Потери на корону

Определение "Потери на корону" в Большой Советской Энциклопедии

Потери мощности в линии электропередач

Потери на корону, потери электроэнергии при её передаче вследствие возникновения коронного разряда (короны). Отличительной особенностью коронного разряда, определяющей его количественные закономерности, является характерная форма взаимодействия ионов, создаваемых в процессе разряда, и электрического поля у коронирующего электрода, например провода линии электропередачи (ЛЭП). Знак заряда ионов, движущихся из зоны ионизации во внешнюю зону, совпадает со знаком заряда на коронирующем проводе, что обычно ведёт к ослаблению поля у провода до некоторой, практически постоянной величины - критической напряжённости (E_kp) - и к соответствующему усилению поля в остальной части пространства (внешней зоне). Эта особенность механизма образования короны обусловливает существенную зависимость от напряжения на проводе как тока коронного разряда, так и П. на к.

Пока нет короны, напряжённость электрического поля у поверхности провода Е_пр прямо пропорциональна напряжению на проводе U и обратно пропорциональна его радиусу r. Если постепенно повышать U, то соответственно будет возрастать и Е_пр, пока U не достигнет критического значения U_kp, при котором Е_пр = Е_кр - напряжённости возникновения короны. При дальнейшем повышении напряжения Е_пр более не возрастает. Увеличивается интенсивность короны, т. е. возрастает поток ионов от провода и переносимый ими электрический заряд r, приходящийся на единицу объёма внешней зоны. Заряд r возрастает ровно настолько, чтобы ограничить поле у провода практически до Е_кр, но соответственно возросшему напряжению он усиливает поле во внешней зоне Е_{в. з.} за пределами зоны ионизации. В возросшем поле Е_{в. з}. увеличивается скорость движения ионов u, которая пропорциональна Е_{в. з.}. В результате с увеличением U возрастают и объёмный заряд ионов и скорость движения этого заряда. Это равнозначно сильному увеличению плотности тока короны j_k = ru. Соответственно возрастает и полный ток короны I_k, текущий от провода в окружающий его воздух (связь I_k с j_k зависит от конфигурации и габаритов электродов). Т. к. произведение тока короны на напряжение равно мощности, теряемой на корону, то сильная зависимость I_k от U определяет ещё более сильную зависимость от U потерь мощности и энергии. Потери мощности Р при коронировании проводов приблизительно пропорциональны произведению U×(U-U_kp), а потери энергии равны Р×Т, где Т - время коронирования.

По физической природе П. на к. - главным образом тепловые, они обусловлены передачей кинетической энергии, запасаемой ионами в электрическом поле, нейтральным молекулам газа в результате их столкновений и повышением скорости молекул и температуры газа. Незначительная часть потерь (доли или единицы %) составляют потери на ионизацию газа, химические реакции в зоне короны (образование озона и окислов азота в воздухе) и высокочастотное излучение в диапазоне 10⁴-10⁷ гц (т. н. радиопомехи от короны).

П. на к. зависят от структуры электрического поля и объёмного заряда ионов. При переменном напряжении корона «горит» лишь часть периода, до тех пор пока не будет достигнут максимум напряжения. При последующем снижении напряжения оставшийся объёмный заряд ионов, пропорциональный максимуму напряжения, «гасит» корону, снижая напряжённость поля на проводе ниже E_kp. Однако и при кратковременном горении короны потери энергии значительны из-за биполярности структуры заряда ионов в поле. В период горения короны создаётся такой заряд - например положит, ионов r+, который не только поддерживает поле у провода равным E_kp, но ещё и компенсирует влияние заряда ионов r^- (усиливающее поле), оставшихся от предыдущего полупериода. По этой причине П. на к. на ЛЭП переменного тока при прочих равных условиях выше, чем на линиях постоянного тока с непрерывно «горящей» короной. Это одно из преимуществ электропередач постоянного тока.

Как отмечено выше, П. на к. на ЛЭП возрастают с повышением напряжения. Единственный путь ограничения потерь при заданном напряжении линии - это повышение U_kp, что достигается увеличением диаметра проводов и (в меньшей степени) увеличением расстояния между проводами. На ЛЭП сверхвысокого напряжения (500 кв и выше) применяют т. н. расщепленные провода, т. е. пучок из нескольких проводов небольшого диаметра (2-3 см), разнесённых друг от друга на 40-50 см и удерживаемых изоляционными распорками. Такой пучок проводов по величине U_kp эквивалентен одному проводу весьма большого диаметра. На линиях 500 кв применяют 3 провода в пучке, при 750 кв - 4 провода, для линии 1150 кв потребуется, вероятно, уже 6-8 проводов, а общий диаметр пучка достигнет 1-1,5 м. Однако и расщепление проводов лишь ограничивает П. на к., но полностью их не устраняет. Практически потери отсутствуют лишь в хорошую погоду, когда на проводах нет осадков. Капли дождя, снег, иней и т.п., оседая на проводах, создают на них «острые» выступы и тем самым как бы уменьшают диаметр провода, что приводит к снижению U_kp на 30-50%, и провода начинают коронировать. На рис. показана диаграмма удельных потерь мощности, измеренных при различной погоде на действующей ЛЭП 750 кв. Максимальные потери (до 1200 квт/км) наблюдались при изморози. Среднегодовые потери (при среднегодовом времени работы линии под напряжением 7000-8000 ч) на ЛЭП 500 кв составляют около 12 квт/км, на ЛЭП 750 кв - 37 квт/км; можно ожидать, что при 1150 кв они достигнут 80 квт/км. При большой протяжённости ЛЭП высокого напряжения (500-1000 км) П. на к. оказываются значительными. Устранение потерь при любой погоде приводит к чрезмерному росту стоимости как проводов, так и линии в целом. Поэтому выбор конструкции и параметров линии определяется на основе технико-экономического сопоставления затрат на сооружение линии и стоимости потерь энергии. При расчётах П. на к. U_kp для хорошей погоды обычно выбирается на 10-20% более высокое, чем рабочее напряжение линии.
Лит.: Попков В. И., Электропередачи сверхвысокого напряжения, в кн.: Наука и человечество, [т. 6], М., 1967.
  В. И. Попков.