Phóng điện coronal - nguồn gốc, đặc điểm và ứng dụng

Trong các điều kiện của trường điện từ không đồng nhất mạnh, trên các điện cực có bề mặt bên ngoài có độ cong cao, trong một số trường hợp, có thể bắt đầu phóng điện corona - phóng điện độc lập trong khí. Như một mẹo, một hình dạng phù hợp với hiện tượng này có thể hoạt động: mẹo, dây, góc, răng, v.v.

Điều kiện chính để bắt đầu phóng điện là gần cạnh sắc của điện cực phải có cường độ điện trường tương đối cao hơn so với phần còn lại của đường đi giữa các điện cực, điều này tạo ra sự chênh lệch điện thế.

Đối với không khí ở điều kiện bình thường (ở áp suất khí quyển), giá trị giới hạn của cường độ điện là 30 kV/cm; ở điện áp như vậy, một ánh sáng giống như hào quang yếu xuất hiện ở đầu điện cực. Đây là lý do tại sao việc phóng điện được gọi là phóng điện corona.

Sự phóng điện như vậy được đặc trưng bởi sự xuất hiện của các quá trình ion hóa chỉ ở vùng lân cận của điện cực corona, trong khi điện cực thứ hai có thể xuất hiện hoàn toàn bình thường, nghĩa là không có sự hình thành của corona.

Phóng điện corona đôi khi có thể được quan sát thấy trong điều kiện tự nhiên, chẳng hạn như trên ngọn cây, khi điều này được hỗ trợ bởi mô hình phân bố của điện trường tự nhiên (trước cơn giông hoặc trong cơn bão tuyết).

Sự hình thành phóng điện corona diễn ra theo cách sau. Một phân tử không khí vô tình bị ion hóa và một electron được phát ra.

Electron trải qua một gia tốc trong điện trường gần đầu và đạt đủ năng lượng để ion hóa nó ngay khi nó gặp phân tử tiếp theo trên đường đi của nó và electron lại cất cánh. Số lượng các hạt tích điện chuyển động trong một điện trường gần đầu nhọn tăng lên giống như một trận tuyết lở.

Nếu điện cực corona sắc nét là điện cực âm (cực âm), thì trong trường hợp này, corona sẽ được gọi là âm và một dòng điện tử ion hóa sẽ di chuyển từ đầu của corona sang điện cực dương. Việc tạo ra các electron tự do được tạo điều kiện thuận lợi bởi bức xạ nhiệt của cực âm.

Khi một trận tuyết lở của các điện tử di chuyển từ đầu đến vùng mà cường độ của điện trường không còn đủ để tạo ra quá trình ion hóa thác lũ tiếp theo, các điện tử sẽ kết hợp lại với các phân tử không khí trung tính, tạo thành các ion âm, sau đó trở thành các hạt tải điện ở khu vực bên ngoài vương miện. Vành nhật hoa âm có ánh sáng đồng nhất đặc trưng.

Trong trường hợp nguồn của corona là một điện cực dương (cực dương), chuyển động của các electron hướng về phía đầu và chuyển động của các ion hướng ra ngoài từ đầu. Các quá trình quang hóa thứ cấp gần đầu tích điện dương tạo điều kiện tái tạo các electron kích hoạt tuyết lở.

Ở xa đầu mút, nơi cường độ điện trường không đủ để đảm bảo quá trình ion hóa tuyết lở, các hạt tải điện vẫn là các ion dương chuyển động về phía điện cực âm. Vành nhật hoa dương được đặc trưng bởi các bộ truyền phát lan theo các hướng khác nhau từ đầu và ở điện áp cao hơn, các bộ truyền phát có dạng các kênh tia lửa.

Corona cũng có thể xảy ra trên dây dẫn của đường dây điện cao thế, và ở đây hiện tượng này dẫn đến tổn thất điện năng, chủ yếu dành cho chuyển động của các hạt tích điện và một phần cho bức xạ.

Corona trên dây dẫn của các đường dây xảy ra khi cường độ trường trên chúng vượt quá giá trị tới hạn.

Corona gây ra sự xuất hiện của các sóng hài cao hơn trong đường cong dòng điện, điều này có thể làm tăng mạnh ảnh hưởng nhiễu của đường dây điện lên đường dây thông tin liên lạc và thành phần hoạt động của dòng điện trong đường dây, do sự chuyển động và trung hòa của các điện tích không gian.

Nếu chúng ta bỏ qua sự sụt giảm điện áp trong lớp coronal, thì chúng ta có thể giả định rằng bán kính của dây dẫn và do đó công suất của đường dây tăng định kỳ và các giá trị này dao động với tần số lớn hơn 2 lần so với tần số của mạng ( thời gian của những thay đổi này kết thúc bằng nửa chu kỳ của tần số hoạt động).

Do các hiện tượng khí quyển có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất năng lượng với nhật hoa trong đường dây, nên khi tính toán tổn thất, các loại thời tiết chính sau đây cần được tính đến: thời tiết thuận lợi, mưa, sương giá, tuyết.

Để chống lại hiện tượng này, các dây dẫn của đường dây điện được chia thành nhiều phần, tùy thuộc vào điện áp của đường dây, để giảm điện áp cục bộ gần dây dẫn và ngăn chặn sự hình thành corona về nguyên tắc.

Do sự tách rời của các dây dẫn, cường độ trường giảm do diện tích bề mặt của các dây dẫn được tách ra lớn hơn so với diện tích bề mặt của một dây dẫn có cùng tiết diện và điện tích trên các dây dẫn bị tách rời tăng lên trong một số lần nhỏ hơn diện tích bề mặt của dây dẫn.

Bán kính dây nhỏ hơn làm tăng tổn thất corona chậm hơn. Tổn thất corona nhỏ nhất đạt được khi khoảng cách giữa các dây dẫn trong pha là 10 - 20 cm, tuy nhiên, do nguy cơ băng phát triển trên bó dây dẫn pha sẽ dẫn đến áp suất gió trên đường dây tăng mạnh , khoảng cách là 40-50 cm.

Ngoài ra, các vòng chống corona được sử dụng trên các đường dây truyền tải điện áp cao, là các vòng xuyến làm bằng vật liệu dẫn điện, thường là kim loại, được gắn vào một thiết bị đầu cuối hoặc bộ phận phần cứng điện áp cao khác.

Vai trò của vòng hào quang là phân phối độ dốc của điện trường và hạ thấp các giá trị tối đa của nó xuống dưới ngưỡng hào quang, do đó ngăn chặn hoàn toàn sự phóng điện hào quang hoặc ít nhất là tác động phá hủy của việc phóng điện được truyền từ thiết bị có giá trị sang thiết bị có giá trị. nhẫn.

Phóng điện corona tìm thấy ứng dụng thực tế trong máy lọc khí tĩnh điện, cũng như để phát hiện các vết nứt trên sản phẩm.Trong công nghệ sao chụp — để sạc và xả chất quang dẫn và chuyển bột màu sang giấy. Ngoài ra, sự phóng điện hào quang có thể được sử dụng để xác định áp suất bên trong đèn sợi đốt (theo kích thước của hào quang trong các đèn giống hệt nhau).