Koronaentladung

Koronaentladung ist die Ionisierung von Gas um einen Hochspannungsleiter herum, wenn die elektrische Feldstärke die Durchschlagsfestigkeit dieses Gases überschreitet. Anders als bei einem vollständigen Lichtbogen oder Funken bleibt die Koronaentladung eine Teilionisierung und erzeugt ein leuchtendes Glimmen oder einen Lichthof um den Leiter, statt einen kompletten Stromdurchgang zu bilden. Das Phänomen tritt in Luft bei etwa 3 Kilovolt pro Millimeter auf, wobei der genaue Grenzwert von Gasdichte, Luftfeuchte, Leitergeometrie und Polarität abhängt.

Die sichtbare Koronaentladung erscheint als schwaches violettes oder blaues Glimmen, oft begleitet von einem leisen Zischen oder Knistern. Das Glimmen breitet sich von scharfen Spitzen, Kanten oder rauen Leiteroberflächen aus, wo sich das elektrische Feld am stärksten konzentriert. Positive und negative Koronaentladung zeigen unterschiedliche Eigenschaften: positive Koronaentladung erscheint als kontinuierliches Glimmen mit Knistergeräusch, während negative Koronaentladung oft diffuser und schwächer wirkt, begleitet von leisererem Summen.

Bedeutung in der Praxis

Koronaentladung verursacht echte Probleme in Hochspannungsleitungen, Isolatoren und Schaltanlagen. Der Energieverlust durch Koronaerwärmung verschwendet Strom und erzeugt Hochfrequenzstörungen, die den Kommunikationsbetrieb beeinträchtigen. Das bei der Entladung entstehende Ozon greift Gummi und Kunststoffisolierungen an. Bei Freileitungen über 230 kV werden Koronalverluste im Megawatt-Bereich über längere Strecken messbar. Ingenieure unterdrücken Koronaentladung durch größere Leiterquerschnitte, glattere Oberflächen und Bündelleitungsanordnungen, die die Spitzenfeldstärke an der Leiteroberfläche senken.

In manchen Anwendungen ist die Koronaentladung unvermeidlich und wird nur geregelt statt vollständig beseitigt. Netzbetreiber akzeptieren leichte Koronaentladung an Freileitungen als Kompromiss gegenüber den Kosten und dem Gewicht einer vollständigen Unterdrückung. In geschlossenen Schaltanlagen oder unterirdischen Kabeln muss Koronaentladung durch Isolationsdesign, Leiterabstand und Verwendung von Isolierflüssigkeiten oder Gasen mit höherer Durchschlagsfestigkeit als Luft, etwa Schwefelhexafluorid (SF6), verhindert werden.

Koronaentladung unterscheidet sich grundlegend vom Kriechstrom, der die Bildung leitfähiger Pfade über Isolationsoberflächen ist. Während Koronaentladung nur das umgebende Gas ionisiert und die feste Isolation intakt lässt, beeinträchtigt längere Koronaexposition die Isolation durch Ozoneinwirkung und thermische Belastung und kann schließlich zum Ausfall führen.