پديده كرونا در اطراف خطوط فشار قوي كه جريان متناوب دارند باعث مقداري تلفات الكتريكي و در شديدترين حالت منجر به قوس الكتريكي و تخليه كامل مي شود. مهمترين علامت آن بوجود آمدن هاله اي نوراني اطراف خطوط فشار قوي است . كرونا در واقع يونيزه شدن نيتروژن هوا است و علت وجود تلفات انرژي ايجاد نور و حرارت در اطراف سطح هادي است . نشانه هاي كرونا شامل نور كه بسته به شدت كرونا طول موج آن از مادون قرمز تا ماوراي بنفش تغيير مي كند. نشانه‌هاي ديگر صداي جرقه‌هاي كوچك الكتريكي و تشكيل گاز ازن (كه بوي آن در محيط اطراف قابل تشخيص است) و بوجود آمدن اسيدنيتريك در اثر تركيب نيتروژن جدا شده از هوا با رطوبت موجود در هوا است كه به صورت گرد سفيد اطراف سيم ها نمايان مي شود.
اگر ولتاژ متناوبي را بين دو هادي که در نزديکي يکديگر قرار دارند اعمال کنيم و آن را به تدريج افزايش دهيم به وضعيتي مي رسيم که پديدهي کرونا اتفاق مي افتد.
اگر سطح هادي ناهموار باشد در لبه ها و نقاط تيزتر به علت افزايش چگالي بار، کرونا شديدتر خواهد بود و پرتو نور ساطع شده درخشان تر است . همچنني اگر فاصله بين هاديها بسيار کم باشد(کمتر از قطر يکي از آنا) قبل از تشکيل کرونا جرقه صورت مي گيرد.

علت بوجود آمدن پديده کرونا :
 

وقتي ولتاژ متناوب که شکل موج سينوسي دارد به حد ولتاژ کرونا برسد ( ولتاژ يونيزاسيون عايق گازي) به علت يونيزه شدن گاز جريان يونيزاسيون به جريان عادي هاديها اضافه مي شود و باعث غير سينوسي شدن شکل موج جريان مي شود که اين موج غير سينوسي به خاطر داشتن هارموني هاي بالا باعث ايجاد پارازيت وتداخل راديويي و اغتشاش در مدارهاي مخابراتي مجاور آن مي شود.

عوامل موثر بر کرونا:
 

1- شرايط جوي:
 

عواملي مانند چگالي هوا، ميزان رطوبت ، باران ، طوفان و صاعقه ها شديد که ولتاژ شکست هوا را تغيير مي دهند بر وقوع کرونا موثر هستند . صاعقه هاي شديد باعث ايجاد ذرات باردار در هوا مي شود و اين ذرات باردار به علت وجود ميدان در اطراف هاديها جمع مي شوند و باعث پايين آمدن ولتاژ کرونا مي شوند.

2-شرايط هادي ها :
 

