В электротехнике коронирующее кольцо , более правильно называемое антикоронным кольцом , представляет собой тороид из проводящего материала , обычно металла, который крепится к клемме или другой нерегулярной детали оборудования высокого напряжения . Цель коронирующего кольца — распределить градиент электрического поля и снизить его максимальные значения ниже порога короны, предотвращая коронный разряд . Коронные кольца используются на изоляторах и распределительных устройствах для передачи электроэнергии очень высокого напряжения , а также на научно-исследовательской аппаратуре, которая генерирует высокие напряжения. Очень похожее родственное устройство, градуирующее кольцо , используется вокруг изоляторов.
Коронный разряд — это утечка электрического тока в воздух рядом с высоковольтными проводниками. Иногда он виден как тусклое голубое свечение в воздухе рядом с острыми точками на высоковольтном оборудовании. Высокое электрическое поле ионизирует воздух, делая его проводящим, позволяя току утекать из проводника в воздух в виде ионов . В линиях электропередачи и оборудовании очень высокого напряжения коронный разряд приводит к экономически значимой потере энергии и может ухудшить состояние оборудования по сравнению с его первоначальным состоянием. В таких устройствах, как электростатические генераторы , генераторы Маркса и телевизоры с трубчатыми трубками, токовая нагрузка, вызванная утечкой коронного разряда, может снизить напряжение, вырабатываемое устройством, что приведет к его неисправности. Коронный разряд также производит вредный и едкий газ озон , который может вызвать старение и хрупкость близлежащих конструкций, таких как изоляторы. Газы создают опасность для здоровья рабочих и местных жителей. По этим причинам коронный разряд считается нежелательным в большинстве электрооборудования.
Коронные разряды возникают только тогда, когда электрическое поле (градиент потенциала) на поверхности проводников превышает критическое значение, диэлектрическую прочность или пробивной градиент потенциала воздуха. Он составляет примерно 30 кВ/см на уровне моря, но уменьшается при снижении атмосферного давления. Поэтому коронный разряд представляет большую проблему на больших высотах. Электрическое поле на поверхности проводника сильнее всего там, где кривизна наиболее резкая, поэтому коронный разряд возникает сначала в острых точках, углах и краях.
Терминалы на оборудовании очень высокого напряжения часто проектируются с закругленными формами большого диаметра, такими как шары и торы, называемые коронными колпачками , для подавления образования короны. Некоторые части высоковольтных цепей имеют оборудование с открытыми острыми краями или углами, например, точки крепления, где провода или шины соединяются с изоляторами; коронные колпачки и кольца обычно устанавливаются в этих точках для предотвращения образования короны.
Кольцо короны электрически соединено с высоковольтным проводником, охватывая точки, где может образоваться корона. Поскольку кольцо имеет тот же потенциал, что и проводник, наличие кольца снижает градиент потенциала на поверхности проводника ниже градиента пробивного потенциала, предотвращая образование короны на металлических точках.
Очень похожее родственное устройство, называемое градуирующим кольцом , также используется на высоковольтном оборудовании. Градуирующие кольца похожи на коронирующие кольца, но они охватывают изоляторы, а не проводники. Хотя они также могут служить для подавления короны, их главная цель — уменьшить градиент потенциала вдоль изолятора, предотвращая преждевременный электрический пробой .
Градиент потенциала (электрическое поле) на изоляторе неравномерен, но имеет наибольшее значение на конце рядом с высоковольтным электродом. Если подвергнуть изолятор достаточно высокому напряжению, он сначала выйдет из строя и станет проводящим на этом конце. Как только часть изолятора на конце электрически пробита и станет проводящей, полное напряжение прикладывается к оставшейся длине, поэтому пробой быстро распространится от конца высокого напряжения к другому, и начнется дуга перекрытия. Поэтому изоляторы могут выдерживать значительно более высокие напряжения, если градиент потенциала на конце высокого напряжения будет уменьшен.
Кольцо градуировки окружает конец изолятора рядом с высоковольтным проводником. Оно уменьшает градиент на конце, что приводит к более равномерному градиенту напряжения вдоль изолятора, что позволяет использовать более короткий и дешевый изолятор для заданного напряжения. Кольца градуировки также уменьшают старение и ухудшение состояния изолятора, которые могут возникнуть на конце высокого напряжения из-за высокого электрического поля там.
В очень высоковольтных аппаратах, таких как генераторы Маркса и трубки ускорителей частиц , изолирующие колонны часто имеют много металлических градуирующих колец, равномерно расположенных по всей длине. Они связаны цепочкой делителя напряжения из резисторов с высоким значением, так что падение напряжения от каждого кольца к следующему одинаковое. Это равномерно распределяет разность потенциалов по длине колонны, так что нет пятен с высоким полем, что приводит к наименьшей нагрузке на изоляторы.
Коронные кольца используются в чрезвычайно высоковольтных аппаратах, таких как генераторы Ван де Граафа , генераторы Кокрофта-Уолтона и ускорители частиц , а также в изоляторах для передачи электроэнергии , вводах и распределительных устройствах. Производители предлагают коронное кольцо на конце изолятора для линий электропередачи выше 230 кВ и на обоих концах для потенциалов выше 500 кВ. Коронные кольца продлевают срок службы поверхностей изолятора, подавляя эффекты коронного разряда. [1]
Коронные кольца также могут быть установлены на изоляторах антенн мощных радиопередатчиков . [2] Однако они увеличивают емкость изоляторов. [3]