EFFETTO CORONA

Il ronzio o crepitio che, specie nelle giornate umide, si sente in prossimità degli elettrodotti ad alta tensione è dovuto invece al cosiddetto “effetto corona”, determinato dall'intenso campo elettrico presente nelle immediate vicinanze dei conduttori.

Tre sono gli aspetti da chiarire a proposito di questo fenomeno.

1. In cosa consiste esattamente l'effetto corona e perché si verifica.

2. Perché l'effetto corona produce un rumore udibile.

3. Come mai nei pressi dei conduttori degli elettrodotti si determina un campo elettrico così intenso e cosa si può fare per evitarlo o ridurne le conseguenze.

L'effetto corona consiste nella ionizzazione dell'aria presente in un sottile strato cilindrico (la “corona”, appunto) attorno ad un conduttore elettricamente carico. La causa del fenomeno è l'intenso campo elettrico che in alcuni casi, come vedremo, si stabilisce in questa regione. La ionizzazione si determina quando il valore del campo elettrico supera una soglia detta “rigidità dielettrica” dell'aria, e si manifesta con una serie di scariche elettriche, che interessano unicamente la zona ionizzata e sono quindi circoscritte alla corona cilindrica in cui il valore del campo supera la rigidità dielettrica. Il fenomeno è, in piccolo, sostanzialmente equivalente alla generazione di lampi e fulmini, che si verificano proprio quando il campo elettrico dovuto alla differenza di potenziale tra nuvola e nuvola o tra nuvola e terreno supera la rigidità dielettrica.

Si definisce rigidità dielettrica di un materiale isolante il massimo valore del campo elettrico che in esso può essere presente senza che avvenga una scarica distruttiva. Tale valore dipende fortemente dal tipo e dalle condizioni fisiche ed ambientali del materiale. In molti materiali la rigidità dielettrica indica il limite oltre il quale il campo elettrico applicato è tanto intenso da rompere i dipoli elettrici presenti nel materiale (permanenti o indotti dal campo stesso), creando così una coppia di ioni.

Nei gas come l'aria l'esistenza di ioni preesistenti al campo elettrico (generati per esempio da radiazioni ionizzanti come i raggi ultravioletti o i raggi cosmici) mette a disposizione un altro meccanismo: il campo elettrico accelera gli ioni preesistenti, facendo loro acquisire energia cinetica. Se questa è sufficiente lo ione

accelerato può, quando urta una molecola di gas, causarne la ionizzazione, dando così luogo ad un fenomeno noto come “moltiplicazione a valanga”. Siccome l'energia cinetica acquisita durante l'accelerazione cresce non solo con l'intensità del campo elettrico ma anche con il libero cammino medio tra due urti (maggiore il cammino medio, maggiore il tempo a disposizione del campo elettrico per accelerare gli ioni), ne consegue che più un gas è rarefatto, più questo meccanismo di moltiplicazione è efficace, più basso è quindi il valore della rigidità dielettrica.

Tirando le fila, risulta che la rigidità dielettrica dell'aria secca è di circa 3 MV/m (inteso come valore continuo, oppure valore di picco in caso di campo alternato) e che questo valore diminuisce sensibilmente in montagna, per la maggior rarefazione dell'aria, e soprattutto in presenza di umidità o inquinamento (le goccioline di vapore o alcune particelle inquinanti funzionano infatti come attrattori ed agglutinatori degli ioni).

Tornando agli elettrodotti, una situazione particolarmente critica si ha in corrispondenza degli isolatori (quei dispositivi di vetro o porcellana che permettono di collegare meccanicamente i cavi ai tralicci, preservando l'isolamento elettrico), perché questi, se sporchi o bagnati, possono favorire sensibilmente l'innesco di scariche. Ciò rende conto del fatto che presso i tralicci sia in genere più facile che lungo le linee avvertire il rumore associato all'effetto corona. Il problema è ovviamente più evidente in zone industriali o comunque ad

elevato inquinamento atmosferico.

L'effetto corona, attraverso la ionizzazione dell'aria e l'innesco di scariche elettriche, ha numerose conseguenze avvertibili.

-              Riscaldamento e debole luminescenza. Questi effetti producono perdite di energia che diminuiscono il rendimento della linea elettrica.

-              Produzione di ozono, come sempre avviene in presenza di scariche o scintille in aria

-              Distorsione della forma d'onda. Nelle linee a corrente alternata la dissipazione di energia non avviene con continuità, ma solamente negli intervalli in cui, ad ogni semiperiodo, l'intensità del campo supera in valore assoluto la rigidità      dielettrica dell'aria. Si producono allora deformazioni dell'onda di tensione che perde le sue caratteristiche perfettamente sinusoidali per l'insorgere di armoniche.

-              Disturbi alle telecomunicazioni. Le scariche producono segnali spuri ad alta frequenza che possono disturbare le telecomunicazioni. In relazione alla caratteristica forma dello spettro corona, la cui ampiezza si riduce sensibilmente al crescere della frequenza, tali disturbi interessano soprattutto le frequenze relative alle trasmissioni radiofoniche o al più alle trasmissioni televisive nei canali bassi della banda VHF.

-              Effetto acustico. Il rumore è senza dubbio, tra tutti i fenomeni conseguenti all'effetto corona, uno dei più complessi. Sostanzialmente esso ha origine dalle onde di pressione generate dal riscaldamento prodotto dalla ionizzazione e dalle scariche nella corona. Esso si manifesta con il caratteristico "crepitio" tipico di ogni scarica elettrica.    Nelle linee a corrente alternata, dove il campo elettrico si inverte di polarità passando per lo zero 100 volte al secondo, anche i fenomeni di ionizzazione si innescano e disinnescano con questa cadenza. Ciò dà luogo ad una modulazione delle onde di pressione, per cui al crepitio si aggiunge, del rumore avvertibile, anche un "ronzio" a bassa frequenza.

L'effetto corona ha, come si è visto, numerose conseguenze indesiderate ma, fortunatamente, è controllabile in modo abbastanza agevole in fase di progetto. Le tecniche in tal senso mirano alla diminuzione del campo elettrico massimo nei pressi dei conduttori, aumentando il raggio degli stessi fino a valori che scongiurino l'effetto corona anche nelle condizioni di pressione ed umidità più svantaggiose.

Per motivi economici, quando la sezione necessaria a questo scopo risulta eccessiva in relazione alla corrente elettrica da trasportare, si preferisce adottare la tecnica dei “conduttori a fascio”. In questo caso, per ciascuna fase dell'elettrodotto vengono utilizzati due oppure tre conduttori allo stesso potenziale, mantenuti ad una certa distanza uno dall'altro. Si ottiene così un conduttore di grande raggio equivalente (dal punto di vista del campo elettrico), mantenendo relativamente bassa la quantità di metallo necessaria e quindi il costo. Una possibile alternativa consiste nell'utilizzare conduttori internamente cavi.

Con provvedimenti di questo tipo si riesce, di regola, a prevenire l'effetto corona nelle condizioni operative normali degli elettrodotti, per cui il rumore ad esso associato non si ode lungo le linee se non nelle giornate molto umide o piovose. Più facile è invece avvertirlo nei pressi dei tralicci, per i motivi legati alla sporcizia e all'umidità sugli isolatori, a cui si può porre rimedio solo con frequenti e onerosi interventi di pulitura e manutenzione.