Efecto Corona en líneas de Alta Tensión

Foto: Anillo anticorona en una línea de 500 kV

El efecto corona se produce cuando un conductor adquiere un potencial lo suficientemente elevado como para dar un gradiente de campo eléctrico radial igual o superior a la rigidez dieléctrica del aire que lo rodea. El fenómeno se manifiesta en forma de descargas parciales de energía eléctrica visible y audible denominadas descargas corona o efecto corona.

En las líneas aéreas, pueden aparecer en los conductores, herrajes, amortiguadores, aisladores, y en general en cualquier punto donde se supere el gradiente de potencial mínimo. Este potencial límite disminuye en tiempos de tormenta, lluvia o niebla, debido a que la densidad iónica alrededor de los conductores aumenta con la humedad del ambiente.

Las descargas corona producen interferencias radiofónicas, ruido, vibraciones, generación de ozono, corrosión y destrucción del material eléctrico.

El efecto corona se puede reducir por los siguientes métodos:

1. Si aumentamos la sección del conductor el valor del gradiente de potencial se incrementará, por lo que para que se manifieste el efecto corona se requerirá de una tensión más elevada en la línea.
2. El efecto corona puede ser reducido aumentando la separación entre conductores, este aumento de la separación ocasionará que se requiera una mayor tensión de línea para crear el efecto corona.
3. Otra forma de limitar el efecto corona es utilizar conductores en haz, es decir, varios conductores por fase. De la fórmula del radio equivalente se ve que se puede aumentar el radio equivalente aumentando el número de conductores por fase. Esto es, en general, más económico que aumentar la sección de un único conductor, ya que en este caso se puede disminuir la sección de los subconductores a medida que se agregan. Sin embargo, la línea puede quedar sobredimensionada en ampacidad pero en menor proporción que cuando se utiliza un único conductor.
4. La utilización de anillos anti corona en las cadenas de aisladores distribuyen el gradiente del campo eléctrico y reducen sus valores máximos por debajo del umbral corona (ver foto de portada). Estos anillos anti corona son toroides de metal que se suelen colocar en los terminales de los equipos de alta tensión.

Como se ha indicado anteriormente, 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. Será interesante, por lo tanto, comprobar con un ejemplo si en algún punto de una línea aérea se llega a alcanzar la tensión crítica disruptiva.

Para ello vamos a partir de una línea aérea de 132 kV, no sin antes anticipar que a cada voltaje de línea le corresponde un gradiente de potencial mínimo. Después de que se alcance el límite disruptivo se producirán y crearán descargas corona. Así, con la aplicación de una tensión menor de línea disminuirá la probabilidad de que ocurra el efecto corona.

Para ello utilizaremos la fórmula de F. W. Peek:

donde: 

• UC = tensión compuesta crítica eficaz en kV para la que empiezan las pérdidas por efecto corona, o sea, tensión crítica disruptiva 
• VC = tensión simple correspondiente 
• 29,8 = valor máximo o de cresta, en kV/cm, de la rigidez dieléctrica del aire a 25 º C de temperatura, y a la presión barométrica de 76 cm de columna de mercurio 
• mC = coeficiente de rugosidad del conductor (considerando 0,85 para cables) 
• mT = coeficiente meteorológico (considerando tiempo húmedo, mT = 0,8) 
•  r = radio del conductor en cm 
• D = distancia media geométrica entre fases, en cm 
• δ = factor de corrección de la densidad del aire, función de la altura sobre el nivel del mar 

El valor de δ se calcula por la fórmula:

donde: 

• h = presión barométrica en cm de columna de mercurio 
• θ = temperatura en grados centígrados, correspondiente a la altitud de punto que se considere 

El valor de h es función de la altitud sobre el nivel del mar. En nuestro caso vamos a considerar un valor de h de 75,1cm (90 metros sobre el nivel del mar) y una temperatura media de 15 º C. 

Altura sobre el mar en m.	Presión del aire en mm. de mercurio
0,00 100 200 300 400 500 1000 1500 2000	760 751 742 733 724 716 674 635 598

Tabla 1: Presión barométrica correspondiente a diversas alturas s.n.m. en condiciones meteorológicas ordinarias y t = 0º

El efecto corona depende en gran medida del diámetro del conductor; en nuestro caso vamos a considerar el caso más desfavorable, conductor con código 337AL1/44-ST1A según UNE EN 50182 (código antiguo LA 380) de 381 mm2 de sección y radio de 1,269 cm.

Considerando una distancia entre fases de 2,5 metros, la distancia media geométrica será:

De esta forma se puede calcular el valor de la tensión crítica disruptiva.

Se puede comprobar que la tensión nominal de la línea queda por debajo del umbral de la tensión crítica, por lo que no se producirá el efecto corona.

Con mal tiempo o con tiempo tormentoso el valor de la tensión Uc queda rebajado y se reduce a U’c = 0,8 · Uc.

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