2014 Indice de Fallasv05

download 2014 Indice de Fallasv05

of 68

Transcript of 2014 Indice de Fallasv05

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    1/68

    Conceptos

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    2/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Material para uso estrictamente acadmico y para los alumnos de la FIEE UNI- PERU, por tanto no se vende ni comercializa. Esta exposicin, con modificaciones importantes, se fundamentaen el Proyecto de Tesis: Anlisis Computacional de Lneas de Transmisin para Identificar las Torres con mayor ndice de fallas por efecto de Descargas Atmosfricas, de Martn TobasMontesdeoca Espn, de la Escuela Politcnica Nacional Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica. Ecuador

    Juan Bautista R. Profesor Principal

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    3/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Bibliografa base:

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    4/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    OBJETIVO:

    Analizar de como las descargas atmosfricasinfluyen al incidir o caer en una lnea de transmisin.

    Analizar los tipos de flameo que se producen enuna torre por efecto de los rayos.

    Analizar el uso de pararrayos en una torre comoopcin para disminuir el riesgo de producir flameo en

    la cadena de aisladores.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    5/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    El desempeo ante descargas atmosfricas de una lnea detransmisin esta influenciada por el desempeo individual decada torre, por lo que al producirse la descarga sobre lalnea, impacta en el cable de guarda o torre produciendo

    flameo inverso (flameo de la estructura a la fase o las fases oback flashover).

    Tambin existe la posibilidad de que se rompa o falle elapantallamiento y el rayo choque directo con las fases

    (generalmente con el mas expuesto).

    En ambos casos se producirn perturbaciones o la salida deoperacin de la lnea.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    6/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Mtodo analizado

    Es el mtodo de los dos puntos, y el modelo electrogeomtrico

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    7/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    FORMA DE ONDA Y DISTRIBUCIN DE

    LA CORRIENTE DE RAYOForma de onda

    Puesto que el perodo de la corriente es de gran inters se ha encontrado que la

    forma de onda puede representarse por una doble exponencial de la siguiente forma:

    Donde I es el valor pico de la corriente del rayo. Para un paso de frente de ondaque va desde 0.5 y 10 micro segundos y un tiempo de cola de onda de 30 a 200microsegundos.La forma de onda estandarizada segn la norma IEC 60 para pruebas de altovoltaje es de 1.2/50 s. Esto es tomando en cuenta las condiciones msextremas.

    ( ) t ti t I e e

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    8/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Para este tipo de onda normalizada los coeficientes de y son:

    4 61.426 10 4.877 10( ) x t x t i t I e e

    s = segundos

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    9/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    El frente de onda es el tiempo quedemora la onda en ir del 10% al90% del valorpico (T1)

    tiempo de cola es el tiempo quedemora la onda en caer al 50%del valor pico (T2)

    La simulacin de una descarga se hace mediante una fuente de corriente la cualtendr una polaridad positiva o negativa. En lneas de transmisin las descargasms comunes son las negativas descendentes.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    10/68

    La corriente de cresta, el frente de onda, el tiempo de cola y la pendiente

    responden a un comportamiento aleatorio

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    11/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Segn la CIGRE (Conseil Internacional des Grands

    Reseaux Electriques) estos parmetros responden auna distribucin logartmica:

    2

    21( )

    2

    z

    f x ex

    ln

    x

    z

    Donde:

    My se obtienen de la tabla siguiente.

    valor medio

    desviacinestndar delparmetro en

    estudio

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    12/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Forma de onda aceptada por la CIGRE parauna descarga atmosfrica.

    M

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    13/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    14/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    15/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Distribucin de la corriente

    La distribucin estadstica de la corriente de lasdescargas atmosfricas debera conocerse paracada regin donde queremos realizar una

    estimacin del nmero de rayos en las lneaspara determinar los ndices de fallade blindaje.

    Esto es debido a que, en un estudio de MonteCarlo la determinacin de las distancias deatraccin a la lnea se definen en funcin deeste parmetro.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    16/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Sin embargo, para fines prcticos, la densidad de

    probabilidad acumulada f1 (I) para la primera descargaIf, puede describirse con la siguiente aproximacin deCIGR:

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    17/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Integrando la ecuacin se obtiene la probabilidad acumulada de que lacorriente de la primera descarga If exceda un valor dado I y esto tambin se

    puede expresar en forma aproximada por:

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    18/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Dada la gran variabilidad de cada uno de los parmetroselctricos de una descarga, se recurre a representaciones que

    indican el % de probabilidad que tal valor sea superado enfuncin de una escala de valores.