شرايط فيزيکي هاديها که باعث تغيير ولتاژ کرونا مي شود به سه دسته تقسيم مي شود :
الف- شعاع هاديها :
هر چه هاديها بزرگتر باشد سطح خارجي آنها بزرگتر مي شود و شدت ميزان به ازاي واحد سطح کمتر مي شود با کم شدن شدت ميدان ولتاژ کرونا نيز افزايش مي يابد.
وقتي کرونا بوجود مي آيد و هواي اطراف هاديها را يونيزه مي کند، يونها در اطراف سطح هاديها جمع مي شود و لايه نازکي از هادي را بوجود مي آورند وسطح هادي را افزايش مي دهند و از بيشتر شدن اثر کرونا جلوگيري مي کند.
البته متناسب با زياد شدن شعاع هاديها فاصله ي آنها نيز بايد بيشتر شود و اگر به اندازه کافي از هم فاصله نداشته باشند قبل از وقوع کرونا جرقه کامل ايجاد مي شود.
ب- صاف بودن سطح صافيها:
هر چه ناهمواري سطح هاديها بيشتر باشد به علت شدت بيشتر ميدان در لبه ها و نقاط نوک تيز ، کرونا در آن نقاط در ولتاژ پايينتري رخ مي دهد . در هاديهاي چند رشته به خاطر اين که بين رشته ها ناهمواري ايجاد مي شود در نقاط تيزتر آن کرونا زودتر اتفاق مي افتد.
ج - دماي سطح هاديها:
با عبور جريان از هاديها دماي آن بالا مي رود و باعث مي شود شبنهاي ريز ناشي از رطوبت هوا تبخير شود و در نتيجه ناهمواري سطح کاهش پيدا مي کند و ولتاژ کرونا افزايش مي يابد.
کرونا مزيت هايي را نيز دارد که مهمترين آن ، اين است که هنگام برخوردصاعقه شديد با خطوط انتقال برق مانند يک شير اطمينان عمل مي کند و ولتاژ اضافه ي ناشي از صاعقه به صورت تلفات کرونا از بين مي رود . بنابراين غلب ولتاژ خط را طوري طراحي مي کنند که به ولتاژ بحراني کرونا نزديک باشد تا با برخورد صاعقه بلافاصله کرونا تشکيل شود.
مکانيزم شکست و تخليه الکتريکي را مي توان به سه شکل شکست در عايق هاي جامد، مايع و گاز تقسيم بندي کرد:

-عايق جامد:
 

اين عايق ها نسبت به انواع مايع و گاز کاربرد بيشتري دارد زيرا هم از نظر مکانيکي و هم از نظر الکتريکي داراي مقاومت بيشتري نسبت به انواع مايع و گاز هستند و استفاده از آنها راحت تر است . اما اينعايق ها يک اختلاف يا ايراد نسبت به انوع ديگر دارند بدين معني که پس از وقوع شکست و تخليه الکتريکي به خاطر تغيير شکل فيزيکي و ايجاد حفره ي دائمي ديگر قابل استفاده نخواهد بود . اما انواع مايع وگاز پس از شکست دوباره به حالت اوليه بر مي گردندو قابل استفاده خواهند بود.
مکانيزم شکست در عايق هاي جامد را مي توان به پنج دسته تقسيم کرد که شامل شکست ذاتي، شکست الکترومکانيکي، شکست حرارتي، شکست فرسودگي و شکست لبه ها هستند.

1- شکست ذاتي:
 

در اين شکست که عادي ترين نوع آن است اگر عايق در يک ميدان الکتريکي بالاتراز حد تحمل خود قرار بگيرد دچار شکست وتخليه الکتريکي مي شود که اين ماکزيمم ولتاژ قابل تحمل عايق به نوع آن بستگي دارد.
از عواملي که باعث مي شود اين ولتاژ شکست کاهش پيدا کند مي توان وجود ناخالصي و حرارت را نام برد.
وقتي ذرات ناخالصي که معمولاً تحت تاثير ميدان زودتر از خود عايق الکترون از دست مي دهد، در عايق وجود داشته باشد باعث مي شود الکترون هاي عايق بيشتر شود و عايق زودتر دچار شکست شود . البته از دست دادن الکترون به معناي جدايي کامل آن از اتم نيست بلکه الکترون به تراز انرژي بالاتري به نام تراز هدايت منتقل مي شود . وجود حرارت هم سطح انرژي الکترون ها را بالا مي برد.

2- شکست الکترومکانيکي:
 

وقتي يک عايق جامد در يک ميدان الکتريکي قوي قرار مي گيرد بر آن نيروي جاذبه مکانيکي وارد مي شود و از دو طرف به عايق فشار وارد مي شود وبسته به ميزان مقاومت مکانيکي آن قطر عايق کاهش پيدا مي کند و ولتاژ شکست عايق کمتر مي شود.

