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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