    Tomamos como ejemplo los valores que proponen la CIGREyla IEEE, para dos magnitudes muy significativas en la cada deun rayo:

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    19/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Se notan discrepancias entre valores propuestos pordistintos autores, atribuibles muy posiblemente a lasdistintas experiencias que sirvieron como fuente de

    datos.De cualquier forma estos valores sirven como marcode referencia para aceptar valores, que uno mismo

    pueda obtener, en las mediciones que realice dentrode sus propias experiencias de campo.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    20/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    NGULO DE INCIDENCIA DE LA DESCARGA

    Es el ngulo con el cual incide la descarga con cualquier puntoterminal, respecto a la lnea vertical.

    Considerar que todos los rayos inciden verticalmente, introducealgunos errores en el clculo de la tasa de salida, sobre todo enel clculo del apantallamiento de las lneas areas.

    La probabilidad P(), de ocurrencia de un ngulo de inclinacin

    se puede expresar como:

    224 cosP d

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    21/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Probabilidad defrecuencia acumulada

    para el ngulo deincidencia del rayo

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    22/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    FORMA DE INCIDIR SOBRE LAS LNEAS DE TRANSMISIN

    Las descargas atmosfricas pueden incidir enla lnea de transmisin de dos maneras:

    -De Manera directa es sobre los conductoresde fase, el cable de guarda o sobre las torres.

    - De manera indirecta es cuando la descargaes relativamente cerca de la lnea y sta

    produce una sobretensin por induccin atravs del aire.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    23/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    En el conductor

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    24/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    En el cable de guarda

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    25/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Figura 2.8: Forma de incidencia de rayos en lneas detransmisin [2]

    A travs del aire

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    26/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    A travs del suelo

    Rayo

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    27/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    DENSIDAD DE DESCARGAS (Ng)

    ste es un dato no exactamente conocido y puede variar mucho en aosconsecutivos para una misma regin.

    Las estadsticas mejor conocidas hacen referencia al nmero de das de tormenta al

    ao, Td, o al nmero de horas de tormenta al ao, Th, que se registran en un puntodeterminado.

    Ambos valores son conocidos como nivel ceranico.

    El valor de Ng se puede aproximar a partir del nivel ceranico mediante cualquierade las siguientes expresiones

    Nmero de descargas a tierrapor km2 y ao Ng

    nmero de das de

    tormenta al ao

    nmero de horas de

    tormenta al ao

    1.250.04g d

    N T

    1.10.054g h

    N T

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    28/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    En general esta aproximacin no es suficientemente precisa, no existiendo una

    buena correlacin entre la densidad de descargas a tierra y el nivel ceranico.

    Lo ms fiable es utilizar las estadsticas sobre localizacin y mediciones directas delas descargas.

    Las redes de localizacin de rayos proporcionan la fecha, hora, magnitud, polaridad ynmero de descargas de cada rayo.

    Puesto que esta metodologa es relativamente reciente y la densidad de descargas atierra puede variar considerablemente de un ao para otro, los datos actuales no son

    fiables.

    Para estimar el comportamiento de una lnea se debe tener en cuenta que la

    densidad de descargas a tierra vara aproximadamente entre 0 y 20, y que debido ala variacin que puede haber entre dos aos consecutivos, los mapas de descargasse deben elaborar tomando el promedio de al menos 5 aos consecutivos.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    29/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    VELOCIDAD DE RETORNOLos voltajes inducidos por rayos que caen a tierra en las cercanas de la lnea

    pueden ser un grave problema en lneas con bajos niveles de aislamiento,encontrndose la magnitud de estas sobretensiones en funcin de la velocidad deretorno del rayo.

    Por tanto, la velocidad es otro parmetro significativo a ser incluido en el estudio. Sin

    embargo, los datos experimentales para la velocidad de retorno son escasos.

    Adems, este parmetro puede tener una dependencia geogrfica, y lascaractersticas de los rayos disparados artificialmente pueden ser diferentes de losrayos naturales.

    Varios autores han propuesto una relacin entre la intensidad mxima y lavelocidad de retorno de un rayo:

    1

    cv

    w

    I

    velocidad de retorno delrayo en m/s

    velocidad de la luz en el vacoen m/s

    una constante entre 50 y 100

    la intensidad depico de ladescarga en kA

    E l i d l i i i l

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    30/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Esta relacin es uno de los principios en los que sebasa el Modelo Electrogeomtrico, y por tanto debe

    ser tomada en cuenta en el clculo de aquellosvoltajes en las que v intervenga como parmetro.

    No existe consenso entre autores sobre los valoresdel parmetro w, por lo que se han propuesto valoresmuy diferentes.

