پديده كرونا

پديده کرونا

يکي از پديده هايي که در ارتباط با تجهيزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوي مطرح مي شود، کرونا است. ميدان الکتريکي در نزديکي ماده رسانا مي تواند به حدي متمرکز شود که هواي مجاور خود را يونيزه نمايد. اين

پديده کرونا

يکي از پديده هايي که در ارتباط با تجهيزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوي مطرح مي شود، کرونا است. ميدان الکتريکي در نزديکي ماده رسانا مي تواند به حدي متمرکز شود که هواي مجاور خود را يونيزه نمايد. اين مسئله مي تواند منجر به تخليه جزئي انرژي الکتريکي شود، که به آن کرونا مي گويند. عوامل مختلفي ازجمله ولتاز، شکل و قطر رسانا، ناهمواري سطح رسانا، گرد و خاک يا قطرات آب مي تواند باعث ايجاد گراديان سطحي هادي شود که در نهايت باعث تشکيل کرونا خواهد شد. در حالتي که فاصله بين هادي ها کم باشد، کرونا ممکن است باعث جرقه زدن و اتصال کوتاه گردد. بديهي است که کرونا سبب اتلاف انرژي الکتريکي و کاهش راندمان الکتريکي خطوط انتقال مي گردد. پديده کرونا همچنين سبب تداخل در امواج راديويي مي شود.

تعريف کرونا

تخليه الکتريکي ايجاد شده به علت افزايش چگالي ميدان الکتريکي ، کرونا نام دارد. در حالي که اين تعريف بسيار کلي است و انواع پديده کرونا را شامل مي شود.

ولتاژ بحراني

گراديان ولتاژي که سبب شکست الکتريکي در عايق شده و به ازاي آن، عايق خاصيت دي الکتريک خود را از دست مي دهد، گراديان ولتاژ بحراني ناميده مي شود. همچنين ولتاژي را که سبب ايجاد اين گراديان بحراني مي شود ولتاژ بحراني مي نامند.

ولتاژ مرئي کرونا

هرگاه ولتاز خط به ولتاژ بحراني برسد، يونيزاسيون در هواي مجاور سطح هادي شروع مي شود. اما در اين حالت پديده کرونا قابل روئيت نمي باشد. براي مشاهده کرونا، سرعت ذرات الکترون ها در هنگام برخورد با اتم ها و مولکول ها بايد بيشتر باشيد يعني ولتاژ بالاتري نياز است.

ماهيت کرونا

هنگامي که ميدان الکتريکي سطح هادي از ولتاژ بحراني بيشتر شده باشد، بهمن الکتروني بوجود خواهد آمد که بوجود آورنده تخليه کروناي قابل روئيت در سطح هادي است. همواره تعداد کمي الکترون آزاد در هوا به علت مواد راديو اکتيو موجود در سطح زمين و اشعه کيهاني، وجود دارد. زماني که هادي در هر نيمه از سيکل ولتاژ متناوب برقدار مي شود، الکترون هاي هواي اطراف سطح آن بوسيله ميدان الکترواستاتيک شتاب پيدا مي کند. اين الکترون ها که داراي بار منفي هستند در نيمه مثبت به طرف هادي شتاب پيدا مي کنند و در نيمه منفي از آن دور مي شوند. سرعت الکترون آزاد بستگي به شدت ميدان الکتريکي دارد. اگر شدت ميدان الکتريکي خيلي زياد نباشد برخورد بين الکترون و مولکول هوا نظير O2 و يا N2 نرم خواهد بود به اين معني که الکترون از مولکول هوا دور شده و به آن انرژي نمي دهد. به عبارت ديگر اگر شدت ميدان الکتريکي از يک مقدار بحراني معين بيشتر باشد، هر الکترون آزاد در اين ميدان سرعت کافي بدست مي آورد به طوري که برخوردش با مولکول هوا غير الاستيک خواهد بود و انرژي کافي بدست مي آورد که به يکي از مدارهاي الکترون هاي دو اتم موجود در هوا برخورد کند. اين پديده يونيزاسيون نام دارد و مولکولي که اين الکترون از دست مي دهد تبديل به يک يون مثبت مي شود. الکترون نخستين که بيشتر سرعتش را در برخورد از دست داده و الکتروني که مولکول هوا را رانده است هر دو در ميدان الکتريکي شتاب مي گيرند و هر کدام از آنها در برخورد بعدي توانايي يونيزه کردن يک مولکول هوا را خواهند داشت. بعد از برخورد دوم 4 الکترون به جلو مي آيند و به همين ترتيب تعداد الکترون ها بعد از هر برخورد دو برابر مي شود. در تمام اين مدت الکترون ها به سمت الکترود مثبت مي روند و پس از برخوردهاي بسيار تعدادشان بطور چشم گيري افزايش مي يابد. اين مسئله فرايندي است به وسيله آن بهمن الکتروني ايجاد مي شود، هر بهمن با يک الکترون آزاد که در ميدان الکترواستاتيک قوي قرار دارد آغاز مي شود. شدت ميدان الکترواستاتيک اطراف هادي همگن نيست. ماکزيموم شدت آن در سطح هادي و ميزان شدت با دور شدن از مرکز هادي کاهش مي يابد. بنابراين با افزايش ولتاژ هادي در ابتدا تخليه الکتريکي فقط در سطح بسيار نزديک ان رخ مي دهد. در نيمه مثبت ولتاژ الکترون ها به سمت هادي حرکت مي کنند و هنگاميکه بهمن الکتروني ايجاد شد بطرف سطح هادي شتاب مي گيرند. در نيمه منفي، بهمن الکتروني از سطح هادي به سمت ميدان ضعيف تر جاري مي شود تا هنگامي که ميدان آنقدر ضعيف شود که ديگر نتواند الکترون ها را شتاب دهد تا به سرع يونيزاسيون برسند. يون هاي مثبت باقي مانده در بهمن الکتروني به طرف الکترود مثبت حرکت مي کنند. با اين وجود به دليل جرم زيادشان که 50000 برابر جرم الکترون است بسيار کند حرکت مي کنند. با داشتن بار مثبت اين يون ها، الکترون جذب کرده و هرگاه يکي از آنها بتواند الکترون جذب نمايد دوباره تبديل به مولکول هواي خنثي مي شود. سطح انرژي يک يون خنثي کمتر از يون مثبت مربوطه است و در نتيجه با جذب الکترون مقداري انرژي از مولکول منتشر مي شود. انرژي آزاد شده درست به اندازه انرژي نخستين است که لازم بود براي جدا کردن الکترون از مولکول استفاده گردد. اين انرژي بصورت موج الکترومغناطيس منتشر مي شود و براي مولکول هاي O2 و N2 در طيف نور مرئي قرار دارد.


