Décharge coronale - origine, caractéristiques et application
Dans des conditions de champs électromagnétiques fortement inhomogènes, sur des électrodes à forte courbure des surfaces extérieures, dans certaines situations, une décharge corona - une décharge électrique indépendante dans un gaz - peut commencer. En tant que pointe, une forme adaptée à ce phénomène peut agir : pointe, fil, coin, dent, etc.
La condition principale pour le début de la décharge est que près du bord tranchant de l'électrode, il doit y avoir une intensité de champ électrique relativement plus élevée que dans le reste du chemin entre les électrodes, ce qui crée une différence de potentiel.
Pour l'air dans les conditions normales (à pression atmosphérique), la valeur limite de l'intensité électrique est de 30 kV/cm ; à une telle tension, une faible lueur semblable à une couronne apparaît à la pointe de l'électrode. C'est pourquoi la décharge est appelée décharge corona.
Une telle décharge se caractérise par l'apparition de processus d'ionisation uniquement au voisinage de l'électrode corona, tandis que la deuxième électrode peut apparaître tout à fait normale, c'est-à-dire sans formation de couronne.
Des décharges corona peuvent parfois être observées dans des conditions naturelles, par exemple à la cime des arbres, lorsque cela est facilité par le schéma de distribution du champ électrique naturel (avant un orage ou pendant une tempête de neige).
La formation de la décharge corona se déroule de la manière suivante. Une molécule d'air est accidentellement ionisée et un électron est émis.
L'électron subit une accélération dans un champ électrique près de la pointe et atteint suffisamment d'énergie pour l'ioniser dès qu'il rencontre la molécule suivante sur son chemin et que l'électron repart. Le nombre de particules chargées se déplaçant dans un champ électrique près de la pointe augmente comme une avalanche.
Si l'électrode corona pointue est une électrode négative (cathode), dans ce cas la couronne sera dite négative et une avalanche d'électrons d'ionisation se déplacera de la pointe de la couronne vers l'électrode positive. La génération d'électrons libres est facilitée par le rayonnement thermionique de la cathode.
Lorsqu'une avalanche d'électrons se déplaçant de la pointe atteint la région où la force du champ électrique n'est plus suffisante pour une ionisation par avalanche supplémentaire, les électrons se recombinent avec des molécules d'air neutres, formant des ions négatifs, qui deviennent alors des porteurs de courant dans la zone à l'extérieur de la couronne. La couronne négative a une lueur uniforme caractéristique.
Dans le cas où la source de la couronne est une électrode positive (anode), le mouvement des avalanches d'électrons est dirigé vers la pointe et le mouvement des ions est dirigé vers l'extérieur de la pointe. Des photoprocessus secondaires près de la pointe chargée positivement facilitent la reproduction des électrons déclenchant l'avalanche.
Loin de la pointe, où l'intensité du champ électrique n'est pas suffisante pour assurer l'ionisation par avalanche, les porteurs de courant restent des ions positifs se déplaçant vers l'électrode négative. La couronne positive est caractérisée par des banderoles qui se propagent dans différentes directions à partir de la pointe, et à des tensions plus élevées, les banderoles prennent la forme de canaux d'étincelles.
Corona est également possible sur les fils des lignes électriques à haute tension, et ici ce phénomène entraîne des pertes d'électricité, qui sont principalement dépensées pour le mouvement des particules chargées et en partie pour le rayonnement.
Corona sur les conducteurs des lignes se produit lorsque l'intensité du champ sur eux dépasse la valeur critique.
Corona provoque l'apparition d'harmoniques plus élevées dans la courbe de courant, ce qui peut fortement augmenter l'influence perturbatrice des lignes électriques sur les lignes de communication et la composante active du courant dans la ligne, en raison du mouvement et de la neutralisation des charges d'espace.
Si l'on ignore la chute de tension dans la couche coronale, alors on peut supposer que le rayon des fils et donc la capacité de la ligne augmente périodiquement et ces valeurs fluctuent avec une fréquence 2 fois supérieure à la fréquence du réseau (la période de ces changements se termine dans la demi-période de la fréquence de fonctionnement).
Étant donné que les phénomènes atmosphériques ont une influence significative sur la perte d'énergie avec la couronne dans la ligne, les principaux types de temps suivants doivent être pris en compte lors du calcul des pertes : beau temps, pluie, gel, neige.
Pour lutter contre ce phénomène, les conducteurs de la ligne électrique sont divisés en plusieurs parties, en fonction de la tension de la ligne, pour réduire la tension locale à proximité des conducteurs et éviter en principe la formation de corona.
En raison de la séparation des conducteurs, l'intensité du champ diminue en raison de la plus grande surface des conducteurs séparés par rapport à la surface d'un seul conducteur de même section, et la charge sur les conducteurs séparés augmente en un nombre de fois inférieur à la surface des conducteurs.
Des rayons de fil plus petits donnent une augmentation plus lente de la perte corona. Les plus petites pertes corona sont obtenues lorsque la distance entre les conducteurs de la phase est de 10 à 20 cm.Cependant, en raison du risque de formation de glace sur le faisceau de conducteurs de phase, ce qui entraînera une forte augmentation de la pression du vent sur la ligne , la distance est de 40 à 50 cm.
De plus, les anneaux anti-corona sont utilisés sur les lignes de transmission haute tension, qui sont des tores constitués d'un matériau conducteur, généralement du métal, qui est fixé à une borne ou à une autre partie matérielle haute tension.
Le rôle de l'anneau corona est de répartir le gradient du champ électrique et d'abaisser ses valeurs maximales en dessous du seuil corona, empêchant ainsi complètement la décharge corona ou au moins les effets destructeurs de la décharge étant transférés de l'équipement de valeur vers le anneau.
La décharge corona trouve une application pratique dans les purificateurs de gaz électrostatiques, ainsi que pour détecter les fissures dans les produits.Dans la technologie de copie — pour charger et décharger les photoconducteurs et pour transférer la poudre colorante sur le papier. De plus, la décharge corona peut être utilisée pour déterminer la pression à l'intérieur d'une lampe à incandescence (par la taille de la couronne dans des lampes identiques).