IMPACTUL REŢELELOR ELECTRICE ASUPRA MEDIULUI - EFECTUL CORONA

                                                                        Drd. prof. ing. Liliana Cîmpan

Colegiul Tehnic “I. Maniu” Şimleu Silvaniei

Rezumat:

Această lucrare prezintă cateva aspecte legate de poluarea mediului inconjurător generată de reţelele electrice şi mai cu seama efectul Corona. Acest efect poate produce pierderi de putere însemnate, să creeze interferențe sonore sau de radiofrecvență, să genereze compuşi toxici cum ar fi oxidul de azot şi ozonul, şi să conducă la crearea de arc electric. Efectul Corona constă într-o descărcare electrică în mediu, de pe suprafaţa unui obiect puternic încărcat electrostatic de la o sursă de înaltă tensiune

Impactul reţelelor electrice asupra mediul ambiant poate fi privit din cel puţin două puncte de vedere, şi anume:
- influenţa reţelelor electrice asupra mediului ambiant;

 -influenţa mediului ambiant asupra reţelelor electrice.

Principalele tipuri de poluări pe care reţelele electrice le generează asupra mediului înconjurător sunt:

- vizuală – deteriorarea peisajului;

- sonoră – zgomote produse de funcţionarea sau vibraţii ale elementelor (conductoarelor) reţelelor electrice şi în special, a transformatoarelor;

- zgomote produse de descărcarea Corona pe liniile de înaltă şi foarte înaltă tensiune;

- electromagnetică: efecte sonore şi luminoase ale descărcării Corona, perturbaţii radio şi ale emisiunilor de televiziune, înfluenţe ale câmpului electric şi magnetic asupra organismelor vii;

- psihică şi pericole (riscuri) de accidente: teama provocată de apropierea de reţelele electrice şi de efectele vizuale şi sonore ale acestora; accidente, cazuri mortale.

Utilizarea tensiunilor din ce în ce mai înalte în reţelele electrice este determinată de raţiuni tehnico-economice, pentru transportul de puteri electrice pe distanţe din ce în ce mai mari.
Pentru liniile electrice de medie şi joasă tensiune impactul cu mediul înconjurător se referă, îndeosebi la: ocuparea terenurilor, defrişarea pădurilor, poluarea vizuală şi impactul cu alte elemente de construcţii şi instalaţii.

Efectul de descărcare Corona este rezultatul apariţiei de ioni în fluide neutre, cum este aerul atmosferic, sub influența câmpurilor electrice puternice. Electronii sunt smulşi din elementele componente ale aerului neionizat, şi ionii pozitivi sau electronii sunt atraşi de conductori în timp ce particulele încărcate de aceeaşi polaritate sunt respinse. Acest efect poate produce pierderi de putere însemnate, să creeze interferențe sonore sau de radiofrecvență, să genereze compuşi toxici cum ar fi oxidul de azot şi ozonul, şi să conducă la crearea de arc electric. Efectul Corona constă într-o descărcare electrică în mediu, de pe suprafaţa unui obiect puternic încărcat electrostatic de la o sursă de înaltă tensiune. Corona este o descărcare luminoasă, care poate fi însoţită de efecte sonore. Descărcările Corona pot fi pozitive sau negative. Acest lucru este determinat de polaritatea tensiunii electrodului curbat.  

Descărcarea Corona are un număr de aplicaţii industriale şi comerciale:

1. Producerea ozonului

2. Înlăturarea  impurităţilor din aer în instalaţiile de aer condiţionat

3. Îndepărtarea substanţelor organice volatile nedorite, cum ar fi pesticidele, solvenţii, agenţii chimici din atmosferă

4. Fotocopierea

5. Ionizarea aerului

6. Fotografia Kirlian

7. Levitaţia electrostatică

Efectul Corona poate apare atât în liniile de înaltă tensiune în curent continuu cât şi în cele de curent alternativ; în primul caz sub formă de flux continuu.în al doilea de particule oscilante. Datorită sarcinii spaţiale create în jurul conductorilor, o linie de înaltă tensiune în curent continuu poate avea o pierdere pe unitate de lungime de doar două ori mai mică decât cea a unei linii în curent alternativ transportând aceeaşi putere. La liniile în sistem monopolar schimbarea polarității conductorului poate conduce la un control limitat al efectului Corona. În particular polaritatea ionilor emişi poate fi controlată, ceea ce poate fi important din punct de vedere al impactului asupra mediului datorat condensării particulelor (particule cu polarități diferite au diferite lungimi de drum).

 Efectul Corona în jurul liniilor de polaritate negativă faţă de pămînt poate genera considerabil mai mult ozon decât cel din jurul liniilor de polaritate pozitivă şi să genereze un flux de particule ionizate dinspre conductor, cu o potențială influență dăunătoare asupra sănătății. Utilizarea tensiunii pozitive contribuie le reducerea impactului ozonului produs de liniile de înaltă tensiune în curent continuu.

