Efecto Corona

El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce en los conductores de las líneas

de alta tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los

conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta una forma de corona, de ahí el

nombre del fenómeno.

El efecto corona está causado por la ionización del aire circundante al conductor debido a

los altos niveles de tensión de la línea. Al momento que las moléculas que componen el aire

se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que

circulan por la línea pasan a circular por el aire. Tal circulación producirá un incremento de

temperatura en el gas, que se tornará de un color rojizo para niveles bajos de temperatura, o

azulado para niveles altos. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede

cuantificar según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para

los más severos.

La primera forma de efecto corona registrada fue el fuego de San Telmo. En clima

tormentoso en el mar, en ocasiones aparecían luces como flamas rojizas o azuladas en la

parte superior de los mástiles de los barcos. Los marineros lo asociaban con una forma de

protección y lo nombraron en honor a su patrono, Erasmo de Formia (Sant Elmo).

En el curso de las investigaciones sobre la electroestática en el siglo XVII, se observó por

primera vez el mismo fenómeno en laboratorio. Por lo general, también se le daba el

nombre de corona. Ahora normalmente se utiliza el término de efecto corona para describir

este fenómeno de descarga de gas eléctrico externo.

El efecto corona puede ser suprimido utilizando anillos anticorona.

Los efectos

Generación de luz

Ruido audible

Ruido de radio

Vibración resultante del viento eléctrico

Deterioro de los materiales como consecuencia de un bombardeo de iones

Generación de ozono, óxidos de nitrógeno y la presencia de humedad, ácido nítrico

Disipación de la energía

Donde ocurre

Alrededor de conductores de línea (Alta tensión)

En espaciadores y amortiguadores

Aislante eléctricos dañados - de cerámica o un material diferente de la cerámica. En

alta tension

Aislantes contaminados

En los extremos vivos de ensambles de aislantes y manguitos aisladores

En cualquier punto de su equipo eléctrico, donde la fuerza del campo eléctrico exceda

los 3MV/m

En ciertos árboles de gran tamaño. Esto origina temor supersticioso en la gente que no

conoce el tema.

Calculo de la tensión disruptiva

El efecto corona se producirá cuando la tensión de la línea supere la tensión crítica

disruptiva del aire, es decir, aquel nivel de tensión por encima del cual el aire se ioniza. La

fórmula más utilizada para la determinación de la tensión crítica disruptiva es la propuesta

por el ingeniero americano F.W. Peek:

Donde:

Vc es el valor de tensión crítica disruptiva en kV.

δ es el factor de densidad del aire.

r es el radio del conductor en centímetros.

DMG es la distancia media geométrica entre fases.

RMG es el radio medio geométrico.

n es el número de conductores por fase.

kr es el coeficiente de rugosidad del conductor empleado, cuyo valor suele ser:

1 para conductores nuevos.

0,98 - 0,93 para conductores viejos (con protuberancias).

0,87 - 0,83 para cables formados por hilos.

km es el coeficiente medioambiental, cuyo valor suele ser:

1 cuando el aire es seco.

0,8 para aire húmedo o contaminado.

kg es el factor de cableado.

El cálculo de RMG y DMG dependerá en cada caso de la geometría de la línea eléctrica.

El factor de densidad del aire se calcula como: 

Donde:

T es la temperatura del aire en grados celsius

P es la presión del aire en milímetros de mercurio.

Hidrofobicidad

Básicamente la hidrofobicidad ocurre cuando la molécula en cuestión no es capaz de

interaccionar con las moléculas de agua ni por interacciones ión-dipolo ni mediante puentes

de hidrógeno. Tal es  el caso de los hidrocarburos saturados. En esta situación las moléculas

de agua en la vecindad del hidrocarburo se orientan y se asocian formando una estructura

parecida al hielo, creándose una especie de jaula de moléculas de agua alrededor de la

molécula hidrofóbica. Esta estructura se conoce como clatrato.

Clatrato

Modelo de una molécula de ciclohexano (en amarillo; no se muestran sus hidrógenos) rodeada

de moléculas de agua. en la imagen de la derecha se han eliminado las moléculas delanteras para

poder apreciar la estructura de la "jaula" y la falta de enlaces entre el ciclohexano y el agua.

Compare con el modelo inositol-agua, en el que sí que hay puentes de hidrógeno. Note además

que alguno de los hidrógenos del agua (en azul) no puede formar puentes de hidrógeno en el

clatrato.

En resumen, una molécula que no pueda interaccionar con el agua incrementa el orden del

agua a su alrededor, es decir, disminuye la entropía del agua.

