Coronale ontlading - oorsprong, kenmerken en toepassing

Onder omstandigheden van sterk inhomogene elektromagnetische velden, op elektroden met een sterke kromming van de buitenoppervlakken, kan in sommige situaties een corona-ontlading - een onafhankelijke elektrische ontlading in een gas - beginnen. Als punt kan een vorm die geschikt is voor dit fenomeen fungeren: punt, draad, hoek, tand, enz.

De belangrijkste voorwaarde voor het ontstaan ​​van ontlading is dat er nabij de scherpe rand van de elektrode een relatief hogere elektrische veldsterkte moet zijn dan in de rest van het pad tussen de elektroden, waardoor een potentiaalverschil ontstaat.

Voor lucht onder normale omstandigheden (bij atmosferische druk) is de grenswaarde van de elektrische intensiteit 30 kV/cm; bij zo'n spanning verschijnt er een zwakke corona-achtige gloed aan de punt van de elektrode. Daarom wordt de ontlading een corona-ontlading genoemd.

Een dergelijke ontlading wordt gekenmerkt door het verschijnen van ionisatieprocessen alleen in de buurt van de corona-elektrode, terwijl de tweede elektrode volkomen normaal kan lijken, dat wil zeggen zonder de vorming van een corona.

Corona-ontladingen kunnen soms worden waargenomen in natuurlijke omstandigheden, bijvoorbeeld op de toppen van bomen, wanneer dit wordt vergemakkelijkt door het distributiepatroon van het natuurlijke elektrische veld (vóór een onweersbui of tijdens een sneeuwstorm).

De vorming van corona-ontlading verloopt als volgt. Een luchtmolecuul wordt per ongeluk geïoniseerd en een elektron wordt uitgezonden.

Het elektron ervaart een versnelling in een elektrisch veld nabij de punt en bereikt genoeg energie om het te ioniseren zodra het het volgende molecuul op zijn pad tegenkomt en het elektron weer opstijgt. Het aantal geladen deeltjes dat in een elektrisch veld nabij de punt beweegt, neemt toe als een lawine.

Als de scherpe corona-elektrode een negatieve elektrode (kathode) is, wordt de corona in dit geval negatief genoemd en zal een lawine van ionisatie-elektronen zich van de punt van de corona naar de positieve elektrode verplaatsen. Het genereren van vrije elektronen wordt vergemakkelijkt door thermische straling van de kathode.

Wanneer een lawine van elektronen die vanaf de punt beweegt het gebied bereikt waar de sterkte van het elektrische veld niet langer voldoende is voor verdere lawine-ionisatie, recombineren de elektronen met neutrale luchtmoleculen, waardoor negatieve ionen worden gevormd, die vervolgens stroomdragers worden in het gebied buiten de punt. kroon. De negatieve corona heeft een karakteristieke uniforme gloed.

In het geval dat de bron van de corona een positieve elektrode (anode) is, wordt de beweging van lawines van elektronen naar de punt gericht en wordt de beweging van ionen vanaf de punt naar buiten gericht. Secundaire fotoprocessen nabij de positief geladen punt vergemakkelijken de reproductie van de lawine-triggerende elektronen.

Ver van de punt, waar de elektrische veldsterkte niet voldoende is om lawine-ionisatie te verzekeren, blijven de stroomdragers positieve ionen die naar de negatieve elektrode bewegen. De positieve corona wordt gekenmerkt door streamers die zich vanaf de punt in verschillende richtingen verspreiden, en bij hogere spanningen nemen de streamers de vorm aan van vonkkanalen.

Corona is ook mogelijk op de draden van hoogspanningslijnen, en hier leidt dit fenomeen tot elektriciteitsverliezen, die voornamelijk worden besteed aan de beweging van geladen deeltjes en gedeeltelijk aan straling.

Corona op de geleiders van de lijnen treedt op wanneer de veldsterkte erop de kritische waarde overschrijdt.

Corona veroorzaakt het verschijnen van hogere harmonischen in de stroomcurve, die de storende invloed van hoogspanningslijnen op communicatielijnen en de actieve component van de stroom in de lijn sterk kunnen vergroten als gevolg van de beweging en neutralisatie van ruimteladingen.

Als we de spanningsval in de coronale laag negeren, kunnen we aannemen dat de straal van de draden en dus de capaciteit van de lijn periodiek toeneemt en deze waarden fluctueren met een frequentie die 2 keer groter is dan de frequentie van het netwerk (de periode van deze wijzigingen eindigt in de halve periode van de werkfrequentie).

Aangezien atmosferische fenomenen een grote invloed hebben op het energieverlies met de corona in de leiding, dient bij de berekening van de verliezen rekening gehouden te worden met de volgende hoofdsoorten weer: mooi weer, regen, vorst, sneeuw.

Om dit fenomeen tegen te gaan, zijn de geleiders van de hoogspanningslijn verdeeld in verschillende delen, afhankelijk van de spanning van de lijn, om de lokale spanning nabij de geleiders te verminderen en in principe de vorming van corona te voorkomen.

Door de scheiding van de geleiders neemt de veldsterkte af door het grotere oppervlak van de gescheiden geleiders in vergelijking met het oppervlak van een enkele geleider met dezelfde doorsnede, en neemt de lading op de gescheiden geleiders toe in een kleiner aantal keren dan het oppervlak van de geleiders.

Kleinere draadstralen geven een langzamere toename van coronaverlies. De kleinste coronaverliezen worden verkregen wanneer de afstand tussen de geleiders in de fase 10 - 20 cm is, maar vanwege het gevaar van ijsgroei op de fasegeleiderbundel, wat zal leiden tot een sterke toename van de winddruk op de lijn , de afstand is 40-50 cm.

Bovendien worden anticoronaringen gebruikt op hoogspanningstransmissielijnen, dit zijn toroïden gemaakt van een geleidend materiaal, meestal metaal, dat is bevestigd aan een terminal of ander hoogspanningshardwareonderdeel.

De rol van de corona-ring is om de gradiënt van het elektrische veld te verdelen en de maximale waarden ervan te verlagen tot onder de corona-drempel, waardoor wordt voorkomen dat de corona-ontlading volledig of op zijn minst de destructieve effecten van de ontlading wordt overgedragen van de waardevolle apparatuur naar de ring.

Corona-ontlading vindt praktische toepassing in elektrostatische gasreinigers, maar ook voor het opsporen van scheuren in producten.In kopieertechnologie - om fotogeleiders op te laden en te ontladen en om kleurpoeder op papier over te brengen. Bovendien kan de corona-ontlading worden gebruikt om de druk in een gloeilamp te bepalen (door de grootte van de corona in identieke lampen).