    Por esta razn, en los estudios en los que lavelocidad y la intensidad mxima de una descarga

    vengan relacionados mediante la expresin anterior,se emplearn valores del parmetro wentre 50 y 500.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    31/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    PARMETROS DE LAS LNEASQUE INTERVIENEN EN

    EL FENOMENO DE FLAMEO

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    32/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    EL MODELO ELECTROGEOMTRICOCon el modelo determinamos el punto de impacto de una descarga teniendo en cuentasu intensidad mxima de corriente y la localizacin del canal de esta descarga, que sesupone tiene una trayectoria vertical.

    Al acercarse una descarga a tierra hay un momento en que se supera la rigidez

    dielctrica del aire y se produce el salto hacia el objeto ms cercano, que puede ser unrbol, una lnea o la misma tierra.

    La distancia de ruptura, o distancia a la que salta el arco, depende de la magnitud de lacorriente de la descarga.

    La distancia de ruptura de un conductor en la punta de una torre difiere de la distancia

    de ruptura a la tierra: la pendiente de una descarga con electrodos punta-plano (lder

    descendente que conecta con la tierra) difiere de la pendiente de una descarga conelectrodos punta-punta (el lder descendente conecta a la torre).

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    33/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Existen al menosdos distancias deruptura, una a los

    conductores defase o los cables

    de tierra rc, y otra

    a la tierra rg

    0.653.6 1.7 ln 43 40g c cR y I y m

    0.655.5 40g c

    R I y m

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    34/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Ntese que las distancias de atraccin al conductor de fase y al cable de guardaSe suponen iguales.

    En la realidad, la intensificacin del campo elctrico entre nube y tierra producedistancias de atraccin diferentes para el plano de tierra con respecto a las de losconductores.

    La IEEE ha sugerido utilizar las siguientes ecuaciones para calcular estasdistancias en los dos casos:

    0.6510c

    R I

    0.653.6 1.7 ln 43 40g c cR y I y m

    0.655.5 40g c

    R I y m

    Altura promedio del conductor (m)dada por la altura de la torre menosdos tercios de la flecha a medio vano.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    35/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    La sobretensin originada por una descarga origina contorneosi su valor es superior al nivel de aislamiento.

    Al menor valor de la intensidad de corriente que causa

    contorneo se le denomina intensidad de corriente crtica (Ic).

    Segn CIGRE, la descarga de corriente ms baja es 3 kA.

    El nmero de descargas con corrientes de cresta entre 0 y 3 kAes muy reducido frente al nmero de descargas totales queimpactan en una lnea area.

    APLICACIN DEL MODELO

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    36/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    APLICACIN DEL MODELOELECTROGEOMTRICO

    Lneas sin apantallarLa aplicacin del modelo electrogeomtrico para determinar el punto de impacto

    final de una descarga atmosfrica, con intensidad de cresta I, en una situacincomo la que muestra la Figura siguiente se construye de la siguiente forma

    1. Se calculan las distancias rgy rcpara una corriente especifica I.2. Se traza una lnea paralela a la tierra con una separacin rg.

    3. Se traza un arco de radio rcy centro el punto M hasta que se corte con lalnea paralela trazada en el paso anterior.

    Cualquier descarga entre A y B terminar en el conductor y cualquier descargaque llegue a la izquierda de A o a la derecha de B terminar impactando entierra.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    37/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    0.6510c

    R I

    0.653.6 1.7 ln 43 40g c cR y I y m

    0.655.5 40g c

    R I y m

    La zona entre A y B de la figura anterior (zona de impacto del conductor) est

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    38/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Como el conductor Mesta separado una distancia a del origen de coordenadas,se tiene:

    La zona entre A y B de la figura anterior (zona de impacto del conductor) estdada por:

    ' ',g gD D

    2

    ' 2

    g c gD r r y

    ' cosg cD r

    1 g

    c

    r y

    sen r

    Siendo:

    'gx a D

    Donde x es la distancia desde la referencia 0 hasta el final de la zona de

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    39/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Dondexes la distancia desde la referencia 0hasta el final de la zona deinfluencia del conductor M.

    x = D'g si se sita el centro de coordenadas en el eje del conductor.

    Si se tienen n conductores en diferentes posiciones con separaciones a yalturas y, las ecuaciones se generalizan:

    Para intensidades de cresta superiores a determinado valor, el conductor mselevado puede proteger a todos o algunos de los restantes conductores.

    2

    ' 2

    gi c g iD r r y

    ' cosgi c i

    D r

    1 g i

    i

    c

    r ysen

    r

    '

    i i gix a D

    L t ll d

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    40/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Lneas apantalladas

    Un cable de tierra y una faseComo hemos detectado, hay dos zonas (zona de impacto yzona de tierra).

    Sin embargo, cuando se tenga que considerar ms de unconductor, por ejemplo 01 cable de tierra y 01 conductor defase (ver las dos figuras siguientes).

