Коронные токи на проводах при переменном напряжении

Коронный разряд на проводах протекает в форме ионизационных процессов, рассмотренных в лекции 1. На рис. 2.1,а показаны кривые напряжения и тока, стекающего с коронирующего провода, а также стадии ионизации, соответствующие отдельным моментам времени на осциллограмме. На рис. 2.1,б стилизованно показан коронный разряд в виде чехла, симметрично охватывающего провод. В отсутствие короны ток, стекающий с провода, чисто емкостный, а следовательно, сдвинут по отношению к напряжению на угол π/2. Ток короны i_K, связанный с перемещением объемного заряда в коронном чехле, накладывается на емкостный ток i_с.Начнем рассмотрение тока i_K с момента времени t₁, когда напряжение проходит через нуль и становится положительным, а ток i_c проходит через максимум. Как будет показано далее, от предшествующего полупериода в коронном чехле остались отрицательные заряды (ионы). Под действием на­пряжения положительного знака отрицательные ионы будут двигаться к проводу.

Рис. 2.1 – Изменение напряжения и тока, стекающего с коронирующего провода, а также зарядов коронного чехла во времени.

Это движение зарядов и есть ток конвекции положительного направления (за положительное направление принято считать направление движения положительных зарядов от провода или, что то же самое, отрицательных зарядов к проводу).

В некоторый момент времени t₂ напряженность поля на проводе достигает критического значения, при котором возникает вспышка коронного разряда положительной полярности. Образующиеся в лавинах коронного разряда электроны поглощаются проводом, что ведет к резкому подъему тока. По мере роста напряжения область ионизации расширяется и ток возрастает. При снижении напряжения некоторое время еще поддерживаются ионизация и поток электронов к проводу.

После прохождения максимума напряжения (в момент времени t₃)ионизация прекращается и ток короны поддерживается за счет движения положительных зарядов (ионов) от провода. Этот ток, очевидно, прекращается, когда напряжение достигает нуля и меняет свои знак. В этот момент провод окружен чехлом положительных зарядов.

Процесс при отрицательной полярности напряжения протекает аналогично. Вначале в момент t₄ начинается перемещение положительных зарядов в коронном чехле, далее в момент t₅ возникает вспышка отрицательной короны. Вынос электронов из области ионизации создает скачок отрицательного тока. За моментом t₆ ионизация прекращается, а ток поддерживается движением положительных зарядов к проводу и отрицательных — от провода. К моменту перехода напряжения через нуль почти весь положительный заряд поглощен проводом и последний оказывается окруженным отрицательным зарядом, как это и предполагалось выше для момента t₁. Суммарный заряд за период близок к нулю. Лишь небольшая доля заряда в каждом из полупериодов не нейтрализуется, а уходит в междуэлектродное пространство.

Рис. 2.2. – Разложение коронного тока (i_К) на активную составляющую i_a.к емкостную составляющую i_СК и третью гармонику i_3к.

Разложив ток i_K на гармоники (рис. 2.2), можно найти, что корона создает гармонику i_a.к совпадающую с напряжением, гармонику i_СК совпадающую с емкостным током i_C, а также высшие гармонические, в первую очередь третью гармонику. Этот результат показывает, что коронирование ведет к потерям энергии, повышению емкости провода и появлению в системе высших гармонических.

Коронный разряд на проводах имеет характер непрерывно развивающихся и затухающих стримеров, с которыми связаны импульсы тока. Эти импульсы генерируют высокочастотные колебания на частотах 1 – 100 МГц, которые распространяются вдоль проводов, тросов и опор и частично излучаются в окружающее пространство. Высокочастотное поле около коронирующей линии создает помехи для радиоприема, телевидения и в. ч. каналов связи. Поэтому коронирование на проводах должно быть ограничено до уровня, допускаемого по условиям радиопомех (под которыми понимаются все виды помех).