EFECTO CORONA Y AISLADOR EN LINEAS DE TRANSMISION.docx

EFECTO CORONA Consiste en que algunos electrones adquieren la suficiente energía para abandonar el conductor eléctrico de las líneas de alta tensión, por  donde circula, el cual adquiere un potencial suficientemente elevado para dar  lugar a un gradiente del campo eléctrico radial, igual o superior a la rigidez dieléctrica dieléctrica del aire, produciendo produciendo corrientes corrientes de fugas análogas, generado por  la conduc conductan tancia cia de los aislad aisladore ores; s; tales tales corrient corrientes es produc producen en perdida perdidas s de potencia. En definitiva, este es quizás uno de los efectos más llamativos de los fenómenos eléctricos, todo sucede como si el aire fuese conductor, y aquí la analogía citada.

El nombre efecto corona se manifiesta en la forma de alo luminoso, alrededor del conductor que suelen ser de sección circular, el alo adopta una forma de corona, de aí el nombre del fenómeno, que incluso en ingles se mantiene la palabra espa!ola corona.

Efecto corona: perdida de electrones a través del aire

"as "as líne líneas as eléct eléctri ricas cas se dise dise!a !an n para para que el efec efecto to coron corona a sea sea míni mínimo mo,, pues puesto to que tamb tambié ién n supon suponen en una una pérd pérdid ida a en su capac capacid idad ad de transporte de energía.

En la aparición e intensidad del fenómeno influyen los siguientes condicionantes: #

Tensión de la línea:  cuanto mayor sea la tensión de funcionamiento de la línea, mayor será el gradiente eléctrico en la superficie de los cables y, por tanto, mayor el efecto corona. En realidad sólo se produce en líneas de tensión superior a $% &'.

#

La humedad relatia del aire: una mayor umedad, especialmente en caso de lluvia o niebla, incrementa de forma importante el efecto corona.

#

El estado de la superficie del conductor:  "os defectos, impurezas aderidas, rugosidades, irregularidades, entre otros, incrementan el efecto corona.

#

N!mero de su"conductores: el efecto corona será menor cuanto más subconductores tenga cada fase de la línea.

NAT#RALE$A % &AN'FE(TAC'ONE( )EL EFECTO CORONA El estado climático que produce la má(ima intensidad de efecto corona es la

lluvia,

permitiendo

la

condición

atmosférica

más

desfavorable

inmediatamente posterior a esta, cuando el ruido de la precipitación a cesado y el conductor se encuentra )medo, situación en que la generación de efecto corona es muy intensa. El efecto de la umedad relativa del aire, lluvia o niebla, ace que las pérdidas por efecto corona varíen directamente proporcional, es decir, si aumenta cualquiera de estos factores, aumentan las pérdidas por efecto corona.

En pocas palabras, los efectos derivados de este fenómeno son*

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+uido audible

#

erturbaciones a frecuencias de radio y televisión

#

-eneración de ozono

#

érdidas de energía

#

'iento iónico

Ruido audi"le e manifiesta como un zumbido persistente, con ciertas detonaciones esporádicas. /uera de ser un efecto que puede causar cierta impresión, principalmente a quien desconoce su origen, es relativamente despreciable en sistemas ba0o 1%% &', con conductores bien dise!ados. "a percepción del efecto es mayor en condiciones de llovizna o neblina, a)n cuando su intensidad má(ima es ba0o lluvia fuerte.

*ertur"aciones a frecuencia de radio y teleisión "as peque!as descargas en aire en torno al conductor o en la superficie de aisladores, generan impulsos eléctricos que se propagan a través del conductor, en ambos sentidos, o entre conductor y tierra por la superficie de los aisladores y están dentro de una amplia gama de frecuencias. "as corrientes de alta frecuencia generan campos electromagnéticos de alta frecuencia que se irradian desde los conductores y aisladores. ueden ser transmitidas por los transformadores o conducidas por el conductor neutro para alcanzar a los receptores 2radio y 3'4 y crear  perturbaciones llamadas interferencias radio5televisión. Como consecuencia del efecto corona, en el rango de las radiofrecuencias, se produce una emisión de energía ac)stica y energía electromagnética, de tal manera que los conductores pueden generar ruido e interferencias en la radio y la televisión.

"as perturbaciones a frecuencia de radio se caracterizan por tres parámetros que son en primera apro(imación, independientes* #

u variación en función de la frecuencia

#

u variación con la distancia en dirección transversal a la línea.

#

u variación con las condiciones climáticas.

