Koronálny výboj - pôvod, charakteristika a použitie

V podmienkach ostro nehomogénnych elektromagnetických polí na elektródach s vysokým zakrivením vonkajších povrchov môže v niektorých situáciách začať korónový výboj – nezávislý elektrický výboj v plyne. Ako hrot môže pôsobiť tvar vhodný pre tento jav: hrot, drôt, roh, zub atď.

Hlavnou podmienkou pre začiatok výboja je, že v blízkosti ostrej hrany elektródy musí byť relatívne vyššia intenzita elektrického poľa ako vo zvyšku dráhy medzi elektródami, čo vytvára potenciálny rozdiel.

Pre vzduch za normálnych podmienok (pri atmosférickom tlaku) je limitná hodnota elektrickej intenzity 30 kV / cm; pri takomto napätí sa na hrote elektródy objaví slabá koróna podobná žiara. Preto sa výboj nazýva korónový výboj.

Takýto výboj je charakterizovaný objavením sa ionizačných procesov iba v blízkosti korónovej elektródy, zatiaľ čo druhá elektróda sa môže javiť ako úplne normálna, to znamená bez vytvorenia koróny.

Korónové výboje možno niekedy pozorovať v prírodných podmienkach, napríklad na vrcholkoch stromov, keď je to uľahčené rozložením prirodzeného elektrického poľa (pred búrkou alebo počas snehovej búrky).

Tvorba korónového výboja prebieha nasledujúcim spôsobom. Molekula vzduchu je náhodne ionizovaná a je emitovaný elektrón.

Elektrón zažije zrýchlenie v elektrickom poli blízko hrotu a dosiahne dostatočnú energiu na to, aby ho ionizoval, len čo sa stretne s ďalšou molekulou na svojej ceste a elektrón opäť vzlietne. Počet nabitých častíc pohybujúcich sa v elektrickom poli blízko hrotu sa zvyšuje ako lavína.

Ak je ostrá korónová elektróda negatívna elektróda (katóda), v tomto prípade sa koróna bude nazývať negatívna a lavína ionizačných elektrónov sa presunie z hrotu koróny na pozitívnu elektródu. Generovanie voľných elektrónov je uľahčené termionickým žiarením katódy.

Keď lavína elektrónov pohybujúcich sa od hrotu dosiahne oblasť, kde sila elektrického poľa už nepostačuje na ďalšiu lavínovú ionizáciu, elektróny sa rekombinujú s neutrálnymi molekulami vzduchu a vytvoria záporné ióny, ktoré sa potom stanú nosičmi prúdu v oblasti mimo koruna. Negatívna koróna má charakteristickú rovnomernú žiaru.

V prípade, že zdrojom koróny je kladná elektróda (anóda), pohyb lavín elektrónov smeruje k hrotu a pohyb iónov smerom von z hrotu. Sekundárne fotoprocesy v blízkosti kladne nabitého hrotu uľahčujú reprodukciu elektrónov spúšťajúcich lavínu.

Ďaleko od hrotu, kde intenzita elektrického poľa nie je dostatočná na zabezpečenie lavínovej ionizácie, zostávajú nosičmi prúdu kladné ióny pohybujúce sa smerom k zápornej elektróde. Pozitívna koróna je charakterizovaná streamermi, ktoré sa šíria rôznymi smermi od špičky a pri vyšších napätiach majú streamery formu iskrových kanálov.

Koróna je možná aj na drôtoch vysokonapäťových elektrických vedení a tu tento jav vedie k stratám elektriny, ktorá sa vynakladá najmä na pohyb nabitých častíc a čiastočne na žiarenie.

Koróna na vodičoch vedení nastáva, keď intenzita poľa na nich prekročí kritickú hodnotu.

Koróna spôsobuje výskyt vyšších harmonických v prúdovej krivke, čo môže prudko zvýšiť rušivý vplyv elektrických vedení na komunikačné vedenia a aktívnu zložku prúdu vo vedení v dôsledku pohybu a neutralizácie vesmírnych nábojov.

Ak ignorujeme pokles napätia v koronálnej vrstve, potom môžeme predpokladať, že polomer vodičov a tým aj kapacita linky sa periodicky zvyšuje a tieto hodnoty kolíšu s frekvenciou 2-krát vyššou ako je frekvencia siete (tj. perióda týchto zmien končí v polovici periódy pracovnej frekvencie).

Pretože atmosférické javy majú významný vplyv na stratu energie s korónou vo vedení, pri výpočte strát by sa mali brať do úvahy tieto hlavné typy počasia: pekné počasie, dážď, mráz, sneh.

Na boj proti tomuto javu sú vodiče elektrického vedenia rozdelené do niekoľkých častí v závislosti od napätia vedenia, aby sa znížilo miestne napätie v blízkosti vodičov a v zásade sa zabránilo tvorbe koróny.

V dôsledku oddelenia vodičov sa intenzita poľa znižuje v dôsledku väčšej plochy oddelených vodičov v porovnaní s plochou jedného vodiča rovnakého prierezu a zvyšuje sa náboj na oddelených vodičoch. v menšom počte, ako je plocha povrchu vodičov.

Menšie polomery drôtu spôsobujú pomalší nárast straty koróny. Najmenšie korónové straty sa dosahujú, keď je vzdialenosť medzi vodičmi vo fáze 10 - 20 cm. Avšak vzhľadom na nebezpečenstvo rastu ľadu na zväzku fázových vodičov, čo povedie k prudkému zvýšeniu tlaku vetra na vedenie vzdialenosť je 40-50 cm.

Okrem toho sa antikorónové krúžky používajú na vysokonapäťových prenosových vedeniach, čo sú toroidy vyrobené z vodivého materiálu, zvyčajne kovu, ktorý je pripevnený k terminálu alebo inej vysokonapäťovej hardvérovej časti.

Úlohou korónového prstenca je rozložiť gradient elektrického poľa a znížiť jeho maximálne hodnoty pod korónový prah, čím sa zabráni korónovému výboju úplne alebo aspoň deštruktívnym účinkom výboja, ktorý sa prenesie z cenného zariadenia do prsteň.

Korónový výboj nachádza praktické uplatnenie v elektrostatických čističkách plynov, ako aj na detekciu trhlín vo výrobkoch.V kopírovacej technike — nabíjanie a vybíjanie fotovalcov a prenos farbiaceho prášku na papier. Okrem toho sa korónový výboj môže použiť na určenie tlaku vo vnútri žiarovky (podľa veľkosti koróny v rovnakých žiarovkách).