De bedreiging van Corona voor polymere isolatie

Elektrotechnici leenden het Latijnse woord 'corona' (kroon) om de gloed rond een geleider te beschrijven die aan voldoende hoge spanning werd blootgesteld. Deze gloed wordt veroorzaakt door de ionisatie van gas en het daaropvolgende vrijkomen van het licht wanneer elektronen die energie hebben gekregen van het hoge elektrische veld terugkeren naar hun oorspronkelijke stabiele toestand. Omdat de ontlading de ruimte tussen de elektroden niet overbrugt, wordt de corona soms partiële ontlading genoemd. De reden waarom gloeien alleen rond de bron is gelokaliseerd, is dat isolatie een barrière vormt voor verdere ionisatie. Ook vervalt het elektrische veld snel met toenemende afstand en is het niet in staat om ionisatie te ondersteunen.

Voor alle praktische doeleinden is corona niet te zien of te horen zonder gespecialiseerde apparatuur. Elke resulterende degradatie in een materiaal wordt geïnitieerd op moleculair niveau. Anorganische diëlektrica zoals porselein en glas, die sterke chemische bindingen hebben, zijn beter bestand tegen afbraak dan organische polymeren. Maar dit mag niet leiden tot de veronderstelling dat de levensduur van composietisolatoren op transmissielijnen altijd door dit fenomeen zal worden beperkt. Corona kan worden verzacht of zelfs geëlimineerd door goed ontwerp en fabricage. Desalniettemin is het belangrijk om te beseffen dat, mocht er aanhoudende corona-activiteit zijn in de buurt van polymere isolatorbehuizingen, de effectieve levensduur aanzienlijk kan worden verkort.

Dat corona kan leiden tot isolatiestoringen is al langer bekend. Niet alle aspecten van het probleem worden echter volledig begrepen en worden nog steeds onderzocht, inclusief de omvang en duur van de corona om afbraak te initiëren, de beste detectiemethoden en de ontwikkeling van geschikte tests om de prestaties in zijn aanwezigheid te voorspellen. Als het gaat om composietisolatoren, kan corona-activiteit afkomstig zijn van hardware, holtes in het materiaal of grensvlakdefecten. Het meeste licht dat door zo'n corona wordt geproduceerd, heeft een golflengte korter dan 400 nm en valt daarom in het UV-gebied. De meeste zonnestraling bevindt zich daarentegen in het zichtbare bereik van 400-700 nm - de kortere golflengten die worden gefilterd door de ozonlaag van de aarde. Sommige pieken in het UV-gebied van het coronaspectrum komen zelfs overeen met of overtreffen die in het zonnebereik.

Corona breekt stabiele zuurstofmoleculen (O2) om radicalen te creëren die zich combineren met de moleculen om ozon (O3) te vormen. De ozon valt vervolgens dubbele en driedubbele bindingsplaatsen aan in elastomere materialen zoals siliconenrubber of EPDM. Het resultaat is kraken. Zelfs kleine hoeveelheden ozon in het ppm-bereik zijn voldoende om scheuren te veroorzaken, de tijd die hiervoor nodig is, is echter afhankelijk van de materiaalformulering. Hoewel de meeste moderne elastomeren gestabiliseerd zijn tegen deze dreiging, bezwijken sommige uiteindelijk voor ozonaanvallen als hun concentratie voldoende hoog wordt. Corona produceert ook oxaalzuur en salpeterzuur in aanwezigheid van oppervlaktevocht door vocht, dauw of mist. Afhankelijk van de pH kan dit ook plaatselijk polymeren afbreken. Corona kan zelfs gaten in een materiaal 'boren', wat suggereert dat degradatie niet alleen te wijten is aan chemische aantasting door ozon. Onderzoekers hebben zelfs de temperatuur aan het uiteinde van de ontlading berekend en aangetoond dat deze hoog genoeg is om 'verdamping' van zelfs anorganische materialen te veroorzaken. Er is ook de suggestie van mechanische aanvallen, zoals zandstralen, vanwege de impact van herhaalde ontladingen op een materiaal. Het is inderdaad zeldzaam in energietechniek dat een enkel fysiek fenomeen zoveel mogelijke degradatiemethoden kan veroorzaken.

Referentie: www.inmr.com/coronas-threat-to-polymeric-insulation