+eneración de o,ono El ozono se produce permanentemente de forma natural, ba0o la influencia de radiaciones ultravioletas emitidas por el sol, la descomposición de productos naturales de la tierra, entre otros. Es inestable y su concentración natural a 6% altura del mar es de 7,% partes por 6%% millones en volumen, subiendo a 7,8 a los 9%%% metros de altura. En condiciones de laboratorio se a determinado quela producción de ozono en una instalación de alta tensión oscila entre %.: y : g por &sí, con la aplicación de un menor tensión de línea la probabilidad de que el efecto corona ocurra disminuye.

"as líneas de transmisión se dise!an para que las pérdidas en su capacidad de transporte de energía, debido al efecto corona, sea mínimas, es por eso que se debe tener una idea de cuánto son las pérdidas por este efecto, para poder contrarrestar, debido a que en niveles de tensión elevados se presenta más frecuentemente. e definieron tres tensiones para su estudio* •

Tensión crítica disruptia* es la tensión o resistencia del aire, que los electrones deben vencer para iniciar su paso a través de él, abandonando el material conductor. Es la tensión más importante.

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Tensión crítica isual* es la tensión o resistencia del aire que deben vencer los electrones para que el efecto sea visible, y por tanto que el aporte de electrones acia el aire sea ya importante. Es mayor que la tensión crítica disruptiva, pero no es de tanta importancia en el cálculo del efecto, ya que lo que realmente interesa es el momento en que se produce y no cuando éste es visible.

•

Tensión m0s eleada* es la tensión que puede adquirir una línea en condiciones normales de funcionamiento por la variabilidad de las cargas a ella conectadas. e obtiene mediante tablas, aunque su valor  suele estar comprendido entre un 6%A y un 9%A superior al nominal, siendo muy frecuente adoptar un 6:A superior a la tensión nominal.

"a tensión para la que el gradiente antes citado es igual a la rigidez dieléctrica del aire, se llama Btensión critica disruptiva, aquella para la cual comienzan los efluvios 2emisión de peque!as partículas4, Btensión critica visual; esta )ltima es de valor mayor que la disruptiva.

+ENERAC'ON )E LA CORONA EN CON)#CTORE( EL1CTR'CO(

"os iones son generados debido a la actividad parcial de la descarga presente en el aire cerca del electrodo. Esto sucede cuando el volta0e aplicado entre dos electrodos e(cede el volta0e crítico. =eba0o de este volta0e, ninguna corriente entre dos electrodos puede ser detectada. =espués que el volta0e e(ceda el valor crítico, la corriente está presente en el aire, seg)n lo ilustrado en la figura. @n aumento posterior en volta0e conduce a una corriente dramáticamente de aumento asta que ocurre contorneo.

Corona: relación olta2e3Tension

CALC#LO(

=espués de estas definiciones estamos en condiciones de entender el método que aplico el r. ee&. •

•

•

•

e calcula la tensión que puede aguantar el aire tanto en ambientes secos como )medos 2tensión crítica disruptiva4. e calcula la má(ima tensión que puede tener la línea en condiciones normales 2tensión más elevada4. e comparan las dos tensiones* sí la tensión crítica disruptiva 2lo que aguanta el aire4 es mayor que la tensión más elevada 2tensión de los electrones4, los electrones no tendrán suficiente energía para saltar al aire y no se producirá efecto corona. í por el contrario la tensión crítica disruptiva, es menor que la tensión más elevada, sí se producirá el efecto corona y deberemos calcular sus pérdidas. Dediante unas fórmulas empíricas se calculará las pérdidas por efecto corona.

Calculo de tensión disruptiva

U C = 84. mc . mT  . r . δ . log

 D ( KV  ) r

=onde* 5

$1  es una constante que se define, del paso de tensiones de un valor má(imo, a uno eficaz. Esta constante tiene pues unidades, que son 2&'sí*

5

mc  6 para conductores nuevos.

5

mc  %.?7 a %.?$, para conductores vie0os 2con protuberancias4.

5

mc  %.$7 a %.$F, para cables 2formados por ilos4.

5

mt  coeficiente medioambiental. El aire será más conductor si esta )medo o contaminado. >sí*

5

mt  6, cuando el aire es seco. mt  %.$, cuando el aire es )medo o contaminado.

•

•

•

r  radio del conductor en cm. Es muy importante recordar las unidad es para que la fórmula final tenga coerencia.  =  distancia media geométrica entre fases. e e(plico como calcularla en la sección de la inductancia o capacidad. "as unidades tienen que ser iguales que las del radio del conductor para que el resultado del logaritmo sea lógico. δ 

•

 densidad relativa del aire. Go tiene unidades y depende de las

condiciones medioambientales y de la altura topográfica.

δ =

(25 + 273 ) ° K  h ( cmHg ) 3.921 h = 76 ( cmHg ) ( 273 + θ )( ° K ) 273 + θ

 >sí si en esta fórmula se entra con* la altura de presión relativa 24, en cm de Hg. I la temperatura

θ  en JC. "a densidad relativa no tendrá unidades.

Gos falta allar la altura de presión relativa del aíre 2en cm de Hg4, a cualquier altura, para ello se empleará la siguiente fórmula allada por el r. Halley* log =log76−

y 18336

=onde* •

I  altura topográfica en metros del tramo de línea a considerar.

Con todas estas fórmulas y datos ya tendremos calculada la tensión crítica disruptiva del aire. Gos falta aora, y mediante tablas, calcular la tensión más elevada de la línea. i no se disponen de estas tablas en la mayoría de las ocasiones se puede emplear la siguiente ecuación.

U me =1.15∗U linea ( KV  ) @na vez calculadas las dos tensiones, se procede a su comparación* Uc[ KV]=>t ens i ónc r í t i c a. Ume[ KV]= >t e n s i ó nmá se l e v a d a . Si Uc>Ume=>Nohayef ect ocor ona Si UcSi h a ye f e c t oc o r o n a •

•

í no se produce el efecto corona ya no debe seguirse con los cálculos, concluyéndose que no e(istirán pérdidas por este concepto. í se produce el efecto corona se an de determinar sus pérdidas.

erdidas por efecto corona

√

2 r U me U c ∗ ( f  + 25 )∗ ∗[  − ] ∗10−5  Potencia pérdida por fase y por km = δ   D  3  3

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EFECTO A'(LA)OR "os centros de consumo suelen estar ale0ados de los centros de producción de energía eléctrica, imponiéndose un transporte que a menudo representa grandes distancias. Estas distancias deben ser cubiertas sin que en ning)n momento se produzca contacto entre los conductores y otra parte activa cercana a la línea, ya que si esto ocurriera, la energía pasaría a través de esta parte activa 2que no tiene por que ser un conductor metálico, puede ser incluso un árbol, una pared, etc.4, impidiendo su llegada al centro receptor o de consumo. ara que esto no ocurra, y teniendo presente que los postes o torres eléctricas actuales son frecuentemente metálicas, es necesario incorporar a las mismas aisladores que las aíslen de los conductores que transportan la energía eléctrica. El tama!o de estos aisladores dependerá del valor de la tensión de la línea 2recordar que en condiciones normales por cada 6%.%%%' los electrones son capaces de saltar a través del aire una distancia apro(imada de 6cm4; así, cuanto mayor sea el potencial de la línea, mayor  será el tama!o de sus aisladores. "os aisladores se fabrican de materiales altamente aislantes, pero aun así, con condiciones atmosféricas adversas 2lluvia, nieve o eladas4, o medioambientales 2ambientes contaminados de zonas industriales4, algunos electrones son capaces de desplazarse por la superficie del aislante asta alcanzar la torre metálica, desde la cual llegarán a tierra. Kncluso algunos electrones llegan a pasar a través del aislante y por tanto importándoles poco las condiciones medioambientales

Efecto Aislador. Paso de los electrones a través y por la superficie de los aisladores de una línea

En la figura anterior se aprecia el paso de los electrones por la superficie y a través del propio aislador. =ebido a este efecto, siempre e(istirán pérdidas, por muco que se me0oren los materiales constructivos, las formas o las disposiciones que adopten los aisladores, ya que no e(iste un material perfectamente conductor, así como tampoco e(iste un aislante perfecto.

Cadena de aisladores formada por discos acoplados

Gótese que los aisladores se construyen de formas muy diversas, aunque predominan las redondeadas. "os grandes aisladores están formados por multitud de aisladores unitarios que reciben el nombre de discos o platos, denominándose a la agrupación de estos discos o platos cadena del aislador . "a longitud de estas cadenas dependerá del nivel de tensión e(istente en las líneas y no de la intensidad que pasa por las mismas.  >unque no pueden darse valores estándar de pérdidas, es frecuente adoptar  para las mismas los siguientes valores* •

•

érdidas por Efecto >islador de un disco con condiciones de poca umedad 2ambiente seco4. "a pérdida estimada oscila entre los 7 y los : por disco. érdidas por Efecto >islador de un disco con condiciones de umedad 2ambiente )medo4. "a pérdida estimada oscila entre los $ y los 9% por disco.

"a fórmula para determinar el efecto aislador por &m y fase será la dada para la conductancia en general*

"a conductancia total se obtendrá multiplicando la conductancia por &m y fase por el n)mero de fases y por la longitud total de la línea 2en &m4.

Dientras que las pérdidas de potencia totales simplemente serán las pérdidas producidas por un aislador, multiplicadas por el n)mero de aisladores totales.