5/23/2018 Efecto Corona en L neas de Transmisi n

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EFECTO CORONA EN LNEAS DE TRANSMISIN

INTRODUCCIN

Las descargas por efecto corona se producen cuando la intensidad del campo elctrico alrededor

de la superficie del conductor de una lnea de transmisin excede la rigidez dielctrica del aire. El

efecto corona se manifiesta como luz (halos violceos en forma de corona alrededor del

conductor), ruido audible, interferencia en radio y televisin, vibracin en el conductor,

produccin de ozono y xidos de nitrgeno. Adems, causa disipacin de potencia y energa que

deben ser suministradas por alguna fuente de generacin.

La rigidez dielctrica del aire depende de varios factores. Entre los principales, se tienen los

siguientes: el tipo de tensin elctrica aplicado (continua, alterna o de impulso), la frecuencia del

sistema, las condiciones atmosfricas (presin, temperatura, humedad, niebla, lluvia, nieve, hielo),la naturaleza de las superficies de los conductores (las rugosidades, irregularidades, defectos,

impurezas adheridas, la disposicin relativa de los conductores y sus dimetros (conductores

simples o subconductores), fotoionizacin disponible.

Mecanismo de Descarga Corona

Las descargas corona se originan usualmente por la aceleracin de electrones libres en un campo

elctrico, a travs de un gas (el aire). Cuando estos electrones adquieren suficiente energa delcampo elctrico pueden producir nuevos iones liberando electrones de los tomos por colisin.

Este proceso se denomina ionizacin por impacto de electrones, y el proceso de multiplicacin de

electrones o avalancha se muestra en la figura 1. Los primeros electrones que inician el proceso de

ionizacin son los que se encuentran libres en el aire y que son el resultado de fotoionizacin, de

restos de material radioactivo en la superficie del suelo del bombardeo csmico a la tierra desde el

espacio exterior.

CONCEPTO

Es una descarga, en ocasiones luminosa, debida a la ionizacin del gas que rodea a un conductor

en el cual existe un gradiente de potencial superior a un determinado valor.

Aparece en tensiones altas: aproximadamente 30 kV/cm en el aire.

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En las lneas areas, puede aparecer en los conductores, herrajes, amortiguadores, aisladores, y en

general en cualquier punto donde se supere el gradiente de potencial mnimo.

Efecto Corona: El fenmeno de la luz violeta, ruido sibilante y produccin de gas ozono en una lnea

area de transmisin

Origen Fsico

En presencia de un fuerte campo elctrico externo, las molculas que componen el aire tienden a

ionizarse, es decir, a perder o ganar un electrn libre transformndose en cargas elctricas no

neutras. Luego, las partculas ionizadas y los electrones libres son repelidos o atrados por el

campo elctrico segn sea su polaridad.

Cuando el campo elctrico externo es alterno, entonces las molculas ionizadas y los portadores

libres se acercan y alejan de la fuente del campo elctrico continuamente. Este movimiento de

iones y cargas es ms enrgico cuanto mayor sea la magnitud y la frecuencia del campo elctrico.

Si la magnitud del campo elctrico supera un cierto valor, entonces el movimiento de las cargas

produce choques entre ellas en donde se disipa una cantidad de energa tal que se producen

recombinaciones qumicas entre las molculas involucradas. Este proceso qumico libera al espacio

nuevas molculas, y la recombinacin e ionizacin de algunas de estas produce la liberacin de

fotones los cuales producen el efecto visible que se conoce como Efecto Corona.

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Factores que afectan el efecto corona:

Atmsfera: Durante una condicin de tormentas o lluvias el efecto corona ocurre a un voltaje

mucho menor en comparacin 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.

Tamao del conductor: La irregularidad de la superficie de los conductores disminuye el voltaje de

ruptura. Por esta razn, con el bajo voltaje del aislamiento disruptivo se crear chispas y corona.

Es por eso que los conductores slidos se utilizan sobre todo en vez de conductores trenzados

para reducir la corona.

