O efeito corona e suas implicações para os sistemas elétricos de potência

O efeito corona é o fenômeno em que um sistema elétrico operando em altas tensões gera um campo elétrico que consegue romper a rigidez dielétrica do ar atmosférico ao redor de suas linhas de transmissão, comumente em campos elétricos de magnitude de 30 kV/cm. Esse rompimento gera um ruído característico e um brilho roxo ao redor dos componentes, além de uma série de consequências para o funcionamento do sistema e neste texto serão abordados a causa, as vantagens e desvantagens desse fenômeno e por fim como é possível mitigar esse efeito e manter o sistema elétrico operando corretamente.

Causa

Como foi citado anteriormente, um campo elétrico na faixa dos 30 kV/cm já seria o suficiente para causar essa quebra do limite dielétrico, porém, a tensão média de operação de subestações e linhas de transmissão se dá acima dos 100 kV, então por que nem sempre esse efeito é visível? 

O rompimento da rigidez dielétrica do ar se dá quando o equipamento elétrico alcança a chamada tensão disruptiva, onde não é só a tensão de operação que influencia, mas também as impurezas (poeira e sujidades), a umidade atmosférica e o arranjo físico desses componentes. 

O brilho característico do efeito ocorre em decorrência da ionização do oxigênio presente no ar, que uma vez submetido à tensão disruptiva causa uma reação em cadeia onde o ar conduz corrente e com isso o oxigênio acaba por ser ionizado, havendo o surgimento do gás ozônio e por isso as faíscas possuem a coloração roxa-azulada, cor característica do ozônio.

Fatores que influenciam o efeito

Os fatores que podem influenciar um sistema elétrico para que ocorra o efeito corona são:

• Frequência: Um condutor operando em uma frequência elevada aumenta as chances de ocorrer a tensão disruptiva;
• Umidade: As condições atmosféricas elevam as chances de ocorrer o efeito corona, visto que a umidade pode aumentar a condutibilidade do ar;
• Espessura dos condutores: Em uma linha de transmissão, se o raio de seu fio é aumentado, diminui-se a ocorrência do efeito corona, haja visto que aumenta a condutibilidade da linha o que impede da corrente ser conduzida para o ar;
• Espaçamento dos condutores: A distância de uma linha para a outra também influencia o surgimento do fenômeno, haja visto que muitas linhas próximas aumentariam a intensidade do campo elétrico naquele espaço.
• Condições físicas dos condutores: As condições da superfície dos condutores, como poeiras, irregularidades e poros podem aumentar a probabilidade de acontecer o efeito corona, já que superfícies irregulares causa acúmulo de cargas e com isso facilidade para haver a ruptura da rigidez dielétrica do ar.
• Altitude: A altitude onde é instalada os condutores influencia no surgimento do efeito corona dependendo das condições do ar, já que quanto mais alto tende-se a ter um ar mais rarefeito, tendo uma rigidez dielétrica menor.

Consequências

O efeito corona apesar de ser um fenômeno visual e auditivo, também traz consequências positivas e negativas para os condutores onde ocorre, entre elas:

• Vantagens: Devido ao ar ao redor do condutor se tornar um condutor também, acaba por aumentar o diâmetro de condutividade da linha de transmissão, causando assim uma diminuição na variação de potência transmitida. Outra vantagem decorrente desse aumento do diâmetro do condutor é a diminuição do risco de  sobretensão.
• Desvantagens: As desvantagens do efeito corona são variados, sendo o principal dele a deterioração do condutor, uma vez que há a liberação do gás ozônio que é corrosivo. Outra desvantagem é uma perda de energia que está sendo distribuída de taxas entre 0,1% a 3%, afetando a eficácia da transmissão. E por fim, o ruído gerado pelo efeito pode interferir em sistemas de radiofrequência, prejudicando os sistemas de comunicação em suas imediações. 

Métodos de redução do efeito

O melhor jeito de reduzir a ocorrência do efeito corona é no planejamento do sistema, escolhendo os materiais, a altitude e as dimensões corretas dos condutores e das linhas de transmissão. No entanto, quando mesmo assim pode haver a sua ocorrência, o principal método de contenção desse efeito é a partir da implementação dos anéis anti-corona.

O anel anti-corona tem função de criar uma equipotencialização nos isoladores e dessa forma é possível diminuir o acúmulo de carga em uma extremidade deste, evitando assim o acontecimento de um campo elétrico intenso que cause o efeito, fazendo então que o efeito ocorra no anel e a ionização do oxigênio assim como a dissipação da energia só ocorra no mesmo. O seu funcionamento é melhor visualizado na imagem a seguir:

Conclusão

 O efeito corona é algo a ser considerado quando falamos na implementação de um sistema elétrico de potência, pois é um fenômeno que pode afetar não só as linhas de transmissão, mas também isoladores em subestações e transformadores. 

As consequências que esse efeito pode causar para o condutor, apesar de haver alguns positivos, em sua maioria são negativos e pode acarretar na piora do funcionamento do sistema e na qualidade do material, sendo assim necessário ser feito o arranjo correto das configurações físicas e de operação para que este efeito não ocorra. Sendo assim, havendo a apropriada preparação para a sua mitigação, o funcionamento da distribuição poderá continuar inalterada e sua eficácia mantida.  

Referências

KHAN, Waseem. How The Corona Effect Can Influence the Overhead Transmission Lines. 2018. Disponível em: <https://electronicslovers.com/2018/07/corona-effect-can-influence-the-overhead-transmission-lines.html>. Acesso em: 8 de maio de 2024.

REHMAN, Abdur. What is the Corona Effect in Transmission Lines? How Engineers Overcome it?. 2021. Disponível em: <https://www.allumiax.com/blog/what-is-the-corona-effect-in-transmission-lines-how-engineers-overcome-it>. Acesso em: 8 de maio de 2024.

ELÉTRICA SEM LIMITES. Efeito corona em instalações de alta tensão. Youtube, 23 de novembro de 2022. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=DNh9qUF5-pM>. Acesso em: 13 de maio de 2024.