1.9 CORONA DISCHARGES
If the electric field is uniform and if the field is increased gradually, just when measurable ionization begins, the
ionization leads to complete breakdown of the gap. However, in non-uniform fields, before the spark or breakdown of
the medium takes place, there are many manifestations in the form of visual and audible discharges. These discharges
are known as Corona discharges. In fact Corona is defined as a self-sustained electric discharge in which the field
intensified ionization is localised only over a portion of the distance (non-uniform fields) between the electrodes. The
phenomenon is of particular importance in high voltage engineering where most of the fields encountered are nonuniform fields unless of course some design features are involved to make the filed almost uniform. Corona is
responsible for power loss and interference of power lines with the communication lines as corona frequency lies
between 20 Hz and 20 kHz. This also leads to deterioration of insulation by the combined action of the discharge ion
bombarding the surface and the action of chemical compounds that are formed by the corona discharge.
When a voltage higher than the critical voltage is applied between two parallel polished wires, the glow is quite even.
After operation for a short time, reddish beads or tufts form along the wire, while around the surface of the wire there is
a bluish white glow. If the conductors are examined through a stroboscope, so that one wire is always seen when at a
given half of the wave, it is noticed that the reddish tufts or beads are formed when the conductor is negative and a
smoother bluish white glow when the conductor is positive. The a.c. corona viewed through a stroboscope has the same
appearance as direct current corona. As corona phenomenon is initiated a hissing noise is heard and ozone gas is formed
which can be detected by its chracteristic colour.
When the voltage applied corresponds to the critical disruptive voltage, corona phenomenon starts but it is not visible
because the charged ions in the air must receive some finite energy to cause further ionization by collisions. For a radial
field, it must reach a gradient (visual corona gradient) gu at the surface of the conductor to cause a gradient g0, finite
distance away from the surface of the conductor. The distance between g0 and gv is called the energy distance. According
to Peek, this distance is equal to (r + 0.301 r ) for two parallel conductors and (r + 0.308 r ) for coaxial conductors.
From this it is clear that gv is not constant as g0 is, and is a function of the size of the conductor. The electric field
intensity for two parallel wires is given as
and for a coaxial wire
 0.301 
E  30 1 
  kV / cm
r 

 0.308 
E  30 1 

r 

Investigation with point-plane gaps in air have shown that when point is positive, the corona current increases steadily
with voltage. At sufficiently high voltage, current amplification
increases rapidly with voltage upto a current of about 10–7 A, after
which the current becomes pulsed with repetition frequency of
about 1 kHz composed of small bursts. This form of corona is
known as burst corona. The average current then increases steadily
with applied voltage, leading to breakdown. With point-plane gap
in air when negative polarity voltage is applied to the point and the
voltage exceeds the onset value, the current flows in vary regular
pulses known as Trichel pulses. The onset voltage is independent
of the gap length and is numerically equal to the onset of streamers
under positive voltage for the same arrangement. The pulse
frequency increases with voltage and is a function of the radius of
the cathode, the gap length and the pressure. A decrease in pressure
decreases the frequency of the pulses. It should be noted that the breakdown voltage with negative polarity is higher
than with positive polarity except at low pressure. Therefore, under alternating power frequency voltage the breakdown
of non-uniform field gap invariably takes place during
the positive half cycle of the voltage wave.
Fig. 1.8 gives comparison between the positive and
negative point-plane gap break down characteristics
measured in air as a function of gas pressure.
When the spacing is small the breakdown
characteristics for the two polarities nearly coincide
and no corona stabilised region is observed. As the
spacing is increased, the positive characteristics display
the distinct high corona breakdown upto a pressure of
about 7 bars, followed by a sudden drop in breakdown strengths. Under the negative polarity, the corona stabilised
region extends to much higher pressures. Fig. 1.9 shows the corona inception and breakdown voltages of the sphereplane arrangement. From the figure, it is clear that(i) For small spacings (Zone–I), the field is uniform and the breakdown voltage depends mainly on the gap spacing.
(ii) In zone–II, where the spacing is relatively larger, the electric field is non-uniform and the breakdown voltage depends
on both the sphere diameter and the spacing.
(iii) For still larger spacings (Zone-III) the field is non-uniform and the breakdown is preceded by corona and is
controlled only by the spacing. The corona inception voltage mainly depends on the sphere diameter.
