¿Cómo ayuda el anillo de corona contra la descarga de corona?

Question

La descarga de corona es el flujo de corriente desde el electrodo al aire exterior. La descarga de corona se produce (entre otras cosas) en las líneas eléctricas de alta tensión.

Una forma de reducir la descarga de corona en este caso es utilizar los llamados anillos de corona, que no son más que un anillo hecho de una varilla metálica gruesa que se coloca ortogonalmente al cable para que éste pase a través del anillo. El anillo se monta en el poste de la línea eléctrica y se conecta a tierra.

¿Cómo ayuda esto? Yo esperaría que en lugar del flujo de corriente "cable-aire" se iniciara un flujo de corriente "cable-a-anillo" y sería igual. ¿Por qué el uso del anillo de corona suprime la descarga de corona?

Answer 1

Resumen:

• La función del anillo de corona es distribuir el gradiente de campo eléctrico y reducir sus valores máximos por debajo del umbral de corona, evitando la descarga de corona.*

• Consulte la "magnífica referencia" que aparece a continuación para obtener una explicación extremadamente buena de los aspectos teóricos y prácticos.

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Un anillo de corona es un anillo conductor montado en el extremo o radialmente fuera del extremo de un aislador en un sistema de extra alta tensión, (típicamente 200 kV+)

La función del anillo de corona es eliminar o reducir la ionización del aire con la descarga de corona asociada. La descarga de corona daña los aislantes y puede producir productos de ruptura que pueden causar un fallo catastrófico del aislamiento.

Un anillo de corona funciona modificando la forma de la intensidad del campo eléctrico de manera que se reduce la tasa de cambio de campo en el peor de los casos en el aislador, reduciendo así el potencial de pico a través del aire circundante por debajo de la tensión de ruptura de unos 10 kV por pulgada (aire seco, frecuencias de red).

Un papel secundario útil es el de remodelar la distribución del campo eléctrico a través de una pila de aisladores para que la caída de potencial por aislador sea más uniforme, reduciendo así las tensiones de ruptura en el aislador con mayor caída de tensión. Una pila de aislantes simétricos utilizada para el aislamiento de EHV tendrá una caída de tensión mucho mayor a través de los aislantes en el extremo "caliente" de la pila. Pueden darse diferencias de más de 10:1 en cadenas largas de aisladores, y en algunos casos más de la mitad de la caída total de EHV se produce a través de los 3 o 4 primeros aisladores. La remodelación del campo mediante un anillo de corona puede reducir útilmente este desequilibrio, pero una parte desproporcionadamente grande de la tensión total sigue siendo susceptible de ser transportada por los primeros aisladores.

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Los anillos de corona se pueden ver en ambos extremos de los aisladores en la foto de abajo.

La imagen de arriba está tomada de este magnífico debate sobre los efectos de la corona en el mundo real y su tratamiento * El resumen de Thir sobre el uso de los anillos corona es tan sucinto que lo he utilizado para mi resumen al principio de esta respuesta. (Sólo encontré este artículo después de escribir la versión más larga anterior ;-). ) Señalan - El papel del anillo de corona es distribuir el gradiente del campo eléctrico y bajar sus valores máximos por debajo del umbral de la corona, impidiendo la descarga de la corona.

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Wikipedia señala que En los sistemas de energía de, por ejemplo, 220 kV, los anillos de corona pueden instalarse directamente en un extremo de los aisladores y en ambos extremos a más de 500 kV.

