КОРОННЫЙ РАЗРЯД
высоковольтный самостоят. электрический разряд в газе при давлении p?1 атм, возникающий в резко неоднородном электрич. поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (острия, провода). В этих зонах происходят ионизация и возбуждение нейтр. ч-ц газа при их соударениях с эл-нами, в результате вокруг электродов возникает святящийся ореол — «корона». При пост. напряжении различают два вида короны: 1) униполярную (положительную или отрицательную), когда коронирует электрод только одного знака и во внеш. зоне движутся ионы этого же знака; если коронирует катод, во внеш. зоне в электроотрицат. газе движутся отрицат. ионы, в электроположительном — эл-ны; 2) биполярную, когда коронируют электроды обоих знаков и во внеш. зоне навстречу друг другу движутся ионы разных знаков.
Осн. процессами генерации эл-нов, обеспечивающими воспроизводство лавин и, следовательно, самостоятельность К. р., являются фотоэффект на поверхности электродов и объёмная фотоионизация собств. излучением разряда. Носители заряда, знак к-рых совпадает со знаком напряжения на коронирующем электроде, выносятся из зоны ионизации во внеш. зону, где условие самостоятельности разряда уже не выполняется. Объёмный заряд внеш. зоны ослабляет напряжённость поля в зоне ионизации и ограничивает силу тока короны. С увеличением приложенного напряжения сила тока увеличивается, но напряжённость электрич. поля на поверхности коронирующего электрода сохраняется неизменной, равной или близкой к напряжённости возникновения короны. В воздухе при атм. давлении напряжённость поля, при к-рой начинается К. р. на проводе радиусом 1 см, равна 39 кВ/см.
Структура зоны ионизации различна в зависимости от давления и рода газа, полярности и типа приложенного напряжения, размеров и формы коронирующего электрода. Она может быть непрерывной (напр., положит. К. р. на тонких проволоках) и прерывистой (К. р. на толстых проводах). При К. р. перем. тока конвективный ток, обусловленный движением объёмного заряда во внеш. зоне, замыкается на противолежащий электрод токами смещения. При напряжении с частотой ?105 Гц возникает т. н. высокочастотная корона, резко отличающаяся от перечисленных выше структурой области ионизации и величиной тока.
Корона на проводах возд. линий электропередачи высокого напряжения приводит к потерям энергии. Прерывистый характер короны создаёт также дополнит. радиопомехи и акустич. шумы.
К. р. применяется в пром-сти, в электрофильтрах для очистки газов, а также в процессах т. н. электронно-ионной технологии при нанесении порошковых и лакокрасочных покрытий.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
КОРОННЫЙ РАЗРЯД
— высоковольтный самостоятельный электрический разряд в газе достаточной плотности (1 атм), возникающий в резко неоднородном электрич. поле вблизи электродов с малым радиусом кривизны (остриё, тонкие проволоки и т. п.). Бледно-голубое или фиолетовое свечение разряда по аналогии с ореолом солнечной короны дало повод к названию. Помимо излучения в видимой, УФ (гл. обр.), а также в более коротковолновой частях спектра, К. р. сопровождается движением частиц газа от коронирующего электрода (т. н. электрич. ветром), шелестящим шумом, иногда радиоизлучением, хим. реакциями (напр., образованием озона и окислов азота в воздухе).
При пост. напряжении различают корону униполярную (положительную или отрицательную в зависимости от знака коронирующего электрода) и биполярную, когда коронируют оба электрода. Ионизация и возбуждение нейтральных частиц газа лавинами электронов локализованы в огранич. зоне — т. н. зоне ионизации (ЗИ). Из ЗИ во внеш. зону (ВЗ) движется поток носителей заряда, знак к-рых совпадает со знаком заряда коронирующего электрода. Образующийся объёмный заряд тормозит дальнейшее развитие процессов ионизации, ослабляя в среднем поле вблизи коронирующего электрода, что локализует ЗИ вблизи коронирующего электрода. При любом напряжении на электродах (большем, чем напряжение появления короны, и меньшем, чем напряжение пробоя) объёмный заряд ВЗ имеет такую величину и распределение, при к-рых градиент поля у поверхности коронирующего электрода остаётся практически неизменным и по величине близким к градиенту начала короны. Т. о., интенсивность К. р. регулируется собств. объёмным зарядом.
