Descarga Corona: Cómo Reducir el Efecto Corona
Descarga Corona, también conocida como Efecto Corona, es un fenómeno de descarga eléctrica que ocurre cuando un conductor que lleva alta tensión ioniza el fluido circundante, a menudo aire. El efecto corona ocurrirá en sistemas de alta tensión a menos que se tomen suficientes precauciones para limitar la intensidad del campo eléctrico circundante.
Dado que la descarga corona implica una pérdida de energía, los ingenieros buscan reducir la descarga corona para minimizar la pérdida de potencia eléctrica, la producción de gas ozono y la interferencia radioeléctrica.
La descarga corona puede causar un siseo o chasquido audible al ionizar el aire alrededor de los conductores. Esto es común en las líneas de transmisión de electricidad de alta tensión. El efecto corona también puede producir un resplandor violeta, la producción de gas ozono alrededor del conductor, interferencia radioeléctrica y pérdida de potencia eléctrica.
¿Qué es el Efecto Corona?
El efecto corona ocurre naturalmente porque el aire no es un aislante perfecto—contiene muchos electrones libres e iones bajo condiciones normales. Cuando se establece un campo eléctrico en el aire entre dos conductores, los iones y electrones libres en el aire experimentarán una fuerza. Debido a este efecto, los iones y electrones libres se aceleran y se mueven en dirección opuesta.
Las partículas cargadas durante su movimiento chocan entre sí y también con moléculas neutras que se mueven lentamente. Así, el número de partículas cargadas aumenta rápidamente. Si el campo eléctrico es lo suficientemente fuerte, se producirá un colapso dieléctrico del aire y se formará un arco entre los conductores.
La transmisión de electricidad trata sobre la transferencia a gran escala de energía eléctrica, desde estaciones generadoras situadas a muchos kilómetros de los principales centros de consumo o ciudades. Por esta razón, los conductores de transmisión a larga distancia son de suma importancia para la transferencia eficaz de energía—lo que inevitablemente resulta en grandes pérdidas en el sistema.
Minimizar estas pérdidas de energía ha sido un desafío importante para los ingenieros de energía. La descarga corona puede reducir significativamente la eficiencia de las líneas EHV (Extra High Voltage) en sistemas de potencia.
Dos factores son importantes para que ocurra la descarga corona:
Se deben suministrar diferencias de potencial eléctrico alternativo a través de la línea.
El espaciado de los conductores debe ser lo suficientemente grande en comparación con el diámetro de la línea.
Cuando se hace fluir una corriente alterna a través de dos conductores de una línea de transmisión cuyo espaciado es grande en comparación con sus diámetros, el aire que rodea a los conductores (compuesto por iones) está sometido a estrés dieléctrico.
A valores bajos de la tensión de alimentación, no ocurre nada ya que el estrés es demasiado pequeño para ionizar el aire exterior. Pero cuando la diferencia de potencial aumenta más allá de algún valor umbral (conocido como la tensión crítica disruptiva), la intensidad del campo se vuelve lo suficientemente fuerte para que el aire que rodea a los conductores se disocien en iones—volviéndolo conductor. Esta tensión crítica disruptiva ocurre aproximadamente a 30 kV.
El aire ionizado resulta en una descarga eléctrica alrededor de los conductores (debido al flujo de estos iones). Esto da lugar a un resplandor luminoso tenue, junto con un siseo acompañado de la liberación de ozono.
Este fenómeno de descarga eléctrica que ocurre en líneas de transmisión de alta tensión se conoce como el efecto corona. Si la tensión a través de las líneas continúa aumentando, el resplandor y el ruido siseante se vuelven cada vez más intensos—induciendo una alta pérdida de potencia en el sistema.
Factores que Afectan la Pérdida por Corona
La tensión de la línea del conductor es el factor principal determinante para la descarga corona en líneas de transmisión. A valores bajos de tensión (inferiores a la tensión crítica disruptiva), el estrés sobre el aire no es lo suficientemente alto como para causar un colapso dieléctrico—y, por lo tanto, no ocurre ninguna descarga eléctrica.