3- شکست حرارتي:
 

در عايق ها و نيمه هاديها (برخلاف هادي ها) با افزايش درجه حرارت مقاومت الکتريکي کم مي شود و جريان بيشتري از آن عبور مي کند . دو علت براي بالا رفتن دما وجود دارد :
1- وجود جريان اندکي که از عايق مي گذرد چون هيچ عايقي نمي تواند به طور مطلق جلوي عبور جريان را بگيرد.
2- جدا شدن مرکز تجمع الکترون و بارهاي مثبت اتم به خاطر وجود ميدان است (پلاريزاسيون) زيرا با قرار گرفتن در ميدان براي اين که ابر الکتروني به سمت قطب مثبت ميدان متمايل شود اتم از ميدان مقداري انرژي کسب مي کند و گرم تر مي شود.
اگر حرارت ايجاد شده در عايق سرعت توليد بيشتري نسبت به حرارتي که عايق به محيط اطراف منتقل مي کند داشته باشد و يا دماي محيط اطراف هم به خاطر دفع گرماي عايق بالا رود عايق گرم تر مي شود و در نتيجه جريان بيشتري را از خود عبور مي دهد و روند گرم شدن آن سريعتر ميشود تا جايي که حرارت و جريان به سرعت افزايش يافته وباعث شکست عايق و ايجاد قوس الکتريکي در آن مي شود .
اگر ولتاژ اطراف عايق از نوع متناوب باشد به دليل تغيير جهت دائم ميدان الکتريکي در هم نيم سيکل ولتاژ AC ، ابر الکتروني بايد جهت خود را عوض کند و با هر بار تغيير جهت ، مقداري انرژي از ميدان کسب مي کند . بنابراين دماي يک عايق در برابر ولتاژ AC ،نسبت به ولتاژ DC با سرعت بيشتري بالا مي رود.

4- شکست فرسودگي:
 

فرسودگي عايق معمولاً به صورت حفره ها و يا فضاهاي خالي پراکنده در داخل آن نمايان مي شود که اين حفره ها ممکن است بسيار کوچک باشد البته وجود حفره در عايق سالم و نو نيز قابل انکار نيست زيرا هر چقدر هم کيفيت ساخت عايق بالا باشد باز هم حفره هايي درون آن وجود خواهد داشت .
در داخل اين حفره ها يا گاز(معمولاً هوا) يا مايع (معمولاً آب) است که هر دوي اين حد شکستي کمتر از عايق هاي جامد دارند . پس در ميداني که عايق جامد به راحتي مي تواند تحمل کند گاز يا مايع درون حفره نمي تواند تحمل کند و دچار شکست مي شود . اين نوع شکست مقطعي است و فقط مختص محدوده حفره مي شود اما با هر شکست و تخليه الکتريکي هر حفره ، آن حفره بزرگتر مي شود و به تدريج حفره ها به هم متصل مي شود و عايق دچار روند فرسودگي مي شود تا اينکه اين حفرهها به صورت يک رشته کامل در تمام طول عايق در آيد و عايق دچار شکست و تخليه کامل شود.

5- شکست در لبه ها :
 

