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!
Что такое коронный разряд?
Коронный разряд образуется на заостренных предметах, находящихся под высоким напряжением. Он проявляется в виде бледно-голубого или ультрафиолетового свечения, напоминающего корону.
Что такое коронный разряд?
Коронный разряд — это самостоятельный газовый разряд, который возникает в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (например, тонкие провода или острия).
Главное условие для образования разряда — повышенная напряженность электрического поля возле острия. В тот момент, когда напряженность поля достигает предельного значения (для воздуха — около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид короны, за что разряд и получил свое название.
Коронный разряд может возникать в природных условиях, например на верхушках деревьев, мачтах или вершинах скал при большой напряженности электрического поля в атмосфере. Разряды в форме светящихся пучков или кисточек образуются в моменты, когда напряженность электрического поля в атмосфере у острия достигает величины порядка 500 В/м и выше. Чаще всего это бывает во время грозы или при ее приближении. Такое явление получило название «огни святого Эльма» (Эльм (Эразм) Антиохийский — христианский святой (умер около 303 года), которого католики считают покровителем моряков. Согласно поверью, для моряка увидеть огни святого Эльма сулило надежду на успех, а во время опасности — на спасение).
Где и для чего используется коронный разряд?
Коронный разряд используется на производстве, в медицине, электрографии, электроокраске, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, ядерной физике (счетчики медленных нейтронов) и других областях. Так, контролируемый коронный разряд применяют в электростатических фильтрах для очистки промышленных газов от жидких и твердых частиц. С помощью такого устройства можно очистить, например, воздух в литейных цехах цветных металлов и на других вредных производствах.
Кроме того, коронный разряд используют для диагностики состояния различных конструкций (например, чтобы обнаруживать трещины). В копировальной технике и лазерных принтерах он используется для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и снятия остаточного заряда с барабана.
В медицине коронный разряд может использоваться при аэроионотерапии. Это метод физиотерапии, основанный на воздействии аэроионов — электрически заряженных частиц воздуха — на организм человека.
Коронный разряд и его след на изоляторе свечи
Многие автолюбители при замене свечей зажигания обнаруживают на изоляторе характерные следы в виде коричневого ободка у основания изолятора. Зачастую появление этого «налета» неправильно объясняют прорывом выхлопных газов. Разбираемся, что это такое и — главное — опасно ли это?
Прорыв выхлопных газов
Следует сразу же пояснить, что прорыв выхлопных газов — признак вышедшей из строя свечи: ее изолятор неплотно прилегает к корпусу. Последствиями прорыва газов может стать падение компрессии в цилиндре и пропуски зажигания. Такую свечу необходимо менять. Важно запомнить, что след от прорыва газов всегда черный. Фактически это такая же «копоть», которую можно найти, например, на негерметичном участке выхлопной системы, где газы точно так же прорываются наружу, оставляя черные следы.
Коричневый ободок — нечто совсем другое. Это след от так называемого коронного разряда. Если быть точнее, это мельчайшие частички масла и других отложений, «притянутые» к изолятору коронным разрядом.
Коронный разряд
Коронный разряд — самостоятельный электрический разряд в газе (в нашем случае — в воздухе), возникающий в резко неоднородных полях у электродов с большим изгибом поверхности. В случае со свечей зажигания местом испускания коронного разряда является кромка корпуса свечи, прилегающая к изолятору. Коронный разряд — нормальное явление, которое практически всегда возникает на проводниках с высоким напряжением. В условиях низкой освещенности коронный разряд можно даже увидеть: это характерное бледно-голубое сияние, «протекающее» вдоль изолятора свечи от корпуса к контактной клемме.
В условиях полной чистоты и герметичности свечного колодца след от коронного разряда практически не виден глазу. Но вокруг свечи зажигания всегда присутствует некоторое количество частиц масла, топлива и других технических жидкостей. При появлении коронного разряда происходит ионизация воздуха и частички масла притягиваются к изолятору, оставляя на нем тот самый коричневый ободок.
Коронный разряд — это ток утечки, и, например, в случае с промышленными высоковольтными линиями такая утечка может достигать высоких значений. В случае со свечами зажигания она настолько незначительна, что не влияет на работоспособность.
Используем след от «короны» для диагностики
Величина следа от коронного разряда зависит в первую очередь от плотности прилегания наконечника высоковольтного провода или наконечника индивидуальной катушки зажигания к изолятору свечи. Поэтому если при замене свечей обнаруживается значительный след от коронного разряда, очень вероятно, что наконечник потерял эластичность. В данном случае мы можем использовать след от коронного разряда на изоляторе как полезный диагностический инструмент, говорящий прежде всего об изношенности свечных наконечников.
В случае сильного износа неплотное прилегание наконечника может вызвать опасный поверхностный пробой свечи. Это разряд напряжения, возникающий между корпусом свечи и центральной клеммой. Пробой крайне нежелателен: он ослабляет искру в камере сгорания или даже полностью предотвращает ее возникновение.
Для уменьшения вероятности поверхностного пробоя корпус изолятора выполнен ребристым: это фактически увеличивает расстояние между корпусом и клеммой. Так, например, напряжение пробоя на корпусе без ребер составляет порядка 20 кВ, а с ребрами — уже 30 кВ. Но поскольку максимальное напряжение на свечах зажигания может достигать 40 кВ, без исправного свечного наконечника пробой все же может возникнуть.
Именно поэтому след от коронного разряда, возникающий при неплотном прилегании свечного наконечника, не только безвреден, но и отчасти полезен. Он помогает понять, что пора менять провода высокого напряжения или индивидуальные катушки зажигания. Иначе дело может дойти до поверхностных пробоев, которые вредны как для свечи зажигания, так и для двигателя в целом.
Следы на изоляторе свечи зажигания — весьма ценная информация. По следам от прорыва выхлопных газов, поверхностного пробоя или по следу от коронного разряда опытный специалист всегда определит, нужна ли замена свечи или катушки зажигания. Если все-таки нужна, всегда можно положиться на DENSO — в электронном каталоге компании вы найдете все необходимые запчасти и расходники.