Koronaentladung

Eine Koronaentladung (lateinisch corona ‚Krone‘, ‚Kranz‘, ‚Ring‘) ist eine elektrische Entladung in einem nicht leitenden Medium, beispielsweise in Luft. Oft kommt sie als Spitzenentladung vor. Sie ist oft mit einer Leuchterscheinung verbunden; daraus erklärt sich ihre Bezeichnung.

In der Natur wird das Phänomen vor allem bei Gewittern als Elmsfeuer bezeichnet und tritt dort beispielsweise an Schiffsmasten oder Turmspitzen auf.

In der Technik wie der elektrischen Energietechnik sind Koronaentladungen meist unerwünscht; sie zählen dort zu den Übertragungsverlusten, und man versucht, sie durch geometrische Gestaltung der elektrischen Leitersysteme zu reduzieren.

Koronaentladungen haben auch technische Nutzanwendungen wie beispielsweise die Koronabehandlung zur elektrochemischen Umwandlung bestimmter Kunststoffarten.

Entstehung

Koronaentladungen, erkennbar als helle „Büschel“ im oberen Bildbereich, in einem Hochspannungslabor

Die Entladung erfordert Ionen als Ladungsträger. Diese können entweder schon vorhanden sein (Plasma), oder sie bilden sich im Medium als Folge von Feldionisation, wenn die elektrische Feldstärke hoch genug ist (typische Größenordnung 100 kV/m).

Herrscht die hohe Feldstärke an der Oberfläche der Kathode, so kann außer Feldionisation auch Feldemission von Elektronen mit nachfolgender Stoßionisation beitragen.

Unter geeigneten Bedingungen kann eine Koronaentladung dauerhaft „brennen“. Bei noch weiterer Steigerung der Feldstärke kann sie in einen Spannungsdurchschlag oder einen Lichtbogen übergehen.

Unerwünschte Koronaentladungen

Koronaentladungen an der 380-kV-HochspannungsleitungAlbulaleitung“ über den Albulapass (Schweiz) bei nebeligem Wetter (Langzeitbelichtung 30 Sekunden)

Bei Hochspannungs-Freileitungen stellen Koronaentladungen einen kleineren Teil der Übertragungsverluste dar. Außer Energieverlust bewirken sie Geräusche (Knistern), Funkstörungen und führen zu Aufladungen der Staubteilchen in der Luft. Zu ihrer Verringerung werden Koronaringe angebracht, Freileitungen werden als Bündelleiter (oft zwei bis vier Drähte derselben Phase in geringem Abstand nebeneinander) und mit nicht zu kleinem Durchmesser ausgeführt. Das Auftreten kann mit einer Koronakamera überwacht werden.

Die Entladungen sind auch allgemein unerwünscht bei hochspannungstechnischen Bauteilen wie z. B. Transformatoren und besonders bei Hochspannungsanwendungen, bei denen kein Ozon entstehen soll.

Nutzungen

Demonstration: Koronaentladung an einem an Hochspannung gelegten Wartenbergrad

Eine Koronaentladung kann benutzt werden, um eine Isolatoroberfläche gleichmäßig elektrisch aufzuladen. In Fotokopierern und Laserdruckern zieht die Oberfläche einer Trommel, seltener eines Bandes, zu diesem Zweck nahe an einem quer zur Bewegungsrichtung gespannten Koronadraht vorbei, bevor Belichtung stellenweise die Ladung wieder abfließen lässt.

In Van-de-Graaff-Generatoren dienen Koronaentladungen zur Stabilisierung der Hochspannung, vielfach auch zur Aufladung des Bandes, das die Ladung zur Hochspannungselektrode transportiert.

Weitere Anwendungen sind:

Literatur

  • Andreas Küchler: Hochspannungstechnik. 2. Auflage. Springer, ISBN 3-540-21411-9.

Weblinks

Auf dieser Seite verwendete Medien

Plasma wheel 2 med DSIR2018.jpg
(c) G1MFG in der Wikipedia auf Englisch, CC BY-SA 3.0
Corona discharge from a Wartenberg pinwheel in air caused by applying a high voltage, ~30kV. More details at https://www.flickr.com/photos/ultrapurple/5190284085/
Koronaentladungen an Hochspannungsleitung.jpg
Autor/Urheber: Schnubo, Lizenz: CC BY-SA 4.0
Langzeitbelichtung (30 Sekunden) von Koronaentladungen an der 380kV-Hochspannungsleitung "Albulaleitung" über den Albulapass (Schweiz) bei nebeligem Wetter.
National Bureau of Standards high voltage laboratory.png
High voltage laboratory at the U.S. National Bureau of Standards, Washington DC, USA, in 1948. The caption of the image in the source is: "A special 6-story laboratory at the Bureau houses a 1,400,000 volt x-ray generator (rear) and a 1,050,000 volt cascade transformer (foreground). The latter is used for testing and calibrating commercial power equipment as well as for producing simulated lightning, used in investigating protective measures in installations and aircraft." The cascade transformer is shown in operation, producing a long electric spark. The luminous glow visible on the wires carrying the high voltage is called corona discharge, and is caused by electricity leaking into the air. The cascade transformer in the black column (right) that generates the high voltage consists of several transformers connected in cascade, with each successive transformer at the secondary potential of the previous one, so no single transformer winding will have to withstand the full output voltage.