هنگامي که يک عايق تحت يک ميدان الکتريکي قرار مي گيرد ، شدت ميدان در لبه هاي عايق بيشتر است و مي تواند باعث ايجاد جرقه هايي در ناحيه لبه ها شود که اين جرقه هاي سطحي به تدريج باعث خوردگي و از بين رفتن عايق مي شود و به داخل آن نفوذ مي کند . اين نوع شکست به صورت شاخه اي به درون عايق پيشروي مي کند ، تا آنکه باعث ايجاد قوس الکتريکي کامل و خرابي عايق مي شود.
- تخليه الکتريکي سطحي: اين نوع تخليه هنگامي صورت مي گيرد که عايق جامد در تماس با عايق گازي يا مايع باشد . يعني عايق جامد تمام فضايي را که ميدان در آن تاثير مي گذارد پر نکرده باشد و چون ولتاژ شکست عايق گازي معمولاً کمتر از عايق هاي جامد است شکست ابتدا در عايق گازي به وجود مي آيد ، اما اين شکست تخليه الکتريکي فقط در قسمتي از عايق جامد يا عايق گازي در تماس است اتفاق مي افتد و در قسمتهاي فقط گازي تخليه صورت نمي گيرد، زيرا اولا در سطح عايق جامد هميشه ناهمواري هايي وجود دارد و چون در نقاط فرورفتگي شدت ميدان بيشتر است زود شکست صورت مي گيرد و گاز يونيزه ميشود . ثانياً در سطح جامد هميشه ناخالصي هايي وجود دارد (مانند گرد و غبار) که اين ناخالصيها و آلودگي ها معمولا ولتاژ شکستي پايين تر از عايق گازي دارد و باعث مي شود که فصل مشترک عايق جامد وگاز زودتر از عايق گازي دچار تخليه و شکست شود.
عايق هاي گازي: مهمترين شرايط ايجاد جريان الکتريکي در يک گاز وجود الکترونهاي آزاد و يونهاي مثبت در آن گاز است و تا وقتي تمام مولکولها يا اتمهاي يکگاز خنثي باشند جرياني از آن ها عبور نخواهند کرد . اما اگر به دليلي حتي براي مدت بسيار کوتاه الکترونها از اتمها با مولکول جدا شود بلافاصله تبديل به هادي مي شود.
يک عايق گازي هنگامي که دچار شکست مي شود که يک نيروي خارجي که توانايي جدا کردن الکترون را داشته باشد بر آن وارد مي شود و گاز دچار پديده يونيزاسيون شود.
انواع يونيزاسيون شامل يونيزاسيون ضربه اي، نوري، حرارتي و سطحي مي باشد .

1- يونيزاسيون ضربه :
 

اگر ذره اي مثل الکترون يا يک اتم پر انرژي با يک اتم يا مولکول خنثي در گاز برخورد کند انرژي خود را به آن اتم يا مولکول مي دهد و اگر اين انرژي آنقدر باشد که توانايي جدا کردن الکترون را از اتم خنثي داشته باشد آن را تبديل به يون مي کند . ذره ي برخورد کننده اگر از نوع الکترون يا يون باشد انرزي خود را مي تواند از ميدان کسب کند و نيز ممکن است برخورد در چند مرحله انجام شود يعني بار اول ذره انرژي کافي براي جدا کردن الکترون را نداشته باشد و چون انرژي خود را به الکترون مي دهد الکترون انرژي کمتري براي جدايي کامل نياز دارد تا اينکه با برخوردي ديگر به طور کامل از اتم جدا مي شود.

2- يونيزاسيون نوري:
 

عامل ديگري که مي تواند به الکترون انرژي لازم براي جدا شدن را بدهد ، امواج الکترومغناطيس با فرکانس بالا يا همان فوتون پر انرژي مي باشد . مهمترين منبع براي يونيزاسيون نوري برگشت يونها و مولکولهاي تحريک شده به وضعيت عادي است زيرا وقتي يک يون به اتم خنثي تبديل مي شود و نيز هنگامي که اتم يا مولکول تحريک شده به وضعيت عادي برگردد دچار افت انرژي يم شود و قسمتي از اين انرژي را به صورت فوتون از دست مي دهد . موارد ديگري مانند پرتوهاي کيهاني ويا اشعه ماوراي بنفش خورشيد نيز هستند که باعث مي شود گازها مقدار کمي الکترون آزاد داشته باشد.

3- يونيزاسيون حرارتي:
 

طبيعتاً هر چه دماي گاز بالاتر رود سرعت حرکت مولکولهاي آن هم زيادتر و در نتيجه تعداد برخوردها بيشتر مي شود اما دمايي که بتواند منجر به يونيزه شدن گاز شود دماي بسيار بالايي (چندين هزار درجه است ) که در حالت عادي به اين دما نمي رسد . يکي از مواردي که مي تواند گاز را تا اين حد گرم کند قوس الکتريکي است .

