پديده كرونا
کرونا يكي از پديده هايي كه در ارتباط با تجهيزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوي مطرح مي شود. ميدان الكتريكي در نزديكي ماده رسانا مي تواند به حدي متمركز شود كه هواي مجاور خود را يونيزه نمايد. اين مسئله مي تواند منجر به تخليه جزئي انرژي الكتريكي شود، كه به آن كرونا مي گويند. عوامل مختلفي ازجمله ولتاژ، شكل و قطر رسانا، ناهمواري سطح رسانا، گرد و خاك يا قطرات آب مي تواند باعث ايجاد گراديان سطحي هادي شود كه در نهايت باعث تشكيل كرونا خواهد شد.
در حالتي كه فاصله بين هادي ها كم باشد، كرونا ممكن است باعث جرقه زدن و اتصال كوتاه گردد. بديهي است كه كرونا سبب اتلاف انرژي الكتريكي و كاهش راندمان الكتريكي خطوط انتقال مي گردد. پديده كرونا همچنين سبب تداخل در امواج راديويي مي شود.
تعريف كرونا
تخليه الكتريكي ايجاد شده به علت افزايش چگالي ميدان الكتريكي ، كرونا نام دارد. در حالي كه اين تعريف بسيار كلي است و انواع پديده كرونا را شامل مي شود.
ولتاژ بحراني
گراديان ولتاژي (کرونا) كه سبب شكست الكتريكي در عايق شده و به ازاي آن، عايق خاصيت دي الكتريك خود را از دست مي دهد، گراديان ولتاژ بحراني ناميده مي شود. همچنين ولتاژي را كه سبب ايجاد اين گراديان بحراني مي شود ولتاژ بحراني مي نامند.
ولتاژ مرئي كرونا
هرگاه ولتاز خط به ولتاژ بحراني برسد، يونيزاسيون در هواي مجاور سطح هادي شروع مي شود. اما در اين حالت پديده كرونا قابل روئيت نمي باشد. براي مشاهده كرونا، سرعت ذرات الكترون ها در هنگام برخورد با اتم ها و مولكول ها بايد بيشتر باشيد يعني ولتاژ بالاتري نياز است.
ماهيت كرونا
هنگامي كه ميدان الكتريكي سطح هادي از ولتاژ بحراني بيشتر شده باشد، بهمن الكتروني بوجود خواهد آمد كه بوجود آورنده تخليه كروناي قابل روئيت در سطح هادي است. همواره تعداد كمي الكترون آزاد در هوا به علت مواد راديو اكتيو موجود در سطح زمين و اشعه كيهاني، وجود دارد. زماني كه هادي در هر نيمه از سيكل ولتاژ متناوب برقدار مي شود، الكترون هاي هواي اطراف سطح آن بوسيله ميدان الكترواستاتيك شتاب پيدا مي كند.
اين الكترون ها كه داراي بار منفي هستند در نيمه مثبت به طرف هادي شتاب پيدا مي كنند و در نيمه منفي از آن دور مي شوند. سرعت الكترون آزاد بستگي به شدت ميدان الكتريكي دارد. اگر شدت ميدان الكتريكي خيلي زياد نباشد برخورد بين الكترون و مولكول هوا نظير O2 و يا N2 نرم خواهد بود به اين معني كه الكترون از مولكول هوا دور شده و به آن انرژي نمي دهد. به عبارت ديگر اگر شدت ميدان الكتريكي از يك مقدار بحراني معين بيشتر باشد، هر الكترون آزاد در اين ميدان سرعت كافي بدست مي آورد به طوري كه برخوردش با مولكول هوا غير الاستيك خواهد بود و انرژي كافي بدست مي آورد كه به يكي از مدارهاي الكترون هاي دو اتم موجود در هوا برخورد كند. اين پديده يونيزاسيون نام دارد و مولكولي كه اين الكترون از دست مي دهد تبديل به يك يون مثبت مي شود.
الكترون نخستين كه بيشتر سرعتش را در برخورد از دست داده و الكتروني كه مولكول هوا را رانده است هر دو در ميدان الكتريكي شتاب مي گيرند و هر كدام از آنها در برخورد بعدي توانايي يونيزه كردن يك مولكول هوا را خواهند داشت. بعد از برخورد دوم ۴ الكترون به جلو مي آيند و به همين ترتيب تعداد الكترون ها بعد از هر برخورد دو برابر مي شود. در تمام اين مدت الكترون ها به سمت الكترود مثبت مي روند و پس از برخوردهاي بسيار تعدادشان بطور چشم گيري افزايش مي يابد. اين مسئله فرايندي است به وسيله آن بهمن الكتروني ايجاد مي شود، هر بهمن با يك الكترون آزاد كه در ميدان الكترواستاتيك قوي قرار دارد آغاز مي شود.
