Koronaentladung – ihre Auswirkungen und Methoden zu ihrer Reduzierung

By | September 23, 2022

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Die elektrische Energieübertragung hat im Allgemeinen mit sehr hohen Spannungen zu tun, da eine große Menge elektrischer Energie von Kraftwerken zu Lastzentren übertragen werden muss. Bei so viel hohen Spannungen tritt ein Effekt auf, der als Corona-Effekt ist vorgestellt. Da dieser Koronaeffekt zu einem Verlust an elektrischer Energie führt, wird er auch als bezeichnet Koronaentladung.

Was ist der Corona-Effekt in der Übertragungsleitung?

Haben Sie jemals ein zischendes Geräusch gehört, als Sie unter einer Hochspannungsleitung standen? Dass Rauschen ist auf die Koronaentladung zurückzuführen. Koronaentladung wird normalerweise von einem zischenden oder knackenden hörbaren Geräusch, sichtbarem violettem Leuchten, Erzeugung von Ozongas um den Leiter, Leistungsverlust und Funkstörungen begleitet.

Wenn zwischen zwei Leitern eine Potentialdifferenz angelegt wird, wird in der Luft ein Potentialgradient (oder elektrisches Feld) aufgebaut. Dieser Potentialgradient ist an den Oberflächen der Leiter maximal. Unter dem Einfluss dieses Potentialgradienten erhalten vorhandene freie Elektronen in der Luft größere Geschwindigkeiten. Einige freie Elektronen sind aufgrund von kosmischer Strahlung, UV-Strahlung usw. immer in der Luft vorhanden. Je größer die angelegte Spannung, desto größer der Potentialgradient und damit die Geschwindigkeit der freien Elektronen.

Wenn der Potentialgradient an Leiteroberflächen groß genug ist (etwa 30 kV/cm), treffen vorhandene freie Elektronen mit ausreichender Geschwindigkeit auf neutrale Luftmoleküle, um ein oder mehrere Elektronen davon zu lösen. Daher tritt eine kumulative Ionisierung der Luft in der Nähe der Leiteroberflächen auf. Ionisierte Luft ist teilweise leitfähig. Aufgrund der ionisierten Luft tritt eine elektrische Entladung auf, die zu einer Korona führt. Und wenn die Leiter nahe genug beieinander liegen, bricht die Luftisolierung zusammen und es kommt zu einer elektrischen Entladung durch einen Funken.

Die minimale Phase-Neutral-Spannung, bei der eine Korona aufzutreten beginnt, wird als bezeichnet kritische Durchbruchspannung. Und die minimale Phase-Neutral-Spannung, bei der sichtbares Koronaglühen entlang der Leiter erscheint, wird als bezeichnet visuelle kritische Spannung.

Faktoren, die Corona beeinflussen

  • Atmosphäre: Wie bereits erläutert, entsteht die Korona durch Ionisierung der Luft. Es gibt immer einige freie Elektronen in der Luft (was bedeutet, dass Luft in geringem Maße vorionisiert ist). Bei stürmischem Wetter ist die Anzahl der freien Elektronen jedoch höher als unter normalen Bedingungen. In einem solchen Fall tritt Korona bei viel geringerer Spannung auf.
  • Leitergröße: Die Koronaentladung hängt auch von der Form und Größe der Leiter ab. Unregelmäßigkeiten auf der Leiteroberfläche konzentrieren das elektrische Feld an Stellen, was zu einer Korona an diesen Stellen führt. So verursacht ein Litzenleiter mehr Korona als ein Massivleiter mit glatter Oberfläche. Außerdem haben Leiter mit großem Durchmesser einen geringeren elektrischen Feldgradienten an der Oberfläche. Daher erzeugen Leiter mit großem Durchmesser eine geringere Korona als Leiter mit kleinem Durchmesser.
  • Abstand zwischen den Leitern: Ein größerer Abstand zwischen den Leitern reduziert die elektrischen Spannungen zwischen ihnen. Und je größer der Abstand zwischen den Leitern ist, desto geringer ist die Koronabildung.
  • Leitungsspannung: Wie bereits erläutert, ist die Ionisierung der Umgebungsluft mit geringerer Netzspannung geringer. Koronaentladung beginnt aufzutreten, wenn die Spannung größer wird als eine minimale kritische Spannung, die als kritische Durchbruchspannung bezeichnet wird.

Wie kann man die Koronaentladung reduzieren?

Die Koronaentladung geht immer mit einem Leistungsverlust einher (der in Form von Schall, Licht, Wärme und chemischer Einwirkung abgeführt wird). Obwohl dies nur einen kleinen Prozentsatz der Gesamtverluste ausmacht, wird der Leistungsverlust aufgrund von Korona bei schlechten oder nassen Wetterbedingungen erheblich. Koronaentladung kann durch folgende Methoden reduziert werden:

  • Durch Erhöhen der Leitergröße: Wie oben erläutert, ist die Koronaentladung geringer, je größer der Durchmesser des Leiters ist.
  • Durch Vergrößern des Abstands zwischen den Leitern: Je größer der Leiterabstand, desto geringer die Korona.
  • Verwendung von gebündelten Leitern: Die Verwendung eines gebündelten Leiters erhöht den effektiven Durchmesser des Leiters. Dies führt zu einer Verringerung der Koronaentladung.
  • Koronaringe verwenden: Das elektrische Feld ist dort größer, wo die Leiterkrümmung stark ist. Daher tritt die Koronaentladung zuerst an den scharfen Punkten, Kanten und Ecken auf. Um dies abzumildern, werden Koronaringe an den Anschlüssen von Hochspannungsgeräten verwendet, wie z. B. an den Buchsen eines Hochspannungstransformators (Koronaentladung tritt auch in Hochspannungsgeräten auf). Ein Koronaring ist elektrisch mit dem Hochspannungsleiter verbunden und umgibt die Punkte, an denen eine Koronaentladung auftreten kann. Dadurch wird der Potentialgradient an der Oberfläche des Leiters deutlich reduziert, da der Ring durch seine glatte runde Form die Ladung auf eine größere Fläche verteilt.
Koronaentladung am Koronaring einer 500-kV-Freileitung
Koronaentladung am Koronaring einer 500-kV-Freileitung
Bildquelle: Wikimedia Commons