Con el aumento de la tensión, el efecto corona en una línea de transmisión ocurre debido a la ionización del aire atmosférico que rodea a los conductores—está principalmente afectado por las condiciones del cable, así como por el estado físico de la atmósfera. Los principales factores que afectan la descarga corona son:
Condiciones Atmosféricas
Condición de los Conductores
Espaciado entre Conductores
Veamos estos factores con mayor detalle:
Condiciones Atmosféricas
El gradiente de tensión para el colapso dieléctrico del aire es directamente proporcional a la densidad del aire. En consecuencia, en días tormentosos, el número de iones que rodean al conductor aumenta debido al flujo continuo de aire, haciendo que la descarga eléctrica sea más probable que en días de buen tiempo.
El sistema de tensión debe estar diseñado para acomodar estas condiciones extremas.
Condición de los Conductores
El impacto de la corona depende en gran medida de los conductores y de su condición física. El fenómeno es inversamente proporcional al diámetro de los conductores, lo que implica que un aumento en el diámetro reduce considerablemente el efecto corona.
Además, la presencia de suciedad o rugosidad en el conductor reduce la tensión crítica de ruptura, haciendo que los conductores sean más susceptibles a las pérdidas por corona. Este factor es particularmente significativo en ciudades y áreas industriales con alta contaminación, donde las estrategias de mitigación son esenciales para contrarrestar sus efectos negativos en el sistema.
Espaciado entre Conductores
El espaciado entre los conductores es un elemento crucial para la descarga corona. Para que ocurra la descarga corona, el espaciado entre las líneas debe ser mucho mayor que su diámetro.
Sin embargo, si el espaciado es excesivamente grande, el estrés dieléctrico sobre el aire disminuye, reduciendo el efecto corona. Si el espaciado es demasiado grande, la corona puede no ocurrir en absoluto en esa región de la línea de transmisión.
Estrategias para Reducir la Descarga Corona
Dado que la descarga corona inevitablemente conduce a pérdidas de potencia en forma de luz, sonido, calor y reacciones químicas, es crucial emplear estrategias para minimizar su ocurrencia en redes de alta tensión.
La descarga corona se puede reducir mediante:
Aumentar el tamaño del conductor: Un diámetro mayor del conductor resulta en una disminución del efecto corona.
Aumentar la distancia entre conductores: Aumentar el espaciado de los conductores disminuye el efecto corona.
Usar conductores agrupados: Los conductores agrupados aumentan el diámetro efectivo del conductor—por lo tanto, reduciendo el efecto corona.
Usar anillos corona: Los campos eléctricos son más fuertes en puntos de curvatura aguda del conductor, por lo que la descarga corona primero ocurre en puntos, bordes y esquinas afilados. Los anillos corona, que están conectados eléctricamente al conductor de alta tensión, rodean los puntos donde es más probable que ocurra el efecto corona. Efectivamente "redondean" los conductores, reduciendo la agudeza de la superficie del conductor y distribuyendo la carga sobre un área más amplia, lo que reduce la descarga corona. Los anillos corona se utilizan en los terminales de equipos de muy alta tensión (como en los empalmes de transformadores de alta tensión).
Descarga Corona y Corriente
Un vistazo más cercano a la relación entre la descarga corona y la corriente revela más insights sobre el impacto de este fenómeno en los sistemas de alta tensión.
El Papel de la Corriente en la Descarga Corona
El flujo de carga eléctrica juega un papel vital en la ocurrencia de la descarga corona. Cuando se aplica una alta tensión a una línea de transmisión, la corriente que fluye a través de los conductores crea un campo eléctrico alrededor de ellos.
Este campo eléctrico ioniza las moléculas de aire que rodean a los conductores, lo que conduce al efecto corona.
