Коронный разряд и его применение¶

Коронный разряд — это самостоятельный электрический разряд в газе, возникающий в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с малой кривизной поверхности (острия, тонкие провода, края пластин). Характеризуется частичной ионизацией газа в ограниченной области и свечением, форма которого напоминает корону или венец, откуда и происходит название. Возникает при напряжённости поля, превышающей пороговое значение, но недостаточной для полного пробоя промежутка между электродами.

¶Физическая природа

В сильном электрическом поле свободные электроны, всегда присутствующие в газе в малом количестве, ускоряются и приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации молекул. Возникает лавинообразное размножение носителей заряда. Ионы, обладая значительно большей массой, не успевают набрать скорость и накапливаются у острия, образуя объёмный заряд, который ослабляет поле вблизи электрода и гасит разряд. Это явление называется ионизационным торможением.

Различают два вида короны:

• Униполярная — возникает у одного электрода, когда второй имеет большую поверхность и поле у него слабое.
• Биполярная — образуется при высоких напряжениях у обоих электродов.

По полярности различают положительную и отрицательную корону, которые отличаются распределением объёмного заряда и внешним видом свечения. Отрицательная корона обычно имеет вид отдельных светящихся точек, положительная — однородной оболочки.

¶Условия возникновения

Появление разряда зависит от:

• формы и радиуса кривизны электродов;
• расстояния между ними;
• давления и состава газа;
• влажности и температуры среды;
• величины приложенного напряжения.

Критическая напряжённость поля для воздуха при нормальных условиях составляет порядка 30 кВ/см. Чем меньше радиус кривизны электрода, тем ниже напряжение зажигания короны.

¶Применение

¶Электрофильтры

Наиболее массовое техническое применение коронного разряда — очистка промышленных газов в электрофильтрах. Газ пропускают через систему коронирующих электродов и осадительных пластин. Частицы пыли и аэрозолей получают заряд в зоне короны и под действием поля осаждаются на пластинах. Метод применяется на тепловых электростанциях, металлургических и цементных производствах, обеспечивая улавливание до 99 % твёрдых частиц.

¶Электростатическая окраска

В установках порошковой и аэрозольной окраски частицы краски заряжаются в поле коронного разряда и притягиваются к окрашиваемой поверхности. Это повышает равномерность покрытия и снижает потери материала.

¶Копировальная техника

В ксерографии и лазерных принтерах коронный разряд используется для зарядки фоторецептора и переноса тонера на бумагу. Коронирующие провода и ролики формируют равномерный заряд на поверхности фотобарабана.

¶Счётчики и детекторы

Коронный разряд лежит в основе работы счётчиков частиц, газоразрядных детекторов, приборов для измерения ионизирующих излучений.

¶Озонирование и ионизация воздуха

В озонаторах коронный разряд служит для синтеза озона из кислорода. Ионизаторы воздуха на его основе применяются в системах вентиляции и очистки.

¶Негативные проявления

Коронный разряд — источник потерь электроэнергии на линиях электропередачи высокого напряжения, особенно при неблагоприятной погоде (дождь, снег, изморозь). Свечение вокруг проводов и характерное потрескивание указывают на наличие короны. Для снижения потерь применяют расщепление проводов на несколько составляющих, увеличение их диаметра, а также выбор оптимальной геометрии фаз.

Корона вызывает эрозию изоляции, радиопомехи, выделение озона и оксидов азота, что учитывается при проектировании высоковольтного оборудования.

¶Историческая справка

Свечение, связанное с коронным разрядом, наблюдалось ещё в XVIII веке при опытах с электростатическими машинами. Систематическое изучение явления связано с развитием электротехники конца XIX — начала XX века, когда высоковольтные линии и промышленные электрофильтры сделали проблему короны практически значимой. Теория униполярной короны была разработана в первой половине XX века.