Abstract--- En este ensayo profundizamos un poco el tema de los dieléctricos, sabiendo que son aislantes es decir que no dejan el paso de la electricidad, para entender como puede ocasionarse la ruptura dieléctrica ocasionada por la acumulación de cargas provenientes de un campo eléctrico muy grande que está actuando sobre el material para desestabilizarlo y romper el coeficiente dieléctrico y producir lo que se conoce como ruptura dieléctrica, además utilizando este conocimiento entender el famoso efecto llamado corona, el cual se produce en las líneas de alta tensión debido a varios factores importantes que en este mismo ensayo trataremos. Y ver algunas formas de cómo reducir ese efecto corona.

1. ENSAYO 1, TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 1
Ruptura Dieléctrica y Efecto Corona
Pedro Francisco Rodas Rivera, Autor
Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca, Ecuador
prodas@est.ups.edu.ec
Abstract—En este ensayo profundizamos un poco el tema B. Polarización dieléctrica
de los dieléctricos, sabiendo que son aislantes es decir que no
La polarización dieléctrica hace que las cargas positivas
dejan el paso de la electricidad, para entender como puede
ocasionarse la ruptura dieléctrica ocasionada por la acumulación sean desplazadas hacia el campo y el cambio de cargas
de cargas provenientes de un campo eléctrico muy grande que negativas en la dirección opuesta. Esto crea un campo eléc-
está actuando sobre el material para desestabilizarlo y romper el trico interno que reduce el campo general dentro del propio
coeficiente dieléctrico y producir lo que se conoce como ruptura dieléctrico. Si un dieléctrico está compuesto de moléculas
dieléctrica, además utilizando este conocimiento entender el
débilmente unidas, no sólo aquellas moléculas se polarizan,
famoso efecto llamado corona, el cual se produce en las líneas
de alta tensión debido a varios factores importantes que en este sino también reorientar de manera que su eje de simetría se
mismo ensayo trataremos. Y ver algunas formas de cómo reducir alinea con el campo, como se ve en [2].
ese efecto corona.
III. RUPTURA DIELÉCTRICA
Index Terms—material, dieléctrico, coeficiente, polarización,
regiones, campos eléctricos, ruptura dieléctrica, efecto corona. Bajo la interacción de grandes campos eléctricos, un mate-
rial que es normalmente un aislante eléctrico puede empezar
a conducir electricidad, a este fenómeno se lo conoce como
ruptura dieléctrica.
I. I NTRODUCCIÓN El mecanismo detrás de ruptura dieléctrica se puede en-
tender mejor usando la teoría de las bandas de forma
La ruptura dieléctrica es un fenomeno que se produce macroscópica, ver [3].
cuando el campo eléctrico entre dos conductores supera un
valor crítico EC , haciendo saltar una chispa en el vacío,
A. Teoría de las bandas
o quemando el dieléctrico que pueda haber en medio. Esto
limita la carga que se puede almacenar en las placas de Existen tres capas en cada material en los cuales los
un condensador, de manera tal que el dieléctrico pierde sus electrones dentro del mismo pueden estar: son las bandas
propiedades de material aislante convirtiéndose en un material de conducción, la banda de energía (banda prohibida) y la
conductor lo cual resulta en una circulación de carga, ver [1]. banda de valencia, a los electrones en la banda de valencia se
El efecto corona es el resultado de la acumulación de los puede considerar que están obligados a ocupar ese lugar,
cargas en las regiones puntiagudas de un conductor cargado, mientras que los electrones en la banda de conducción actúan
es la creación de un campo E muy intenso capaz de producir en forma de cargas portadoras móviles.
la ruptura dieléctrica del aire en las inmediaciones de estas En los materiales dieléctricos ambas bandas están separadas
regiones. por una banda de energía, la cual es prohibida para los
electrones, llamada banda prohibida, como se ve en la figura
1.
II. M ARCO TEÓRICO
En esta sección trataremos de definir la mayoría de temas
relacionados con lo que es la ruptura dieléctrica y el efecto
corona con el fin de tener un mejor entendimiento de todos
los principios que estos conllevan.
A. Material dieléctrico
Se denomina dieléctricos a los materiales que no conducen
la electricidad, es decir que son aislantes del flujo eléctrico.
