Havanın Delinmesi: Korona Olayı Nedir? Nasıl Görülür? Nerelerde Olur?

Korona olayı (Korona deşarjı olarak da bilinir), elektrik yüklü bir iletkeni çevreleyen hava gibi bir sıvının iyonizasyonundan kaynaklanan bir elektrik deşarjıdır. Korona etkisi, çevredeki elektrik alanının gücünü sınırlamak için yeterli özen gösterilmediği sürece yüksek voltajlı sistemlerde ortaya çıkacaktır.

Korona deşarjı, iletkenlerin etrafındaki havayı iyonize ettiği için sesli bir tıslama veya çatlama gürültüsüne neden olabilir. Bu, yüksek voltajlı elektrik iletim hatlarında yaygındır. Korona etkisi ayrıca mor bir parıltı, iletken etrafında ozon gazı üretimi, radyo paraziti ve elektrik enerjisi kaybı oluşturabilir.

Korona Olayı Nedir?

Korona etkisi, havanın normal koşullar altında birçok serbest elektron ve iyon içeren mükemmel bir yalıtkan olmaması nedeniyle doğal olarak ortaya çıkar. İki iletken arasında havada bir elektrik alanı kurulduğunda, havadaki serbest iyonlar ve elektronlar bir kuvvet yaşayacaktır. Bu etki nedeniyle, iyonlar ve serbest elektronlar hızlanır ve ters yönde hareket eder. Hareketleri sırasında yüklü parçacıklar birbirleriyle ve aynı zamanda yavaş hareket eden yüksüz moleküllerle çarpışır.

Böylece yüklü parçacıkların sayısı hızla artar. Elektrik alanı yeterince güçlü ise, bir dielektrik hava arızası meydana gelir ve iletkenler arasında bir ark oluşur. Elektrik enerjisi iletimi, ana tüketim merkezlerinden veya şehirlerden kilometrelerce uzakta bulunan üretim istasyonlarından elektrik enerjisinin toplu transferi ile ilgilidir. Bu nedenle, uzun mesafeli iletim iletkenleri, sistem genelinde büyük kayıplara yol açan etkili güç aktarımı için son derece gereklidir. Bu enerji kayıplarını en aza indirmek, güç mühendisleri için büyük bir zorluk olmuştur. Korona deşarjı, güç sistemlerinde EHV (ekstra yüksek voltaj) hatlarının verimliliğini önemli ölçüde azaltabilir. Korona deşarjının gerçekleşmesi için iki faktör önemlidir:

• Alternatif elektrik potansiyel farkı hat boyunca sağlanmalıdır.
• İletkenlerin aralığı, hat çapına kıyasla yeterince büyük olmalıdır.

Alternatif bir akım, çaplarına göre aralığı büyük olan bir iletim hattının iki iletkeni boyunca akacak şekilde yapıldığında, iletkenleri çevreleyen hava (iyonlardan oluşur) dielektrik strese maruz kalır. Besleme voltajının düşük değerlerinde, stres dışarıdaki havayı iyonize etmek için çok küçük olduğu için hiçbir şey meydana gelmez. Ancak, potansiyel fark bir eşik değerinin (kritik yıkıcı voltaj olarak bilinir) ötesinde arttığında, alan kuvveti, iletkenleri çevreleyen havanın iyonlara ayrışması için yeterince güçlü hale gelir ve iletken hale getirir. Bu kritik yıkıcı voltaj yaklaşık 30 kv’da meydana gelir.

İyonize hava, iletkenlerin etrafında elektrik deşarjına neden olur (bu iyonların akışı nedeniyle). Bu, ozonun serbest bırakılmasının eşlik ettiği tıslama sesi ile birlikte hafif bir ışıldayan parıltıya yol açar. Yüksek gerilim iletim hatlarında meydana gelen bu elektrik deşarjı olgusu Korona etkisi olarak bilinir. Hatlar boyunca voltaj artmaya devam ederse, kızdırma ve tıslama gürültüsü giderek daha yoğun hale gelir ve sisteme yüksek bir güç kaybına neden olur.

