Descarga coronal - origen, características y aplicación

En condiciones de campos electromagnéticos marcadamente no homogéneos, en electrodos con una gran curvatura de las superficies exteriores, en algunas situaciones puede comenzar una descarga de corona, una descarga eléctrica independiente en un gas. Como punta puede actuar una forma adecuada a este fenómeno: punta, alambre, esquina, diente, etc.

La condición principal para el inicio de la descarga es que cerca del borde afilado del electrodo debe haber una intensidad de campo eléctrico relativamente mayor que en el resto del camino entre los electrodos, lo que crea una diferencia de potencial.

Para aire en condiciones normales (a presión atmosférica), el valor límite de la intensidad eléctrica es de 30 kV/cm; a tal voltaje, aparece un débil resplandor similar a una corona en la punta del electrodo. Esta es la razón por la cual la descarga se llama descarga de corona.

Tal descarga se caracteriza por la aparición de procesos de ionización sólo en la proximidad del electrodo de corona, mientras que el segundo electrodo puede aparecer completamente normal, es decir, sin formación de corona.

Las descargas de corona a veces se pueden observar en condiciones naturales, por ejemplo, en las copas de los árboles, cuando esto se ve facilitado por el patrón de distribución del campo eléctrico natural (antes de una tormenta eléctrica o durante una tormenta de nieve).

La formación de la descarga de corona procede de la siguiente manera. Una molécula de aire se ioniza accidentalmente y se emite un electrón.

El electrón experimenta una aceleración en un campo eléctrico cerca de la punta y alcanza la energía suficiente para ionizarlo tan pronto como se encuentra con la siguiente molécula en su camino y el electrón vuelve a despegar. El número de partículas cargadas que se mueven en un campo eléctrico cerca de la punta aumenta como una avalancha.

Si el electrodo de corona afilada es un electrodo negativo (cátodo), en este caso la corona se llamará negativa y una avalancha de electrones de ionización se moverá desde la punta de la corona hasta el electrodo positivo. La generación de electrones libres se ve facilitada por la radiación termoiónica del cátodo.

Cuando una avalancha de electrones que se mueve desde la punta llega a la región donde la fuerza del campo eléctrico ya no es suficiente para una mayor ionización por avalancha, los electrones se recombinan con moléculas de aire neutras, formando iones negativos, que luego se convierten en portadores de corriente en el área fuera del corona. La corona negativa tiene un brillo uniforme característico.

En el caso de que la fuente de la corona sea un electrodo positivo (ánodo), el movimiento de las avalanchas de electrones se dirige hacia la punta y el movimiento de los iones se dirige hacia el exterior de la punta. Los fotoprocesos secundarios cerca de la punta cargada positivamente facilitan la reproducción de los electrones que desencadenan la avalancha.

Lejos de la punta, donde la intensidad del campo eléctrico no es suficiente para garantizar la ionización por avalancha, los portadores de corriente siguen siendo iones positivos que se desplazan hacia el electrodo negativo. La corona positiva se caracteriza por serpentinas que se extienden en diferentes direcciones desde la punta y, a voltajes más altos, las serpentinas toman la forma de canales de chispa.

La corona también es posible en los cables de las líneas eléctricas de alto voltaje, y aquí este fenómeno conduce a pérdidas de electricidad, que se gasta principalmente en el movimiento de partículas cargadas y en parte en la radiación.

La corona en los conductores de las líneas ocurre cuando la intensidad del campo en ellos excede el valor crítico.

Corona provoca la aparición de armónicos más altos en la curva de corriente, lo que puede aumentar considerablemente la influencia perturbadora de las líneas eléctricas en las líneas de comunicación y el componente activo de la corriente en la línea, debido al movimiento y la neutralización de las cargas espaciales.

Si ignoramos la caída de voltaje en la capa coronal, entonces podemos suponer que el radio de los cables y por lo tanto la capacidad de la línea aumenta periódicamente y estos valores fluctúan con una frecuencia 2 veces mayor que la frecuencia de la red (la período de estos cambios termina en la mitad del período de la frecuencia de operación).

Dado que los fenómenos atmosféricos tienen una influencia significativa en la pérdida de energía con la corona en la línea, se deben tener en cuenta los siguientes tipos principales de clima al calcular las pérdidas: buen tiempo, lluvia, heladas, nieve.

Para combatir este fenómeno, los conductores de la línea eléctrica se dividen en varias partes, dependiendo del voltaje de la línea, para reducir el voltaje local cerca de los conductores y evitar en principio la formación de corona.

Debido a la separación de los conductores, la intensidad de campo disminuye debido a la mayor área de superficie de los conductores separados en comparación con el área de superficie de un solo conductor de la misma sección transversal, y aumenta la carga en los conductores separados en un número menor de veces que la superficie de los conductores.

Los radios de alambre más pequeños dan un aumento más lento en la pérdida de corona. Las pérdidas de corona más pequeñas se obtienen cuando la distancia entre los conductores en la fase es de 10 a 20 cm Sin embargo, debido al peligro de crecimiento de hielo en el haz de conductores de fase, lo que conducirá a un fuerte aumento en la presión del viento en la línea , la distancia es de 40-50 cm.

Además, los anillos anti-corona se utilizan en las líneas de transmisión de alto voltaje, que son toroides hechos de un material conductor, generalmente metal, que se conecta a una terminal u otra pieza de hardware de alto voltaje.

El papel del anillo de corona es distribuir el gradiente del campo eléctrico y reducir sus valores máximos por debajo del umbral de corona, evitando así la descarga de corona por completo o al menos los efectos destructivos de la descarga que se transfieren del equipo valioso al anillo.

La descarga de corona encuentra una aplicación práctica en los purificadores de gas electrostáticos, así como para detectar grietas en los productos.En tecnología de copia: para cargar y descargar fotoconductores y para transferir polvo colorante al papel. Además, la descarga de corona se puede utilizar para determinar la presión dentro de una lámpara incandescente (por el tamaño de la corona en lámparas idénticas).