2) Корона при постоянном напряжении.

Выше мы уже отмечали, что при наличии неоднородного поля могут возникать условия, при которых разряд существует, но пробоем не завершается. Он был определён нами как коронный разряд. Несмотря на то, что корона не приводит к перекрытиям изоляции и соответствующим аварийным ситуациям в системах высоковольтного электроснабжения, данный вид разряда оказывает негативное влияние на режимы и эффективность работы линий электропередачи и подстанций высокого напряжения. Поэтому целесообразно рассмотреть явление коронного разряда более подробно.

Разрядные процессы в области сильного поля вблизи коронирующего электрода происходят в лавинной или стримерной форме. Локализация коронного разряда определяется размером зоны сильного поля, превышающего примерно 20 кВ/см. Значение напряжённость электрического поля, необходимое для появления коронного разряда можно вычислить по эмпирической формуле (1), где r – радиус кривизны электрода, δ – относительная плотность воздуха, m – коэффициент шероховатости поверхности. На первой лекции мы отмечали, что микровыступы шероховатых поверхностей являются концентраторами электрического поля, где оно значительно усиливается. Поэтому ионизационные процессы на шероховатых поверхностях начинаются при меньших средних значениях напряжённости поля, чем в случае гладких электродов. Это обстоятельство учитывается в формуле (1) коэффициентом шероховатости. Для гладких поверхностей m=1, для шероховатых m<1.

Поскольку коронный разряд связан с периодическим дрейфом и нейтрализации заряженных частиц, возникновение и исчезновением лавин и стримеров, то он сопровождается акустическими (характерный треск) и электромагнитными помехами. Рассмотрим качественно процесс коронного разряда при постоянном напряжении (рис.1). В случае положительного электрода ударная ионизация возникает на некотором удалении от анода, при этом электроны, как лёгкие и быстрые заряженные частицы быстро покидают область сильного поля, двигаясь в сторону анода и нейтрализуясь на нем. Положительные ионы относительно медленно дрейфуют в сторону слабого поля в направлении от анода, где этот дрейф прекращается. Поэтому вокруг коронирующего анода образуется область с положительным объёмным зарядом.

Вблизи отрицательного коронирующего электрода (катода) свободные электроны появляются непосредственно на его поверхности и производят ионизацию нейтральных атомов. Образованные положительные ионы дрейфуют в сторону катода, где нейтрализуются. Электроны движутся в противоположном направлении в область слабого поля, где теряют скорость и захватываются нейтральными частицами, образуя отрицательные ионы. Поэтому средний заряд «чехла» (области, в которой происходят ионизационные и рекомбинационные процессы) короны на катоде – отрицательный (рис.1).

Наличие дрейфа заряженных частиц, их нейтрализация на электродах обуславливают наличие электрического тока коронирующих электродов. Чем выше потенциал коронирующего электрода, тем большую величину имеет ток короны. На рис.2 приведён пример вольт-амперной характеристики коронного разряда. Если имеет место два коронирующих электрода разных знаков, как на рис.1 и коронные «чехлы» расположены достаточно близко для обмена заряженными частицами друг с другом, то говорят о биполярной короне, ток такого коронного разряд больше, чем в случае уединённого коронирующего проводника, соответствующего униполярному коронному разряду.

Наличие тока короны становится причиной дополнительных потерь при передаче электроэнергии воздушными линиями высокого напряжения. Как мы увидим в дальнейшем, потери на корону могут сыграть заметную роль, снижая эффективность электропередач высокого напряжения.