Separacin entre conductores: mientras ms grande sea la brecha entre los conductores menores

ser el efecto corona.

Tensin de red: Cada voltaje de lnea tiene un lmite. Despus de que se alcance el lmite

disruptivo se producir y crear chispas y corona. As, con la aplicacin de un menor tensin de

lnea la probabilidad de que el efecto corona ocurra disminuye.

Ventajas:

El rea alrededor del conductor se vuelve conductora debido a la formacin de corona. Se crea un

dimetro ms grande virtual del conductor. A medida que el dimetro aumenta, la tensin

electrosttica entre los conductores disminuye.

El Efecto Corona reduce la sobretensin creadas por maniobra o descargas atmosfricas. Cuanto

mayor es el voltaje aplicado mayor es la corona creada, por eso cuando una sobretensin ocurre

se forma la corona y esta va a absorber la energa adicional mediante la creacin de resplandor

violeta, ruido y chispas.

Desventajas:

Se reduce la eficiencia de transmisin.

El ozono creado por esta causa efecto de corrosin en los conductores.

Debido a la cada de tensin se produce un efecto corona no sinusoidal a travs de la lnea. Esto

puede causar interferencia inductiva con lneas de comunicacin vecinas.

El efecto corona se puede reducir por los siguientes mtodos:

Aumento de la seccin del conductor: Si aumentamos la seccin del conductor el valor del

gradiente de potencial se incrementar. Para crear el efecto corona se requerir de una mayor

tensin de lnea.

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Aumento de la separacin entre conductores: el efecto corona puede ser eliminado mediante el

aumento de la separacin entre los conductores. Debido a que el aumento de la separacin

ocasionar que se requiera de una mayor tensin de lnea para crear el efecto corona.

Otra forma de evitar el efecto corona es utilizar conductores en haz, es decir, varios conductores

por fase. De la frmula del radio equivalente se ve que se puede aumentar el radio equivalenteaumentando el nmero de conductores por fase. Esto es, en general, ms econmico que

aumentar la seccin del nico conductor, ya que en este caso se puede disminuir la seccin de los

sub conductores a medida que se agregan. Sin embargo, igual la lnea queda sobredimensionada

en ampacidad pero no tanto como cuando se utiliza solo un conductor.

En el caso de subestaciones, el efecto corona se produce en conductores a alta tensin que

quedan expuestos al aire.

Para detectar la aparicin del efecto se instalan cmaras trmicas especiales que permiten ver la

aparicin del efecto a niveles inferiores que el ojo y odo humano. Para evitar el efecto, se

aumenta la superficie de los conductores expuestos, o se les disea con superficies curvas paraevitar la concentracin de cargas en las puntas.

COMO SE PRODUCE EL EFECTO CORONA

El efecto corona se presenta cuando el potencial de un conductor en el aire se eleva hasta valores

tales que sobrepasan la rigidez dielctrica del aire que rodea al conductor. El efecto corona se

manifiesta por luminiscencias o penachos azulados que aparecen alrededor del conductor, mas o

menos concentrados en las irregularidades de su superficie.

La descarga va acompaada de un sonido silbante y de olor de ozono. Si hay humedad apreciable,

se produce cido nitroso. La corona se debe a la ionizacin del aire. Los iones son repelidos y

atrados por el conductor a grandes velocidades, producindose nuevos iones por colisin. El aire

ionizado resulta conductor (si bien de alta resistencia) y aumenta el dimetro eficaz del conductor

metlico.

En las lneas de transmisin, el efecto corona origina prdidas de energa y, si alcanza cierta

importancia, produce corrosiones en los conductores a causa del cido formado.

El efecto corona es funcin de dos elementos: el gradiente potencial en la superficie del conductor

y la rigidez dielctrica del aire en la superficie, valor que a su vez depende de la presin

atmosfrica y la temperatura.

