§3.2. Корона на проводах при постоянном напряжении

При постоянном напряжении различают два различных вида коронного разряда - униполярный и биполярный.

Униполярная корона возникает в том случае, когда коронирующие провода в промежутке имеют одинаковую полярность (например, промежуток провод - плоскость на рис. 1.12а). При униполярной короне вся внешняя зона заполнена зарядами того же знака, что и коронирующий провод (или провода).

Биполярная корона возникает в том случае, когда коронирующие провода имеют противоположную полярность (например, промежуток провод - провод на рис. 1.12б). Во внешней зоне биполярной короны ионы разных знаков движутся навстречу друг другу. Если бы на границе нулевого потенциала I-I происходила полная рекомбинация ионов, биполярная корона состояла бы из двух не зависящих друг от друга униполярных коронных разрядов. В действительности на границе раздела происходит лишь частичная ре­комбинация ионов, и значительная их часть проникает во внешнюю зону провода противоположной полярности, уменьшая суммарный объемный заряд этой зоны, а следовательно, и u_об . Для того чтобы восстановить нормальное значение u_об, обеспечивающее сохранение начальной напряженности поля на поверхности провода, ионизация в чехле короны должна возрасти и из чехла короны должен выделяться больший заряд, часть которого тратится на нейтрализацию заряда противоположного знака. Благодаря этому ток короны, следовательно, и потери энергии в биполярной короне значительно больше, чем в униполярной. Увеличение потерь в биполярном режиме по сравнению с униполярным связано также с распадом (явлением, обратным прилипанию) отрицательных ионов в зоне ионизации провода, имеющего положительную полярность. Отрицательные ионы приходят к положительному проводу от отрицательного коронирующего провода и в результате распада создают в зоне ионизации дополнительные свободные электроны. Появление таких электронов в зоне ионизации приводит к увеличению тока короны, а следовательно, и потерь на корону. Кроме того, появление в зоне ионизации дополнительных свободных электронов равнозначно увеличению коэффициента вторичной ионизации . Увеличение же , согласно уравнению самостоятельности разряда в неоднородном поле, обеспечивает поддержание самостоятельного разряда при меньших напряженностях. Напряженность на поверхности провода в условиях развитой короны называется критической (Е_к).

Для определения потерь энергии на корону при постоянном напряжении необходимо проанализировать движение объемного заряда во внешней зоне. Эта весьма сложная задача наиболее успешно решена в работах академика В.И.Попкова, который получил интегродифференциальное уравнение, численное решение которого позволяет получить вольт-амперную характеристику короны, т. е. зависимость среднего тока I_ср от приложенного напряжения. Грубо приближенно эта характеристика может быть выражена уравнением

I_cp = GU(U-U_к), (1.7)

причем коэффициент G определяется геометрическими размерами линии, коэффициентами подвижности и рекомбинации ионов.

При напряжениях, близких к начальному, которые определяются по выражению (1.5) или (1.6), экспериментальные данные хорошо согласуются с выражением (1.7), а при меньших напряжениях существенно от нее отличаются. Это связано с тем, что по выражению (1.5) определяют напряжение появления так называемой общей короны, которая в основном охватывает весь провод. При меньших напряжениях корона возникает только на отдельных наиболее крупных неровностях поверхности провода. Такая корона называется местной и начинается при напряжении U_oм U_o. По мере увеличения напряжения количество очагов ионизации возрастает, и местная корона постепенно переходит в общую. Выражение (1.7) справедливо только для общей короны.

Потери энергии при общей короне равны

P = I_cpU = GU²(U-U_к) (1.8)

и очень быстро растут при увеличении напряжения.