4- يونيزاسيون سطحي:
 

اين پديده در سطح تماس بين عايق گازي و الکترودهايي که در دو طرف آن قرار گرفته است به وجود مي آيد ، طوري که ديگر الکترون آزاد مربوط به گاز نيست بلکه الکترون از سطح الکترودها خارج مي شود . البته تحت شرايط خاصي اين اتفاق مي افتد، چون نيروي بين شبکه يوني فلز و الکترودهاي آزاد اجازه خروج الکترون را نمي دهد و بايد الکترون انرژي لازم براي غلبه بر اين نيرو را به دست آورد .
الف- فوتو هايي که داراي انرزي بيشتر از انرژي آزاد سازي باشند در صورت برخورد با الکترون ها مي توانند آنها را از سطح فلز آزاد کنند . البته هيچ وقت تمام فوتونهاي برخوردي اين کار را انجام نمي دهند بلکه مقداري از آنها باز تابيده مي شوند و مقداري نيز صرف گرم کردن فلز مي شود.
ب- بمباران سطح کاتد توسط يونهاي اتمهاي تحريک شده هم مي تواند منجر به خروج الکترون از سطح الکترود شود . يونها هنگام بوجود آمدن داراي انرژي جنبشي هستند که اين انرژي هنگام برخورد با کاتد به الکترون منتقل و باعث جدا شدن آن از سطح کاتد مي شود . حتي يونهايي که انرژي کافي ندارد هم هنگام برخورد با انتقال انرژي پتانسيل خود باعث جدا شدن الکترون مي شوند(نحوه ي اين نوع انتقال به درستي مشخص نشده ولي آزمايش آن را به ثبات رسانده)
از بين انواع يونيزاسيون نوع ضربه اي از اهميت بالاتري برخوردار است زيرا نوع حرارتي نياز به دماي خيلي بالا دارد .مانند دماي قوس الکتريکي کا گازها در اين دما قرار ندارند . نيز گازها معمولاً در برابر امواج مغناطيسي با طول موج پايين قرار نمي گيرند و يونيزاسيون سطحي نيز نياز به ميدان الکتريکي خيلي قوي دارد تا به يون انرژي کافي بدهد.
- پديده بهمن الکتروني و تخليه الکتريکي تانزند 1:
اگر به دو الکترود که بين آنها يک گاز قرار دارد منبع ولتاژي نصب کنيم جريان بسيار کمي برقرار مي شود . علت برقراري اين جريان وجود تعداد کمي الکترونآزاد است که در اثر يونيزاسيون اندک نوري و يا سطحي بوجود آمده اند . حال اگر اين اختلاف پتانسيل زياد شود، به خاطر افزايش سرعت اين الکترونها و يونها هنگام رسيدن به آند و کاتد جريان عبوري کمي بيشتر مي شود . اما از اين حدي ديگر تغييري در جريان پيش نمي آيد .با افزايش خيلي بيشتر اختلاف پتانسيل به حدي مي رسيم (ولتاژ شکست گاز) که الکترونهاي آزاد انرژي کافي براي جدا کردن الکترونهاي اتم هاي خنثي و ايجاد يونيزاسيون ضربه اي پيدا مي کند که باعث مي شود تعداد الکترونهاي آزاد بيشتر شود.
الکترونهاي جديد نيز با دريافت انرژي از ميدان در برخورد با اتمهاي ايجاد الکترون مي کند پس با افزايش ولتاژ تعداد الکترون ها به صورت تصاعدي زياد مي شود و ناگهان بهمني از الکترون پديد مي آيد که باعث مي شود جريان با سرعت زيادي افزايش پيدا کند و تخليه کامل صورت مي گيرد.
اين نوع تخليه الکتريکي را غير مستقيم هم مي گويند چون يک عامل خارجي(همان منبع ولتاژ) باعث ايجاد آن شده و در صورت قطع آن تخليه انجام نمي شود.
تخليه الکتريکي مستقل: اگر با ادامه ي عمليات قبل ولتاژ را باز هم بالاتر ببريم يونهايي که بهکاتد مي رود آنقدر از ميدان الکتريکي انرژي کسب مي کنند که مي توانند الکترونهايي اضافه مي توانند الکترونهاي بيشتري را آزاد کنند و روند باز هم به صورت تصاعدي پيش مي رود تا جايي که عايق تبديل به هادي شود . اگر منبع ولتاژ را قطع کنيم با زهم يونيزاسيون سطحي ادامه خواهد داشت و تخليه قطع نمي شود .
شکست در عايقهاي مايع: در مورد شکست وتخليه الکتريکي عايق هاي مايع اطلاعات کمتري نسبت به نوع جامد وگاز وجود دارد . به طور کلي شکست عياقهاي مايع را مي توان به شکست الکتروني ، شکست در اثر ذرات ناخالص جامد، شکست در اثر حبابهاي ناخالص گازي و شکست در اثر قطرات مايعات ديگر تقسيم بندي کرد.

