Korona Yükselişi, aynı zamanda Korona Etkisi olarak da bilinir, yüksek gerilim taşıyan bir iletkenin etrafındaki akışkanı (genellikle hava) iyonize eden bir elektriksel yükfenomenidir. Korona etkisi, çevresindeki elektrik alanının gücünü sınırlamak için yeterli özen gösterilmediği sürece, yüksek gerilim sistemlerinde meydana gelir.
Korona yükseliş enerji kaybına neden olduğu için, mühendisler elektrik enerjisi kaybını, ozon gaz üretimi ve radyo interferansını minimize etmek için korona yükselişini azaltmaya çalışırlar.
Korona yükselişi, iletkenlerin etrafındaki havayı iyonize ettikçe duyulabilir bir sızlama veya çatırtı sesi oluşturabilir. Bu, yüksek gerilim elektrik güç iletimi hatlarında yaygındır. Korona etkisi ayrıca mor bir parıltı, iletken etrafında ozon gaz üretimi, radyo interferansı ve elektrik enerjisi kaybına neden olabilir.
Korona etkisi, hava mükemmel bir yalıtıcı olmadığından doğal olarak oluşur—normal koşullarda birçok serbest elektron ve iyon içerir. İki iletken arasında bir elektrik alanı kurulduğunda, havadaki serbest iyonlar ve elektronlar bir kuvvet hisseder. Bu etki sonucunda, iyonlar ve serbest elektronlar hızlanır ve zıt yöne doğru hareket ederler.
Yüklü parçacıklar hareket sırasında birbirleriyle ve yavaş hareket eden yüksüz moleküllerle çarpışır. Böylece yüklü parçacıkların sayısı hızla artar. Elektrik alanı yeterince güçlüyse, havanın dielektrik bozulması gerçekleşir ve iletkenler arasında bir ark oluşur.
Elektrik güç iletimi, birçok kilometre uzaklıktaki üretim merkezlerinden şehirlere olan elektrik enerjisinin toplu transferiyle ilgilidir. Bu nedenle, etkili güç transferi için uzun mesafe iletim iletkenleri büyük önem taşır—bu da sistemin genel kayıplarına neden olur.
Bu enerji kayıplarını minimize etmek, güç mühendisleri için büyük bir zorluk olmuştur. Korona yükselişi, güç sistemlerinde EHV (Çok Yüksek Gerilim) hatlarının verimliliğini önemli ölçüde düşürebilir.
Korona yükselişinin meydana gelmesi için iki faktör önemlidir:
Hat boyunca alternatif elektirik potansiyel farkları sağlanmalıdır.
İletkenlerin aralığı, hat çapına göre yeterince büyük olmalıdır.
Alternatif akım, çaplarına kıyasla geniş bir aralığa sahip iki iletken boyunca geçirildiğinde, iletkenlerin etrafındaki hava (iyonlardan oluşur) dielektrik stresse maruz kalır.
Giriş geriliminin düşük değerlerinde, dışarıdaki hava iyonize edilmesi için stres çok küçük olduğundan hiçbir şey olmaz. Ancak, potansiyel fark belirli bir eşiğin (kritik bozucu gerilim olarak bilinir) üzerinde yükseldiğinde, iletkenlerin etrafındaki hava iyonlara ayrılır—yani iletken olur. Bu kritik bozucu gerilim yaklaşık 30 kV'da gerçekleşir.
İyonize hava, bu iyonların akışı sonucunda iletkenler etrafında elektrik yükfenomenine neden olur. Bu, zayıf bir parlama ve özot serbest bırakma ile eşlik eden sızlama sesine neden olur.
Yüksek gerilim güç iletim hatlarında meydana gelen bu elektrik yükfenomenine korona etkisi denir. Hatlar arasındaki gerilim sürekli artarsa, parlama ve sızlama sesi daha da yoğunlaşır—bu, sisteme yüksek bir güç kaybına neden olur.
İletkenin hat gerilimi, iletim hatlarında korona yükselişi için ana belirleyici faktördür. Düşük gerilim değerlerinde (kritik bozucu gerilimden daha düşük), havada dielektrik bozulmasına neden olacak kadar yüksek bir stres yoktur—ve bu nedenle herhangi bir elektrik yükfenomeni meydana gelmez.