Воспроизводство лавин электронных в ЗИ и стационарность К. р. при положит. короне обеспечиваются фотоионизацией собственными излучениями возбуждённых атомов и молекул газа: новый электрон образуется в результате поглощения кванта излучения в газе вблизи условной внеш. границы ЗИ, а дальше лавина развивается по направлению к коронирующему электроду. При отрицат. короне (движение электронных лавин от коронирующего электрода) новый электрон освобождается в результате фотоэмиссии с поверхности катода (см. Фотоэффект). В разреженном воздухе, в нек-рых др. газах и при весьма большой кривизне электродов возможны иные процессы. Особенности в механизме воспроизводства лавин и связанная с ними разница в распределении ионов и электронов в ЗИ определяют нек-рые внеш. различия в К. р. разной полярности. Для отрицат. короны характерны: локализация ЗИ в виде отдельных, более или менее однородно распределённых по поверхности электрода светящихся очагов; большая, чем при положит. короне, зависимость напряжения возникновения короны от состояния поверхности электрода; разрывность во времени процессов ионизации и ВЧ-колебания тока (радиоизлучение с почти однородным частотным спектром до неск. МГц). Для положит. короны на электродах весьма малого радиуса кривизны характерны однородный светящийся чехол, тесно прилегающий к поверхности электрода, отсутствие ВЧ-колебаний в токе и отсутствие радиоизлучения.
При уменьшении степени неоднородности поля (радиус кривизны электрода свыше неск. мм), а также с повышением напряжения К. р. приобретает не однородную, а стримерную (иногда факельную или кустовую) форму. В этом случае активные процессы выносятся на значит. расстояния от поверхности электрода (десятки см). Вместо однородного чехла положит. корона имеет вид отдельных отшнурованных ярко светящихся каналов ( стримеров), размывающихся по концам в диффузное свечение. Возникают ВЧ-колебания тока и радиоизлучение, часто более мощные, чем при отрицат. полярности.
Распределение напряжённости поля в пределах 311 мало отличается (в среднем) от такового в неионизов. газе (эл.-статич. распределение). Поэтому нет оснований считать чехол короны хорошо проводящим слоем.
Пороговая напряжённость поля на поверхности электрода, по достижении к-рой возникает К. р., зависит от радиуса кривизны электрода, рода и плотности газа и практически не зависит от материала электрода.
Потери энергии при К. р. происходят гл. обр. во ВЗ и лишь в малой степени в ЗИ. При пост. напряжении и одном коронирующем электроде это — тепловые потери униполярного потока ионов, рассеивающих энергию при столкновении с частицами нейтрального газа. При двух коронирующих электродах (биполярный К. р.) встречные потоки ионов разных знаков частично рекомбинируют, ослабляя экранирующий эффект заряда ВЗ и усиливая интенсивность процессов в ЗИ. К. р. применяется в промышленных устройствах для зарядки ионами потоков диспергированных материалов для их осаждения силами электрич. поля (электрофильтры и электросепараторы, устройства «эл.-статич. окраски», нанесения защитных или декоративных покрытий и т. п.). На высоковольтных линиях передачи энергии корона на проводах вызывает потери, особо значительные при атм. осадках (до сотен кВт/км). К. р. является также источником значит. радиопомех.
Лит.: Капцов Н. А., Коронный разряд, М.-Л., 1947; Loeb Leonard В., Electrical coronas. Their basic physical mechanisms, Berk.-Los Angeles, 1965; Попков В. И., Электропередачи сверхвысокого напряжения [раздел Проблемы короны], в кн.: Наука и человечество, 1967. Международный ежегодник, М., 1967. В. И. Попков.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Коронный разряд
Коро́нный разря́д — это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.