En un campo uniforme, a 25 C y 760 mm de presin, la ionizacin por choque aparece al tener un

valor mximo de 30 kv/cm, que corresponde a 21.1 kv/cm sinusoidal. En el caso de las lneas

areas de transmisin de energas, se ha demostrado que el fenmeno depende del radio del

conductor. El valor del gradiente de potencial para el cual aparece la ionizacin en la superficie del

conductor se llama gradiente superficial crtico y varios investigadores indican que vale:

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g0 = 30(10.7 r) kv/cm eficaz

Donde r es el radio del conductor en cm. Existen frmulas que nos suministran este valor en

funcin de la presin baromtrica y la temperatura ambiente. Pero estas frmulas sirven para

conductores de seccin circular y perfectamente lisa. Los conductores de lneas areas estn

formados por varios alambres cableados y enrollados en hlice y tienen raspaduras propias de sufabricacin e instalacin. Esto hace aumentar el gradiente crtico, por encima de la estimaciones

tericas.

Los fenmenos descriptos en forma somera hasta aqu, nos permiten afirmar que la superficie de

un conductor libera iones de ambos signos. Como la tensin es alterna, algunos son atrados hacia

el conductor, conforme su polaridad en el momento en que se considere mientras que otros, son

rechazados y se alejan hacia molculas neutras para formar iones pesados. Los que se alejan,

debido a que disminuye el gradiente. Al cambiar la polaridad del conductor se reinicia la ionizacin

por choque.

Esta ligera descripcin indica por un lado que la energa necesaria para producir la ionizacin y porotro la necesaria para producir los movimientos de las cargas. La primera es importante y la forma

de estimarla es:

Pc = prdidas por efecto corona en Kw/km/fase.

f = Frecuencia en Hz

Uf = Tensin eficaz, entre fase y neutro, en kvDMG = distancia media geomtrica entre conductores, en m

r = radio del conductor, en m

F = factor funcin de la relacin Uf/U0

U0 = tensin eficaz, entre fase y neutro, en kv, que provoca la descarga

El valor de F se toma:

Uf/U0 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5

F 0.0011 0.014 0.018 0.025 0.036 0.053 0.085 0.150 0.950

Esta frmula es para buen tiempo, en otras condiciones, es necesario hacer intervenir los efectos

correspondientes.

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Podemos cerrar este tema diciendo que las prdidas por efecto corona se pueden mantener en

valores tolerables manteniendo la tensin a la ocurre el fenmeno, ms alta que la tensin entre

fase y tierra en un 20 a 40%, para lo cual, es necesario que el dimetro del conductor sea grande o,

en caso contrario, formando cada fase por medio de ms de un conductor. (En nuestro pas esta

cantidad de conductores por fase indica la tensin de transporte de la lnea, por

ejemplo: 1 conductor por fase 132 KV, 2 conductos 220 KV, 4 conductores 500 KV.)

ANALISIS DE LA RADIOINTERFERENCIA DEBIDA AL EFECTO CORONA EN LINEAS DE TRANSMISION

DE ALTA TENSION

Durante su operacin nominal, las lneas de transmisin de alta tensin producen emisiones

electromagnticas en un amplio rango de frecuencias. Estas emisiones pueden interferir con el

funcionamiento normal de algunos dispositivos electromagnticos localizados en la cercana de las

lneas, adems de provocar un impacto fsico y biolgico en el ambiente [1]. Sin embargo, las

emisiones electromagnticas a altas frecuencias se deben principalmente a las descargas

producidas por efecto corona.

Este efecto produce emisiones electromagnticas primordialmente a frecuencias por debajo de los

3MHz e interfiere, entre otros dispositivos, con la recepcin de radio en Amplitud Modulada (AM)

en la banda de 0.535 a 1.605 MHz. Es por ello que las emisiones electromagnticas debidas a

corona suelen definirse como radiointerferencia, (RI).

