Descarga Corona: Como Reduzir o Efeito Corona
Descarga Corona, também conhecida como Efeito Corona, é um fenômeno de descarga elétrica que ocorre quando um condutor carregado com alta tensão ioniza o fluido circundante, geralmente ar. O efeito corona ocorrerá em sistemas de alta tensão, a menos que sejam tomados cuidados suficientes para limitar a intensidade do campo elétrico circundante.
Como a descarga corona envolve uma perda de energia, os engenheiros buscam reduzir a descarga corona para minimizar a perda de potência elétrica, a produção de gás ozônio e a interferência radioelétrica.
A descarga corona pode causar um ruído audível de sibilo ou estalido enquanto ioniza o ar ao redor dos condutores. Isso é comum em linhas de transmissão de energia elétrica de alta tensão. O efeito corona também pode produzir um brilho violeta, a produção de gás ozônio ao redor do condutor, interferência radioelétrica e perda de potência elétrica.
O que é o Efeito Corona?
O efeito corona ocorre naturalmente porque o ar não é um isolante perfeito—contendo muitos elétrons livres e íons sob condições normais. Quando um campo elétrico é estabelecido no ar entre dois condutores, os íons e elétrons livres no ar experimentarão uma força. Devido a este efeito, os íons e elétrons livres são acelerados e movidos em direções opostas.
As partículas carregadas, durante seu movimento, colidem umas com as outras e também com moléculas não carregadas de movimento lento. Assim, o número de partículas carregadas aumenta rapidamente. Se o campo elétrico for forte o suficiente, ocorrerá uma quebra dielétrica do ar e formará-se um arco entre os condutores.
A transmissão de energia elétrica lida com a transferência em massa de energia elétrica, de estações geradoras situadas a muitos quilômetros de distância dos principais centros de consumo ou das cidades. Por essa razão, condutores de transmissão de longa distância são de extrema necessidade para a transferência eficaz de energia—o que invariavelmente resulta em grandes perdas no sistema.
Minimizar essas perdas de energia tem sido um grande desafio para os engenheiros de energia. A descarga corona pode reduzir significativamente a eficiência de linhas EHV (Extra High Voltage) em sistemas de energia.
Dois fatores são importantes para a ocorrência da descarga corona:
Diferenças de potencial elétrico alternado devem ser fornecidas na linha.
O espaçamento dos condutores deve ser suficientemente grande em comparação com o diâmetro da linha.
Quando uma corrente alternada é feita para fluir através de dois condutores de uma linha de transmissão cujo espaçamento é grande em comparação com seus diâmetros, o ar circundante aos condutores (composto por íons) está sujeito a tensão dielétrica.
Em valores baixos da tensão de alimentação, nada ocorre, pois a tensão é muito pequena para ionizar o ar externo. Mas quando a diferença de potencial aumenta além de algum valor limiar (conhecido como a tensão disruptiva crítica), a intensidade do campo elétrico torna-se suficiente para que o ar circundante aos condutores se dissociem em íons—tornando-o condutivo. Esta tensão disruptiva crítica ocorre aproximadamente em 30 kV.
O ar ionizado resulta em descarga elétrica ao redor dos condutores (devido ao fluxo desses íons). Isso dá origem a um brilho luminoso fraco, acompanhado de um som de sibilo e liberação de ozônio.
Este fenômeno de descarga elétrica ocorrendo em linhas de transmissão de alta tensão é conhecido como o efeito corona. Se a tensão nas linhas continuar a aumentar, o brilho e o ruído de sibilo tornam-se cada vez mais intensos—induzindo uma alta perda de potência no sistema.
Fatores que Afetam a Perda por Efeito Corona
A tensão da linha do condutor é o principal fator determinante para a descarga corona em linhas de transmissão. Em valores baixos de tensão (inferiores à tensão disruptiva crítica), a tensão no ar não é suficientemente alta para causar quebra dielétrica—e, portanto, nenhuma descarga elétrica ocorre.