Korona Kaybını Etkileyen Faktörler

İletkenin hat voltajı, iletim hatlarında Korona deşarjı için ana belirleyici faktördür. Düşük voltaj değerlerinde (kritik yıkıcı voltajdan daha az), havadaki stres dielektrik bozulmasına neden olacak kadar yüksek değildir – ve bu nedenle elektrik deşarjı meydana gelmez. Artan voltaj ile, bir iletim hattındaki Korona etkisi, iletkenleri çevreleyen atmosferik havanın iyonlaşmasından kaynaklanır-esas olarak kablonun koşullarından ve atmosferin fiziksel durumundan etkilenir. Korona deşarjını etkileyen başlıca faktörler şunlardır:

• Atmosferik Koşullar
• İletkenlerin durumu
• İletkenler Arasındaki Mesafe

Atmosferik Koşullar

Havanın dielektrik parçalanması için voltaj gradyanının hava yoğunluğu ile doğru orantılı olduğunu kanıtlandı. Bu nedenle, fırtınalı bir günde, sürekli hava akışı nedeniyle, iletkeni çevreleyen iyonların sayısı normalden çok daha fazladır ve bu nedenle, oldukça açık hava koşullarına sahip bir güne kıyasla, böyle bir günde iletim hatlarında elektrik deşarjına sahip olma olasılığı daha yüksektir. Sistem bu aşırı durumlar göz önünde bulundurularak tasarlanmalıdır.

İletkenlerin Durumu

Bu özel fenomen, iletkenlere ve fiziksel durumuna büyük ölçüde bağlıdır. İletkenlerin çapı ile ters orantılılık ilişkisi vardır. yani, çap arttıkça, koronanın güç sistemi üzerindeki etkisi önemli ölçüde azalır. Ayrıca, iletkenin kir veya pürüzlülüğünün varlığı, kritik arıza voltajını azaltır ve iletkenleri Korona kayıplarına daha yatkın hale getirir. Bu nedenle, yüksek kirliliğe sahip çoğu şehir ve Sanayi Bölgesinde, bu faktör sistem üzerindeki kötü etkilere karşı koymak için makul bir öneme sahiptir.

İletkenler Arasındaki Mesafe

Daha önce de belirtildiği gibi, koronanın çizgiler arasındaki aralıkta etkili bir şekilde oluşması için çapına kıyasla çok daha yüksek olmalıdır, ancak uzunluk belirli bir sınırın ötesine çıkarsa, havadaki dielektrik stres azalır ve sonuç olarak koronanın etkisi de azalır. Aralık çok büyükse, iletim hattının o bölgesi için Korona hiç oluşmayabilir.

Korona Deşarjını Azaltma Yöntemleri

Mühendisler, enerji nakil hatlarındaki güç kaybını en aza indirmek için Korona olayını kontrol altında tutmaya çalışırlar. Başlıca yöntemler şunlardır:

• İletken Boyutunu Artırmak: Daha kalın kablolar kullanmak, yüzeydeki elektrik alan şiddetini düşürerek Korona’yı azaltır.
• Demet İletkenler (Bundled Conductors): Tek bir kalın kablo yerine, aralarında boşluk olan iki, üç veya dörtlü kablo demetleri kullanılır. Bu, iletkenin “etkin” çapını büyük ölçüde artırır ve Korona’yı önemli ölçüde düşürür.
• Mesafeyi Artırmak: Faz hatları arasındaki mesafeyi artırmak da etkili bir yöntemdir.
• Korona Halkaları (Corona Rings): Özellikle yüksek gerilim trafolarının ve izolatörlerin bağlantı noktaları gibi keskin ve sivri kısımlarda kullanılır. Bu metal halkalar, elektrik alanının tek bir noktada yoğunlaşmasını engelleyip daha geniş bir alana yayarak deşarjı önler.

Korona Etkisinin Pratik Örnekleri

Korona etkisi genellikle bir kayıp olarak görülse de, bazı teknolojilerde kasıtlı olarak kullanılır:

• Ozon Jeneratörleri: Korona deşarjı, havadaki oksijeni (O2) parçalayarak ozon (O3) gazı üretir. Bu yöntem, su ve hava temizleme sistemlerinde dezenfeksiyon için kullanılır.
• Lazer Yazıcılar ve Fotokopi Makineleri: Görüntüyü oluşturacak olan toner tozunu kağıda aktarmak için drum (silindir) yüzeyini elektriksel olarak yüklemek amacıyla Korona deşarjından faydalanılır.
• Plazma Hoparlörler: Sesi, bir hoparlör konisi yerine iyonize edilmiş havayı (plazma) titreştirerek üreten egzotik hoparlör tasarımlarında kullanılır.

Ayrıca, iletişimde korona etkisinin anlatıldığı IEEE dokümanını buradan ulaşabilirsiniz.