التفريغ الإكليلي - الأصل والخصائص والتطبيق

في ظل ظروف الحقول الكهرومغناطيسية غير المتجانسة بشكل حاد ، على الأقطاب الكهربائية ذات الانحناء العالي للأسطح الخارجية ، في بعض الحالات يمكن أن يبدأ تفريغ الهالة - تفريغ كهربائي مستقل في الغاز. كنصيحة ، يمكن للشكل المناسب لهذه الظاهرة أن يعمل: طرف ، سلك ، زاوية ، سن ، إلخ.

الشرط الرئيسي لبدء التفريغ هو أنه بالقرب من الحافة الحادة للقطب الكهربي يجب أن يكون هناك مجال كهربائي أعلى نسبيًا من شدة المجال الكهربائي في بقية المسار بين الأقطاب الكهربائية ، مما يخلق فرقًا في الجهد.

بالنسبة للهواء في الظروف العادية (عند الضغط الجوي) ، تبلغ القيمة الحدية للشدة الكهربائية 30 كيلو فولت / سم ؛ عند مثل هذا الجهد ، يظهر وهج ضعيف يشبه الإكليل عند طرف القطب. هذا هو السبب في أن التفريغ يسمى إفرازات كورونا.

يتميز هذا التفريغ بظهور عمليات التأين فقط في محيط القطب الكهربائي الإكليل ، بينما قد يظهر القطب الثاني طبيعيًا تمامًا ، أي بدون تكوين إكليل.

يمكن أحيانًا ملاحظة تصريفات كورونا في الظروف الطبيعية ، على سبيل المثال على قمم الأشجار ، عندما يتم تسهيل ذلك من خلال نمط توزيع المجال الكهربائي الطبيعي (قبل عاصفة رعدية أو أثناء عاصفة ثلجية).

يستمر تكوين تفريغ الاكليل بالطريقة التالية. يتأين جزيء الهواء بطريق الخطأ وينبعث إلكترون.

يختبر الإلكترون تسارعًا في مجال كهربائي بالقرب من الطرف ويصل إلى طاقة كافية لتأينه بمجرد أن يصادف الجزيء التالي في مساره ويقلع الإلكترون مرة أخرى. يزداد عدد الجسيمات المشحونة التي تتحرك في مجال كهربائي بالقرب من الطرف مثل الانهيار الجليدي.

إذا كان قطب الإكليل الحاد عبارة عن قطب سالب (كاثود) ، في هذه الحالة يُطلق على الإكليل اسم سالب وينتقل سيل من إلكترونات التأين من طرف الإكليل إلى القطب الموجب. يتم تسهيل توليد الإلكترونات الحرة عن طريق الإشعاع الحراري للكاثود.

عندما يصل سيل من الإلكترونات التي تتحرك من الحافة إلى المنطقة التي لم تعد فيها قوة المجال الكهربائي كافية لمزيد من تأين الانهيار الجليدي ، تتحد الإلكترونات مع جزيئات الهواء المحايدة ، وتشكل أيونات سالبة ، والتي تصبح بعد ذلك ناقلات حاملة للتيار في المنطقة خارج تاج. الهالة السلبية لها توهج موحد مميز.

في حالة أن مصدر الإكليل هو قطب موجب (الأنود) ، يتم توجيه حركة الانهيارات الجليدية للإلكترونات نحو الحافة ، ويتم توجيه حركة الأيونات إلى الخارج من الطرف. تسهل العمليات الضوئية الثانوية بالقرب من الطرف الموجب الشحنة تكاثر الإلكترونات التي تسبب الانهيار الجليدي.

بعيدًا عن الحافة ، حيث لا تكفي شدة المجال الكهربائي لضمان تأين الانهيار الجليدي ، تظل ناقلات التيار أيونات موجبة تتحرك نحو القطب السالب. تتميز الهالة الموجبة بأجهزة بث تنتشر في اتجاهات مختلفة من الحافة ، وعند الفولتية العالية تتخذ اللافتات شكل قنوات شرارة.

كما أن الكورونا ممكن أيضا على أسلاك خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي ، وهنا تؤدي هذه الظاهرة إلى خسائر في الكهرباء ، والتي تنفق بشكل أساسي على حركة الجسيمات المشحونة وجزئيا على الإشعاع.

يحدث الإكليل على موصلات الخطوط عندما تتجاوز شدة المجال عليها القيمة الحرجة.

يتسبب كورونا في ظهور التوافقيات الأعلى في المنحنى الحالي ، والتي يمكن أن تزيد بشكل حاد من التأثير المزعج لخطوط الطاقة على خطوط الاتصال والمكون النشط للتيار في الخط ، بسبب حركة الشحنات الفضائية وتحييدها.

إذا تجاهلنا انخفاض الجهد في الطبقة الإكليلية ، فيمكننا أن نفترض أن نصف قطر الأسلاك وبالتالي تزداد سعة الخط بشكل دوري وتتقلب هذه القيم بتردد أكبر مرتين من تردد الشبكة ( تنتهي فترة هذه التغييرات في نصف فترة تردد التشغيل).

نظرًا لأن الظواهر الجوية لها تأثير كبير على فقدان الطاقة مع وجود الهالة في الخط ، يجب مراعاة الأنواع الرئيسية التالية من الطقس عند حساب الخسائر: الطقس العادل والمطر والصقيع والثلج.

لمكافحة هذه الظاهرة ، يتم تقسيم موصلات خط الطاقة إلى عدة أجزاء ، اعتمادًا على جهد الخط ، لتقليل الجهد المحلي بالقرب من الموصلات ومنع تكوين الهالة من حيث المبدأ.

بسبب فصل الموصلات ، تنخفض شدة المجال بسبب مساحة السطح الأكبر للموصلات المنفصلة مقارنة بمساحة سطح موصل واحد من نفس المقطع العرضي ، وتزداد الشحنة على الموصلات المنفصلة في عدد مرات أقل من مساحة سطح الموصلات.

يعطي نصف قطر السلك الأصغر زيادة أبطأ في فقد الهالة. يتم الحصول على أصغر خسائر هالة عندما تكون المسافة بين الموصلات في الطور من 10 إلى 20 سم. ومع ذلك ، نظرًا لخطر نمو الجليد على حزمة موصل الطور ، مما يؤدي إلى زيادة حادة في ضغط الرياح على الخط ، المسافة تستغرق 40-50 سم.

بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم الحلقات المضادة للإكليل في خطوط النقل عالية الجهد ، وهي عبارة عن تورويدات مصنوعة من مادة موصلة ، عادة ما تكون معدنية ، متصلة بطرف أو بجزء آخر من الأجهزة عالية الجهد.

يتمثل دور الحلقة الإكليلية في توزيع تدرج المجال الكهربائي وخفض قيمه القصوى إلى ما دون عتبة الإكليل ، وبالتالي منع تفريغ الهالة تمامًا أو على الأقل نقل الآثار المدمرة للتفريغ من المعدات القيمة إلى جرس.

يجد تفريغ كورونا تطبيقًا عمليًا في أجهزة تنقية الغاز الكهروستاتيكية ، وكذلك للكشف عن التشققات في المنتجات.في تقنية النسخ - لشحن وتفريغ الموصلات الضوئية ونقل مسحوق التلوين إلى الورق. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام التفريغ الهالي لتحديد الضغط داخل المصباح المتوهج (حسب حجم الهالة في المصابيح المماثلة).