3.9. Коронный разряд в газе

П ри постепенном повышении напряжения у игольчатого электрода наблюдается ясно видимая электрическая корона (рис.3.21) в виде фиолетового свечения, сопровождаемого шипением. Корона возникает в тех зонах неоднородного электрического поля, где напряженность превышает прочность газообразного диэлектрика и имеются условия для локальной ионизации газа (см. рис. 3.18).

П

Рис. 3.21. Коронный разряд в газе: 1, 3 — плоский и игольчатый электроды; 2 — коронный локальный разряд

ри дальнейшем увеличении напряжения коронный разряд развивается в пробой разрядного промежутка от одного электрода до другого.

На практике приходится встречаться преимущественно с неоднородными электрическими полями. Таковы поля между токоведущими деталями и заземлёнными корпусами высоковольтной аппаратуры, между соседними проводами высоковольтных линий электропередачи, между проводами и землёй.

При коронном разряде образуются озон и окислы азота, разрушительно действующие на органические изоляционные материалы (резины, пластмассы и др.).

Для предотвращения коронного разряда в высоковольтных аппаратах всемерно добиваются однородности электрического поля, устраняя заострённые кромки и заусенцы, прикрывая выступающие детали металлическими полусферическими колпачками — экранами с гладкой поверхностью.

Радиус проводов линии электропередачи обычно не превышает 10…20 мм, а напряжение между ними достигает многих сотен киловольт. Вблизи относительно тонких проводов напряженность электрического поля превышает электрическую прочность воздуха, около них возникает электрическая корона.

Ток утечки через корону с одного метра длины провода составляет всего доли миллиампер, но в линии электропередачи длиной 100 км этот ток исчисляется уже десятками ампер. Снег на проводах или повисшие на них дождевые капли действуют как коронирующие острия и ток короны возрастает. На каждом километре высоковольтной линии электропередачи за счёт тока короны теряется около 10…20 тыс. кВт·ч электроэнергии в месяц.

Д ля уменьшения напряжённости электрического поля и устранения опасности образования короны около проводов каждый из них заменяют несколькими отдельными проводниками, расположенными на определённом расстоянии друг от друга, тем самым как бы увеличивая диаметр провода. При напряжении 500…750 кВ удаётся обойтись тремя – четырьмя проводниками, размещёнными в поперечном сечении по вершинам равностороннего треугольника или квадрата (рис.3.22).

3.10. Использование коронного разряда в электронно-ионных технологиях

Рис. 3.22. Ослабление коронного разряда методом «расщепления» проводов линий электропередачи: А. В. С — провода трёхфазной линии; 1 — опора; 2 — гирлянда изоляторов; 3 — «расщеплённый» провод фазы А

Электронно-ионные технологии предполагают обработку материалов заряженными частицами как совершенным и высокопроизводительным инструментом.

Э лектронно-ионные технологии имеют дело с мелкодисперсными структурами: порошками тонкого помола, мельчайшими капельками жидкости, короткими волокнами, причём это могут быть проводниковые или диэлектрические материалы в твёрдом, жидком или парообразном состоянии.

В

Рис. 3.23. Принцип действия электрофильтра для очистки дымовых выбросов: 1 — источник высокого напряжения; 2 — отрицательный коронирующий электрод; 3 — очищенный газ; 4 — ионизированная дымовая частица; 5 — носитель отрицательного заряда; 6 — положительные осадительные электроды; 7 — загрязняющая дымовая частица; 8 — неочищенный дымовой выброс

оздействуя на заряженные частицы материалов электрическим полем, их можно точно ориентировать в пространстве, разделять на потоки, осаждать плотным однородным слоем на поверхности любой самой сложной формы. Коронный разряд позволяет сепарировать волокна по длине, выделять компоненты из сложной смеси минерального сырья, формировать диэлектрики с заранее заданными механическими и электрическими свойствами.

Электрические фильтры (рис.3.23) применяют в системах вентиляции и удаления газов на цементных заводах, мукомольных предприятиях и обогатительных фабриках, на химических производствах. Твёрдые частицы заряжаются в зоне ионизации у коронирующих электродов и транспортируются электрическим полем к противоположно заряженным осадительным электродам. При помощи электрофильтров из газов удаётся удалить до 99 % твёрдых частиц.

Электроосаждение. Хорошее сцепление осаждаемых заряженных частиц с металлом используют для нанесения защитных лакокрасочных и полимерных покрытий на предварительно подогретые детали. Полимер припекается к поверхности металла, образуя на нём однородный и плотный защитный слой. Металлические трубы с полимерным покрытием не подвержены коррозии и служат значительно дольше обычных даже в агрессивных химических средах.

З ащита электрооборудования от атмосферных перенапряжений. При попадании молнии в провода линии электропередачи напряжение в месте удара мгновенно возрастает до десятков миллионов вольт — возникает атмосферное перенапряжение. Волна перенапряжения с крутым передним фронтом со скоростью, близкой к скорости света, распространяется по проводам и при достижении трансформаторных подстанций может вывести их оборудование из строя.

При перенапряжениях зона ионизированного воздуха вокруг проводов расширяется, электрическая корона на проводах увеличивается в диаметре до нескольких метров. Возрастает и ток утечки короны, а передний фронт волны перенапряжения, «питающей» корону, становится всё более пологим по мере удаления от места удара молнии. С волной перенапряжения, уже сглаженной коронным разрядом, справляются вилитовые разрядники, установленные на проводах линии электропередачи вблизи подстанций (см. раздел 5.8).

Для защиты от прямого удара молнии здания и сооружения оснащают стальными молниеотводами (рис.3.24), поднятыми выше защищаемых объектов.

Н

Рис. 3.24. Коронирующий молниеотвод: 1 — граница зоны защиты; 2 — молниеотвод; 3 —спуск молниеотвода; 4 —заземлитель

а заземлённом молниеотводе грозовой тучей, заряженной противоположно, индуцируются заряды, создающие мощное неоднородное электрическое поле. Его напряжённость особенно велика у верхнего коронирующего конца молниеприёмника, воздух около него ионизирован и потому токопроводен. За счет тока утечки короны индуцированные заряды не накапливаются на защищаемом сооружении, вероятность удара молнии уменьшается.

Если молния всё же ударяет в заземлённый молниеприёмник, то её ток стекает в землю, не причиняя разрушений.