شدت ميدان الكترواستاتيك اطراف هادي همگن نيست. ماكزيموم شدت آن در سطح هادي و ميزان شدت با دور شدن از مركز هادي كاهش مي يابد. بنابراين با افزايش ولتاژ هادي در ابتدا تخليه الكتريكي فقط در سطح بسيار نزديك ان رخ مي دهد. در نيمه مثبت ولتاژ الكترون ها به سمت هادي حركت مي كنند و هنگاميكه بهمن الكتروني ايجاد شد بطرف سطح هادي شتاب مي گيرند. در نيمه منفي، بهمن الكتروني از سطح هادي به سمت ميدان ضعيف تر جاري مي شود تا هنگامي كه ميدان آنقدر ضعيف شود كه ديگر نتواند الكترون ها را شتاب دهد تا به سرع يونيزاسيون برسند. يون هاي مثبت باقي مانده در بهمن الكتروني به طرف الكترود مثبت حركت مي كنند.
با اين وجود به دليل جرم زيادشان كه ۵۰۰۰۰ برابر جرم الكترون است بسيار كند حركت مي كنند. با داشتن بار مثبت اين يون ها، الكترون جذب كرده و هرگاه يكي از آنها بتواند الكترون جذب نمايد دوباره تبديل به مولكول هواي خنثي مي شود. سطح انرژي يك يون خنثي كمتر از يون مثبت مربوطه است و در نتيجه با جذب الكترون مقداري انرژي از مولكول منتشر مي شود.
انرژي آزاد شده درست به اندازه انرژي نخستين است كه لازم بود براي جدا كردن الكترون از مولكول استفاده گردد. اين انرژي بصورت موج الكترومغناطيس منتشر مي شود و براي مولكول هاي O2 و N2 در طيف نور مرئي قرار دارد.
بهترين زمان براي مشاهده كرونا
كرونا در فضاي آزاد بعد از يك روز باراني تا قبل از زماني كه سطوح برقدار خشك شده باشند قابل مشاهده است. پس از خشك شدن كرونا مشاهده نمي شود. نقاط در معرض كرونا با رطوبت خود را بهتر نشان مي دهند. باد مي تواند فعاليت كرونا را كاهش دهد.
كرونا مي تواند در اثر قنديل هم ايجاد شود. موتورهاي الكتريكي، ژنراتورها و تابلو هاي داخلي مي توانند كروناي شديد تري ار وسايل خارجي پست ها ايجاد نمايند. تشكيل هواي يونيزه در فضاي بسته و عدم حركت هوا پديده كرونا را تسريع مي كند و ولتاژهايي را ايجاد مي كند كه در ان كرونا رخ دهد موتورها و ژنراتور ها مي توانند با توجه به وجود فن هاي خنك كننده شان هوايي با فشار هاي گوناگون ايجاد كنند.
آشكار شدن كرونا
صداي هيس مانند قابل شنيدن، ازن، اسيد نيتريك (در صورت وجود رطوبت در هوا ) كه بصورت گرد كدر سفيد جمع مي شود و نور (قوي ترين تشعشع در محدوده ماوراء بنفش و ضعيف ترين ان در ناحيه نور مرئي و مادون قرمز كه مي تواند با چشم غير مسلح نيز در تاريكي با دوربين هاي ماوراء بنفش ديده شود) از نشانه هاي كروناي الكتريكي مي باشند.
تخليه بار ناشي از بهمن الكتروني در آزمايشگاه، به سه طريق مختلف مشاهده مي شود. بهترين راه تشخيص كروناي مرئي است كه به صورت نور بنفش از نواحي با ولتاژ اضافي ساطع مي شود.
دومين راه شناسايي كروناي صدادار است كه در حالي كه شبكه مورد مطالعه در ولتاژي بالاتر از آستانه كرونا 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 حركت يون هاي مثبت به وجود مي آيند.
سومين و مهمترين راه مشاهده از نظر ظركت برق اثرات الكتريكي است كه منجر به اختلال راديويي مي شود. حركت الكترون ها (بهمن الكتروني) سبب ايجاد جريان الكتريكي و در نتيجه به وجود آمدن ميدان مغناطيسي و الكترواستاتيكي در مجاورت ان مي شود. شكل گيري سريع و اني بودن اين ميدان ها ولتاز فركانس بالايي در نزديك آنتن راديويي القا مي كند و منجر به اختلال راديويي مي شود.
انواع كرونا
سه نوع مختلف از كرونا وجود دارد كه 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 كه به شكل پر تخليه مي شود. زمانيكه در تاريكي مشاهده شود داراي تنه متمركزي حول هادي است كه قطر اين هاله نوراني بنفش رنگ از چند اينچ در ولتازهاي پايين تر تا يك فوت و بيشتر در ولتازهاي بالا تغيير مي كند. بروز آثار صوتي اين نوع به صورت هيس هيس بوده و به راحتي توسط يك 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 كمتر از يك اينچ در ولتاژ هاي پايين تا ۱ تا ۲ اينچ در ولتاژهاي بالا تغيير مي كند. صداي همراه با ان صدايي در پس زمينه مانند صداي سوختن است. تخليه تابشي نور ضعيفي دارد كه به نظر مي رسد سطح هادي را در بر گرفته است ولي مانند نوع قلم مويي برجسته نيست. همچنين ممكن است در نواحي بحراني سطح عايق ها در زمان بالا بودن رطوبت رخ دهد. معمولا صدايي با اين نوع تخليه همراه نيست.