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Magnífica referencia - Aquí hay un documento muy bueno sobre la reducción de la corona y la funcionalidad del anillo de la corona - EFECTOS DEL DISEÑO DEL ANILLO CORONA EN EL CAMPO ELÉCTRICO INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO Y LA DISTRIBUCIÓN DEL POTENCIAL A LO LARGO DE UNA CADENA DE AISLANTES

Este artículo de 2010 señala la aparición de daños por efecto corona y fallos en los aisladores a tensiones más bajas que las observadas tradicionalmente, aparentemente debido al uso de nuevos aisladores de polímero. Se han notificado fallos o daños en líneas de hasta 115 kV en algunas configuraciones, en comparación con las expectativas de no necesitar protección de anillo corona por debajo de, por ejemplo, 161 kV en el pasado. Anillos Corona: ¿Son necesarios? - La modelización predice los niveles de corona en función de la configuración, el hardware y la tensión de la línea.

Breve pero útil debate en grupo aquí

El EPRI (Electric Power Research Institute) publica artículos sobre diversos temas relacionados con la energía. Estos son algunos de sus referencias sobre el uso de anillos corona

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Ilustración de las distribuciones del campo eléctrico con y sin anillo de corona en una cuerda multiaislante. Véase el artículo de "magnífica referencia" más arriba para su discusión.

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Ejemplos extremos:

Desde

Answer 2

Se trata de la densidad de carga: el anillo aumenta la superficie y el radio de curvatura, reduciendo la densidad de carga por debajo de lo que causaría una corona significativa de cosas como los bordes afilados en las juntas, etc.

Answer 3

La respuesta de Russell es buena. Para aclarar el funcionamiento de Corona:

Cuando el campo eléctrico en un punto del aire es lo suficientemente fuerte, algunos electrones se desprenden de los átomos y el aire se convierte en un plasma conductor en lugar de un aislante. Cuando un objeto está a alta tensión y tiene una pequeña curvatura (alambre, puntas afiladas), el campo en la región que lo rodea puede tener una intensidad de campo lo suficientemente alta como para que esto ocurra, formando una capa conductora de aire, que luego es rodeada por aire aislante normal. Si la intensidad alrededor de esta capa conductora es también lo suficientemente alta (si la región conductora es puntiaguda), la capa conductora puede aumentar y aumentar de tamaño (normalmente en una dirección) hasta formar un camino conductor completo hacia otro objeto, y entonces fluye una enorme corriente en forma de un arco .

Incluso si la forma del campo es tal que no puede formar un arco, todavía puede formar un descarga de corona . Esto ocurre cuando una capa conductora de plasma deja de expandirse y se queda ahí alrededor del cable, y los iones de la capa de plasma son repelidos hacia el aire neutro, donde derivan lentamente hasta que se descargan en otro objeto. Esto sigue siendo un flujo de corriente, sólo que mucho más pequeño que un arco.

El anillo de la corona cambia la forma del campo eléctrico, extendiéndolo en cierto modo, de modo que ya no es lo suficientemente fuerte en ningún punto para ionizar el aire.

Answer 4

El anillo se monta en el poste de la línea eléctrica y se conecta a tierra ?

La mayoría de los anillos corona no están conectados a tierra.

Algunas pilas de aisladores sólo tienen un anillo de corona, siempre en el extremo de la línea.

El anillo de corona en el extremo de la línea de los aisladores está conectado a la línea eléctrica. Ese anillo corona está a la misma alta tensión que la línea eléctrica. (Ese anillo de corona no está conectado a tierra).

Ocasionalmente hay un segundo anillo de corona en el extremo terrestre de la pila. El anillo corona en el extremo de tierra de la pila es el único anillo corona que está conectado a tierra.

¿Cómo ayuda esto? Yo esperaría que en lugar del flujo de corriente "cable-aire" se iniciara un flujo de corriente "cable-a-anillo" y sería igual. ¿Por qué el uso del anillo de corona suprime la descarga de corona?

Tienes razón - Si, hipotéticamente, todos los anillos estuvieran conectados a tierra, entonces el flujo de corriente de cable a anillo sería igual de malo y probablemente peor que el flujo de corriente de cable a aire (corona) sin los anillos.

Answer 5

El campo eléctrico circulará por el anillo en lugar de la superficie del aislante, por lo que la descarga de corona se reduce.