بهترين زمان براي مشاهده کرونا

کرونا در فضاي آزاد بعد از يک روز باراني تا قبل از زماني که سطوح برقدار خشک شده باشند قابل مشاهده است. پس از خشک شدن کرونا مشاهده نمي شود. نقاط در معرض کرونا با رطوبت خود را بهتر نشان مي دهند. باد مي تواند فعاليت کرونا را کاهش دهد. کرونا مي تواند در اثر قنديل هم ايجاد شود. موتورهاي الکتريکي، ژنراتورها و تابلو هاي داخلي مي توانند کروناي شديد تري ار وسايل خارجي پست ها ايجاد نمايند. تشکيل هواي يونيزه در فضاي بسته و عدم حرکت هوا پديده کرونا را تسريع مي کند و ولتاژهايي را ايجاد مي کند که در ان کرونا رخ دهد موتورها و ژنراتور ها مي توانند با توجه به وجود فن هاي خنک کننده شان هوايي با فشار هاي گوناگون ايجاد کنند.

آشکار شدن کرونا

صداي هيس مانند قابل شنيدن، ازن، اسيد نيتريک (در صورت وجود رطوبت در هوا ) که بصورت گرد کدر سفيد جمع مي شود و نور (قوي ترين تشعشع در محدوده ماوراء بنفش و ضعيف ترين ان در ناحيه نور مرئي و مادون قرمز که مي تواند با چشم غير مسلح نيز در تاريکي با دوربين هاي ماوراء بنفش ديده شود) از نشانه هاي کروناي الکتريکي مي باشند. تخليه بار ناشي از بهمن الکتروني در آزمايشگاه، به سه طريق مختلف مشاهده مي شود. بهترين راه تشخيص کروناي مرئي است که به صورت نور بنفش از نواحي با ولتاژ اضافي ساطع مي شود.

دومين راه شناسايي کروناي صدادار است که در حالي که شبکه مورد مطالعه در ولتاژي بالاتر از آستانه کرونا باشد صدايي به صورت هيس هيس قابل شنيدن است. امواج صوتي توليد شده به وسيله اغتشاشات موجود در هواي مجاور محل تخليه بار، به وسيله حرکت يون هاي مثبت به وجود مي آيند.


سومين و مهمترين راه مشاهده از نظر ظرکت برق اثرات الکتريکي است که منجر به اختلال راديويي مي شود. حرکت الکترون ها (بهمن الکتروني) سبب ايجاد جريان الکتريکي و در نتيجه به وجود آمدن ميدان مغناطيسي و الکترواستاتيکي در مجاورت ان مي شود. شکل گيري سريع و اني بودن اين ميدان ها ولتاز فرکانس بالايي در نزديک آنتن راديويي القا مي کند و منجر به اختلال راديويي مي شود.

انواع کرونا

سه نوع مختلف از کرونا وجود دارد که در نمونه تست EHV در آزمايشگاه مشخص مي شود: تخليه پر مانند، تخليه قلم مويي و تخليه تابشي.
تخليه پر مانند، ديدني ترين آنهاست و علت نامگذاري هم اين است که به شکل پر تخليه مي شود. زمانيکه در تاريکي مشاهده شود داراي تنه متمرکزي حول هادي است که قطر اين هاله نوراني بنفش رنگ از چند اينچ در ولتازهاي پايين تر تا يک فوت و بيشتر در ولتازهاي بالا تغيير مي کند. بروز آثار صوتي اين نوع به صورت هيس هيس بوده و به راحتي توسط يک ناظر با تجربه تشخيص داده مي شود. در تخليه قلم مويي پرچمي از نور به صورت شعاعي از سطح هادي خارج مي شود. طول اين تخليه ها از کمتر از يک اينچ در ولتاژ هاي پايين تا 1 تا 2 اينچ در ولتاژهاي بالا تغيير مي کند. صداي همراه با ان صدايي در پس زمينه مانند صداي سوختن است. تخليه تابشي نور ضعيفي دارد که به نظر مي رسد سطح هادي را در بر گرفته است ولي مانند نوع قلم مويي برجسته نيست. همچنين ممکن است در نواحي بحراني سطح عايق ها در زمان بالا بودن رطوبت رخ دهد. معمولا صدايي با اين نوع تخليه همراه نيست.