При определенных условиях вблизи проводников электрического тока с заметно искривленной и заостренной поверхностью может возникать небольшое свечение синего или фиолетового цвета, напоминающее по форме ореол или корону.
Это явление носит название коронного разряда и обусловливается большей напряженностью электрического поля в зоне свечения, чем на других участках электрода, что, в свою очередь, вызывает ионизацию газовой среды с выделением слабого света. Частными случаями коронного разряда, возникающего в природных условиях, можно считать свечения на верхушках деревьев или на концах корабельных мачт («огни святого Эльма»).
Механизм возникновения коронного разряда
Под воздействием электрического поля определенные молекулы внешней среды вокруг электрода ионизируются, то есть их электроны, ускоряясь, слетают с орбит и продолжают ионизацию других молекул. В результате лавинообразно увеличивающиеся заряженные частицы испускают электромагнитную волну и появляется свечение.
Коронирование принято делить на положительное и отрицательное. В возникающей на анодах положительной короне электрод притягивает отрицательно заряженные электроны и отталкивает ионы с плюсовым зарядом. При таком типе коронного разряда непосредственно около проводника наблюдается интенсивное свечение, слабеющее по мере отдаления от острия. Неравномерность фотопроцессов ведет к появлению разветвленных световых каналов (стримеров), внутри которых содержатся ионы и отделенные от них электроны.
Однородность плазмы, в форме которой появляется анодный коронный разряд, объясняется однородностью источника вторичных лавинных электронов. Так как внутренняя и внешняя области положительной короны не разделены прослойкой неионизрованной плазмы, свечение выглядит меньше, чем отрицательное коронированиие при таком же напряжении.
В том случае, когда коронирование возникает на отрицательно заряженном проводнике, масса электронов отталкивается от электрода. Вблизи него при слабом электрическом поле, которое бывает недостаточным для лавинной ионизации, образуются ионы с отрицательным зарядом — во внешней области от короны именно они являются носителями электрического тока. При этом высвобождение электронов происходит непосредственно из катода (так называемая термоэлектронная эмиссия).
При отрицательном коронировании свечение распределяется равномерно. Его форма определяется изогнутостью самого электрода, а также источником лавинной ионизации. Подобное коронирование проявляется пучками, число которых находится в зависимости от силы электрического поля.
Применение
Коронный разряд находит широкое применение в химической промышленности, приборостроении, производстве оргтехники и других отраслях. Так, например, коронирование задействовано в электростатических фильтрах, где электрический разряд способствует очистке газовой среды от примесей дыма и копоти.
При коронном разряде и ионизации газа внутри электрофильтра инородные частицы, будучи захваченными ионами, оседают на электродах — металлических пластинах. В принтерах и копировальных аппаратах коронный разряд переносит красящий элемент с порошком-носителем с фотобарабана на бумагу.
Коронирование также позволяет определить мощность потока элементарных частиц из отдельного источника. Принцип газового разряда применен в счетчике Гейгера. Быстро движущиеся электроны, попадая в прибор при большом напряжении, вызывают ударную ионизацию газа, поддерживающую самостоятельный разряд с последующим повышением силы тока. Изменение мощности коронного разряда также служит показателем уровня давления в лампах накаливания.
Коронный разряд на проводах ЛЭП
Частым проявлением коронного разряда является возникновение характерных электрических дуг на линиях электропередач при достижении критических значений напряженности поля. Как правило, это оборачивается потерями энергии, которая уходит на ионизацию воздуха. Коронированием частично объясняется шум, который издают высоковольтные провода. При этом звуковые волны порождаются сверхчастотными колебаниями электромагнитного поля. Провоцируя повышение частоты тока, корона существенно усиливает негативное влияние ЛЭП на линии связи.
Для предотвращения энергопотерь на коронирующих линиях электропередач применяют метод разделения проводов на группы, ориентируясь при этом на формальный уровень напряжения ЛЭП. Таким образом, около проводов редуцируются локальные напряженности, что сводит к минимуму вероятность появления коронного разряда.
Также принимая во внимание влияние на высоковольтные провода погодных условий, для снижения потерь энергии из-за коронирования при тех или иных уровнях температуры и влажности напряжение в ЛЭП может быть уменьшено до значений, определенных в технических нормативах, где минимальное напряжение определяется сечением провода:
- 70 мм² — 110 кВ;
- 120 мм² — 150 кВ;
- 240 мм² — 220 кВ.
Помимо этого, для снятия коронного разряда с электропередающих линий используются так называемые «антикоронные кольца». Обычно сделанные из металла, эти конструкции регулируют направленное изменение электрического поля и уменьшают напряженность ниже порога коронного разряда. Кольцо берет на себя негативное воздействие от коронирования или устраняет эффект полностью.
Громоотвод
Характерное свечение коронного разряда люди замечали давно. Но только научные опыты в эпоху Просвещения помогли прояснить природу этого явления и создать на его основе громоотводы. Первые модели громоотвода были изобретены в середине XVIII в. М.В. Ломоносовым и Бенджамином Франклином.
Базовую конструкцию устройства составляют три части:
- Металлический стержень, принимающий вероятный разряд молнии. В некоторых случая роль молниеприемника может играть металлический трос, который растягивают над защищаемым строением.
- Токоотвод — проводник заземления, который отводит электрический заряд, полученный от молниепримника. В качестве токоотвода обычно используется трос с достаточно большой толщиной.
- Заземлитель — провод, имеющий контакт с землей. Оптимальное заземление осуществляется с помощью твердого листа металла, который закапывается в землю на небольшую глубину.
При грозе возникающая на Земле электромагнитная индукция порождает электрическое поле большой силы с пиковыми значениями напряжения вблизи заостренных проводников. В этих условиях коронирование может вспыхнуть на острие молниеотвода. При последующей ионизации воздуха на конце металлического стержня снижается напряжение поля, предотвращая накопление индукции на объекте, тем самым уменьшается вероятность попадания в него молнии. Если же разряд и появляется, то он уходит в землю по системе проводников без разрушительных последствий.
Оставить комментарий: