Efecto Corona

 

Introducción

Uno de los fenómenos asociados con todos los dispositivos eléctricos energizados, incluyendo las líneas de transmisión de alto voltaje, es el efecto corona. El campo eléctrico localizado cerca de un conductor puede ser suficientemente concentrado para ionizar el aire que está cerca de los conductores. Esto puede resultar en una descarga parcial de energía eléctrica llamada descarga corona o corona.

 

CAUSAS DEL EFECTO CORONA En presencia de un fuerte campo eléctrico externo, las moléculas que componen el aire tienden a ionizarse, es decir, a perder o ganar un electrón libre transformándose en cargas eléctricas no neutras. Luego, las partículas ionizadas y los electrones libres son repelidos o atraídos por el campo eléctrico según sea su polaridad. Cuando el campo eléctrico externo es alterno, entonces las moléculas ionizadas y los portadores libres se acercan y alejan de la fuente del campo eléctrico continuamente. Este movimiento de iones y cargas es más enérgico cuanto mayor sea la magnitud y la frecuencia del campo eléctrico. Si la magnitud del campo eléctrico supera un cierto valor, entonces el movimiento de las cargas produce choques entre ellas en donde se disipa una cantidad de energía tal que se producen recombinaciones químicas entre las moléculas involucradas. Este proceso químico libera al espacio nuevas moléculas, y la recombinación e ionización de algunas de estas produce la liberación de fotones los cuales producen el efecto visible que se conoce como Efecto Corona.

Factores Que Afectan El Efecto Corona:   Atmósfera: Durante una condición de tormentas o lluvias el efecto cor corona ona ocurre a un voltaje mucho menor en comparación con un buen tiempo. Debido a que durante una tormenta o lluvia la densidad de iones alrededor de los conductores es mucho mayor que en un buen tiempo.   Tamaño del conductor:  La irregularidad de la superficie de los conductores disminuye el voltaje de ruptura. Por esta razón, con el bajo voltaje del

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aislamiento disruptivo se creará chispas y corona. Es por eso que los conductores sólidos se utilizan sobre todo en vez de conductores trenzados para reducir la corona.   Separación entre conductores: mientras más grande sea la brecha entre los conductores menor será el efecto corona.   Tensión de red: Cada voltaje de llínea ínea tiene un lím límite. ite. Después de que se alcance el límite disruptivo se producirá y creará chispas y corona. Así, con la aplicación de un menor tensión de línea la probabilidad de que el efecto corona ocurra disminuye.   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

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tanto, mayor el efecto corona. En realidad sólo se produce en líneas de tensión superior a 80 kV.

 

  La humedad relativa del aire: una mayor humedad, especialmente en caso de lluvia o niebla, incrementa de forma importante el efecto corona.   El estado de la superficie del conductor:   las rugosidades, irregularidades, defectos, impurezas adheridas, etc., incrementan el efecto corona.   Número de subconductores: el efecto corona será menor cuanto más subconductores tenga cada fase de la línea.

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IMPACTO SOBRE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN TR ANSMISIÓN El efecto corona consiste en la ionización del aire que rodea a los conductores de alta tensión y que tiene lugar cuando el gradiente eléctrico supera la rigidez dieléctrica del aire, manifestándose en forma de pequeñas chispas o descargas a escasos centímetros de los cables. Al momento que las moléculas que componen el aire se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que circulan por la línea pasan a circular por el aire. Tal circulación producirá un incremento de temperatura en el gas, que se tornará de un color rojizo para niveles bajos de temperatura, o azulado para niveles altos. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede cuantificar según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para los más severos.

Fuente: electricosaficionados.blogspot.com

Como consecuencia del efecto corona se produce una emisión de energía acústica y energía electromagnética en el rango de las radiofrecuencias, de forma

 

que los conductores pueden generar ruido e interferencias en la radio y la televisión; otra consecuencia es la producción de ozono y óxidos de nitrógeno.

FORMA DE CALCULAR SU MAGNITUD El umbral para que se produzca el efecto corona se denomina gradiente crítico y es función del diámetro y la superficie del conductor. Adicionalmente, el aire húmedo y especialmente la lluvia provocan un aumento muy sensible de las pérdidas por efecto corona. El ingeniero norteamericano F.W. Peek desarrolló un modelo matemático general para el cálculo del gradiente crítico para la iniciación del efecto corona, el cual se muestra a continuación.

E = g ∗ δ ∗ m ∗ ( 1 + 0.301)  δR √ δR Donde:



 : Gradiente

critico para la iniciación corona

  : Gradiente crítica disruptiva del aire  

R

:

 Radio del conductor (cm) 

(/) 

≈ 29.8

(/) 

Coeficiente de estado de superficie, para el gradiente crítico, el cual se determina por:

m :

m = 1 Conductor liso ideal. m = 0,95 Conductor cableado nuevo y limpio. m = 0,7 – 0,8 Conductor cableado envejecido. m = 0,5 – 0,7 Conductor tratado deficientemente. m ≤ 0,6 Conductor bajo lluvia, nuevo o envejecido

 : Factor de corrección de la densidad del aire y, la obtenemos de: δ = 3.921∗h 273+θ   Siendo:

 : Temperatura media correspondiente a la zona considerada (ºC) h : Presión barométrica en cm de columna de mercurio cuyo valor se determina con la siguiente relación:

 

h = 76   10 Donde:

y : Altitud sobre el nivel del mar (m) Por otra parte, gradiente de tensión superficial presente en un conductor se determina por lael siguiente relación:

g = V R∗ln DMG RMG

 

Donde:

 : Gradiente de tensión superficial (kV/cm) : Nivel de Tensión en el conductor entre conductor y tierra (kV)  

R

: Radio del conductor (cm)

DMG RMG

: Distancia Media Geométrica (cm) : Radio Medio Geométrico (cm)

 

Para evitar la manifestación del efecto corona debe cumplirse con el siguiente criterio:

 >   √ 2 Uno de los factores influyentes del Efecto Corona y a través del cual se busca disminuir su aparición es el diámetro del conductor, ya que incrementando la sección de los conductores en el diseño de una línea de transmisión es posible reducir por completo la ocurrencia de este fenómeno.   La siguiente tabla resume las secciones mínimas típicas que aseguran la no aparición del efecto corona a distintos valores de tensión, y los valores de los parámetros utilizados para su cálculo.

 

Fuente: SYSRED sistemas eléctricos

MEDI AS PARA MITIGAR SU EFECTO  

Aumento de la sec ión del conductor: Si aumentamos la sección del

conductor el valor del gradiente de potencial se incrementará. ara crear el efecto corona se requerirá de una mayor tensión de línea. effecto c co oro a puede ser   Aumento de la separación entre conductores: el e eliminado elimi nado med mediant iante e e l aumento de la separación entre los conductores. Debido a que el aume to de la separación ocasionará que se re uiera de una mayor tensión de línea para crear el efecto corona. efecto corona corona es utilizar utilizar cconduct onductore ore en haz, es   Otra forma de evitar el efecto decir, v va arios c co onducto es por fase. De la fórmula del radio equi alente se ve que se puede aume tar el radio equivalente aumentando el número de conductores por fase. Esto es, en general, más económico que aumentar la sección del único co ductor, ya que en este caso se puede disminuir la sección de los sub conductores a medida que se agregan. Sin e bargo, igual la línea queda sobredi ensionada en ampacidad pero no tanto omo cuando se utiliza solo un cond ctor.   En el caso de subest ciones, el efecto corona se produce en conductores a  

alta alt a te tensi nsión ón q que ue q qued ueda an expuestos al aire.

Para detectar la ap ri rici ción ón del ef efect ecto o se se iins nsta talan lan cá cáma marr s térmicas especiales qu  que permiten ver la aparición del efecto a niveles inf riores que el ojo y oído humano. ara e ev vitar e ell e effecto, se a au umenta lla a sup rficie de los co cond nduc ucto tore res s ex expu pues esto to , o se les diseña con superficies curvas ara evitar la conc co ncen entr trac ació ión n de ca carg rg s en las puntas.

 

RECOMENDACIONES  

Realizar un análisis económico en la instalación de líneas de transmisión, para determinar si la configuración establecida como optima técnicamente y económicamente por perdidas, es la mejor para cualquier proyecto.   Utilizar instrumentos termograficos para medir y encontrar puntos de  

producción de del efecto Utilización grasa corona. aislante como método para contrarrestar el efecto corona.

CONCLUSIONES  

El efecto corona se presenta cuando el potencial d de e un conductor en el aire se eleva hasta valores tales que sobrepasan la rigidez dieléctrica del aire que rodea al conductor.   En las líneas de transmisión, el efecto corona origina pérdidas de energía y, si alcanza cierta importancia, produce corrosiones en los conductores a causa del ácido formado.   El efecto corona es un fenómeno eléctrico que depende del gradiente superficial en los conductores y este a su vez de las condiciones propias del conductor y las condiciones atmosféricas del medio en donde se encuentra a la línea de transmisión.   La relación básica de los dos gradientes superficiales es     lo que significa que no exista efecto corona teóricamente; mientras el gradiente critico se encuentra superior al gradiente propio del conductor, no existe efecto corona y si el gradiente critico es inferior al gradiente máximo, existe efecto corona.

