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 aí 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 $% &'.
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La humedad relatia del aire: una mayor umedad, especialmente en caso de lluvia o niebla, incrementa de forma importante el efecto corona.
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El estado de la superficie del conductor: "os defectos, impurezas aderidas, rugosidades, irregularidades, entre otros, incrementan el efecto corona.
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N!mero de su"conductores: el efecto corona será menor cuanto más subconductores tenga cada fase de la línea.
NAT#RALE$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
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erturbaciones a frecuencias de radio y televisión
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-eneración de ozono
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érdidas de energía
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'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 teleisión "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
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u variación con la distancia en dirección transversal a la línea.
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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 &< disipado en efecto corona dependiendo de las condiciones meteorológicas. En días secos, con conductores limpios y configuraciones dise!adas para minimizar los campos eléctricos, las pérdidas por efecto corona y la producción de ozono serán reducidas. =urante la lluvia, con conductores sucios y otras circunstancias desfavorables, pueden producirse distorsiones locales del campo eléctrico que incrementen las pérdidas por efecto corona y, con ellas, la producción de ozono. El ozono es un o(idante muy activo y en concentraciones elevadas es tó(ico para los seres vivos. rovoca un enve0ecimiento acelerado del te0ido orgánico. or esta razón, se especifica que para el ser umano, la concentración má(ima de ozono debe ser 6% partes por 6%% millones para una 0ornada de $ oras. "a concentración de ozono que se encuentra ba0o las líneas de alta tensión es 9% veces inferior al admitido por normas. >pro(imadamente ?% por
ciento de los o(idantes son ozono, mientras que los 6% por ciento restantes se componen de ó(idos de nitrógeno
*erdidas de energía "as pérdidas de energía anuales causadas por efecto corona son relativamente escasas. Es sobre todo en mal tiempo que estas pérdidas se vuelven pasa0eramente importantes. "as pérdidas má(imas durante cortos períodos perturbados, por e0emplo ba0o la lluvia o la nieve, asta pueden alcanzar cientos de &<&m. Este aumento de las pérdidas tiene una influencia negativa sobre la entrega de energía, sobre todo durante los períodos de punta.
-iento ionico @na de las consecuencias de las descargas por corona es la creación del viento iónico. "os iones creados por estas descargas son acelerados por el campo eléctrico. "a velocidad se transfiere a las moléculas del gas ambiente por la colisión, dándole un movimiento de la punta de la aspereza acia el medio del gas.
Factores .ue afectan el efecto corona: #
Atmósfera: =urante una condición de tormentas o lluvias el efecto corona ocurre a un volta0e muco menor en comparación con un buen tiempo. =ebido a que durante una tormenta o lluvia la densidad de iones alrededor de los conductores es muco mayor que en un buen tiempo.
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Tama/o del conductor: "a irregularidad de la superficie de los conductores disminuye el volta0e de ruptura. or esta razón, con el ba0o volta0e del aislamiento disruptivo se creará cispas y corona. Es por eso que los conductores sólidos se utilizan sobre todo en vez de conductores trenzados para reducir la corona.
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(eparación entre conductores* mientras más grande sea la breca entre los conductores, menor será el efecto corona.
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Tensión de red: Cada volta0e de línea tiene un límite. =espués de que se alcance el límite disruptivo se producirá y creará cispas y corona. >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 disruptia* 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.
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Tensión m0s eleada* 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&. •
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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
$1 es una constante que se define, del paso de tensiones de un valor má(imo, a uno eficaz. Esta constante tiene pues unidades, que son 2&'
5
mc coeficiente del conductor empleado. +ecuerde que como más plano sea un material más difícil es que de él se desprendan electrones. En cambio con materiales circulares o con protuberancias, éstas act)an de trampolín para los electrones, y a igualdad de tensión, saltan del material más fácilmente. >sí*
5
mc 6 para conductores nuevos.
5
mc %.?7 a %.?$, 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.
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r radio del conductor en cm. Es muy importante recordar las unidad es para que la fórmula final tenga coerencia. = 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 24, 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 aora, 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 muco 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* •
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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.