1- نظريه شکست الکتروني:
 

کاملاً شبيه تخليه تانزند در گازها است که در صورت برقراري ميدان الکتريکي سه مرحله دارد. اول يک جريان کم از آن عبور مي کند که همان الکترونهاي آزاد و ناخالصي ها باعث آن مي شود سپس با افزايش ميدان ، جريان مقداري بيشتر شده و ثابت مي ماند.
سپس با افزايش خيلي زياد ولتاژ به علت رسيدن انرژي الکترونها به مقدار کافي براي جادا کردن الکترون جديد جريان به سرعت زياد مي شود و تخليه ثانوي بر اثر جدا شدن الکترون از کاتد هم به وقوع مي پيوندد.

2- شکست در اثر ذرات ناخالصي جامد:
 

وجود ذرات ناخالصي جامد نظير براده ي آهن و يا بقاياي الياف يا ذراتي که از صافي خالص سازي عايق به جا مانده مي تواند باعث پايين تر آمدن ولتاژ شکست شود . هنگامي که عايق در يک ميدان الکتريکي قرار گيرد اين ذرات معلق به صورت منظم درجهت خطوط ميدان قرار مي گيرد و به صورت زنجيره اي متصل به هم بين دو الکترود قرار مي گيرد و باعث مي شود تخليه به صورت جرقه هاي ريز بين اين ذرات قرار بگيرد . اثر اين جرقه ها دماي آن نقاط بالا رفته و در اثر تجزيه عايق مايع به وسيله جرقه و گرما مولکولهاي آب توليد مي شود که وجود رطوبت خود باعث ايجاد تخليه الکتريکي مي شود.

3- شکست در اثر حبابهاي ناخالص گازي:
 

تخليه هاي جزيي که ممکن است بر اثر مواردي مثل ناهمواري هاي الکترودها( در نقاط فرورفتگي و لبه ها که ميدان قوي تر است ) باعث گرم شدن عايق و تجزيه آن مي شود که باعث به وجود آمدن حبابهاي گازي در عايق مي شود.
اين حبابها به صورت محلول يا غوطه ور در مايع يا چسبيده به سطح کاتد تشکيل مي شود . البته موارد ديگري مثل تغيير درجه حرارت و يا هم زدن مايع نيز مي تواند باعث حباب مي شود . معمولاً چون شدت ميدان داخل حبابها بيشتر از داخل عايق است (به خاطر آنکه حبابها از جنس گاز هستند ) و نيز استقامت الکتريکي حبابها کمتر از عايق مايع است حبابها زودتر دچار شکست مي شوند و جرقه و تخليه الکتريکي در داخل آن بوقوع مي پيوندد.
جرقه هاي داخل حباب باعث گرم تر شدن مايع اطراف آنها و تبخير آن مي شود که در نتيجه حبابهاي گازي بيشتري توليد مي شود و اين روند آنقدر ادامه مي يابد که حبابها با قرار گرفتن درجهت ميدان تشکيل يک زنجيره وحفره ي گازي بين دو الکترود بدهند و باعث تخليه الکتريکي کامل مي شود.

4- شکست در اثر ناخالصي قطرات مايع ديگر:
 

ناخالصي هاي مايع مثل ناخالصي هاي جامد عمل مي کنند که مهمترين آنها آب يا همان رطوبت است . ذکر اين نکته لازم است که اين ناخالصي ها وقتي به صورت محلول هستند کمتر از حالت شناور بودن قطرات به عايق آسيب مي رسانند.
ارسال توسط کاربر محترم سايت : mashhadizadeh
/ج