Koronální výboj - původ, charakteristika a použití

V podmínkách ostře nehomogenních elektromagnetických polí na elektrodách s velkým zakřivením vnějších povrchů může v některých situacích začít korónový výboj — nezávislý elektrický výboj v plynu. Jako hrot může působit tvar vhodný pro tento jev: hrot, drát, roh, zub atd.

Hlavní podmínkou pro začátek výboje je, že v blízkosti ostré hrany elektrody musí být relativně vyšší intenzita elektrického pole než ve zbytku dráhy mezi elektrodami, což vytváří potenciálový rozdíl.

Pro vzduch za normálních podmínek (při atmosférickém tlaku) je mezní hodnota elektrické intenzity 30 kV / cm; při takovém napětí se na hrotu elektrody objeví slabá záře podobná koroně. Proto se výboji říká korónový výboj.

Takový výboj je charakterizován výskytem ionizačních procesů pouze v blízkosti korónové elektrody, zatímco druhá elektroda se může jevit jako zcela normální, tedy bez vytvoření koróny.

Koronové výboje lze někdy pozorovat v přírodních podmínkách, například na vrcholcích stromů, když je to umožněno rozložením přirozeného elektrického pole (před bouřkou nebo během sněhové bouře).

Tvorba koronového výboje probíhá následujícím způsobem. Molekula vzduchu je náhodně ionizována a je emitován elektron.

Elektron zažije zrychlení v elektrickém poli blízko hrotu a dosáhne dostatečné energie k jeho ionizaci, jakmile narazí na další molekulu na své dráze a elektron znovu vzlétne. Počet nabitých částic pohybujících se v elektrickém poli poblíž hrotu se zvyšuje jako lavina.

Pokud je ostrá korónová elektroda záporná elektroda (katoda), bude v tomto případě koróna nazývána negativní a lavina ionizačních elektronů se přesune od špičky koróny ke kladné elektrodě. Generování volných elektronů je usnadněno termionickým zářením katody.

Když lavina elektronů pohybujících se od špičky dosáhne oblasti, kde síla elektrického pole již nestačí pro další lavinovou ionizaci, elektrony se rekombinují s neutrálními molekulami vzduchu za vzniku záporných iontů, které se pak stávají nositeli proudu v oblasti mimo koruna. Negativní koróna má charakteristickou jednotnou záři.

V případě, že zdrojem koróny je kladná elektroda (anoda), pohyb lavin elektronů směřuje ke špičce a pohyb iontů směrem ven od špičky. Sekundární fotoprocesy v blízkosti kladně nabitého hrotu usnadňují reprodukci elektronů spouštějících lavinu.

Daleko od hrotu, kde intenzita elektrického pole není dostatečná k zajištění lavinové ionizace, zůstávají nositeli proudu kladné ionty pohybující se směrem k záporné elektrodě. Kladná koróna je charakterizována streamery, které se šíří různými směry od špičky a při vyšších napětích mají streamery formu jiskrových kanálů.

Korona je možná i na drátech vedení vysokého napětí a zde tento jev vede ke ztrátám elektřiny, která se vynakládá především na pohyb nabitých částic a částečně na záření.

Korona na vodičích vedení nastává, když intenzita pole na nich překročí kritickou hodnotu.

Korona způsobuje výskyt vyšších harmonických v proudové křivce, což může prudce zvýšit rušivý vliv silových vedení na komunikační vedení a aktivní složku proudu ve vedení, vlivem pohybu a neutralizace vesmírných nábojů.

Pokud pomineme pokles napětí v koronální vrstvě, pak můžeme předpokládat, že poloměr vodičů a tím i kapacita linky se periodicky zvyšuje a tyto hodnoty kolísají s frekvencí 2x větší, než je frekvence sítě (tj. perioda těchto změn končí v polovině periody pracovní frekvence).

Vzhledem k tomu, že atmosférické jevy mají významný vliv na energetické ztráty s korónou ve vedení, měly by být při výpočtu ztrát zohledněny následující hlavní typy počasí: příznivé počasí, déšť, mráz, sníh.

Pro boj s tímto jevem jsou vodiče elektrického vedení rozděleny do několika částí v závislosti na napětí vedení, aby se snížilo místní napětí v blízkosti vodičů a v zásadě se zabránilo tvorbě koróny.

V důsledku oddělení vodičů se intenzita pole snižuje v důsledku větší plochy oddělených vodičů ve srovnání s plochou jednoho vodiče stejného průřezu a zvyšuje se náboj na oddělených vodičích. v menším počtu, než je povrchová plocha vodičů.

Menší poloměry drátu dávají pomalejší nárůst ztráty koróny. Nejmenší korónové ztráty se dosahují, když je vzdálenost mezi vodiči ve fázi 10 — 20 cm, ale kvůli nebezpečí růstu ledu na svazku fázových vodičů, což povede k prudkému nárůstu tlaku větru na vedení vzdálenost je 40-50 cm.

Kromě toho se na vysokonapěťových přenosových vedeních používají antikoronové kroužky, což jsou toroidy vyrobené z vodivého materiálu, obvykle kovu, který je připojen ke svorce nebo jiné vysokonapěťové hardwarové části.

Úlohou koronového prstence je distribuovat gradient elektrického pole a snižovat jeho maximální hodnoty pod korónový práh, čímž zcela zamezuje koronovému výboji nebo alespoň destruktivním účinkům výboje přeneseným z cenného zařízení do prsten.

Koronový výboj nachází praktické uplatnění v elektrostatických čističkách plynů a také pro detekci trhlin ve výrobcích.V kopírovací technice — k nabíjení a vybíjení fotoválců ak přenosu barvicích prášků na papír. Kromě toho lze korónový výboj použít k určení tlaku uvnitř žárovky (podle velikosti koróny u identických žárovek).