ما هي ظاهرة الكورونا ؟

إذا سبق أن مررت بجانب خطوط الضغط العالي الكهربائية فلابد أن سمعت صوتًا غريبًا يشبه صوت الأزيز يصدر من هذه الخطوط. يُعزى ذلك الصوت إلى ظاهرة التفريغ الهالي أو «ظاهرة الكورونا-Corona Phenomenon». تحدث هذه الظاهرة نتيجة لتأين الهواء المحيط بخطوط الضغط العالي في صورة مجال كهربائي غير منتظم ويمكن ملاحظة ذلك على خطوط النقل الكهربائية في صورة وميض لامع مائل للزرقة وتكون هذه الظاهرة مصحوبة بصوت أزيز وإنتاج غاز الأوزون.

كيف تنشأ ظاهرة الكورونا ؟

لكي تصل الكهرباء إلى المستهلكين لابد من نقلها من مناطق التوليد إلى مناطق الاستهلاك ويتم استخدام خطوط النقل الكهربائية للقيام بهذه المهمة. ولكن قبل نقل القدرة الكهربائية يتم رفع الجهد الكهربائي في مناطق التوليد عن طريق محولات رفع وبما أن القدرة تساوي الجهد الكهربي مضروبا بالتيار (P=V*I)  أي أنها ثابتة لذا تقوم محولات «محولات رفع الجهد-Step-up Transformers» برفع الجهد الكهربي إلى قيم عالية مثل 110 كيلوفولت وبنفس الوقت يتم إنقاص التيار و ذلك لأجل تقليل الفقد في القدرة أثناء النقل لأن القدرة المفقودة تتناسب طرديا مع مربع التيار لذا كلما كانت قيمة التيار قليلة كلما كان الفقد في القدرة أقل . ولكن القيمة العالية للجهد الكهربائي تؤدي إلى إنهيار عازلية الهواء المحيط بخطوط النقل أو بمعنى آخر يتحول الهواء من مادة عازلة للتيار الكهربي إلى مادة موصلة للتيار نتيجة لتأين ذرات الهواء وبالتالي تنشأ ظاهرة التفريغ الهالي أو الكورونا.

عموما لكي تحدث ظاهرة التفريغ الهالي يجب أن يتحقق ما يلي:

• وجود فرق كهربائي عالي في خطوط النقل : يُسمّى أقل جهد كهربائي مطلوب لحدوث ظاهرة التفريغ الهالي ب «جهد الانهيار الحرج-critical disruptive voltage» ويقدر بحاولي 30KV.
• أن تكون المسافة بين الخطوط الكهربائية أكبر مقارنةً بقُطر هذه الخطوط، فكلما زادت المسافة الفاصلة بين الخطوط مقارنة بقطر هذه الخطوط، زادت احتمالية حدوث ظاهرة التفريغ الهالي.

العوامل المؤثرة على ظاهرة الكورونا

إضافة لفرق الجهد العالي، هناك عوامل أخرى تزيد من إحتمالية حدوث ظاهرة الكورونا. ومن هذه العوامل:

• حالة الطقس : بما أن تدرج الجهد الكهربائي لانهيار عازلية الهواء يتناسب طرديًا مع كثافة الهواء. لذا إذا كان الطقس عاصف  ، فبسبب تدفق الهواء المستمر ، فإن عدد الأيونات الموجودة حول الموصل أكثر بكثير من المعتاد ، وبالتالي فمن المرجح أن يكون هناك تفريغ كهربائي في خطوط النقل في مثل هذا اليوم .

• حالة الموصلات : تعتمد ظاهرة الكورونا بشكل كبير على الموصلات وحالتها المادية حيث تتناسب تناسبًا عكسيًا مع قطر الموصلات. أي مع زيادة القطر . وأيضًا وجودالأوساخ أو خشونة الموصل يقلل من جهد الانهيار الحرج، مما يجعل الموصلات أكثر عرضة لظاهرة التفريغ الهالي.

• المسافة بين الموصلات: تحدث ظاهرة الكورونا إذا كانت المسافة بين الوصلات أكبر مقارنةً بقطر الموصل، ولكن إذا زادت المسافة عن حد معين سيقل فرق الجهد المطبق على جزيئات الهواء وبالتالي لن تحدث هذه الظاهرة.

سلبيات ظاهرة الكورونا

تؤدي ظاهرة التفريغ الهالي إلى حدوث فقد في القدرة الكهربائية، تآكل الموصلات نتيجة لعملية الأكسدة وتكوين  غاز الأوزون، إضافة إلى التشويش الكهرومغناطيسي الذي يؤثر على خطوط الاتصالات المجاورة.

كيف يمكن التقليل من ظاهرة الكورونا

يمكن الحد من هذه الظاهرة باستخدام عدة طرق فمثلًا زيادة المسافة الفاصلة بين الموصلات ولكن هذا الحل غير مجدٍ اقتصاديًا لأنه سيؤدي إلى زياد حجم البرج وارتفاع التكلفة. الحل الآخر هو زيادة  مساحة مقطع الموصل الكهربي ولكن هذا أيضا مكلف اقتصاديًا. لذا ابتكر المهندسون طريقة لزيادة مساحة مقطع  الموصل عن طريق استخدام «الموصلات الحُزمية-bundled conductors» وذلك بجعل موصل «الوجه-Phase»  الواحد عبارة عن موصلين أو أكثر ثم عمل «قصر للدائرة- short circuit» على هذه الموصلات وبالتالى يزيد المقطع المكافئ لكل موصل ومن ثم يقل المجال المحيط به فلا تتأين ذرات الهواء.

المصادر:

IEEE

Electrical Technology by b.l. theraja

sciencedirect

electrical4u