Кольцо Корона
В электротехнике , коронирующее кольцо более правильно называемое антикоронным кольцом , представляет собой тороид из проводящего материала , обычно металла, который прикрепляется к клемме или другому аппаратному элементу неправильной формы высоковольтного оборудования. Назначение коронирующего кольца — распределить градиент электрического поля и снизить его максимальные значения ниже порога коронации, предотвращая коронный разряд . Коронные кольца используются в для передачи электроэнергии изоляторах и распределительных устройствах очень высокого напряжения , а также в научно-исследовательской аппаратуре, генерирующей высокое напряжение. Очень похожее устройство — калибровочное кольцо — используется вокруг изоляторов.
Коронный разряд
[ редактировать ]Коронный разряд – это утечка электрического тока в воздух, прилегающий к проводникам высокого напряжения. Иногда его можно увидеть как тусклое синее свечение в воздухе рядом с острыми точками высоковольтного оборудования. Сильное электрическое поле ионизирует воздух, делая его проводящим, позволяя току просачиваться из проводника в воздух в виде ионов . В линиях электропередачи и оборудовании очень высокого напряжения корона приводит к экономически значимой трате энергии и может вывести из строя оборудование по сравнению с его исходным состоянием. В таких устройствах, как электростатические генераторы , генераторы Маркса и ламповые телевизоры, токовая нагрузка, вызванная утечкой коронного разряда, может снизить напряжение, создаваемое устройством, что приведет к его неисправности. Короны также производят вредный и едкий газ озон , который может вызвать старение и хрупкость близлежащих конструкций, таких как изоляторы. Газы создают опасность для здоровья рабочих и местных жителей. По этим причинам коронный разряд считается нежелательным в большинстве электрооборудования.
Как они работают
[ редактировать ]Коронные разряды возникают только тогда, когда электрическое поле (градиент потенциала) на поверхности проводников превышает критическое значение диэлектрической прочности или разрушающего градиента потенциала воздуха. Оно составляет примерно 30 кВ/см на уровне моря, но уменьшается при понижении атмосферного давления. Поэтому коронный разряд представляет собой большую проблему на больших высотах. Электрическое поле на поверхности проводника максимально там, где кривизна наиболее острая, поэтому коронный разряд возникает сначала в острых точках, углах и краях.
Клеммы на оборудовании очень высокого напряжения часто имеют закругленную форму большого диаметра, например, шарики и торы, называемые коронирующими колпачками , для подавления образования коронного разряда. Некоторые части цепей высокого напряжения имеют оборудование с открытыми острыми краями или углами, например точки крепления, где провода или шины подключаются к изоляторам; В этих точках обычно устанавливаются коронные колпачки и кольца для предотвращения образования короны.
Коронирующее кольцо электрически соединено с проводником высокого напряжения, окружающим точки, где может образоваться коронный разряд. Поскольку кольцо имеет тот же потенциал, что и проводник, наличие кольца снижает градиент потенциала на поверхности проводника ниже разрушающего градиента потенциала, предотвращая образование коронного разряда на металлических наконечниках.
Сортировочные кольца
[ редактировать ]
Очень похожее родственное устройство, называемое регулировочным кольцом , также используется в высоковольтном оборудовании. Градирующие кольца подобны коронирующим кольцам, но они окружают изоляторы, а не проводники. Хотя они также могут служить для подавления коронного разряда, их основная цель — уменьшить градиент потенциала вдоль изолятора, предотвращая преждевременный электрический пробой .
Градиент потенциала (электрическое поле) на изоляторе неоднороден, но самый высокий на конце рядом с электродом высокого напряжения. Под воздействием достаточно высокого напряжения изолятор выйдет из строя и станет проводящим в первую очередь на этом конце. Как только часть изолятора на конце электрически разрушается и становится проводящей, на оставшуюся длину подается полное напряжение, поэтому пробой быстро распространится от конца с высоким напряжением к другому, и возникнет дуговая дуга. Следовательно, изоляторы могут выдерживать значительно более высокие напряжения, если градиент потенциала на конце высокого напряжения уменьшен.
Сортировочное кольцо окружает конец изолятора рядом с проводником высокого напряжения. Это уменьшает градиент на конце, что приводит к более равномерному градиенту напряжения вдоль изолятора, что позволяет использовать более короткий и дешевый изолятор для данного напряжения. Градирующие кольца также уменьшают старение и износ изолятора, которые могут возникнуть на стороне высокого напряжения из-за сильного электрического поля там.
В устройствах очень высокого напряжения, таких как генераторы Маркса и ускорительные трубки частиц , изолирующие колонны часто имеют множество металлических выравнивающих колец, равномерно расположенных по их длине. Они соединены цепью делителя напряжения из резисторов высокого номинала, поэтому падение напряжения от каждого кольца к следующему одинаково. Это равномерно распределяет разность потенциалов по длине колонны, поэтому нет пятен с сильным полем, что приводит к наименьшей нагрузке на изоляторы.
Использование
[ редактировать ]Кольца коронного разряда используются в устройствах чрезвычайно высокого напряжения, таких как генераторы Ван де Граафа , генераторы Кокрофта-Уолтона и ускорители частиц , а также в изоляторах передачи электроэнергии , вводах и распределительных устройствах. Производители рекомендуют использовать коронирующее кольцо на конце изолятора для линий электропередачи напряжением выше 230 кВ и на обоих концах для потенциалов выше 500 кВ. Кольца коронного разряда продлевают срок службы поверхностей изолятора, подавляя воздействие коронного разряда. [1]
Коронирующие кольца могут быть установлены также на изоляторах антенн мощных радиопередатчиков . [2] Однако они увеличивают емкость изоляторов. [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Производство, передача и распределение электроэнергии, Том 1 Леонард Л. Григсби, CRC Press, 2007, ISBN 0-8493-9292-6
- ^ Справочник по проектированию антенн, Том 2 Алана В. Раджа, IET, 1983, стр. 873, ISBN 0-906048-87-7
- ^ антенны метрового и дециметрового диапазона волн , Архив CUP