यदि विद्युत क्षेत्र एक समान है और यदि क्षेत्र को धीरे -धीरे बढाया जाता है, जब मापने योग्य आयनीकरण शुरू होता
है, तो आयनीकरण से अंतर पूरी तरह से टू ट जाता है। हालााँदक, गैर-समान क्षेत्रों में, माध्यम की च ंगारी या टू टने से
पहले, िृश्य और श्रव्य वनिवहन के रूप में कई अविव्यवियााँ होती हैं। इन विस् ाजव को कोरोना विस् ाजव के नाम से जाना
जाता है। िास्ति में कोरोना को एक आत्मवनिवर विद्युत वनिवहन के रूप में पररिावित दकया गया है वजसमें क्षेत्र तीव्र
आयनीकरण के िल इलेक्ट्रोि के बी की िूरी (गैर-समान क्षेत्र) के एक वहस्से पर स्थानीयकृ त होता है। उच्च िोल्टेज
इं जीवनयररं ग में इस घटना का विशेि महत्ि है, जहां सामने आने िाले अवधकांश क्षेत्र गैर-समान क्षेत्र हैं, जब तक दक
वनवित रूप से िायर को लगिग एक समान बनाने के वलए कु छ विजाइन सुविधाएाँ शावमल न हों। कोरोना वबजली हावन
और सं ार लाइनों के साथ वबजली लाइनों के हस्तक्षेप के वलए वजम्मेिार है क्ट्योंदक कोरोना आिृवि 20 हर्टजव और 20
दकलोहर्टजव के बी होती है। इससे सतह पर बमबारी करने िाले विस् ाजव आयन की संयुि दिया और कोरोना विस् ाजव
द्वारा बनने िाले रासायवनक यौवगकों की दिया से इन्सुलेशन में िी वगरािट आती है। जब िो समानांतर पॉवलश तारों के
बी दिरटकल िोल्टेज से अवधक िोल्टेज लगाया जाता है, तो मक काफी समान होती है। थोडे समय के वलए ऑपरे शन
के बाि, तार के साथ लाल रं ग के मोती या गुच्छे बन जाते हैं, जबदक तार की सतह के ारों ओर एक नीली सफे ि
मक होती है। यदि कं िक्ट्टरों की जां स्रोबोस्कोप के माध्यम से की जाती है, तादक तरं ग के दकसी दिए गए आधे
वहस्से पर हमेशा एक तार दिखाई िे, तो यह िेखा गया है दक जब कं िक्ट्टर नकारात्मक होता है तो लाल रं ग के गुच्छे
या मोती बनते हैं और जब कं िक्ट्टर नकारात्मक होता है तो एक व कनी नीली सफे ि मक होती है सकारात्मक है। ि
एसी। स्रोबोस्कोप के माध्यम से िेखे गए कोरोना का स्िरूप प्रत्यक्ष धारा िाले कोरोना जैसा ही होता है। जैसे ही कोरोना
घटना शुरू होती है, फु सफु साहट की आिाज सुनाई िेती है और ओजोन गैस बनती है वजसे इसके विवशष्ट रं ग से पह ाना
जा सकता है। जब लागू िोल्टेज महत्िपूणव विघटनकारी िोल्टेज से मेल खाता है, तो कोरोना घटना शुरू होती है लेदकन
यह दिखाई नहीं िेती है क्ट्योंदक हिा में ाजव दकए गए आयनों को टकराि से आगे आयनीकरण करने के वलए कु छ
सीवमत ऊजाव प्राप्त करनी होगी। रे वियल फील्ि के वलए, इसे कं िक्ट्टर की सतह पर एक ग्रेविएंट (विज़ुअल कोरोना
ग्रेविएंट) gu तक पहं ना ावहए, वजससे कं िक्ट्टर की सतह से एक सीवमत िूरी पर ग्रेविएंट g0 उत्पन्न हो सके । G0
और gv के बी की िूरी को ऊजाव िूरी कहा जाता है। पीक के अनुसार, यह िूरी िो समानांतर कं िक्ट्टरों के वलए (r
+ 0.301 r ) और समाक्षीय कं िक्ट्टरों के वलए (r + 0.308 r ) के बराबर है। इससे यह स्पष्ट है दक gv, g0
