Strom ist im modernen Leben weit verbreitet, sowohl in der Produktion als auch im Alltag. Die Stromerzeugung und ihr Stromverbrauch finden in den allermeisten Fällen nicht an einem Ort statt, und der Abstand zwischen diesen beiden Punkten ist erheblich. Das Hauptmittel, um Strom an den richtigen Ort zu liefern, sind verschiedene Stromleitungen.
Der Bau einer Stromleitung für erhebliche Kapazitäten ist ein sehr kostspieliges Unterfangen. Eine Möglichkeit, die Amortisationszeit der Kapitalkosten zu verkürzen, besteht darin, die Betriebsspannung zu erhöhen: Wenn sie mit konstanter Leistung ansteigt, nimmt der Betriebsstrom ab und dementsprechend sinken die Verluste.
Stromleitungen können auf der Basis von Kabeln oder als Freileitungen (PTL) implementiert werden. Letztere sind insofern vorteilhaft, als Luft als gutes natürliches Dielektrikum eine effektive Trennung der Drähte ermöglicht, was wiederum Kosten spart.
Koronaentladung in Stromleitungen
Verluste bei der Umwandlung in Joule-Wärme direkt in Phasenleitern sind nicht der einzige Verlustmechanismus in Übertragungsleitungen. Hinzu kommen Verluste für die sogenannten. Koronaentladung. Die akustische Wirkung seiner Anwesenheit ist deutlich hörbar, insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit, Knistern und Nachts manifestiert sich die Koronaentladung als Glühen (Korona) um die scharfen Metallkanten Artikel. Ein Beispiel für dieses Phänomen ist in Abbildung 1 dargestellt.
Die Koronaentladung basiert auf dem Effekt des Luftdurchschlags als Isolator, der bei einer elektrischen Feldstärke von mindestens 30 kV / cm auftritt. In diesem Fall wächst die Spannung natürlich im Bereich der scharfen Kante. Das Ergebnis des Abbaus ist die Ionisierung von Luftmolekülen mit dem Auftreten freier Ladungen. Letztere interagieren mit dem elektrischen Feld und werden darin intensiv beschleunigt. Bei der Kollision mit dem nächsten Molekül tritt dessen Sekundärionisation auf, und dann entwickelt sich der Prozess wie eine Lawine.
Aufgrund der Tatsache, dass mit dem Abstand vom Draht die Feldstärke schnell abnimmt (proportional zum Quadrat des Abstandes), gilt der betrachtete Mechanismus:
- hat einen begrenzten Umfang;
- immer an ein unter Spannung stehendes Metallobjekt „gebunden“;
- am intensivsten im Bereich der scharfen Kanten.
Beim Verlassen des Ionisationsbereichs beginnt die Rekombination freier Ladungsträger, die mit der Freisetzung ihrer akkumulierten Energie in Form eines Glühens und eines Klicks einhergeht.
Sorten von koronalen Entladungen
Der Ionisationsprozess kann sowohl an der Kathode beginnen, die eine Lawine von Elektronen erzeugt, als auch an der Anode, die zu einer Quelle positiver Ladungen wird. Die Bewegung der während des Durchschlags erzeugten Ladungen erfolgt immer von einer Elektrode in Richtung der anderen.
In diesem Fall ist aufgrund der größeren Beweglichkeit der Elektronen, bestimmt durch eine geringere Masse, eine große Gleichmäßigkeit ihrer Verteilung im Kern, und die Korona hat infolgedessen eine Gleichmäßigkeit glühen.
Bei positiven Ladungen sind die Bedingungen für die Koronabildung normalerweise lokalisiert, wodurch sie die Form einer Schnur oder eines Funkenkanals annehmen.
Die zweite Elektrode erzeugt möglicherweise keine Korona.
Kronenunterdrückung
Unabhängig von der Art der Korona bedeutet ihr Auftreten das Auftreten eines zusätzlichen Stroms, d.h. Wachstum von Verlusten. Um sie zu reduzieren, ist es am zweckmäßigsten, die Feldstärke unter die Durchschlagstärke zu reduzieren. Am einfachsten ist es, scharfe Kanten an den stromführenden Elementen von Stromleitungen zu beseitigen. Dies ist besonders wichtig bei der Konstruktion von Isolatoren, weil in ihnen ist die Glätte der Detaillinien natürlich gestört. Ein Beispiel ist in Abbildung 2 dargestellt.
Eine kostspieligere und strukturell komplexere, aber gleichzeitig effektivere Möglichkeit, das Problem radikal zu lösen, besteht darin, von den sogenannten Drähten auf Drähte umzuschalten. geteilte Struktur. Ein Beispiel für ihren Aufbau ist in Abbildung 3 dargestellt. In diesem Fall wird das Ziel dadurch erreicht, dass eine Erhöhung der Anzahl der Drähte natürlich die elektrische Feldstärke unter die kritische verringert.