลต่อโคโรนาอย่างมาก
นอกจากนี้ ความสกปรกหรือความขรุขระบนสายนำจะลดแรงดันไฟฟ้าวิกฤต ทำให้สายนำมีแนวโน้มที่จะสูญเสียจากการปล่อยประจุโคโรนามากขึ้น ปัจจัยนี้มีความสำคัญอย่างมากในเมืองและพื้นที่อุตสาหกรรมที่มีมลพิษสูง ซึ่งต้องใช้กลยุทธ์ในการลดผลกระทบนี้ต่อระบบ
ระยะห่างระหว่างสายนำ
ระยะห่างระหว่างสายนำเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับการปล่อยประจุโคโรนา สำหรับการปล่อยประจุโคโรนา ระยะห่างระหว่างสายควรใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของสาย
อย่างไรก็ตาม ถ้าระยะห่างใหญ่เกินไป ความเครียดแบบไดเอลิคทริกบนอากาศจะลดลง ทำให้ลดผลต่อโคโรนา ถ้าระยะห่างใหญ่เกินไป การปล่อยประจุโคโรนาอาจไม่เกิดขึ้นเลยในส่วนนั้นของสายส่ง
กลยุทธ์ในการลดการปล่อยประจุโคโรนา
เนื่องจากการปล่อยประจุโคโรนาทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานในรูปแบบของแสง เสียง ความร้อน และปฏิกิริยาเคมี จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องใช้กลยุทธ์ในการลดการเกิดขึ้นของมันในระบบแรงดันสูง
การปล่อยประจุโคโรนาสามารถลดลงได้โดย:
เพิ่มขนาดของสายนำ: เส้นผ่านศูนย์กลางของสายนำที่ใหญ่ขึ้นจะลดผลต่อโคโรนา
เพิ่มระยะห่างระหว่างสายนำ: การเพิ่มระยะห่างระหว่างสายนำจะลดผลต่อโคโรนา
ใช้สายนำรวม: สายนำรวม จะเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของสายนำที่มีผล—ลดผลต่อโคโรนา
ใช้วงแหวนโคโรนา: สนามไฟฟ้ามีความเข้มมากที่จุดที่มีความโค้งของสายนำ ดังนั้น การปล่อยประจุโคโรนาจะเกิดขึ้นที่จุดแหลม มุม และขอบ วงแหวนโคโรนา ซึ่งเชื่อมต่อกับสายนำแรงดันสูง จะล้อมรอบจุดที่มีโอกาสเกิดผลต่อโคโรนามากที่สุด วงแหวนโคโรนาทำให้สายนำ "มน" มากขึ้น กระจายประจุให้กว้างขึ้น ลดการปล่อยประจุโคโรนา วงแหวนโคโรนาใช้ที่ปลายของอุปกรณ์แรงดันสูง (เช่น ที่ bushings ของหม้อแปลงแรงดันสูง)
การปล่อยประจุโคโรนาและการไหลของกระแสไฟฟ้า
การมองอย่างใกล้ชิดถึงความสัมพันธ์ระหว่างการปล่อยประจุโคโรนาและกระแสไฟฟ้า