की तरह वस्थर नहीं है, और कं िक्ट्टर के आकार का एक कायव है। िो समानांतर तारों के वलए विद्युत क्षेत्र की तीव्रता
इस प्रकार िी गई है हिा में चबंिु तल अंतराल के साथ जां से पता ला है दक जब चबंि ु सकारात्मक होता है, तो
कोरोना धारा िोल्टेज के साथ लगातार बढती है। पयावप्त उच्च िोल्टेज पर, ितवमान प्रिधवन तेजी से िोल्टेज के साथ
लगिग 10-7 ए तक बढ जाता है, वजसके बाि धारा छोटे विस्फोटों से बनी लगिग 1 दकलोहर्टजव की पुनरािृवि
आिृवि के साथ स्पंदित हो जाती है। कोरोना के इस रूप को बस्टव कोरोना कहा जाता है। दफर लागू िोल्टेज के साथ
औसत करं ट लगातार बढता है, वजससे ब्रेकिाउन होता है। हिा में पॉइं ट-प्लेन गैप के साथ जब नकारात्मक ध्रुिता
िोल्टेज को चबंि ु पर लागू दकया जाता है और िोल्टेज शुरुआत मूल्य से अवधक हो जाता है, तो करं ट अलग-अलग
वनयवमत पल्स में प्रिावहत होता है वजसे राइ ेल पल्स के रूप में जाना जाता है। शुरुआत िोल्टेज अंतराल की लंबाई से
स्ितंत्र है और संख्यात्मक रूप से समान व्यिस्था के वलए सकारात्मक िोल्टेज के तहत स्रीमर की शुरुआत के बराबर है।
पल्स आिृवि िोल्टेज के साथ बढती है और कै थोि की वत्रज्या, अंतराल की लंबाई और िबाि का एक कायव है। िबाि
में कमी से स्पन्िों की आिृवि कम हो जाती है। यह ध्यान दिया जाना ावहए दक कम िबाि को छोडकर नकारात्मक
ध्रुिता के साथ ब्रेकिाउन िोल्टेज सकारात्मक ध्रुिता की तुलना में अवधक है। इसवलए, िैकवल्पक विद्युत आिृवि िोल्टेज
के तहत गैर-समान क्षेत्र अंतराल का टू टना िोल्टेज तरं ग के सकारात्मक आधे ि के िौरान हमेशा होता है। व त्र 1.8
गैस िबाि के कायव के रूप में हिा में मापी गई सकारात्मक और नकारात्मक चबंिु प्लेन गैप ब्रेक िाउन विशेिताओं के
बी तुलना िेता है।
जब अंतर छोटा होता है तो िो ध्रुिों के वलए विखंिन विशेिताएाँ लगिग मेल खाती हैं और कोई कोरोना वस्थर क्षेत्र
नहीं िेखा गया है। जैसे-जैसे िूरी बढती है, सकारात्मक विशेिताएं बढती हैं लगिग 7 बार के िबाि तक विवशष्ट उच्च
कोरोना बीकिाउन प्रिर्शवत करें , वजसके बाि अ ानक वगरािट आती है टू टने की ताकत में. नकारात्मक ध्रुिता के तहत,
कोरोना वस्थर क्षेत्र बहत अवधक तक फै ला हआ है उच्च िबाि. व त्र 1.9 गोले-तल व्यिस्था के कोरोना आरं ि और
विखंिन िोल्टेज को िशावता है। व त्र से यह स्पष्ट है दक- (i) छोटी िूरी (जोन-I) के वलए, क्षेत्र एक समान है और
ब्रेकिाउन िोल्टेज मुख्य रूप से वनिवर करता है गैप स्पेचसंग पर. (ii) जोन-II में, जहां अंतर अपेक्षाकृ त बडा है,
विद्युत क्षेत्र असमान है और ब्रेकिाउन िोल्टेज गोले के व्यास और ररवि िोनों पर वनिवर करता है। (iii) इससे िी
बडी िूरी (जोन-III) के वलए फील्ि गैर-समान है और ब्रेकिाउन पहले है कोरोना द्वारा और के िल ररवि द्वारा
वनयंवत्रत दकया जाता है। कोरोना प्रारं ि िोल्टेज मुख्य रूप से गोले के व्यास पर वनिवर करता है।