هنرجوی برق

پدیده كرونا
یكی از پدیده هایی كه در ارتباط با تجهیزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوی مطرح می شود، كرونا است. میدان الكتریكی در نزدیكی ماده رسانا می تواند به حدی متمركز شود كه هوای مجاور خود را یونیزه نماید. این مسئله می تواند منجر به تخلیه جزئی انرژی الكتریكی شود، كه به آن كرونا می گویند. عوامل مختلفی ازجمله ولتاژ، شكل و قطر رسانا، ناهمواری سطح رسانا، گرد و خاك یا قطرات آب می تواند باعث ایجاد گرادیان سطحی هادی شود كه در نهایت باعث تشكیل كرونا خواهد شد.
در حالتی كه فاصله بین هادی ها كم باشد، كرونا ممكن است باعث جرقه زدن و اتصال كوتاه گردد. بدیهی است كه كرونا سبب اتلاف انرژی الكتریكی و كاهش راندمان الكتریكی خطوط انتقال می گردد. پدیده كرونا همچنین سبب تداخل در امواج رادیویی می شود.

تعریف كرونا
تخلیه الكتریكی ایجاد شده به علت افزایش چگالی میدان الكتریكی ، كرونا نام دارد. در حالی كه این تعریف بسیار كلی است و انواع پدیده كرونا را شامل می شود.

ولتاژ بحرانی
گرادیان ولتاژی كه سبب شكست الكتریكی در عایق شده و به ازای آن، عایق خاصیت دی الكتریك خود را از دست می دهد، گرادیان ولتاژ بحرانی نامیده می شود. همچنین ولتاژی را كه سبب ایجاد این گرادیان بحرانی می شود ولتاژ بحرانی می نامند.

ولتاژ مرئی كرونا
هرگاه ولتاز خط به ولتاژ بحرانی برسد، یونیزاسیون در هوای مجاور سطح هادی شروع می شود. اما در این حالت پدیده كرونا قابل روئیت نمی باشد. برای مشاهده كرونا، سرعت ذرات الكترون ها در هنگام برخورد با اتم ها و مولكول ها باید بیشتر باشید یعنی ولتاژ بالاتری نیاز است.

ماهیت كرونا
هنگامی كه میدان الكتریكی سطح هادی از ولتاژ بحرانی بیشتر شده باشد، بهمن الكترونی بوجود خواهد آمد كه بوجود آورنده تخلیه كرونای قابل روئیت در سطح هادی است. همواره تعداد كمی الكترون آزاد در هوا به علت مواد رادیو اكتیو موجود در سطح زمین و اشعه كیهانی، وجود دارد. زمانی كه هادی در هر نیمه از سیكل ولتاژ متناوب برقدار می شود، الكترون های هوای اطراف سطح آن بوسیله میدان الكترواستاتیك شتاب پیدا می كند.
این الكترون ها كه دارای بار منفی هستند در نیمه مثبت به طرف هادی شتاب پیدا می كنند و در نیمه منفی از آن دور می شوند. سرعت الكترون آزاد بستگی به شدت میدان الكتریكی دارد. اگر شدت میدان الكتریكی خیلی زیاد نباشد برخورد بین الكترون و مولكول هوا نظیر O2 و یا N2 نرم خواهد بود به این معنی كه الكترون از مولكول هوا دور شده و به آن انرژی نمی دهد. به عبارت دیگر اگر شدت میدان الكتریكی از یك مقدار بحرانی معین بیشتر باشد، هر الكترون آزاد در این میدان سرعت كافی بدست می آورد به طوری كه برخوردش با مولكول هوا غیر الاستیك خواهد بود و انرژی كافی بدست می آورد كه به یكی از مدارهای الكترون های دو اتم موجود در هوا برخورد كند. این پدیده یونیزاسیون نام دارد و مولكولی كه این الكترون از دست می دهد تبدیل به یك یون مثبت می شود.
الكترون نخستین كه بیشتر سرعتش را در برخورد از دست داده و الكترونی كه مولكول هوا را رانده است هر دو در میدان الكتریكی شتاب می گیرند و هر كدام از آنها در برخورد بعدی توانایی یونیزه كردن یك مولكول هوا را خواهند داشت. بعد از برخورد دوم 4 الكترون به جلو می آیند و به همین ترتیب تعداد الكترون ها بعد از هر برخورد دو برابر می شود. در تمام این مدت الكترون ها به سمت الكترود مثبت می روند و پس از برخوردهای بسیار تعدادشان بطور چشم گیری افزایش می یابد. این مسئله فرایندی است به وسیله آن بهمن الكترونی ایجاد می شود، هر بهمن با یك الكترون آزاد كه در میدان الكترواستاتیك قوی قرار دارد آغاز می شود.
شدت میدان الكترواستاتیك اطراف هادی همگن نیست. ماكزیموم شدت آن در سطح هادی و میزان شدت با دور شدن از مركز هادی كاهش می یابد. بنابراین با افزایش ولتاژ هادی در ابتدا تخلیه الكتریكی فقط در سطح بسیار نزدیك ان رخ می دهد. در نیمه مثبت ولتاژ الكترون ها به سمت هادی حركت می كنند و هنگامیكه بهمن الكترونی ایجاد شد بطرف سطح هادی شتاب می گیرند. در نیمه منفی، بهمن الكترونی از سطح هادی به سمت میدان ضعیف تر جاری می شود تا هنگامی كه میدان آنقدر ضعیف شود كه دیگر نتواند الكترون ها را شتاب دهد تا به سرع یونیزاسیون برسند. یون های مثبت باقی مانده در بهمن الكترونی به طرف الكترود مثبت حركت می كنند.
با این وجود به دلیل جرم زیادشان كه 50000 برابر جرم الكترون است بسیار كند حركت می كنند. با داشتن بار مثبت این یون ها، الكترون جذب كرده و هرگاه یكی از آنها بتواند الكترون جذب نماید دوباره تبدیل به مولكول هوای خنثی می شود. سطح انرژی یك یون خنثی كمتر از یون مثبت مربوطه است و در نتیجه با جذب الكترون مقداری انرژی از مولكول منتشر می شود.
انرژی آزاد شده درست به اندازه انرژی نخستین است كه لازم بود برای جدا كردن الكترون از مولكول استفاده گردد. این انرژی بصورت موج الكترومغناطیس منتشر می شود و برای مولكول های O2 و N2 در طیف نور مرئی قرار دارد.