Возникает при сравнительно высоких давлениях (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрическом поле. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряжённость поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название).
На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью сокращения потерь на общую корону применяется расщепление проводов ЛЭП на 2, 3, 5 или 8 составляющих, в зависимости от номинального напряжения линии [для уменьшения тока в проводнике]. Составляющие располагаются в углах правильного многоугольника (или на диаметре окружности, в случае расщепления на 2 составляющих), образуемого специальной распоркой.
В естественных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах — т. н. огни святого Эльма.
Применение
Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и сопутствующих загрязнений (электростатический фильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях).
Коронный разряд применяется в копировальных аппаратах (ксероксах) и лазерных принтерах для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и для снятия остаточного заряда с барабана.
Коронный разряд применяется для определения давления внутри лампы накаливания. Величина разряда зависит от острия и давления газа вокруг него. Острие у всех ламп одного типа — это нить накала. Значит, коронный разряд будет зависеть только от давления. А значит, о давлении газа в лампе можно судить по величине коронного разряда.
Иногда можно использовать так называемый «системный» способ уменьшения потерь мощности на корону. В зависимости от обстоятельств (температура, влажность и т. д.) диспетчер уменьшает напряжение в линии до определенной величины. В связи с этим задаются наименьшие допустимые сечения по короне:
- 110 кВ — 70 мм² (сейчас рекомендуется использовать сечение 95 мм²).
- 150 кВ — 120 мм².
- 220 кВ — 240 мм².
См. также
- Тлеющий разряд
- Искровой разряд
- Дуговой разряд
- Газовый разряд
- Эффект Кирлиан
Литература
- Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М .: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3
- http://www.energo-info.ru/images/pdf/Kutuzova.pdf
Коронный разряд
электрическая корона, разновидность тлеющего разряда (См. Тлеющий разряд); возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). При К. р. эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны, или коронирующего слоя. Примыкающая к короне несветящаяся («тёмная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах (святого Эльма огни), вокруг проводов линий электропередач и т. д.
К. р. может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчётливо он проявляется при давлениях не ниже атмосферного. Разряд начинается, когда напряжение U между электродами достигает так называемого «начального потенциала» короны U0 (типичные значения — тысячи и десятки тысяч в). Ток К. р. пропорционален разности U—U0 и подвижности образующихся в разряде ионов газа (см. Подвижность ионов и электронов); он обычно невелик (доли ма на 1 см длины коронирующего электрода). При повышении U яркость и толщина коронирующих слоев растут. Когда U достигает потенциала «искрового перекрытия», К. р. переходит в Искровой разряд.
Если коронирует только анод, корона называется положительной. В этом случае первичные электроны высвобождаются на внешней границе коронирующего слоя в результате фотоионизации газа (см. Ионизация) фотонами, испускаемыми внутри короны. Ускоряясь в поле анода, эти электроны ударно возбуждают атомы и ионы газа и в актах ударной ионизации порождают электронные лавины. Во внешней зоне носителями тока являются положительные ионы; образуемый ими положительный пространственный заряд ограничивает ток К. р.
В отрицательной короне положительные ионы, ускоренные сильным полем вблизи коронирующего катода, выбивают из него электроны (Вторичная электронная эмиссия). Вылетев из катода, электроны ударно ионизуют газ, порождая лавины и обеспечивая воспроизводство положительных ионов. В чистых электроположительных газах ток во внешней зоне переносится электронами, а в присутствии электроотрицательных газов, обладающих сродством к электрону (См. Сродство к электрону), — отрицательными ионами, возникающими при «слипании» электронов и нейтральных молекул газа (см. Электроотрицательность). Эти электроны или ионы образуют во внешней зоне отрицательный пространственный заряд, ограничивающий ток К. р.
В двуполярной короне коронируют оба электрода. Процессы в коронирующих слоях аналогичны описанным; во внешней зоне ток переносится встречными потоками положит, ионов и электронов (или отрицательных ионов).
