Efeito Corona em linha de Transmissão

No atual cenário do Setor Elétrico Brasileiro, a indisponibilidade de linhas de transmissão por falhas transitórias é altamente indesejável, pois pode levar à incidência de multas e cobranças para as empresas do setor de transmissão de energia e prejuízos para clientes. Nesse contexto, é importante que se tenha ferramentas e metodologias adequadas para se estimar o desempenho de equipamentos e linhas de transmissão.

A transmissão de energia elétrica lida com a transferência de energia elétrica, a partir de estações geradoras situadas a muitos quilômetros dos principais centros de consumo ou das cidades. Por essa razão, os condutores de transmissão de longa distância são de extrema necessidade para uma transferência de energia efetiva - o que, evidentemente, resulta em enormes perdas em todo o sistema.

Minimizar essas perdas de energia tem sido um grande desafio para os engenheiros Eletricistas. A descarga corona pode reduzir significativamente a eficiência das linhas EHV (Extra High Voltage) nos sistemas de energia. A energia é perdida na forma de luz, som, calor e reações químicas. Embora essas perdas sejam individualmente pequenas, ao longo do tempo elas podem resultar em perda de energia significativa.

O efeito corona pode ser descrito como um fenômeno que acontece devido a um material isolante ser eletrizado devido a uma ionização, ou seja, uma descarga eletrostática. Esse fenômeno é bastante comum em condutores de Linhas de transmissão, e possui características indesejáveis na transmissão de energia. Este distúrbio é caracterizado por uma série de condições, tais como vapor de água, pressão do ar, poeira.

A descarga da corona pode causar assobios audíveis ou rompendo o ruído enquanto ioniza o ar ao redor dos condutores. O efeito de corona também pode produzir um brilho violeta, produção de gás ozônio ao redor do condutor, interferência de rádio e perda de energia elétrica. Se a voltagem através das linhas continuar a aumentar, o ruído, brilho e assobio se tornará cada vez mais intenso - induzindo uma perda de alta potência no sistema.

Fatores importantes para que ocorra a descarga corona:

1.     A diferença de potencial elétrico fornecida através da linha.

Em valores baixos da tensão de alimentação, nada ocorre porque o estresse é muito pequeno para ionizar o ar externo. Mas quando a diferença de potencial aumenta além de algum valor limiar (conhecido como tensão disruptiva crítica), a força do campo torna-se forte o suficiente para que o ar ao redor dos condutores se dissocie em íons - tornando-o condutivo. Esta tensão crítica de ruptura ocorre em aproximadamente 30 kV. 

2.     Espaçamento e condição dos condutores.

Este fenômeno particular depende muito dos condutores e sua condição física. Tem uma relação de proporcionalidade inversa com o diâmetro dos condutores.

Quando uma corrente alternada é feita para fluir através de dois condutores de uma linha de transmissão cujo espaçamento é grande em comparação com seus diâmetros, o ar que envolve os condutores (composto de íons) é submetido a tensão dielétrica. O ar ionizado resulta em descarga elétrica em torno dos condutores (devido ao fluxo desses íons). Isto dá origem a um fraco brilho luminescente, juntamente com o som de assobio acompanhado pela libertação de ozono. Além disso, a presença de sujeira ou aspereza do condutor reduz a tensão de ruptura crítica, tornando os condutores mais propensos a perdas de corona.

3.     Condições atmosférica

     Portanto, provamos que o gradiente de tensão para a ruptura dielétrica do ar é diretamente proporcional à densidade do ar. Assim, em um dia tempestuoso, devido ao fluxo de ar contínuo, o número de íons presentes ao redor do condutor é muito mais do que o normal e, portanto, é mais propicio que haja descarga elétrica em linhas de transmissão em tal dia, comparado a um dia com tempo limpo. O sistema deve ser projetado considerando essas situações extremas.

O efeito corona também pode estar presente durante os surtos de sobretensões, presentes em linhas de transmissão durante a ocorrência de descargas atmosféricas ou operações de manobras e chaveamentos.

A descarga de corona pode ser reduzida por:

•        Aumentando o tamanho do condutor: Um diâmetro maior do condutor resulta em menos descarga de coroa.

•        Aumentando a distância entre os condutores: O aumento do espaçamento do condutor diminui a descarga corona.

•        Usando condutores agrupados: Os condutores agrupados aumentam o diâmetro efetivo do condutor - resultando, portanto, em menos descarga corona.

•        Usando anéis de corona: O campo elétrico é mais forte onde há uma curvatura do condutor afiada. Devido a isso, a descarga corona ocorre primeiro nos pontos pontiagudos, bordas e cantos. Os anéis de corona reduzem o efeito de corona ao arredondar os condutores (ou seja, tornando-os menos nítidos). Eles são usados nos terminais de equipamentos de altíssima tensão (como nas buchas dos transformadores de alta tensão). Um anel corona é conectado eletricamente ao condutor de alta tensão, circundando os pontos onde a descarga corona é mais provável de ocorrer. Este envolvimento reduz significativamente a nitidez da superfície do condutor distribuindo a carga através de uma área mais ampla. Isso, por sua vez, reduz a descarga da corona.

Neste artigo, foram descritas as características gerais do efeito corona, como ele pode se manifestar na natureza. Foi possível entender o comportamento do efeito corona. Em linhas de transmissão de energia elétrica, o efeito corona pode manifestar-se entre os condutores fase e o solo e resulta em perdas de energia na linha, interferência ou ruídos nas recepções de FM e distorções nas formas de ondas das sobretensões transitórias que ocorrem na linha. Apesar das dificuldades em sua modelagem, o efeito corona é muito importante no cálculo de transitórios eletromagnéticos, causando atenuação e distorção nas sobretensões ao longo da linha.

 Para as linhas de transmissão em tensões extra e ultraelevadas, o dimensionamento econômico das linhas está diretamente relacionado com a escolha do gradiente de potencial máximo admissível na superfície dos condutores das linhas de transmissão. Gradientes para uma mesma classe de tensão somente são reduzidos mediante o emprego dos condutores de diâmetros maiores, ou maior espaçamento entre fases, ou pelo emprego de condutores múltiplos, com número crescente de subcondutores, ou pela forma com que são distribuídos sobre o círculo cujo centro é o eixo do feixe.

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