Supongamos que tenemos dos moléculas de un hidrocarburo. El sistema agua

+ hidrocarburo puede estar en dos estados diferentes: 

Estado 1

Las dos moléculas de hidrocarburo

están separadas, y cada una tiene su

propia "jaula" de moléculas de agua

ordenadas alrededor

Estado 2

Las dos moléculas de hidrocarburo están

juntas, compartiendo una "jaula" de

moléculas de agua común. El número

total de moléculas de agua que forman el

clatrato es menor, por lo que parte de las

moléculas que estaban fijas está libres en

la disolución (cuente las moléculas)

El estado más estable de estos dos posibles será el de menor energía libre DG:

En este caso el estado más estable será el de mayor entropía, o, lo que es lo mismo, el que

tenga menos moléculas de agua ordenadas, ya que la variación de entalpía en este caso es

prácticamente nula 1. Por consiguiente, el sistema se dispone espontáneamente en el

estado 2, en el que las dos moléculas de hidrocarburo están juntas, simplemente porque

el desordendel agua es mayor en ese estado.

¡No es que el ciclohexano “huya” del agua!. Es que el agua “expulsa” al ciclohexano de su

interior. Ciertamente, las moléculas de ciclohexano se van a unir entre sí por fuerzas de

dispersión, pero como estas interacciones se forman entre cualesquiera moléculas, la

contribución neta de estas interacciones a la energía del efecto hidrofóbico se puede

considerar pequeña. De hecho, las moléculas de ciclohexano disueltas en decano, por

ejemplo, no muestran ninguna tendencia a unirse entre sí. Las interacciones hidrofóbicas

dependen exclusivamente de la estructura del agua, y aparecen siempre que se mezclen

agua y otra sustancia que no interaccione con ella.

Es muy importante destacar que la energía de las interacciones hidrofóbicas aumenta al

aumentar la temperatura, ya que el término exergónico en la variación de energía libre es -

TDS; además, el desorden del agua también aumenta con la temperatura, por lo que la

fuerza responsable de las interacciones hidrofóbicas (DS)  es mayor a temperaturas más

elevadas. No es de extrañar, por consiguiente, que las proteínas de los organismos

termófilos e hipertermófilos dependan de interacciones hidrofóbicas en mayor medida que

las de otros organismos para el mantenimiento de su conformación nativa.

El mejor ejemplo de estructura celular dependiente exclusivamente de las interacciones

hidrofóbicas lo son las membranas: Simulación de una bicapa lipídica de fosfatidilcolina en

estado fluído.

Las moléculas de agua, muy desorganizadas pero unidas entre sí por puentes de hidrógeno,

se encuentran en las dos caras de la bicapa. No atraviesan el interior de la membrana,

altamente hidrofóbico. En este interior las cadenas de ácidos grasos están estrechamente

unidas. La estructura es muy dinámica -el interior es prácticamente un fluido

bidimensional- pero resulta muy estable debido al intenso efecto hidrofóbico

1 Es posible que haya una variación de entalpía negativa en la transición 1->2 si el número

de puentes de hidrógeno que forman las moléculas de agua en el clatrato es menor del que

formarían en agua líquida, como ocurre en la figura. Este efecto se sumaría a la variación

de entropía, e incrementaría la energía de la interacción hidrofóbica.

Aisladores Poliméricos

Todos los aisladores poliméricos serán livianos, resistentes a los actos de vandalismo e

inmunes a daños causados por agua, rayos ultravioletas o radiación solar.

Los aisladores deben presentar aletas de diseño aerodinámico, que faciliten su autolimpieza

por el viento y lluvia.

Se preferirán aquellos aisladores que sean de goma de silicona de alta performance. No se

aceptarán polímeros de EPDM (Ethylene Pylene Termolyner) o combinaciones de EPDM

con silicona.

El material polimérico utilizado debe poseer un nivel de tracking a lo menos de 3,5kV

según IEC 60587 ó ASTM D-2303. Excepcionalmente, en el caso de Edelnor se requerirá

un nivel de tracking de 6kV.

¿Cómo se distribuye el potencial y el campo eléctrico sobre una cadena de aisladores?

Introducción

En el diseño del aislamiento en sistemas de alta tensión, tanto por razones de economía

como de seguridad, es necesario conocer la distribución del campo eléctrico y del potencial

en el elemento dominante, cosa que ha tomado vital importancia con la tendencia y la

necesidad actual de utilizar cada vez mayores tensiones en la transmisión de energía. Se

observará que la distribución de potencial y de campo eléctrico en una cadena de aisladores

no es lineal, esto quiere decir que cada aislador o unidad está sometida a un valor diferente

de tensión, dependiendo de su ubicación en la mencionada cadena, presentándose los

mayores gradientes en las unidades más cercanas a la línea.

Un aislador puede representarse eléctricamente por un condensador formado a su vez por

otros en serie y cuyos dieléctricos son la porcelana o el vidrio. Tal condensador es

imperfecto, y la corriente que lo atraviesa tiene una componente activa (en fase con la

tensión) debido a varios tipos de pérdidas y otra componente en cuadratura con la anterior,

producida por la capacidad. Cuando los aisladores se encuentran a la intemperie, por

efectos de la contaminación, la superficie conductora aumenta y con esta la capacidad,

aumentando de manera simultánea la corriente de pérdidas por la reducción de la distancia

de flameo, resultando así una disminución en la tensión de formación del arco, en

comparación con la de un aislador limpio y seco.

1. Circuito equivalente

En una cadena de aisladores se manifiestan varios grupos de capacidades asociadas a las

diferentes partes que la constituyen; tales son:

1. La capacidad debida al dieléctrico (porcelana o vidrio), entre la cuenca y el pin de cada

unidad (C).