Gerilimin artmasıyla birlikte, iletim hatlarında korona etkisi, iletkenlerin etrafındaki atmosferik havanın iyonizasyonu sonucu ortaya çıkar—bu, kablonun durumu ve atmosferin fiziksel durumuna bağlı olarak etkilidir. Korona yükselişini etkileyen ana faktörler şunlardır:
Atmosferik Koşullar
İletkenlerin Durumu
İletkenler Arasındaki Mesafe
Bu faktörleri daha ayrıntılı inceleyelim:
Havanın dielektrik bozulması için gereken gerilim gradyanı, hava yoğunluğu ile doğrudan orantılıdır. Bu nedenle, fırtınalı günlerde, sürekli hava akışı sonucunda iletken etrafındaki iyon sayısı artar, bu da elektrik yükfenomeninin temiz hava günlerine göre daha olası hale getirir.
Gerilim sistemi, bu aşırı koşulları karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır.
Korona etkisi, iletkenlerin ve fiziksel durumlarının büyük ölçüde etkilenmesine bağlıdır. Bu fenomen, iletkenlerin çapına ters orantılıdır, bu da çapın artmasıyla korona etkisinin önemli ölçüde azaldığını gösterir.
Ayrıca, iletkenlerdeki toz veya pürüzlülük, kritik bozucu gerilimi azaltarak iletkenleri korona kayıplarına daha fazla açık hale getirir. Bu faktör, özellikle kirlilik seviyesi yüksek olan şehir ve endüstri bölgelerinde, sistemin negatif etkilerine karşı önlem almanın önemini vurgular.
İletkenler arasındaki mesafe, korona yükselişi için kritik bir özelliktir. Korona yükselişinin meydana gelmesi için, hatlar arasındaki mesafe çapından çok daha büyük olmalıdır.
Ancak, mesafe aşırı büyükse, havadaki dielektrik stres azalır ve korona etkisi de azalır. Eğer mesafe çok büyükse, korona o bölgeye hiç oluşmayabilir.
Korona yükselişi, ışık, ses, ısı ve kimyasal reaksiyonlar şeklinde güç kaybına neden olduğundan, yüksek gerilim ağlarında bu olayın oluşmasını minimize etmek için stratejiler kullanmak önemlidir.
Korona yükselişi şu yollarla azaltılabilir:
İletken boyutunu artırma: Daha büyük bir iletken çapı, korona etkisini azaltır.
İletkenler arasındaki mesafeyi artırma: İletken aralığının artırılması, korona etkisini azaltır.
Bundled iletkenler kullanma: Bundled iletkenler iletkenin etkin çapını artırır—bu da korona etkisini azaltır.
Korona halkaları kullanma: Elektrik alanları, iletkenlerin keskin eğrili noktalarında daha güçlüdür, bu nedenle korona yükfenomeni önce keskin noktalarda, köşelerde ve kenarlarda ortaya çıkar. Korona halkaları, yüksek gerilim iletkenine elektriksel olarak bağlanan, korona etkisinin en muhtemel olduğu noktaları çevreler. Bu halkalar, iletken yüzeyinin keskinliğini azaltarak ve yükü daha geniş bir alana dağıtarak, korona yükfenomenini azaltır. Korona halkaları, yüksek gerilim donanımların (örneğin yüksek gerilim dönüşüm ünitelerinin terminallerinde) kullanılır.
Korona yükselişi ile akım arasındaki ilişkiye daha yakından bakıldığında, bu fenomenin yüksek gerilim sistemlerine etkisi hakkında daha fazla bilgi elde edilebilir.
Elektrik yükünün akışı, korona yükselişinin oluşmasında önemli bir rol oynar. Yüksek bir gerilim bir iletim hatına uygulandığında, iletkenler boyunca akan akım, iletkenlerin etrafında bir elektrik alanı oluşturur.
Bu elektrik alan, iletkenlerin etrafındaki hava moleküllerini iyonize ederek korona etkisine neden olur.
