Технические науки/5. Энергетика

Сабирзянов А.Н.

Казанский государственный энергетический университет, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА

В настоящее время наблюдается возрастающий интерес к коронным разрядам. Исследования коронного разряда ведутся в двух направлениях – это физические исследования различных коронных разрядов и их применение для решения технологических задач.

Коронный разряд – разновидность тлеющего разряда, возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острые или тонкие провода). При коронном разряде эти электроды окружены характерным свечением, получившим название короны, или коронирующего слоя. Примыкающая к короне несветящаяся («темная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Коронный разряд может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчетливо он проявляется при давлениях не ниже атмосферного. Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества. При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный ион. Разряд начинается, когда напряжение между электродами достигает так называемого «начального потенциала» короны (типичные значения – тысячи и десятки тысяч вольт). Ток коронного разряда пропорционален разности и подвижности образующихся в разряде ионов газа он обычно невелик (доли мА на 1 см длины коронирующего электрода). При повышении яркость и толщина коронирующих слоев растут. Когда достигает потенциала «искрового перекрытия», коронный разряд переходит в искровой разряд .

Исследование коронного разряда имеет определенную перспективу, из-за его применении в озонаторах и ионизаторах.

Коронный разряд можно классифицировать по следующим характеристикам:

1. В зависимости от знака напряжения, приложенного к коронирующему электроду:

а) положительный;

б) отрицательный;

в) биполярный (перенос заряда осуществляется ионами разных знаков, заряд которых взаимно компенсируется в центральной части разряда).

Положительный коронный разряд образуется на проводнике, заряженном положительно. Этот тип короны имеет небольшой размер и выглядит как свечение вокруг определенного места. Это относительно слабый источник коронного разряда, и он создает очень незначительный звуковой сигнал. В положительной короне коронирующая плазменная область совпадает с областью ионизации.

Отрицательный коронный разряд образуется на проводнике, заряженном отрицательно. Этот тип короны выглядит как пламя, форма, направление и размер которого постоянно изменяются. Эта корона очень чувствительна к изменению параметров окружающей среды. Ее возникновение также приводит к появлению звукового сигнала примерно удвоенной промышленной частоты (например, 100 Гц) или кратной ей.

Биполярная корона постоянного тока возникает в том случае, если оба электрода, на которые подается высокое напряжение, имеют малый радиус кривизны. В зависимости от знака приложенного напряжения на этих электродах будут существовать разные коронные разряды. В случае биполярной короны имеются два коронирующих электрода, которые окружены зоной ионизации. Перенос заряда осуществляется ионами разных знаков, заряд которых взаимно компенсируется в центральной части разряда. Биполярная корона имеет большое значение при проектировании линий электропередач.

2. По характеру импульса:

а) с кратковременным импульсом;

б) импульсный;

в) разряд на постоянном токе.

В целом формы импульсной короны подобны формам короны при постоянном напряжении – свечение наблюдается вблизи активного электрода. Однако при импульсном воздействии корона имеет стримерную форму, тогда как при постоянном напряжении в случае отрицательной полярности активного электрода корона имеет облегающую форму, стримеров не наблюдается.

Применение коронного разряда в электрографии и электростатической печати определяется свойствами короны. Эффективная зарядка частиц красителя осуществляется ионами, которые создаются в активной зоне короны. Перенос частиц красителя к барабану происходит под действием электрического поля коронного разряда.

Областью применения коронных разрядов является и обработка поверхностей полимерных материалов. Как правило, пластики имеют химически инертные и непористые поверхности с низким поверхностным натяжением, что затрудняет образование связей с подложками, печатными красками, покрытиями и клеями. Среди различных пластиков самую низкую поверхностную энергию имеют полиэтилен и полипропилен, именно эти два материала чаще всего подвергаются обработке для улучшения их адгезионных свойств. Цель поверхностной обработки – увеличить смачиваемость поверхности, таким образом, улучшая ее способность к образованию связей с растворителями, клеями, покрытиями и материалами для экструзионного покрытия. Система обработки коронным разрядом предназначена для повышения поверхностной энергии полимерных пленок, фольги и бумаги с целью увеличения смачиваемости и адгезии к печатным краскам, покрытиям и клеям. В результате обработанный материал показывает более высокие печатные и адгезионные свойства, а также более высокую прочность ламинирования.

Практически все электрофильтры для очистки воздуха в помещениях работают на коронном разряде. Установка с электрофильтром для очистки газов состоит в большинстве случаев из двух частей: собственно электрофильтра - осаждающей камеры, через которую пропускают газы, подлежащие очистке, и преобразовательной подстанции с соответствующей аппаратурой. В электрофильтр смонтированы электроды двух типов: осаждающие и коронирующие. Осаждающие выполняются из пластин или труб, а коронирующие выполняются из проволоки круглого или другого профиля. Заряжённые взвешенные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них, а очищенные газы, пройдя электрическое поле, выходят из электрофильтра. Эффективно использование коронного разряда для очистки воды.

Литература:

1. Вовченко А.И., Богуславский Л.З., Голобородько А.Н., Мирошниченко Л.Н., Казарин Ю.Г. Высоковольтный высокочастотный импульсный источник питания для возбуждения и поддержки стримерного коронного разряда систем одновременной электрофильтрации и озонирования промышленных газов. Силовая электроника и энергоэффективность. − 2009.

2. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. − Москва: «Машиностроение». − 1986.