Com o aumento da tensão, o efeito corona em uma linha de transmissão ocorre devido à ionização do ar atmosférico circundante aos condutores—sendo principalmente afetado pelas condições do cabo, bem como pelo estado físico da atmosfera. Os principais fatores que afetam a descarga corona são:
Condições Atmosféricas
Condição dos Condutadores
Espaçamento Entre Condutadores
Vamos examinar esses fatores com maior detalhe:
Condições Atmosféricas
O gradiente de tensão para a quebra dielétrica do ar é diretamente proporcional à densidade do ar. Consequentemente, em dias tempestuosos, o número de íons ao redor do condutor aumenta devido ao fluxo contínuo de ar, tornando a descarga elétrica mais provável do que em dias de tempo claro.
O sistema de tensão deve ser projetado para acomodar essas condições extremas.
Condição dos Condutadores
O impacto do efeito corona depende muito dos condutores e de sua condição física. O fenômeno é inversamente proporcional ao diâmetro dos condutores, o que implica que um aumento no diâmetro reduz consideravelmente o efeito corona.
Além disso, a presença de sujeira ou rugosidade nos condutores reduz a tensão de ruptura crítica, tornando os condutores mais suscetíveis às perdas por efeito corona. Este fator é particularmente significativo em cidades e áreas industriais com alta poluição, onde estratégias de mitigação são essenciais para contrariar seus efeitos negativos no sistema.
Espaçamento Entre Condutadores
O espaçamento entre condutores é um elemento crucial para a descarga corona. Para que a descarga corona ocorra, o espaçamento entre as linhas deve ser muito maior que seu diâmetro.
No entanto, se o espaçamento for excessivamente grande, a tensão dielétrica no ar diminui, reduzindo o efeito corona. Se o espaçamento for muito grande, a corona pode nem ocorrer nessa região da linha de transmissão.
Estratégias para Reduzir a Descarga Corona
Dado que a descarga corona invariavelmente leva a perdas de energia na forma de luz, som, calor e reações químicas, é crucial empregar estratégias para minimizar sua ocorrência em redes de alta tensão.
A descarga corona pode ser reduzida por:
Aumento do tamanho do condutor: Um diâmetro maior do condutor resulta em uma diminuição do efeito corona.
Aumento da distância entre condutores: Aumentar o espaçamento dos condutores diminui o efeito corona.
Uso de condutores agrupados: Condutores agrupados aumentam o diâmetro efetivo do condutor—portanto, reduzindo o efeito corona.
Uso de anéis de corona: Os campos elétricos são mais fortes nos pontos de curvatura aguda do condutor, portanto, a descarga corona primeiro ocorre em pontos agudos, bordas e cantos. Os anéis de corona, que estão eletricamente conectados ao condutor de alta tensão, cercam os pontos onde o efeito corona é mais provável de ocorrer. Eles efetivamente "arredondam" os condutores, reduzindo a agudeza da superfície do condutor e distribuindo a carga em uma área mais ampla, reduzindo assim a descarga corona. Os anéis de corona são usados nos terminais de equipamentos de muito alta tensão (como nos bushings de transformadores de alta tensão).
Descarga Corona e Corrente
Um olhar mais atento sobre a relação entre a descarga corona e a corrente revela insights adicionais sobre o impacto deste fenômeno nos sistemas de alta tensão.
O Papel da Corrente na Descarga Corona
O fluxo de carga elétrica desempenha um papel vital na ocorrência da descarga corona. Quando uma tensão alta é aplicada a uma linha de transmissão, a corrente que flui pelos condutores cria um campo elétrico ao redor deles.
Este campo elétrico ioniza as moléculas de ar ao redor dos condutores, levando ao efeito corona.
A magnitude da corrente que flui pela linha de transmissão é proporcional à severidade da descarga corona. Níveis mais altos de corrente geram um campo elétrico mais forte, levando a mais ionização e uma maior probabilidade de descarga corona.