Utilizări

Din punct de vedere al cheltuielilor cu investiţii, în cazul curentului continuu staţiile sunt mai costisitoare decât cele din curent alternativ, pe când liniile mult mai ieftine. Deoarece cheltuielile cu liniile sunt proporţionale cu distanţa, rezultă că peste o aumită lungime liniile de înaltă tensiune în curent continuu devin mai rentabile decât cele în curent alternativ. Această limită se situează la cca 30 km în cazul cablurilor maritime şi cca 500 km la cele aeriene. Posibilitatea controlării parametrilor curentului din circuitele de comutaţie, a conectării reţelelor nesincronizate, precum şi a utilizării eficiente în transmiterea energiei prin cabluri submarine, duce adesea la utilizarea liniilor de înaltă tensiune în curent continuu la graniţa dintre ţări pentru transfer de energie. Parcuri de generatoare eoline din largul mărilor necesită deasemenea cabluri submarine turbinele lor fiind nesincronizate. Costurile scăzute ale liniilor de înaltă tensiune în curent continuu prezintă avantaje la legături între comunităţi situate la mare distanță (ex. Siberia, Canada, nordul Scandinaviei). Dezvoltarea tehnologiei IGBT(insulated gate bipolar transistors) și GTO (gate turn-off thyristor) a făcut ca liniile de înaltă tensiune în curent continuu să devină competitive şi în cazul sistemelor de putere mai redusă. Acestea pot fi instalate în liniile de înaltă tensiune de curent alternativ existente cu rolul de a stabiliza fluxul de putere fără a fi nevoie de o linie suplimentară de curent alternativ în caz de scurtcircuit. Un producător a denumit acest concept "HVDC Light", altul un concept similar "HVDC PLUS" (Power Link Universal System). Ei au extins posibilitatea utilizării sistemului la blocuri cu puterea de numai câteva zeci de MW şi lungimea liniei de numai câteva zeci de kilometri de linii aeriene. Diferenţa constă în modul de abordare a conceptului tehnologiei Voltage-Sourced Converter (VSC), unde "HVDC Light" utilizează modulaţia lăţimii impulsului, iar "HVDC PLUS" este bazat pe "multilevel switching"

Avantaje

La reţelele de curent alternative trifazice, sunt necesare cel puţin trei conductori, pe când la cele de curent continuu doar doi conductori, sau chiar numai unul dacă se utilizează pământul în locul unei linii. În acest fel se economisesc nu numai materialele conductorului ci şi izolatori şi material de stâlp de susţinere.

Curenţii de pierderi reactive corespunzători capacităţilor şi inductivităţilor proprii ale liniilor impun intercalarea din loc în loc de bobine de compensare, ceea ce la liniile submarine este imposibil. În consecinţă la transportul prin cabluri submarine, peste o lungime de numai câţiva km devine o necesiate utilizarea liniilor de înaltă tensiune în curent continuu. Necesitatea compensării energiei reactive apare şi în cazul liniilor aeriene de înaltă tensiune mai lungi ceea ce nu este cazul la liniile de înaltă tensiune în curent continuu.

Spre deosebire de curentul continuu, densitatea de curent nu este uniformă pe secţiunea conductorului în cazul curentului alternativ, fiind mai mare la exterior. Rezultă că în curent continuu, la aceeaşi secţiune, conductorul este mai bine utilizat. La fel în cazul cablurilor nu apar pierderi în dielectric, ceea ce are ca urmare posibilitatea utilizării unei izolaţii mai puţin pretenţioase.

În timp ce la liniile în curent alternativ este obligatorie o sincronizare a reţelelor conectate, aceasta nu mai este necesară la liniile de înaltă tensiune în curent continuu. Liniile de înaltă tensiune în curent continuu sunt uneori utilizate şi ca legături intermediare între porţiunile unei reţele sincrone foarte extinse, deoarece din cauza suprafeţei mari acoperite, pot apărea defazaje. Un exemplu de astfel de legătură o constituie linia de înaltă tensiune în curent continuu din cadrul reţelei sincrone europene între localitățile Galatina (Italia) și Arachthos (Grecia) aflată la o depărtare de 300 km.

În plus la linia de înaltă tensiune în curent continuu izolaţia nu trebuie dimensionată la o valoare de vârf de , deoarece în curent continuu tensiunea de vârf este aceeaşi cu tensiunea efectivă.

 Dezavantaje

Staţiile de comutare sunt foarte scumpe şi permit doar o mică supraîncărcare. Este foarte greu să se extindă ulterior cu o ramificaţie o linie de înaltă tensiune în curent continuu existentă. Transmisia energiei prin linii de înaltă tensiune în curent continuu pare predestinată legăturii între două puncte.

Deoarece o linie de înaltă tensiune în curent continuu impune existenţa unei reţele trifazate pe partea de curent alternativ în care să poată livra energie, nu se poate alimenta în acest mod o reţea izolată. Pentru a putea totuşi utiliza acest tip de tranport de energie electrică la o instalaţie de foraj maritim este necesară utilizarea unei soluţii bazate pe tehnologia ‘Voltage Source Inverter’.

Pe durata exploatării, la tensiuni continue înalte de peste cca 300 kV apar probleme în izolatoare şi la trecerile conductoarelor în instalaţiile în aer liber datorate depunerilor de impurităţi şi infiltrării apei de ploaie.

La tensiuni alternative câmpul electric spaţial este influenţat de capacităţile de exploatare şi parazite. Deformarea câmpului datorită straturilor de impurităţi bune conducătoare de electricitate de pe izolatori, poate fi neglijată datorită curentului de deplasare comparativ mai mari ce apare. Altă este situția în cazul curentului continnuu de înaltă tensiune care modifică, datorită rezistenţei ohmice mari a izolatorului, câmpul electric. O depunere de murdărie umedă poate contribui la deformarea câmpului electric în jurul izolatorului, având ca rezultat descărcarea de-a lungul corpului izolatorului.

Bibliografie:

1.Dragoş Cosma, Florin Mareş, Electrotehnică şi măsurări electrice, Editura CD Press, Bucureşti, 2010

2. Costin Cepisca, Horia Andrei si Mihai Bacanu, Poluarea electromagnetică, Editura Electra, Bucureşti, 2002