Scarico coronale - origine, caratteristiche e applicazione

In condizioni di campi elettromagnetici nettamente disomogenei, su elettrodi con un'elevata curvatura delle superfici esterne, in alcune situazioni può iniziare una scarica corona - una scarica elettrica indipendente in un gas. Come punta può agire una forma adatta a questo fenomeno: punta, filo, spigolo, dente, ecc.

La condizione principale per l'inizio della scarica è che vicino al bordo tagliente dell'elettrodo ci deve essere un'intensità di campo elettrico relativamente maggiore rispetto al resto del percorso tra gli elettrodi, il che crea una differenza di potenziale.

Per l'aria in condizioni normali (a pressione atmosferica), il valore limite dell'intensità elettrica è di 30 kV/cm; a tale tensione, sulla punta dell'elettrodo appare un debole bagliore simile a una corona. Questo è il motivo per cui la scarica è chiamata scarica corona.

Tale scarica è caratterizzata dalla comparsa di processi di ionizzazione solo in prossimità dell'elettrodo corona, mentre il secondo elettrodo può apparire del tutto normale, cioè senza la formazione di una corona.

Le scariche a corona possono talvolta essere osservate in condizioni naturali, ad esempio sulle cime degli alberi, quando ciò è facilitato dal modello di distribuzione del campo elettrico naturale (prima di un temporale o durante una tempesta di neve).

La formazione della scarica corona procede nel modo seguente. Una molecola d'aria viene accidentalmente ionizzata e viene emesso un elettrone.

L'elettrone subisce un'accelerazione in un campo elettrico vicino alla punta e raggiunge un'energia sufficiente per ionizzarlo non appena incontra la molecola successiva sul suo percorso e l'elettrone decolla di nuovo. Il numero di particelle cariche che si muovono in un campo elettrico vicino alla punta aumenta come una valanga.

Se l'elettrodo corona affilato è un elettrodo negativo (catodo), in questo caso la corona sarà chiamata negativa e una valanga di elettroni di ionizzazione si sposterà dalla punta della corona all'elettrodo positivo. La generazione di elettroni liberi è facilitata dalla radiazione termoionica del catodo.

Quando una valanga di elettroni in movimento dalla punta raggiunge la regione in cui l'intensità del campo elettrico non è più sufficiente per un'ulteriore ionizzazione a valanga, gli elettroni si ricombinano con molecole d'aria neutre, formando ioni negativi, che diventano poi portatori di corrente nell'area esterna alla corona. La corona negativa ha un caratteristico bagliore uniforme.

Nel caso in cui la sorgente della corona sia un elettrodo positivo (anodo), il movimento delle valanghe di elettroni è diretto verso la punta e il movimento degli ioni è diretto verso l'esterno dalla punta. I fotoprocessi secondari vicino alla punta caricata positivamente facilitano la riproduzione degli elettroni che innescano la valanga.

Lontano dalla punta, dove l'intensità del campo elettrico non è sufficiente a garantire la ionizzazione a valanga, i portatori di corrente rimangono ioni positivi che si muovono verso l'elettrodo negativo. La corona positiva è caratterizzata da stelle filanti che si diffondono in direzioni diverse dalla punta, ea tensioni più elevate le stelle filanti assumono la forma di canali di scintilla.

Corona è possibile anche sui fili delle linee elettriche ad alta tensione, e qui questo fenomeno porta a perdite di elettricità, che viene spesa principalmente per il movimento di particelle cariche e in parte per radiazioni.

Corona sui conduttori delle linee si verifica quando l'intensità del campo su di essi supera il valore critico.

Corona provoca la comparsa di armoniche più elevate nella curva di corrente, che possono aumentare notevolmente l'influenza di disturbo delle linee elettriche sulle linee di comunicazione e la componente attiva della corrente nella linea, a causa del movimento e della neutralizzazione delle cariche spaziali.

Se ignoriamo la caduta di tensione nello strato coronale, allora possiamo supporre che il raggio dei fili e quindi la capacità della linea aumenti periodicamente e questi valori fluttuino con una frequenza 2 volte maggiore della frequenza della rete (la periodo di tali variazioni termina nel semiperiodo della periodicità operativa).

Poiché i fenomeni atmosferici hanno un'influenza significativa sulla perdita di energia con la corona in linea, nel calcolo delle perdite dovrebbero essere presi in considerazione i seguenti principali tipi di tempo: bel tempo, pioggia, gelo, neve.

Per combattere questo fenomeno, i conduttori della linea elettrica sono divisi in più parti, a seconda della tensione della linea, per ridurre la tensione locale vicino ai conduttori e prevenire la formazione di corona in linea di principio.

A causa della separazione dei conduttori, l'intensità di campo diminuisce a causa della maggiore superficie dei conduttori separati rispetto alla superficie di un singolo conduttore della stessa sezione, e la carica sui conduttori separati aumenta in un numero di volte minore rispetto alla superficie dei conduttori.

I raggi del filo più piccoli danno un aumento più lento della perdita della corona. Le perdite di corona più piccole si ottengono quando la distanza tra i conduttori nella fase è di 10-20 cm, tuttavia, a causa del pericolo di formazione di ghiaccio sul fascio di conduttori di fase, che porterà a un forte aumento della pressione del vento sulla linea , la distanza è di 40-50 cm.

Inoltre, sulle linee di trasmissione ad alta tensione vengono utilizzati anelli anti-corona, che sono toroidi realizzati in un materiale conduttivo, solitamente metallo, collegato a un terminale o altra parte hardware ad alta tensione.

Il ruolo dell'anello corona è quello di distribuire il gradiente del campo elettrico e abbassare i suoi valori massimi al di sotto della soglia della corona, impedendo così completamente la scarica della corona o almeno gli effetti distruttivi della scarica che vengono trasferiti dall'apparecchiatura di valore al squillo.

La scarica a corona trova applicazione pratica nei depuratori di gas elettrostatici, nonché per rilevare crepe nei prodotti.Nella tecnologia di copiatura - per caricare e scaricare i fotoconduttori e trasferire la polvere colorante sulla carta. Inoltre, la scarica corona può essere utilizzata per determinare la pressione all'interno di una lampada a incandescenza (in base alla dimensione della corona in lampade identiche).