При периодическом изменении полярности электродов (К. р. переменного тока) малоподвижные тяжёлые ионы во внешней зоне не успевают достичь электродов за время одного полупериода, и возникают колебания пространственного заряда. К. р. на частотах порядка 100000 гц и выше называется короной высокочастотной (См. Корона высокочастотная).
В К. р. электрическая энергия преобразуется главным образом в тепловую — в соударениях ионы отдают энергию своего движения нейтральным молекулам газа. Этот механизм вызывает значительные потери энергии на высоковольтных линиях передач. Полезное применение К. р. нашёл в процессах электрической сепарации (См. Электрическая сепарация) (например, в электрических фильтрах (См. Электрический фильтр)), электрической окраски (в частности, для нанесения порошковых покрытий), а также при регистрации ионизирующего излучения (Гейгера — Мюллера счётчиками).
Лит.: Капцов Н. А., Коронный разряд и его применение в электрофильтрах, М., 1947; Леб Л., Основные процессы электрических разрядов в газах, пер. с англ., М.— Л., 1950; Грановский В. Л., Электрический ток в газе. Неустановившийся ток, М., [в печати].
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Коронный разряд — возникновение, особенности и применение
В условиях резко неоднородных электромагнитных полей, на электродах с высокой кривизной наружных поверхностей, в некоторых ситуациях может начаться коронный разряд самостоятельный электрический разряд в газе. В качестве острия, подходящей для данного явления формы, может выступать: острие, провод, угол, зубец и т. д.
Главное условие для начала разряда — вблизи острого края электрода должна присутствовать сравнительно более высокая напряженность электрического поля, чем на остальном пути между электродами, создающими разность потенциалов.
Для воздуха в нормальных условиях (при атмосферном давлении), предельное значение электрической напряженности составляет 30кВ/см, при такой напряженности на острие электрода уже появляется слабое свечение, напоминающее по форме корону. Вот почему разряд называется коронным разрядом.
Для такого разряда характерно протекание процессов ионизации только возле коронирующего электрода, при этом второй электрод может выглядеть вполне обычно, то есть без образования короны.
Коронные разряды можно наблюдать иногда и в природных условиях, например на верхушках деревьев, когда этому способствует картина распределения природного электрического поля (перед грозой или в метель).
Процессы при коронировании
Процесс формирования коронного разряда протекает следующим образом. Молекула воздуха случайно ионизируется, при этом вылетает электрон.
Электрон испытывает ускорение в электрическом поле возле острия, и достигает достаточной энергии, чтобы как только встретит на своем пути следующую молекулу — ионизировать и ее, и снова вылетает электрон. Число заряженных частиц, движущихся в электрическом поле возле острия, лавинообразно увеличивается.
Если острым коронирующим электродом является отрицательный электрод (катод), в этом случае корона будет называться отрицательной, и лавина электронов ионизации будет двигаться от коронирующего острия — в сторону положительного электрода. Образованию свободных электронов способствует термоэлектронная эмиссия на катоде.
Когда движущаяся от острия лавина электронов достигает той области, где напряженности электрического поля оказывается уже не достаточно для дальнейшей лавинной ионизации, электроны рекомбинируют с нейтральными молекулами воздуха, образуя отрицательные ионы, которые далее становятся носителями тока в наружной от короны области. Отрицательная корона имеет характерное ровное свечение.
В случае, когда источником короны является положительный электрод (анод), движение лавин электронов направлено к острию, а движение ионов — наружу от острия. Вторичные фотопроцессы возле положительно заряженного острия способствуют воспроизведению запускающих лавину электронов.
Вдали от острия, где напряженность электрического поля не достаточна для обеспечения лавинной ионизации, носителями тока остаются положительные ионы, движущиеся в сторону отрицательного электрода. Для положительной короны характерны стримеры, распускающиеся в разные стороны от острия, а при более высоком напряжении стримеры приобретают вид искровых каналов.
Коронный разряд на ЛЭП
На проводах высоковольтных линий электропередач тоже возможна корона, причем здесь это явление приводит к потерям электроэнергии, которая в основном расходуется на движение заряженных частиц и частично на излучение.