Si aplicamos un campo eléctrico en el material dieléctrico
estas no fluyen a través del material como lo harían en un
Figura 1. Material dieléctrico y sus tres bandas representativas
material conductor, si no que ligeramente se desplazan desde
su posición de equilibrio promedio causando la polarización Como la banda de valencia es menor en energía, los
dieléctrica, como se ve en [2]. electrones preferentemente ocuparan esta banda, por lo tanto

2. ENSAYO 1, TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 2
en los materiales dieléctricos bajo condiciones normales la conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta una
banda de conducción permanecerá vacía. forma de corona, de ahí el nombre del fenómeno, ver [4], [5].
Si a un electrón en la banda de valencia se le suministra
energía proveniente de un campo eléctrico, mayor o igual a
la energía Eg necesaria para el salto, este podría terminar
dirigiéndose hacia la banda de conducción.
Y si se le aplica un campo eléctrico lo suficiente mente
grande como para portar con la energía necesaria para mover
varios electrones a la ves desde la banda de valencia hasta la
banda de conducción, y como los electrones en la banda de
conducción actúan como cargas portadoras, el material ahora
conduce en lugar de almacenar carga, como se ve en la figura
2.
Figura 4. Espectro de corona típico de descarga en el aire
A. Cuál es la causa?
El efecto corona está causado por la ionización del aire
circundante al conductor debido a los altos niveles de tensión
de la línea, los iones son repelidos y atraídos por el conductor a
grandes velocidades, produciéndose nuevos iones por colisión.
En el momento que las moléculas de aire se ionizan aumenta
el diámetro eficaz del conductor metálico y éstas son capaces
de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que
circulan por la línea pasan a circular por el aire, tal circulación
producirá un incremento de temperatura en el gas que se
Figura 2. Conducción de los electrones desde la banda de valencia hacia la tornará de un color rojizo para niveles bajos de temperatura o
banda de conducción, debido a un campo eléctrico muy grande azulado para niveles altos, ver [4], [5].
Es decir el material dejó de ser un dieléctrico para conver- La intensidad del efecto corona se puede cuantificar según
tirse en un conductor, a este proceso se lo denomina ruptura el color del halo:
dieléctrica, como se ve en la figura 3. • Será rojizo en casos leves.
• Será azulado en casos más severos.
B. Los Efectos
El efecto corona produce algunos efectos negativos como
son:
• Generación de luz.
• Ruido audible.
• Ruido de radio.
• Vibración resultante del viento eléctrico.
• Deterioro de los materiales como consecuencia de un
bombardeo de iones.
• Generación de ozono, óxidos de nitrógeno y la presencia
de humedad, ácido nítrico.
Figura 3. Ruptura dieléctrica de un material dieléctrico
• Disipación de la energía
IV. E FECTO CORONA
C. Dónde ocurre?
El efecto corona se presenta cuando el potencial de un
conductor en el aire se eleva a valores tales que sobrepasan Principalmente este efecto ocurre alrededor de los conduc-
la rigidez dieléctrica del aire que rodea al conductor se man- tores de las líneas de transmisión, pero además está presente
ifiesta por luminiscencias de colores azulados que aparecen en:
alrededor del conductor, mas o menos concentrados en las • En espaciadores y amortiguadores.
irregularidades de su superficie. La descarga va acompañada • Aislante eléctricos dañados de cerámica o un material
de un sonido silbante y de olor de ozono, y si hay humedad diferente que la cerámica.
apreciable se produce ácido nitroso. • Aislantes contaminados.
El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce • En los extremos vivos de ensambles de aislantes y man-
en los conductores de las líneas de alta tensión dado que los guitos aisladores.

3. ENSAYO 1, TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 3
• En cualquier punto de un equipo eléctrico, donde la donde PC es la pérdida de potencia en [kV/km], δ es el factor
fuerza del campo eléctrico exceda los 3 [MV/m]. de densidad del aire, f es la frecuencia de la línea en [Hz],
• En ciertos árboles de gran tamaño (esto origina temor DM G es la distancia media geométrica entre fases, RM G es
supersticioso en la gente que no conoce el tema). el radio medio geométrico, VS es el valor de la tensión fase-
neutro en [kV] y VC es el valor de tensión crítica disruptiva
D. Cómo detectar? en [kV].
La observación visual del efecto corona es muy difícil
debido a que su emisión de radiación es muy débil, en su G. Cómo reducir el efecto corona
totalidad dentro del espectro Ultra Violeta y es virtualmente Un método muy popular para la reducción de la corona
imposible observarlo a simple vista, salvo en la oscuridad en los cables es rodear al conductor con una película o capa
total, por lo que para su observación se utiliza un sistema semiconductora de mayor radio, esto efectivamente aumenta
BI ESPECTRAL que combina un lente UV ICCD (CCD el radio del objeto, y por lo tanto disminuye la intensidad de
intensificado) que no permite el paso de luz solar, con una campo. Puede que no necesite una gran cantidad de cobre
imagen del espectro visible, de esa manera puede detectar para transportar la corriente necesaria (a menudo micro o
emisiones UV muy débiles, en general antes que se produzca miliamperios), pero se desea que el diámetro del conductor
la descarga en si misma que causa daños importantes, ver [5]. lo suficientemente grande como para reducir la corona, ver
La emisión de corona en el aire está en la longitud de onda [6].
de alrededor 300 a 360 [nm], como se ve en la figura 4.
