Коронний розряд: Як зменшити ефект корони
Коронний розряд, також відомий як ефект корони, — це електричний розряд, який виникає, коли провідник, що несе високу напругу, іонізує оточуючу рідину, часто повітря. Ефект корони відбудеться в системах високої напруги, якщо не прийнято достатньо заходів для обмеження сили оточуючого електричного поля.
Оскільки коронний розряд включає втрату енергії, інженери прагнуть зменшити коронний розряд, щоб мінімізувати втрати електричної потужності, виробництво озону та радіоінтерференцію.
Коронний розряд може викликати почутий шум або тріск, іонізуючи повітря навколо провідників. Це типове явище для ліній передачі електроенергії високої напруги. Ефект корони також може створювати фіолетове світання, виробництво озону навколо провідника, радіоінтерференцію та втрати електричної потужності.
Що Таке Ефект Корони?
Ефект корони відбувається природно, оскільки повітря не є ідеальним ізолятором — у нормальних умовах воно містить багато вільних електронів та іонів. Коли електричне поле створюється в повітрі між двома провідниками, вільні іони та електрони в повітрі діють під дією сили. В результаті цього ефекту, іони та вільні електрони прискорюються та переміщаються в протилежному напрямку.
Заряджені частинки під час своєї рухомості зіткдаються одне з одним і також з повільними незарядженими молекулами. Таким чином, число заряджених частинок швидко зростає. Якщо електричне поле достатньо сильне, відбудеться діелектричний розрив повітря, і між провідниками утвориться дуга.
Передача електричної енергії стосується масового перенесення електричної енергії від генеруючих станцій, розташованих на велику відстань від основних центрів споживання або міст. З цієї причини довгі лінії передачі є необхідними для ефективного перенесення енергії, що неявно призводить до великих втрат у системі.
Мінімізація цих втрат енергії була серйозною проблемою для інженерів електроенергетики. Коронний розряд може значно знизити ефективність ліній EHV (додатково високої напруги) у системах живлення.
Для виникнення коронного розряду важливими є два фактори:
По черзі повинні бути поставлені електричні потенціали різниці напруг на лінії.
Відстань між провідниками повинна бути достатньо великою порівняно з діаметром лінії.
Коли перемінний струм розподіляється між двома провідниками лінії передачі, чия відстань між ними велика порівняно з їхнім діаметром, повітря, що оточує провідники (складається з іонів), піддається діелектричному напруженню.
При низьких значеннях напруги живлення, нічого не відбувається, оскільки напруження занадто мале, щоб іонізувати повітря зовні. Але коли потенціал різниці напруг перевищує деяке порігове значення (відоме як критична руйнівна напруга), сила поля стає достатньо сильною, щоб повітря, що оточує провідники, розпадалося на іони — роблячи його провідним. Ця критична руйнівна напруга відбувається приблизно на рівні 30 кВ.
Іонізоване повітря призводить до електричного розряду навколо провідників (завдяки потоку цих іонів). Це викликає слабкий світловий світання, разом з тріском, супроводжуваним виділенням озону.
Цей феномен електричного розряду, що відбувається на лініях передачі високої напруги, відомий як ефект корони. Якщо напруга на лініях продовжує зростати, світло та тріск стають все більш інтенсивними — викликаючи великі втрати потужності в системі.
Фактори, що Впливають на Втрати через Коронний Розряд
Основним визначальним фактором коронного розряду на лініях передачі є напруга на провіднику. При низьких значеннях напруги (менших за критичну руйнівну напругу) напруження на повітря недостатньо сильне, щоб викликати діелектричний розрив — і тому не відбувається жодного електричного розряду.
Зі зростанням напруги, ефект корони на лінії передачі відбувається через іонізацію атмосферного повітря, що оточує провідники — він головним чином залежить від умов кабелю, а також фізичного стану атмосфери. Основні фактори, що впливають на коронний розряд, такі:
Атмосферні Умови
Стан Провідників
Відстань Між Провідниками
Розглянемо ці фактори детальніше:
Атмосферні Умови
Напруга градієнту для діелектричного розриву повітря прямо пропорційна густині повітря. Тому в погану погоду, число іонів, що оточують провідник, зростає через постійний потік повітря, що робить електричний розряд більш ймовірним, ніж в ясну погоду.
Система напруги повинна бути спроектована таким чином, щоб враховувати ці крайні умови.
Стан Провідників
Вплив корони сильно залежить від провідників та їх фізичного стану. Феномен обернено пропорційний діаметру провідників, що означає, що збільшення діаметру значно зменшує ефект корони.
Крім того, наявність бруду або шершавості на провіднику зменшує критичну напругу розриву, роблячи провідники більш чутливими до втрат через коронний розряд. Цей фактор особливо значущий в містах та промислових районах з високим забрудненням, де стратегії зменшення є необхідними для протидії його негативному впливу на систему.
Відстань Між Провідниками
Відстань між провідниками є ключовим елементом для коронного розряду. Для виникнення коронного розряду, відстань між лініями повинна бути значно більшою, ніж їх діаметр.
Проте, якщо відстань надто велика, діелектричне напруження на повітря зменшується, що зменшує ефект корони. Якщо відстань надто велика, коронний розряд може взагалі не відбутися в цьому регіоні лінії передачі.
Стратегії Зменшення Коронного Розряду
Оскільки коронний розряд необхідно призводить до втрат потужності у вигляді світла, звуку, тепла та хімічних реакцій, важливо використовувати стратегії для мінімізації його виникнення в мережах високої напруги.
Коронний розряд можна зменшити:
Збільшенням розміру провідника: Більший діаметр провідника призводить до зменшення ефекту корони.
Збільшенням відстані між провідниками: Збільшення відстані між провідниками зменшує ефект корони.
Використанням згрупованих провідників: Згруповані провідники збільшують ефективний діаметр провідника — отже, зменшують ефект корони.
Використанням коронних кілець: Електричні поля є
