Koronalno pražnjenje - nastanak, karakteristike i primjena
U uvjetima oštro nehomogenih elektromagnetskih polja, na elektrodama s velikom zakrivljenošću vanjskih površina, u nekim situacijama može započeti koronsko pražnjenje - samostalno električno pražnjenje u plinu. Kao vrh može djelovati oblik prikladan za ovaj fenomen: vrh, žica, kut, zub itd.
Glavni uvjet za nastanak pražnjenja je da u blizini oštrog ruba elektrode mora postojati relativno veća jakost električnog polja nego na ostatku puta između elektroda, što stvara potencijalnu razliku.
Za zrak u normalnim uvjetima (pri atmosferskom tlaku), granična vrijednost električnog intenziteta je 30 kV / cm; pri takvom naponu javlja se na vrhu elektrode slabi sjaj poput korone. Zbog toga se pražnjenje naziva korona pražnjenjem.
Takvo pražnjenje karakterizira pojava ionizacijskih procesa samo u blizini koronske elektrode, dok druga elektroda može djelovati potpuno normalno, odnosno bez stvaranja korone.
Koronska pražnjenja ponekad se mogu promatrati u prirodnim uvjetima, na primjer na krošnjama drveća, kada je to olakšano rasporedom prirodnog električnog polja (prije grmljavinske oluje ili tijekom snježne oluje).
Formiranje koronskog pražnjenja odvija se na sljedeći način. Molekula zraka se slučajno ionizira i emitira se elektron.
Elektron doživljava ubrzanje u električnom polju blizu vrha i postiže dovoljno energije da ga ionizira čim naiđe na sljedeću molekulu na svom putu i elektron ponovno uzleti. Broj nabijenih čestica koje se kreću u električnom polju blizu vrha raste poput lavine.
Ako je oštra koronska elektroda negativna elektroda (katoda), u tom slučaju kruna će se zvati negativnom, a lavina ionizacijskih elektrona kretat će se od vrha korone prema pozitivnoj elektrodi. Stvaranje slobodnih elektrona je olakšano termionskim zračenjem katode.
Kada lavina elektrona koja se kreće od vrha dosegne područje gdje jakost električnog polja više nije dovoljna za daljnju lavinsku ionizaciju, elektroni se rekombiniraju s neutralnim molekulama zraka, tvoreći negativne ione, koji tada postaju nositelji struje u području izvan kruna. Negativna kruna ima karakterističan jednoličan sjaj.
U slučaju da je izvor korone pozitivna elektroda (anoda), kretanje lavina elektrona je usmjereno prema vrhu, a kretanje iona prema van od vrha. Sekundarni fotoprocesi u blizini pozitivno nabijenog vrha olakšavaju reprodukciju elektrona koji pokreću lavinu.
Daleko od vrha, gdje jakost električnog polja nije dovoljna da osigura lavinsku ionizaciju, nositelji struje ostaju pozitivni ioni koji se kreću prema negativnoj elektrodi. Pozitivnu koronu karakteriziraju streameri koji se šire u različitim smjerovima od vrha, a pri višim naponima streameri poprimaju oblik kanala iskre.
Korona je moguća i na žicama visokonaponskih vodova, a kod nas ova pojava dovodi do gubitaka električne energije koja se uglavnom troši na kretanje nabijenih čestica, a dijelom i na zračenje.
Korona na vodičima vodova nastaje kada jakost polja na njima prijeđe kritičnu vrijednost.
Korona uzrokuje pojavu viših harmonika u strujnoj krivulji, što može naglo povećati ometajući utjecaj dalekovoda na komunikacijske vodove i aktivnu komponentu struje u vodu, zbog kretanja i neutralizacije prostornih naboja.
Ako zanemarimo pad napona u koronalnom sloju, tada možemo pretpostaviti da se radijus žica, a time i kapacitet linije, povremeno povećava i te vrijednosti fluktuiraju s frekvencijom 2 puta većom od frekvencije mreže ( razdoblje ovih promjena završava u poluperiodi radne frekvencije).
Budući da atmosferski fenomeni imaju značajan utjecaj na gubitak energije s koronom u liniji, pri proračunu gubitaka treba uzeti u obzir sljedeće glavne vrste vremena: lijepo vrijeme, kiša, mraz, snijeg.
Kako bi se suzbio ovaj fenomen, vodiči dalekovoda su podijeljeni u nekoliko dijelova, ovisno o naponu voda, kako bi se smanjio lokalni napon u blizini vodiča i načelno spriječilo stvaranje korone.
Zbog razdvajanja vodiča jakost polja opada zbog veće površine razdvojenih vodiča u odnosu na površinu jednog vodiča istog presjeka, a naboj na razdvojenim vodičima raste u manjem broju puta od površine vodiča.
Manji radijusi žice daju sporiji porast gubitka korone. Najmanji gubici korone postižu se kada je udaljenost između vodiča u fazi 10 — 20 cm. Međutim, zbog opasnosti od rasta leda na snopu faznog vodiča, što će dovesti do naglog povećanja tlaka vjetra na vodu , udaljenost je 40-50 cm.
Osim toga, anti-korona prstenovi se koriste na visokonaponskim dalekovodima, koji su toroidi napravljeni od vodljivog materijala, obično metala, koji je pričvršćen na terminal ili drugi visokonaponski hardverski dio.
Uloga koronskog prstena je raspodijeliti gradijent električnog polja i sniziti njegove maksimalne vrijednosti ispod koronskog praga, čime se potpuno sprječava koronsko pražnjenje ili barem prijenos destruktivnih učinaka pražnjenja s vrijedne opreme na prsten.
Koronsko pražnjenje nalazi praktičnu primjenu u elektrostatskim pročistačima plinova, kao i za otkrivanje pukotina u proizvodima.U tehnologiji kopiranja — za punjenje i pražnjenje fotokonduktora i prijenos praha boje na papir. Osim toga, koronsko pražnjenje može se koristiti za određivanje tlaka unutar žarulje sa žarnom niti (prema veličini korone u identičnim žaruljama).