Si la frecuencia de la emisin electromagntica debida a corona en una lnea de transmisin

coincide con la frecuencia de la seal transmitida por una lnea de comunicacin cercana a la lnea

de potencia, entonces la seal transmitida puede ser distorsionada. Para mitigar este efecto, la

lnea de comunicacin debe colocarse a una distancia segura de la lnea de potencia. Por esta

razn es necesario estimar los niveles de radiacin en decibeles (dB) a diferentes distancias de lalnea [6].

En este trabajo se describe un mtodo para calcular la interferencia electromagntica de lneas de

transmisin monofsicas y multiconductoras de alta tensin. Los resultados obtenidos son

comparados con los publicados previamente por otros autores.

II. DESCRIPCIN FSICA DE LA RI DEBIDA AL EFECTO CORONA

El efecto corona se origina generalmente en puntos distribuidos aleatoriamente a lo largo de los

conductores de una lnea de transmisin. Cuando se tiene buen clima (templado, sin lluvia), slo

se generan unas cuantas fuentes de corona separadas por largas distancias. Sin embargo, bajomalas condiciones climticas (lluvia, nieve) aparece una mayor cantidad de fuentes de corona

localizadas a poca distancia entre s. Adems, la intensidad de las descargas por corona es

generalmente mayor [1].

La descarga corona en cada punto de generacin en el

conductor se caracteriza por diferentes modos. En general,

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los modos de streamers tipo trichel y de incepcin ocurren

durante los semiciclos negativo y positivo de la onda de

voltaje, respectivamente. Estos 2 modos de corona generan

pulsos de corriente con tiempo de subida (rise time) rpido y

corta duracin.

Los pulsos de corriente de corona negativos en general

tienen tiempos de subida ms rpidos y duraciones ms

cortas que los pulsos positivos, mientras que las amplitudes

de los pulsos positivos son regularmente mayores que las de

pulsos negativos. El resultado neto es que los pulsos

positivos son la fuente predominante de radiointerferencia

de las lneas de transmisin. Sin embargo, los pulsos

negativos pueden ser de importancia a mayores frecuencias.

Cada descarga corona se comporta como una fuente de

corriente, la cual inyecta un tren de pulsos de naturaleza

aleatoria al conductor. Cada pulso de corriente inyectado se

divide a su vez en 2 pulsos con la mitad de la amplitud del

pulso original y viajando en direcciones opuestas a lo largo

del conductor. Conforme viajan, los pulsos en las dos

direcciones van distorsionndose y atenundose hasta que se

vuelven insignificantes a una cierta distancia del punto de

origen.

En consecuencia, la influencia de cada fuente de corona

se observa slo hasta una cierta distancia, la cual depende de

las caractersticas de atenuacin de la lnea. De esta manera,

en cualquier punto de la lnea, la corriente circulante

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resultante est formada por los pulsos producidos por las

diferentes fuentes distribuidas a lo largo del conductor, con amplitudes variando aleatoriamente y

espaciamiento en tiempo tambin aleatorio, viajando en los dos sentidos de la lnea. Para

complicar an ms el fenmeno una fuente de corona en uno de los conductores de una lnea

multiconductora induce pulsos de corriente en todos los dems conductores de la lnea [1].III. EL CONCEPTO DE FUNCIN DE EXCITACIN

El nivel de radio interferencia en la vecindad de una lnea de transmisin depende esencialmente

de 2 factores:

1. La generacin de corona en los conductores.

2. La propagacin de las corrientes debidas a corona travs de la lnea.

Desde los puntos de vista tanto tericos como prcticos es de utilidad caracterizar la generacin

de corona por una cantidad que considere la naturaleza aleatoria y pulsante de las corrientes de

corona. Tambin es importante que dicha cantidad dependa solamente de la carga espacial y la

distribucin de campo elctrico cercano al conductor, y no as de la configuracin de la lnea. Gary

propuso una cantidad de este tipo a travs del concepto de funcin de excitacin [3-5].

Anlisis del campo magntico en una lnea elctrica de AT