V. C ONCLUSIONES
Después de realizar este ensayo podemos concluir que el
tema tratado de la ruptura dieléctrica y el efecto corona
es de mucha importancia ya que es necesario tener mucho
cuidado con las líneas de tensión respecto al cuidado y
mantenimiento ya que la aparición del efecto corona es muchas
veces catastrófico en las líneas por lo que su gran conocimiento
y reconocimiento ayuda a la problemática existente, además de
aportar para el conocimiento general de cómo están formados
estos fenómenos muy interesantes que necesitan de cámaras
Figura 5. Visualización del efecto corona en una línea de alta tensión por
especiales debido a su baja longitud de onda. Y sin lugar
medio de cámaras especiales a dudas comprender como pueden utilizarse los materiales
dieléctricos en el campo de la electrónica ya que un material
dieléctrico controlable es la base de la electrónica, también
E. Cálculo de la tensión crítica disruptiva
conocido como transistor.
El efecto corona se producirá cuando la tensión de la línea
supere la tensión crítica disruptiva del aire, es decir, aquel
A PÉNDICE
nivel de tensión por encima del cual el aire se ioniza, ver [4].
La fórmula más utilizada para la determinación de la tensión TABLA 1
crítica disruptiva es la propuesta por el ingeniero americano
F.W. Peek: Valor de constantes y resistencias dieléctricas para diferentes materiales
DM G
VC = 21.2 · δ · r · ln · n · kr · km · kg (1) Material Constante Dieléctrica Resistencia dieléctrica [V/m]
RM G
Aire 1 3 × 106
donde VC es el valor de tensión crítica disruptiva en [kV], δ
TiBaO3 1200 7.5 × 106
es el factor de densidad del aire, r es el radio del conductor
Freon 1 8 × 106
en [cm], DM G es la distancia media geométrica entre fases,
Aceite 2.3 1.5 × 107
RM G es el radio medio geométrico, n es el número de
Vidrio 6 3 × 107
conductores por fase, kr es el coeficiente de rugosidad del
Parafina 2 3 × 107
conductor empleado, km es el coeficiente medioambiental y
kg es el factor de cableado. Cuarzo 4 4 × 107
Poliestireno 2.6 5 × 107
Mica 6 2 × 108
F. Cálculo de las pérdidas de potencia
Para aquellos casos en los que se produce el efecto corona,
ver [4], la pérdida de potencia se calcula según la fórmula: R EFERENCES
[1] U. de Sevilla, “Ruptura dieléctrica,” p. 1, 2009. [Online]. Available:
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ruptura_dieléctrica
244 DM G 2 [2] Wikipedia, “Dielectric,” p. 1, 2012. [Online]. Available: http://en.
PC = (f + 25) (VS -VC ) · 10−5 (2) wikipedia.org/wiki/Dielectric
δ RM G

4. ENSAYO 1, TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 4
[3] University of Cambridge, “Dielectric breakdown,” p. 1, 2004. [Online].
Available: http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/dielectrics/breakdown.php
[4] D. Rocha, “Efecto Corona y Ruptura Dieléctrica,” p. 1, 2011.
[Online]. Available: https://sites.google.com/site/danirocha51/home/
videos-sobre-fenomenos-electricos-y-demostracion-de-diversas-leyes-electricas/
efecto-corona-y-ruptura-dielectrica
[5] B. Lucas G. and E. Spitzer, “Visualización del efecto corona,” pp. 1–2,
2009. [Online]. Available: http://ingenieriaelectricaexplicada.blogspot.
com/2009/12/visualizacion-del-efecto-corona-parte-1.html
[6] J. Lux, “Corona,” p. 1, 1998. [Online]. Available: http://home.earthlink.
net/~jimlux/hv/corona.htm
[7] R. G. Brown, “Dielectric Breakdown and the Corona Effect,” p. 1, 2002.
[Online]. Available: http://www.phy.duke.edu/~rgb/Class/potential/node7.
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