Anillo Corona

(izquierda) Anillos de calibración en un generador de rayos X de 1,4 MV en la Oficina de Estándares de EE. UU. en 1947. (derecha) Tapas y anillos de corona en el acelerador de partículas Cockcroft-Walton de 1937, ahora en el Museo de Ciencias de Londres.

En ingeniería eléctrica , un anillo corona , más correctamente denominado anillo anticorona , es un toroide de material conductor , generalmente metal, que se fija a un terminal u otro componente irregular de un equipo de alta tensión . La función del anillo corona es distribuir el campo eléctrico y reducir sus valores máximos por debajo del umbral de corona, evitando así la descarga corona . Los anillos corona se utilizan en aisladores y aparamenta de transmisión de energía de muy alta tensión , así como en aparatos de investigación científica que generan altos voltajes. Un dispositivo muy similar, el anillo de calibración , se utiliza alrededor de los aisladores. ^{[ 1 ]}

La descarga de corona es una fuga de corriente eléctrica en el aire adyacente a conductores de alta tensión. A veces se observa como un tenue resplandor azul en el aire junto a puntas afiladas en equipos de alta tensión. El intenso campo eléctrico ioniza el aire, haciéndolo conductor; esto permite que la corriente se filtre del conductor al aire en forma de iones . En líneas y equipos de transmisión de energía eléctrica de muy alta tensión, la corona representa un desperdicio de energía económicamente significativo y puede provocar el deterioro del hardware. En dispositivos como generadores electrostáticos , generadores Marx y televisores de tubo, la carga de corriente causada por la fuga de corona puede reducir la tensión producida por el dispositivo, provocando su mal funcionamiento. Las coronas también producen ozono , un gas nocivo y corrosivo que puede causar envejecimiento y fragilidad en estructuras cercanas, como aisladores. Estos gases representan un riesgo para la salud de los trabajadores y los residentes locales. Por estas razones, la descarga de corona se considera indeseable en la mayoría de los equipos eléctricos.

Las descargas de corona solo ocurren cuando el campo eléctrico (gradiente de potencial) en la superficie de los conductores supera un valor crítico: la rigidez dieléctrica o gradiente de potencial disruptivo del aire. Este valor es de aproximadamente 30 kV/cm a nivel del mar, pero disminuye al bajar la presión atmosférica. (Por lo tanto, las descargas de corona son más probables a gran altitud). El campo eléctrico en la superficie de un conductor es máximo donde la curvatura es más pronunciada, por lo que las descargas de corona se producen primero en puntos agudos, esquinas y bordes.

Los terminales de los equipos de muy alta tensión suelen diseñarse con formas redondeadas de gran diámetro, como esferas y toroides llamados tapas corona , para eliminar las formas puntiagudas y suprimir la formación de efecto corona. Algunas partes de los circuitos de alta tensión tienen componentes con bordes o esquinas afiladas expuestas, como los puntos de conexión donde los cables o las barras colectoras se unen a los aisladores; en estos puntos se suelen instalar tapas o anillos corona para evitar la formación de efecto corona.

Un anillo corona está conectado eléctricamente al conductor de alta tensión y rodea los puntos donde se formaría la descarga corona. Dado que el anillo tiene el mismo potencial que el conductor, su presencia reduce el gradiente de potencial en la superficie del conductor por debajo del gradiente de potencial disruptivo, impidiendo así la formación de la descarga corona en los puntos que rodea.

Un dispositivo muy similar, llamado anillo de calibración , también se utiliza en equipos de alta tensión. El anillo de calibración funciona de la misma manera que el anillo corona, pero su principal diferencia radica en cómo y dónde se utilizan. Los anillos corona se utilizan alrededor de los conductores, mientras que los anillos de calibración se utilizan en los aisladores, donde su propósito es reducir el gradiente de potencial a lo largo del aislador para evitar la ruptura dieléctrica . ^{[ 2 ]}

A lo largo de una columna aislante, la intensidad del campo eléctrico no es uniforme; es máxima cerca del extremo de mayor potencial. Si la tensión aplicada supera la tensión de ruptura del aire o de la superficie del aislante , la ruptura comienza en ese extremo, donde el campo es más intenso. Tan pronto como la superficie del aislante en ese extremo se vuelve conductora, la tensión total del sistema se aplica a lo largo del resto del aislante, creando un campo eléctrico más alto, por lo que la falla se propaga rápidamente hacia el lado conectado a tierra, produciendo un arco disruptivo . Por lo tanto, limitar el campo eléctrico en el extremo de alta tensión permite que el mismo aislante tolere una tensión de operación mucho mayor. ^{[ 2 ]}

El anillo de calibración se monta alrededor del extremo de alta tensión del aislador, conectado al terminal de alta tensión. Sus líneas equipotenciales de campo eléctrico lisas reducen el gradiente de potencial y, por lo tanto, el campo eléctrico a lo largo de la parte del aislador donde es más alto. El resultado es un aislador más corto o de menor costo que puede soportar la misma tensión nominal en kV, y la erosión, el corte por efecto corona y el seguimiento superficial habituales en el extremo energizado se reducen drásticamente. ^{[ 2 ]}

Para columnas aislantes que operan a potenciales extremos —generadores Marx o tubos de deriva de aceleradores de partículas— , se instalan múltiples anillos de compensación, generalmente a intervalos iguales a lo largo del aislante, cada uno conectado a una cadena en serie de resistencias de megaohmios que actúa como un divisor de voltaje incorporado. Por lo tanto, el potencial a través de cada sección del aislante entre anillos adyacentes se iguala, de modo que toda la longitud del aislante está sometida a un campo eléctrico uniforme y ninguna sección tiene que soportar un campo excesivo. Esta estrategia de compensación minimiza la posibilidad de perforación prematura, maximizando la fiabilidad del sistema y manteniendo bajo control el tamaño y el costo de los componentes. ^{[ 2 ]}

Los anillos corona se utilizan en aparatos de muy alta tensión, como generadores Van de Graaff , generadores Cockcroft-Walton y aceleradores de partículas , así como en aisladores, bujes y aparamenta de transmisión de energía eléctrica . Los fabricantes recomiendan un anillo corona en el extremo de línea del aislador para líneas de transmisión superiores a 230  kV y en ambos extremos para potenciales superiores a 500  kV. Los anillos corona prolongan la vida útil de las superficies de los aisladores al suprimir los efectos de la descarga corona. ^{[ 3 ]}

También se pueden instalar anillos corona en los aisladores de antenas de transmisores de radio de alta potencia . ^{[ 4 ]} Sin embargo, aumentan la capacitancia de los aisladores. ^{[ 5 ]}

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