Entendiendo la Descarga Corona: Impacto en Líneas de Transmisión Aérea

Como vimos en artículos anteriores sobre líneas de transmisión, al transportar energía eléctrica los conductores muestran efectos visuales y sonoros, produciendo pérdidas de potencia conocidas como efecto corona.

¿Qué es el Efecto Corona / Descarga Corona en Líneas de Transmisión?

«El fenómeno de brillo violáceo, silbido y producción de ozono en una línea aérea de transmisión se llama corona»

Cuando se aplica una tensión alterna entre dos conductores cuya separación es grande comparada con su diámetro, si la tensión es baja no hay cambios en el aire circundante. Al superar un valor crítico (tensión disruptiva crítica), los conductores se rodean de un tenue brillo violáceo: la corona. Este efecto va acompañado de sonido siseante, brillo, interferencias radioeléctricas y producción de ozono.

Cuanto mayor la tensión, mayor y más luminosa la envoltura alrededor de los conductores, mayor el sonido y la pérdida de potencia. Si la tensión supera el valor de ruptura, se produce un flashover entre conductores que quema el aislamiento del aire. Conductores lisos y pulidos muestran brillo uniforme; las irregularidades aparecen más brillantes. En CC, el polo positivo tiene brillo uniforme, el negativo es punteado.

Teoría de la formación de corona:

Siempre hay algo de ionización en el aire por rayos cósmicos, ultravioleta y radiactividad. En condiciones normales, el aire contiene electrones libres, iones negativos y moléculas neutras. Cuando la diferencia de potencial entre conductores supera cierto valor, se establece un gradiente de potencial en la superficie. Al alcanzar 30 kV/cm, los electrones libres chocan con moléculas neutras con fuerza suficiente para liberar más electrones. Este proceso es acumulativo: multitud de electrones saltan al aire circundante, ionizándolo y produciendo chispa entre conductores. El efecto corona se divide en parte sonora y parte visual.

1. Tensión disruptiva crítica: Mínima tensión fase-neutro a la que aparece corona. Para dos conductores de radio r y distancia d, con tensión aplicada V, el gradiente en la superficie es: g = V / [r ln(d/r)] voltios/cm.
2. Tensión crítica visual: Mínima tensión fase-neutro a la que aparece brillo visible a lo largo de los conductores. En conductores paralelos, el brillo no comienza en la tensión disruptiva Vc, sino en una tensión mayor Vv. Su valor eficaz fase-neutro se da por la fórmula:
   

Factores que Afectan a la Corona

El fenómeno depende del estado físico de la atmósfera y de la condición de la línea:

1. Atmósfera: La corona se forma por ionización del aire alrededor de conductores, por tanto, el estado atmosférico la afecta. En tiempo tormentoso hay más iones, así que la corona aparece a tensiones mucho menores que en tiempo bueno.
2. Tamaño y forma del conductor: Superficies irregulares favorecen la corona frente a conductores lisos, pues la rugosidad aumenta la probabilidad de ionización.
3. Separación entre conductores: Debe ser mayor que el diámetro; si es menor, el aire se ioniza a menor tensión.
4. Tensión de línea: Gran influencia. Tensión baja: sin corona. Al superar cierto valor, los esfuerzos electrostáticos ionizan el aire y aparece corona.

Métodos para Reducir el Efecto Corona

Se observan efectos intensos a tensiones de trabajo de 33 kV o más; al diseñar líneas y subestaciones hay que evitar estos efectos destructivos. Métodos:

1. Aumentar el tamaño del conductor: Eleva la tensión de aparición de corona, reduciendo considerablemente sus efectos.
2. Aumentar la separación entre conductores: Incrementar la distancia reduce notablemente la corona. Separar más allá de la distancia de inicio de corona permite alojar más partículas entre conductores.

Ventajas e Inconvenientes del Efecto Corona

En el diseño correcto de líneas aéreas de alta tensión, se consideran los siguientes méritos y deméritos:

Méritos

1. La ionización del espacio entre conductores crea un camino conductor, aumentando el diámetro virtual del conductor.
2. La corona reduce los efectos de transitorios producidos por sobretensiones.

Deméritos

1. Pérdida de energía por corona, reduciendo la eficiencia de la línea.
2. Producción de ozono, que puede causar corrosión.
3. La corriente de corona no es sinusoidal, produciendo caídas de tensión no sinusoidales en la línea.