اثر یا تخلیه کرونا -بخش دوم

وقتی پدیده کرونا را مطالعه می‌کنیم، باید حداقل مقدار ولتاژ بین فاز‌ها یا بین یک فاز و خنثی (یا زمین) را که در آن‌ها اثر کرونا رخ می‌دهد محاسبه کنیم.

این ولتاژ، ولتاژ مخرب بحرانی (Critical Disruptive Voltage) یا ولتاژ بحرانی نام دارد و اگر r. (برحسب سانتی‌متر) شعاع هادی، d. (برحسب سانتی‌متر) فاصله بین هادی و خنثی (یا زمین) و U. (برحسب ولت) گرادیان میدان الکتریکی E. (با نماد gradE) باشند، ولتاژ بحرانی G.
با معادله زیر محاسبه می‌شود:

 

که در آن، نماد ln معرف لگاریتم طبیعی است.

برای آنکه اثر کرونا رخ دهد، لازم است مقدار G. بزرگ‌تر یا مساوی ولتاژ بحرانی هوا در فشار جوّ (۱.۰۱۳۲۵×۱۰۵Pa=۱atm=۷۶۰mmHg) و دمای ۲۵∘C باشد که برابر با ۳۰kV/cmاست.

با مشخص بودن مقدار G۰، مقدار gradE که از شرایط بالا تبعیت می‌کند، مقدار ولتاژ مخرب بحرانی (Uc) با معادله زیر محاسبه می‌شود:

 

در شرایط مختلف دمایی و فشار جوّی، چگالی هوا نیز متفاوت خواهد بود. بنابراین، تغییرات را می‌توان با عامل δ. که برای یک فشار P. (برحسب پاسکال) و دمای θ.

(برحسب درجه سانتی‌گراد) و با معادله زیر محاسبه کرد:



اگر G۰′مقدار gradE متناظر با شرایط جوّی جدید باشد، مقدار آن با رابطه زیر به دست می‌آید:



بنابراین، مقدار بحرانی ولتاژ مخرب (Uc′) با معادله زیر محاسبه می‌شود:

 

با توجه به نامنظم بودن سطح هادی و بیان نامنظمی با ضریب m۰، مقدار Uc′به صورت زیر در خواهد آمد:

 

معمولاً مقادیر m۰را به صورت زیر در نظر می‌گیریم:

m۰=۱برای هادی‌های صیقلی
m۰=۰.۹۲تا m۰=۰.۹۸ برای هادی‌های کثیف
m۰=۰.۸تا m۰=۰.۸۷ برای هادی‌های رشته‌ای

یک مقدار دیگر که برای مشخص کردن اثر کرونا مورد استفاده قرار می‌گیرد، ولتاژ بحرانی دیداری یا قابل رؤیت (Visual Critical Voltage) است که با Uvنمایش داده می‌شود و حداقل ولتاژ بین یک فاز و خنثی (یا زمین) برای آن حالتی است که اثر کرونا در کل هادی رخ داده است. این ولتاژ با فرمول تجربی زیر محاسبه می‌شود:

 

ضریب mvهمچنین سنجشی از نامنظمی هادی است و مقادیر زیر را برای آن داریم:

mv=۱برای هادی‌های صیقلی
mv=۰.۷۲تا mv=۰.۸۲برای هادی‌های ناهموار

یک مقدار دیگر که هنگام مطالعه اثر کرونا باید بررسی شود، تلفات ناشی از آن است. این تلفات با در نظر گرفتن مقدار مؤثر Uc
برحسب کیلوولت، ولتاژ مؤثر نامی U.

شبکه برحسب کیلوولت و فرکانس نامی شبکه برحسب هرتز با معادله زیر قابل محاسبه است:

 

اصطلاحات مهم مربوط به کرونا

پدیده کرونا نقش مهمی در طراحی خطوط انتقال هوایی دارد. به همین دلیل، بهتر است که با اصطلاحات مورد استفاده در تحلیل اثر کرونا آشنا شویم.

ولتاژ مخرب بحرانی

ولتاژ مخرب بحرانی (Critical Disruptive Voltage) حداقل ولتاژ فاز به خنثایی است که در آن کرونا رخ می‌دهد. دو هادی به شعاع r. برحسب سانتی‌متر و با فاصله d. برحسب سانتی‌متر از هم را در نظر بگیرید. اگر V. ولتاژ فاز به خنثی باشد، آنگاه گرادیان ولتاژ در سطح هادی به صورت زیر خواهد بود:



برای آنکه کرونا تشکیل شود، مقدار g. باید برابر با قدرت شکست هوا باشد. قدرت شکست هوا در فشار ۷۶cmHg و دمای ۲۵∘C برابر با ۳۰kV/cm (ماکزیمم) یا ۲۱.۲kV/cm (مؤثر) است و با g۰نشان داده می‌شود.

اگر Vcولتاژ فاز به خنثای لازم تحت این شرایط باشد، آنگاه داریم:



که در آن، g۰قدرت شکست هوا در فشار ۷۶cmHg و دمای ۲۵∘C و برابر با ۳۰kV/cm (ماکزیمم) یا ۲۱.۲kV/cm (مؤثر) است.

بنابراین، ولتاژ مخرب بحرانی برابر خواهد بود با:



عبارت بالا برای ولتاژ مخرب، تحت شرایط استاندارد، یعنی فشار ۷۶cmHgو دمای ۲۵∘C است. اگر این شرایط تغییر کند، چگالی هوا نیز تغییر کرده و در نتیجه، مقدار g۰تغییر خواهد کرد.

مقدار g۰رابطه مستقیمی با چگالی هوا دارد. بنابراین، قدرت شکست هوا در فشار b. (برحسب سانتی‌متر جیوه) و در دمای t. (برحسب درجه سانتی‌گراد) برابر با δ. بوده و به صورت زیر تعریف می‌شود:



تحت شرایط استاندارد، مقدار δ=۱ را داریم. ولتاژ مخرب بحرانی را می‌توان به صورت زیر نوشت:



همچنین، یک تصحیح باید برای شرایط سطح هادی انجام داد. این تصحیح، ضریب نامنظمی m۰است که در این صورت ولتاژ مخرب بحرانی را می‌توان به صورت زیر نوشت:



که در آن، َ. m۰به صورت زیر خواهد بود:

برای هادی‌های صیقلی، برابر با ۱
برای هادی‌های کثیف، بین ۰.۹۲تا ۰.۹۸
برای هادی‌های رشته‌ای، ۰.۸تا ۰.۸۷