2. La capacidad entre las partes metálicas (herrajes) y el terminal de tierra (torre), debida

principalmente al dieléctrico aire, siendo capacidades de dispersión (Ce).

3. La capacidad entre cualquier elemento metálico de la cadena y todos los demás

elementos metálicos de la misma (Cpm).

4. La capacidad entre las partes metálicas (herrajes) y el conductor de fase (K).

La figura 1 muestra estos cuatro grupos de capacidades para una cadena de aisladores.

Nótese que para la capacidad entre partes metálicas Cpm, por simplicidad del dibujo, solo

se representan las referidas a un aislador. En general para una cadena de N aisladores se

tienen NxN capacidades involucradas.

La determinación exacta de Cpm es muy compleja y su efecto aunque notorio no es de los

más significativos, por lo tanto puede despreciarse en muchos casos /5/. Según las

mediciones la capacidad K es muy pequeña comparada con Ce siendo siempre menor del

10% /1/, con lo cual, al despreciarla, se simplifica mucho el circuito equivalente.

Aplicación del concepto distancia de fuga

Con el fin de aplicar exitosamente el concepto de “distancia de fuga específica”, se deben

tener en cuenta ciertos parámetros dimensionales caracterizantes del aislador. Estos

parámetros basados en la experiencia de servicio y en pruebas de laboratorio, se refieren

principalmente tanto a la forma de la porcelana como también al diámetro y la posición en

servicio del aislador. Se espera que los siguientes parámetros limiten el futuro desarrollo

del diseño de los aisladores. Ellos simplemente recomiendan ciertos límites los cuales

deben ser interpretados con flexibilidad a fin de proveer una alta probabilidad del

desempeño satisfactorio en servicio. Basados en experiencias pasadas, los parámetros más

importantes que deben tenerse en cuenta son:

Parámetros que caracterizan el perfil.

El perfil de un aislador está caracterizado por los siguientes parámetros:

• C: mínima distancia entre campanas

• S/P: relación entre espaciamiento y proyección de la campana

• Id/d: relación entre distancia de fuga y luz mínima.

• Campanas alternas (ver fig. 2 y fig. D3b).

• Inclinación de las campanas (ángulo α).

• Parámetros que caracterizan a todo el aislador.

• Factor de fuga CF

• Factor de perfil PF

Influencia de la posición del aislador.

Normalmente existe algún cambio en el comportamiento de los aisladores diseñados para

uso en posición vertical en zonas contaminadas, cuando se utilizan en posición inclinada o

en posición horizontal. Generalmente el cambio implica una mejora en el comportamiento

pero en ciertos casos puede resultar una reducción debida por ejemplo al efecto cascada de

una lluvia fuerte. A menos que se disponga de datos específicos que demuestren mejoras

significativas, cualquier cambio en el comportamiento debido a la posición del aislador

debe ser despreciado.

Nota:

Si los aisladores están diseñados para uso en posición inclinada u horizontal, se deben

efectuar las pruebas de laboratorio o pruebas de campo bajo las condiciones de

contaminación y en la posición para la cual fueron diseñados.

Influencia del diámetro.

Varias pruebas de laboratorio parecen indicar que el comportamiento bajo contaminación

de aisladores tipo poste y de aisladores huecos disminuye con el incremento del diámetro

promedio.

Se proponen los siguientes valores para KD, siendo KD un factor que aumenta la distancia

de fuga con el diámetro promedio Dm en milímetros.

• Diámetro promedio

Dm < 300mm: KD = 1.0

• Diámetro promedio

300 ≤ Dm ≤ 500 mm: KD = 1.1

• Diámetro promedio

Dm > 500 mm: KD = 1.2

Sin embargo, estos valores pueden variar de acuerdo al origen de los diferentes resultados

(resultados de campo o pruebas de laboratorio). Por lo tanto, este factor debe ser utilizado

con precaución. Para un perfil dado, el diámetro promedio Dm está dado por:

Donde:

T distancia de fuga total del aislador

D(l) valor del diámetro a una distancia de fuga l , medida desde un electrodo

La formula anterior puede aproximarse a las siguientes relaciones:

1. Campanas iguales:

Determinación de la distancia de fuga

La distancia de fuga mínima nominal de un aislador situado entre fase y tierra está

determinada, de acuerdo al nivel de contaminación del sitio, por la relación:

Distancia de fuga mínima nominal = Distancia de fuga específica mínima * voltaje más alto

fase para el equipo * KD Donde KD es el factor de corrección para el diámetro. Si los

aisladores van a ser utilizados entre fases (espaciadores de fase por ejemplo), la distancia de

fuga deberá multiplicarse por V3 (para un sistema de tres fases).

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio Para El Poder Popular Para La Educación Universitaria

UPTP “JJ MONTILLA”

Acarigua (Edo) Portuguesa

Investigación de Técnicas de Alta Tensión

Prof: Integrantes:

Sandoval Ramón Calanche augusto

Ci: 18473932

Sección: 1219