Втрати на корону
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Втрати на корону

Втрати на корону , втрати електроенергії при її передачі унаслідок виникнення коронного розряду (корони). Відмітною особливістю коронного розряду, що визначає його кількісні закономірності, є характерна форма взаємодії іонів, що створюються в процесі розряду, і електричного поля в коронірующего електроду, наприклад дроти лінії електропередачі (ЛЕП). Знак заряду іонів, рухомих із зони іонізації в зовнішню зону, збігається із знаком заряду на коронірующем дроті, що зазвичай веде до ослабіння поля в дроту до деякої, практично постійної величини — критичної напруженості ( E kp ) — і до відповідного посилення поля в останній частині простору (зовнішній зоні). Ця особливість механізму утворення корони обумовлює істотну залежність від напруги на дроті як струму коронного розряду, так і П. на до.

  Доки немає корони, напруженість електричного поля в поверхні дроту Е пр прямо пропорційна напрузі на дроті U і назад пропорційна його радіусу r. Якщо поступово підвищувати U, те відповідно зростатиме і Е пр , доки U не досягне критичного значення U kp , при якому Е пр = Е кр напруженості виникнення корони. При подальшому підвищенні напруги Е пр більш не зростає. Збільшується інтенсивність корони, тобто зростає потік іонів від дроту і переносимий ними електричний заряд r, що доводиться на одиницю об'єму зовнішньої зони. Заряд r зростає рівно настільки, щоб обмежити поле в дроту практично до Е кр , але відповідно збільшеній напрузі він підсилює поле в зовнішній зоні Е ст з. за межами зони іонізації. У збільшеному полі Е ст з . збільшується швидкість руху іонів u, яка пропорційна Е ст з. . В результаті із збільшенням U зростають і об'ємний заряд іонів і швидкість руху цього заряду. Це рівнозначно сильному збільшенню щільність струму корони j до = ru. Відповідно зростає і повний струм корони I до , поточний від дроту в повітря, що оточує його (зв'язок I до с j до залежить від конфігурації і габаритів електродів). Т. до. твір струму корони на напругу дорівнює потужності, що втрачається на корону, то сильна залежність I до від U визначає ще сильнішу залежність від U втрат потужності і енергії. Втрати потужності Р при коронірованії дротів приблизно пропорційні твору U ×( U—u kp ), а втрати енергії рівні Р × Т, де Т — час коронірованія.

  По фізичній природі П. на до. — головним чином теплові, вони обумовлені передачею кінетичної енергії, що запасається іонами в електричному поле, нейтральним молекулам газу в результаті їх зіткнень і підвищенням швидкості молекул і температури газу. Незначна частина втрат (долі або одиниці %) складають втрати на іонізацію газу, хімічні реакції в зоні корони (утворення озону і оксидів азоту в повітрі) і високочастотне випромінювання в діапазоні 10 4 —10 7 гц (т.з. радіоперешкоди від корони).

  П. на до. залежать від структури електричного поля і об'ємного заряду іонів. При змінній напрузі корона «горить» лише частина періоду, до тих пір, поки не буде досягнутий максимум напруги. При подальшому зниженні напруги об'ємний заряд іонів, що залишився, пропорційний максимуму напруги, «гасить» корону, знижуючи напруженість поля на дроті нижче E kp . Проте і при короткочасному горінні корони втрати енергії значительни із-за біполярності структури заряду іонів в полі. В період горіння корони створюється такий заряд — наприклад покладе, іонів r+, який не лише підтримує поле в дроту рівним E kp , але ще і компенсує вплив заряду іонів r - (підсилююче поле), що залишилися від попереднього напівперіоду. З цієї причини П. на до. на ЛЕП змінного струму за інших рівних умов вище, ніж на лініях постійного струму з короною, що безперервно «горить». Це одна з переваг електропередач постійного струму.

  Як зазначено вище, П. на до. на ЛЕП зростають з підвищенням напруги. Єдина дорога обмеження втрат при заданій напрузі лінії — це підвищення U kp , що досягається збільшенням діаметру дротів і (у меншій мірі) збільшенням відстані між дротами. На ЛЕП надвисокої напруги (500 кв і вище) застосовують т.з. розщеплені дроти, тобто пучок з декількох дротів невеликого діаметру (2—3 см ) , рознесених один від одного на 40—50 см і утримуваних ізоляційними розпірками. Такий пучок дротів по величині U kp еквівалентний одному дроту вельми великого діаметру. На лініях 500 кв застосовують 3 дроти в пучку, при 750 кв — 4 дроти, для лінії 1150 кв буде потрібно, ймовірно, вже 6—8 дротів, а загальний діаметр пучка досягне 1—1,5 м. Проте і розщеплювання дротів лише обмежує П. на до., але повністю їх не усуває. Практично втрати відсутні лише в гарну погоду, коли на дротах немає опадів. Краплі дощивши, сніг, іній і т.п., осідаючи на дротах, створюють на них «гострі» виступи і тим самим як би зменшують діаметр дроту, що призводить до зниження U kp на 30—50%, і дроти починають короніровать. На мал. показана діаграма питомих втрат потужності, виміряних при різній погоді на тій, що діє ЛЕП 750 кв. Максимальні втрати (до 1200 квт/км ) спостерігалися при паморозі. Середньорічні втрати (при середньорічному часі роботи лінії під напругою 7000—8000 ч ) на ЛЕП 500 кв складають близько 12 квт/км, на ЛЕП 750 кв — 37 квт/км; можна чекати, що при 1150 кв вони досягнуть 80 квт/км. При великій протяжності ЛЕП високої напруги (500—1000 км. ) П. на до. виявляються значними. Усунення втрат за любої погоди приводить до надмірного зростання вартості як дротів, так і лінії в цілому. Тому вибір конструкції і параметрів лінії визначається на основі техніко-економічного зіставлення витрат на спорудження лінії і вартості втрат енергії. При розрахунках П. на до. U kp для гарної погоди зазвичай вибирається на 10—20% вище, ніж робоче напруга лінії.

  Літ.: Попков Ст І., Електропередачі надвисокої напруги, в кн.: Наука і людство, [т. 6], М., 1967.

  Ст І. Попков.

Діаграма втрат потужності Р на корону в лінії електропередачі напругою 750 кв при різній погоді.