بهترین زمان برای مشاهده كرونا
كرونا در فضای آزاد بعد از یك روز بارانی تا قبل از زمانی كه سطوح برقدار خشك شده باشند قابل مشاهده است. پس از خشك شدن كرونا مشاهده نمی شود. نقاط در معرض كرونا با رطوبت خود را بهتر نشان می دهند. باد می تواند فعالیت كرونا را كاهش دهد.
كرونا می تواند در اثر قندیل هم ایجاد شود. موتورهای الكتریكی، ژنراتورها و تابلو های داخلی می توانند كرونای شدید تری ار وسایل خارجی پست ها ایجاد نمایند. تشكیل هوای یونیزه در فضای بسته و عدم حركت هوا پدیده كرونا را تسریع می كند و ولتاژهایی را ایجاد می كند كه در ان كرونا رخ دهد موتورها و ژنراتور ها می توانند با توجه به وجود فن های خنك كننده شان هوایی با فشار های گوناگون ایجاد كنند.

آشكار شدن كرونا
صدای هیس مانند قابل شنیدن، ازن، اسید نیتریك (در صورت وجود رطوبت در هوا ) كه بصورت گرد كدر سفید جمع می شود و نور (قوی ترین تشعشع در محدوده ماوراء بنفش و ضعیف ترین ان در ناحیه نور مرئی و مادون قرمز كه می تواند با چشم غیر مسلح نیز در تاریكی با دوربین های ماوراء بنفش دیده شود) از نشانه های كرونای الكتریكی می باشند.
تخلیه بار ناشی از بهمن الكترونی در آزمایشگاه، به سه طریق مختلف مشاهده می شود. بهترین راه تشخیص كرونای مرئی است كه به صورت نور بنفش از نواحی با ولتاژ اضافی ساطع می شود.
دومین راه شناسایی كرونای صدادار است كه در حالی كه شبكه مورد مطالعه در ولتاژی بالاتر از آستانه كرونا باشد صدایی به صورت هیس هیس قابل شنیدن است. امواج صوتی تولید شده به وسیله اغتشاشات موجود در هوای مجاور محل تخلیه بار، به وسیله حركت یون های مثبت به وجود می آیند.
سومین و مهمترین راه مشاهده از نظر ظركت برق اثرات الكتریكی است كه منجر به اختلال رادیویی می شود. حركت الكترون ها (بهمن الكترونی) سبب ایجاد جریان الكتریكی و در نتیجه به وجود آمدن میدان مغناطیسی و الكترواستاتیكی در مجاورت ان می شود. شكل گیری سریع و انی بودن این میدان ها ولتاز فركانس بالایی در نزدیك آنتن رادیویی القا می كند و منجر به اختلال رادیویی می شود.

انواع كرونا
سه نوع مختلف از كرونا وجود دارد كه در نمونه تست Ehv در آزمایشگاه مشخص می شود: تخلیه پر مانند، تخلیه قلم مویی و تخلیه تابشی.تخلیه پر مانند، دیدنی ترین آنهاست و علت نامگذاری هم این است كه به شكل پر تخلیه می شود. زمانیكه در تاریكی مشاهده شود دارای تنه متمركزی حول هادی است كه قطر این هاله نورانی بنفش رنگ از چند اینچ در ولتازهای پایین تر تا یك فوت و بیشتر در ولتازهای بالا تغییر می كند. بروز آثار صوتی این نوع به صورت هیس هیس بوده و به راحتی توسط یك ناظر با تجربه تشخیص داده می شود. در تخلیه قلم مویی پرچمی از نور به صورت شعاعی از سطح هادی خارج می شود.
طول این تخلیه ها از كمتر از یك اینچ در ولتاژ های پایین تا 1 تا 2 اینچ در ولتاژهای بالا تغییر می كند. صدای همراه با ان صدایی در پس زمینه مانند صدای سوختن است. تخلیه تابشی نور ضعیفی دارد كه به نظر می رسد سطح هادی را در بر گرفته است ولی مانند نوع قلم مویی برجسته نیست. همچنین ممكن است در نواحی بحرانی سطح عایق ها در زمان بالا بودن رطوبت رخ دهد. معمولا صدایی با این نوع تخلیه همراه نیست.

منبع: دانشگاه آزاد اراك