حلقة كورونا

(يسار) حلقات التدريج على مولد الأشعة السينية 1.4 ميجا فولت في مكتب المعايير الأمريكي عام 1947. (يمين) أغطية وحلقات كورونا على مسرع الجسيمات كوكروفت-والتون من عام 1937، وهو موجود الآن في متحف العلوم في لندن.

في الهندسة الكهربائية ، تُعرف حلقة كورونا ، أو حلقة مضادة للكورونا ، بأنها حلقة حلقية مصنوعة من مادة موصلة ، عادةً ما تكون معدنية، تُثبّت على طرف أو قطعة معدنية غير منتظمة أخرى في معدات الجهد العالي . تتمثل وظيفة حلقة كورونا في توزيع المجال الكهربائي وخفض قيمه القصوى إلى ما دون عتبة الكورونا، مما يمنع حدوث تفريغ كورونا . تُستخدم حلقات كورونا في عوازل نقل الطاقة ذات الجهد العالي جدًا ومفاتيح التبديل ، وفي أجهزة البحث العلمي التي تولد جهودًا عالية. ويُستخدم جهاز مشابه جدًا، وهو حلقة التدرج ، حول العوازل. ^{[ 1 ]}

التفريغ الإكليلي هو تسرب للتيار الكهربائي إلى الهواء المجاور لموصلات الجهد العالي. يظهر أحيانًا على شكل توهج أزرق خافت في الهواء بجوار النقاط الحادة في معدات الجهد العالي. يؤدي المجال الكهربائي العالي إلى تأيين الهواء، مما يجعله موصلًا للكهرباء؛ وهذا يسمح بتسرب التيار من الموصل إلى الهواء على شكل أيونات . في خطوط ومعدات نقل الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي جدًا، يُعد التفريغ الإكليلي هدرًا كبيرًا للطاقة، وقد يتسبب في تلف الأجهزة. في أجهزة مثل المولدات الكهروستاتيكية ، ومولدات ماركس ، وأجهزة التلفزيون ذات الصمامات، يمكن أن يؤدي الحمل الكهربائي الناتج عن تسرب التفريغ الإكليلي إلى تقليل الجهد الذي ينتجه الجهاز، مما يتسبب في تعطله. كما ينتج عن التفريغ الإكليلي غاز الأوزون الضار والمسبب للتآكل، والذي يمكن أن يتسبب في تقادم وهشاشة الهياكل المجاورة مثل العوازل. تشكل هذه الغازات خطرًا صحيًا على العمال والسكان المحليين. لهذه الأسباب، يُعتبر التفريغ الإكليلي غير مرغوب فيه في معظم المعدات الكهربائية.

لا تحدث التفريغات الإكليلية إلا عندما يتجاوز المجال الكهربائي (تدرج الجهد) على سطح الموصلات قيمة حرجة، وهي قوة العزل الكهربائي أو تدرج الجهد المُعطِّل للهواء. تبلغ هذه القيمة حوالي 30 كيلوفولت/سم عند مستوى سطح البحر، ولكنها تنخفض مع انخفاض الضغط الجوي. (لذا، يزداد احتمال حدوث التفريغ الإكليلي في المرتفعات العالية). يكون المجال الكهربائي على سطح الموصل في أقصى حالاته عند أشد نقاط الانحناء، ولذلك يحدث التفريغ الإكليلي أولًا عند النقاط الحادة والزوايا والحواف.

تُصمَّم أطراف التوصيل في معدات الجهد العالي جدًا عادةً بأشكال دائرية كبيرة القطر، مثل الكرات والحلقات، تُسمى أغطية الكورونا ، وذلك للتخلص من الأشكال المدببة ومنع تكوّن الكورونا. تحتوي بعض أجزاء دوائر الجهد العالي على مكونات ذات حواف أو زوايا حادة مكشوفة، مثل نقاط التوصيل التي تُربط فيها الأسلاك أو قضبان التوصيل بالعوازل؛ وعادةً ما تُركَّب أغطية أو حلقات الكورونا عند هذه النقاط لمنع تكوّن الكورونا.

تُوصَّل حلقة كورونا كهربائيًا بموصل الجهد العالي، وتحيط بالنقاط التي قد تتشكل فيها الهالة. ولأن الحلقة لها نفس جهد الموصل، فإن وجودها يُقلل من تدرج الجهد على سطح الموصل إلى ما دون مستوى تدرج الجهد المُعطِّل، مما يمنع تشكل الهالة على النقاط المحيطة بها.