Корона на проводах линий возникает в том случае, когда напряженность поля на них превосходит критическую величину.
Коронирование в воздухе сопровождается фиолетовым свечением области короны, а также характерным шумом и потрескиванием.
В области короны происходят химические реакции, например, образование озона и окислов азота. Последние, образуя с водой азотистую кислоту, оказывают разрушающее действие на органическую изоляцию и металлы. Озон, распадаясь, дает кислород, последний также легко соединяется с металлами и органическими веществами.
Интенсивная ионизация при коронировании делает воздух вокруг коронирующего электрода проводящим. Все это вместе взятое обусловливает потери энергии при коронировании, которая расходуется на нагревание, химическое действие, свет, звук, конвекцию и т. д.
В электрических установках корона является вредной вследствие дополнительных потерь энергии и перечисленных вторичных процессов.
Корона вызывает появление высших гармоник в кривой тока, которые могут резко усилить мешающее влияние линий электропередач на линии связи, и активной составляющей тока в линии, обусловленной движением и нейтрализацией объемных зарядов.
Если пренебречь падением напряжения в коронирующем слое, то можно принять, что радиус проводов, а следовательно, и емкость линии периодически увеличиваются, причем колебание этих величин происходит с частотой, в 2 раза большей, чем частота сети (период этих изменений заканчивается в течение полупериода рабочей частоты).
Так как на потерю энергии при короне в линии существенное влияние оказывают атмосферные явления, то при расчете потерь необходимо учитывать следующие основные виды погоды: хорошая погода, дождь, изморозь, снег.
Самостоятельный разряд в его начальной стадии недостаточно интенсивен, поэтому корона получается невидимой. При невидимой короне уже имеются потери, обнаруживаемые приборами.
Критическое коронное напряжение и можно определить как напряжение, при котором зажигается самостоятельный разряд, возникает заметный ток через промежуток и начинаются потери. Помимо этих величин практически представляет интерес определение напряженности поля и напряжения видимой короны, мощности потерь на коронирование и радиуса коронирующего слоя.
Способы борьбы с эффектом коронирования
Для борьбы с данным явлением, провода ЛЭП расщепляют на несколько штук, в зависимости от напряжения на линии, чтобы уменьшить локальные напряженности вблизи проводов, и предотвратить образование короны в принципе.
Благодаря расщеплению проводов уменьшается напряженность поля вследствие большей поверхности расщепленных проводов по сравнению с поверхностью одиночною провода того же сечения, причем заряд на расщепленных проводах увеличивается в меньшее число раз, чем поверхность проводов.
Меньшие радиусы проводов дают более медленный рост потерь на корону. Наименьшие потери на корону получаются, когда расстояние между проводами в фазе будет 10 — 20 см. Однако из-за опасности зарастания гололедом пучка проводов фазы, что вызовет резкое увеличение давления ветра на линию, расстояние принимают равным 40 — 50 см.
Кроме того на высоковольтных ЛЭП применяют антикоронные кольца, представляющие собой тороиды из проводящего материала, обычно металла, который прикреплен к терминалу или другой аппаратной части высоковольтного оборудования.
Роль коронирующего кольца заключается в распределении градиента электрического поля и понижении его максимальных значений ниже порога короны, таким образом коронный разряд предотвращается полностью, либо разрушительные эффекты разряда хотя бы переносятся от ценного оборудования — на кольцо.
Применение коронного разряда
Практическое применение коронный разряд находит в электростатических очистителях газов, а также для обнаружения трещин в изделиях.
В электростатических фильтрах отрицательные ионы, образовавшиеся вблизи коронирующего отрицательного электрода, обычно проволоки, прилипают к частицам пыли или тумана. Заряженные частицы перемещаются по направлению ко второму электроду и осаждаются на нем.
В копировальной технике коронный разряд используется для заряда и разряда фотобарабанов, и для переноса красящего порошка на бумагу. Кроме того, при помощи коронного разряда можно определить давление внутри лампы накаливания (по размеру короны в одинаковых лампах).
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: