Descàrrega Corona: Com Reduir l'Efecte Corona
Descàrrega de corona, també coneguda com a efecte de corona, és un fenomen de descàrrega elèctrica que es produeix quan un conductor que porta una alta tensió ionitza el fluid ambient, sovint l'aire. L'efecte de corona ocorre en sistemes d'alta tensió a menys que es prengui suficient cura per limitar la força del camp elèctric ambient.
Com que la descàrrega de corona implica una pèrdua d'energia, els enginyers busquen reduir la descàrrega de corona per minimitzar la pèrdua de potència elèctrica, la producció de gas ozó i la interferència radioelèctrica.
La descàrrega de corona pot causar un soroll audible de sisser o crepitació mentre ionitza l'aire al voltant dels conductors. Això és comú en línies d'alta tensió de transmissió elèctrica. L'efecte de corona també pot produir un resplendor violeta, la producció de gas ozó al voltant del conductor, interferència radioelèctrica i pèrdua de potència elèctrica.
Què és l'efecte de corona?
L'efecte de corona es produeix de manera natural perquè l'aire no és un aïllant perfecte—conté molts electrons i ions lliures en condicions normals. Quan es estableix un camp elèctric en l'aire entre dos conductors, els ions i electrons lliures en l'aire experimentaran una força. Degut a aquest efecte, els ions i els electrons lliures s'acceleren i es mouen en direccions oposades.
Les partícules carregades, durant el seu moviment, col·lideixen entre elles i també amb les molècules neutres que es mouen lentament. Així, el nombre de partícules carregades augmenta ràpidament. Si el camp elèctric és prou fort, es produeix un trencament dielèctric de l'aire i es forma un arc entre els conductors.
La transmissió d'energia elèctrica tracta de la transferència massiva d'energia elèctrica, des de les estacions de generació situades a molts quilòmetres de distància dels centres de consum principals o de les ciutats. Per aquest motiu, els conductors de transmissió a llarga distància són d'extrema necessitat per a una transferència eficaç d'energia—que invariablement resulta en grans pèrdues en tot el sistema.
Minimitzar aquestes pèrdues d'energia ha estat un gran repte per als enginyers de la potència. La descàrrega de corona pot reduir significativament l'eficiència de les línies EHV (Extra High Voltage) en els sistemes de potència.
Dos factors són importants per a la descàrrega de corona:
S'han de suministrar diferències de potencial elèctric alternat a través de la línia.
L'espaiat dels conductors ha de ser prou gran en comparació amb el diàmetre de la línia.
Quan una corrent alternada es fa fluir a través de dos conductors d'una línia de transmissió el cui espaiat és gran en comparació amb els seus diàmetres, l'aire que envolta els conductors (compost d'ions) està subjecta a stress dielèctic.
A valors baixos de la tensió d'aportació, no passa res ja que el stress és massa petit per ionitzar l'aire exterior. Però quan la diferència de potencial augmenta més enllà d'un valor llindar (conegut com a tensió crítica disruptiva), la força del camp esdevé prou forta per dissociar l'aire que envolta els conductors en ions—fent-la conductora. Aquesta tensió crítica disruptiva ocorre aproximadament a 30 kV.
L'aire ionitzada resulta en una descàrrega elèctrica al voltant dels conductors (gràcies al flux d'aquests ions). Això produeix un resplendor fluorescent, acompanyat d'un soroll de sisser i la liberació d'ozó.
Aquest fenomen de descàrrega elèctrica que ocorre en línies de transmissió d'alta tensió es coneix com a efecte de corona. Si la tensió a través de les línies continua augmentant, el resplendor i el soroll de sisser esdevenen més i més intensos—induint una alta pèrdua de potència al sistema.
Factors que afecten la pèrdua de corona
La tensió de la línia del conductor és el principal factor determinant per a la descàrrega de corona en línies de transmissió. A valors baixos de tensió (inferiors a la tensió crítica disruptiva), el stress sobre l'aire no és prou elevat per causar un trencament dielèctic—i, per tant, no ocorre cap descàrrega elèctrica.
Amb l'augment de la tensió, l'efecte de corona en una línia de transmissió ocorre degut a la ionització de l'aire atmosfèrica que envolta els conductors—està principalment afectat per les condicions del cablà i l'estat físic de l'atmosfera. Els principals factors que afecten la descàrrega de corona són:
Condicions atmosfèriques
Condició dels conductors
Espaiat entre conductors
Examinem aquests factors amb més detall:
Condicions atmosfèriques
El gradient de tensió per al trencament dielèctic de l'aire és directament proporcional a la densitat de l'aire. Conseqüentment, en dies tormentosos, el nombre d'ions que envolten el conductor augmenta degut a l'aire en moviment constant, fent que la descàrrega elèctrica sigui més probable que en dies de bo temps.
El sistema de tensió ha de dissenyar-se per a acomodar aquestes condicions extrems.
Condició dels conductors
L'impacte de la corona depèn molt de la condició dels conductors i el seu estat físic. El fenomen és inversament proporcional al diàmetre dels conductors, el que implica que un increment del diàmetre redueix considerablement l'efecte de corona.
Més encara, la presència de pols o asperezes en el conductor redueix la tensió crítica de trencament, fent que els conductors siguin més susceptibles a les pèrdues de corona. Aquest factor és particularment significatiu en ciutats i àrees industrials amb alta contaminació, on les estratègies de mitigació són essencials per contrarestar els seus efectes negatius en el sistema.
Espaiat entre conductors
L'espaiat entre conductors és un element crucial per a la descàrrega de corona. Per a la descàrrega de corona, l'espaiat entre les línies hauria de ser molt més gran que el seu diàmetre.
No obstant això, si l'espaiat és excessivament gran, el stress dielèctic sobre l'aire disminueix, reduint l'efecte de corona. Si l'espaiat és massa gran, la corona podria no ocorrer en aquesta regió de la línia de transmissió.
Estratègies per reduir la descàrrega de corona
Donat que la descàrrega de corona inevitablement provoca una pèrdua de potència en forma de llum, so, calor i reaccions químiques, és crucial utilitzar estratègies per minimitzar la seva ocurrencia en xarxes d'alta tensió.
La descàrrega de corona es pot reduir:
Augmentant la mida del conductor: Un diàmetre més gran del conductor resulta en una disminució de l'efecte de corona.
Augmentant la distància entre conductors: Augmentar l'espaiat entre conductors disminueix l'efecte de corona.
Utilitzant conductors bundlats: Els conductors bundlats augmenten el diàmetre efectiu del conductor—per tant, reduint l'efecte de corona.
Utilitzant anells de corona: Els camps elèctrics són més forts als punts de curvatura aguda del conductor, per tant, la descàrrega de corona primer ocorre en punts aguts, arestes i cantons. Els anells de corona, que estan connectats elèctricament al conductor d'alta tensió, envolten els punts on l'efecte de corona és més probable. Efectivament "arrodonescen" els conductors, reduint la agudesa de la superfície del conductor, i distribuint la càrrega en una àrea més ampla, per tant, reduint la descàrrega de corona. S'utilitzen anells de corona en els terminals de maquinària d'alta tensió (com ara en els bushings de transformadors d'alta tensió).
Descàrrega de corona i corrent
Una mirada més atenta a la relació entre la descàrrega de corona i la corrent revela més insights sobre l'impacte d'aquest fenomen en els sistemes d'alta tensió.
El paper de la corrent en la descàrrega de corona