يُستخدم جهاز مشابه جدًا، يُسمى حلقة التدرج ، في معدات الجهد العالي. تعمل حلقة التدرج بنفس طريقة عمل حلقة الكورونا، لكن الفرق الرئيسي بينهما يكمن في كيفية ومكان استخدامهما. تُستخدم حلقات الكورونا حول الموصلات، بينما تُستخدم حلقات التدرج على العوازل، حيث يكون الغرض منها تقليل تدرج الجهد على طول العازل، لمنع الانهيار الكهربائي . ^{[ 2 ]}

عبر عمود عازل، لا تكون شدة المجال الكهربائي منتظمة، إذ تبلغ ذروتها قرب الطرف ذي الجهد العالي. إذا تجاوز الجهد المطبق جهد انهيار الهواء أو سطح العازل ، يبدأ الانهيار عند ذلك الطرف حيث يكون المجال في أقوى حالاته. بمجرد أن يصبح سطح العازل عند ذلك الطرف موصلاً، يُطبَّق جهد النظام الكامل على طول الجزء المتبقي من العازل، مما يُولِّد مجالًا كهربائيًا أعلى، وبالتالي ينتشر العطل بسرعة نحو الجانب المؤرض، مُنتجًا قوسًا كهربائيًا . لذا، فإن الحد من المجال الكهربائي عند الطرف ذي الجهد العالي يسمح للعازل نفسه بتحمُّل جهد تشغيل أعلى بكثير. ^{[ 2 ]}

تُركّب حلقة التدرج حول طرف العازل ذي الجهد العالي، وتُوصل بطرف الجهد العالي. تعمل خطوط تساوي الجهد الكهربائي الملساء على تقليل تدرج الجهد، وبالتالي تقليل المجال الكهربائي على طول الجزء من العازل الذي يكون فيه أعلى ما يمكن. والنتيجة هي عازل أقصر أو أقل تكلفة يمكنه تحمل نفس تصنيف الجهد بالكيلوفولت، مع تقليل كبير للتآكل المعتاد، والقطع الناتج عن التفريغ الهالي، وتتبع السطح عند الطرف المُشحون. ^{[ 2 ]}

بالنسبة للأعمدة العازلة التي تعمل عند جهود كهربائية عالية للغاية - مثل مولدات ماركس أو أنابيب انجراف مسرعات الجسيمات - تُركّب حلقات تدرج متعددة، عادةً على مسافات متساوية على طول العازل، وتُوصل كل حلقة بسلسلة من المقاومات ذات المقاومة العالية (ميغا أوم) التي تعمل كمقسم جهد مدمج. وبذلك، يتساوى الجهد الكهربائي عبر كل قسم من العازل بين الحلقات المتجاورة، بحيث يتعرض كامل طول العازل لمجال كهربائي منتظم، ولا يتحمل أي قسم مجالًا كهربائيًا زائدًا. تقلل استراتيجية معادلة الجهد هذه من احتمالية حدوث ثقب مبكر، مما يزيد من موثوقية النظام مع الحفاظ على حجم المكونات وتكلفتها ضمن الحدود المعقولة. ^{[ 2 ]}

تُستخدم حلقات التفريغ الإكليلي في الأجهزة ذات الجهد العالي للغاية، مثل مولدات فان دي غراف ، ومولدات كوكروفت-والتون ، ومسرعات الجسيمات ، بالإضافة إلى عوازل نقل الطاقة الكهربائية ، والبطانات، ومفاتيح التوزيع. ويقترح المصنّعون وضع حلقة تفريغ إكليلي على طرف العازل المتصل بالخط لخطوط النقل التي يزيد جهدها عن 230  كيلوفولت، وعلى كلا الطرفين للجهود التي تزيد عن 500  كيلوفولت. وتُطيل حلقات التفريغ الإكليلي عمر أسطح العازل عن طريق كبح آثار التفريغ الإكليلي. ^{[ 3 ]}

يمكن أيضًا تركيب حلقات كورونا على عوازل هوائيات أجهزة الإرسال اللاسلكي عالية الطاقة . ^{[ 4 ]} ومع ذلك، فإنها تزيد من سعة العوازل. ^{[ 5 ]}

حلقة تصنيف على مانع الصواعق الروسي

حلقات تصنيف على جلبات المحولات

حلقات كورونا على لوحة المفاتيح

• أبواق مقوسة

• حلقة كورونا عالية الجهد
• ما هو نظام التقييم الحلقي؟
• الاختلافات بين حلقات كورونا وحلقات التصنيف