    Al tener en cuenta el conductor de fase y el cable de tierra sepresenta solapamiento de las zonas como se muestra en la

    Figura correspondiente, lo que origina tres zonas: zonaprotegida (Zp), zona de falla (Zf) y zona de tierra.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    41/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Modelo electrogeomtricopara un cable de tierra y unafase

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    42/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Modeloelectrogeomtrico paraun cable de tierra y unafase

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    43/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Los arcos con radio rc, tienen como

    centro el cable de guarda y unconductor de fase.

    Adems, se construye una lnea

    horizontal paralela a la tierra a unaaltura rg.

    Segn el modelo, una descarga con una

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    44/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Segn el modelo, una descarga con unaintensidad de cresta Ia la que corresponde unarco de radio rc,

    debe terminar en el conductor de fase, "zonade falla" (Zf), si el canal vertical de la descargaest entre A y B

    ms all del punto B la descarga terminaren la "zona de tierra finalmente, si el canal vertical est sobre el

    arcoAO, la descarga ir al cable de tierra"zona protegida" (Zp).

    Para cada valor de corriente se presenta una zona desprotegida Z que

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    45/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Para cada valor de corriente se presenta una zona desprotegida Zp, quecorresponde al arco AB o a la distancia horizontal Zfque corresponde a la zona de

    falla (figura solapada)

    Deducimos los valores

    de L y b

    El ngulo entre los dosradios rcest definidocomo 2

    2 1L a a

    1 2b y y

    2 1L a a

    1 2b y y

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    46/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    De aqu se obtienen las zonas protegidas y de falla

    cosp g cZ D r

    cos cosf c

    Z r

    2 0gSi r y

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    47/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    48/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    A partir del clculo de los valores dexi :x1 la distancia del cable de tierra yx2 la distancia de la fase, se tiene:

    slo existe zona protegida y zona de tierra, y ladescarga impactar en el cable de tierra o en latierra.

    'i i gix a D

    2 1Si x x la fase estar expuesta y existirn zona de falla, zonaprotegida y zona de tierra; es decir, dependiendo de lamagnitud y posicin de una descarga, esta podrimpactar en la fase, en el cable de tierra o en tierra.

    1 2Si x x

    Un cable de tierra y N fases

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    49/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Un cable de tierra y N fasesDe acuerdo a la seccin anterior, si x1 es la distancia del cable de tierra y

    x2, x3, ..xN las distancias de las fases, se tiene:

    se puede asegurar que slo existenzona protegida y zona de tierra y la

    descarga impactar en el cable detierra o en tierra.

    1 2,3,...kSi x x k N

    La fase k estar expuesta y existir zona defalla, zona protegida y zona de tierra; es

    decir, dependiendo de la magnitud y posicinde una descarga, est podr impactar en lafase k, en el cable de tierra o en la tierra.

    k iSi x x

    Si existenj conductores de fase con distancias x ms grandes o iguales ax1, y sequiere saber en que fase impactar una descarga se debe repetir este mismo anlisispero slo con estas fases.

    La metodologa se puede generalizar para lneas con mcables de tierra y n fases.

    DISTANCIA MXIMA DE CHOQUE

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    50/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    DISTANCIA MXIMA DE CHOQUE

    La mxima distancia de incidencia relativa a la mxima corriente queocasiona una falla apantallamiento o blindaje y la cada directa del rayo enlos conductores puede calcularse con:

    No siempre es posible un blindaje electromagntico completo de toda la lnea segnel dimensionamiento adecuado del ngulo de proteccin de los conductores.

    max

    2 1

    h yr

    sen

    mxima distanciade incidencia(distancia crtica)en [m]

    altura del cable de guarda

    altura del conductor

    ngulo de proteccin

    Para lneas deAT y EAT gran nmero de descargas

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    51/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    en el conductor no causarn la falla de la lnea porque

    su aislamiento es suficiente para soportar los voltajesgenerados por una descarga de pequea amplitud.

    Estas sobretensiones se propagan por la lnea hastaatenuarse por efecto de la impedancia propia delconductor o a su vez hasta la subestacin si la

    descarga es relativamente cerca de esta, donde enfuncin de los cambios de impedancia y lasdiscontinuidades (reactor, transformador, interruptor

    etc.)pueden aparecer elevadas sobretensiones dereflexin.

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    52/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    LOCALIZACIN DE LA DESCARGA

    Es importante distinguir entre localizacin del canal vertical deuna descarga y su punto de impacto.

    La localizacin del canal vertical se obtiene de acuerdo con unafuncin de probabilidad con distribucin uniforme, es decircualquier punto del rea en la que est tendida la lnea tiene la

    misma probabilidad.

    Sin embargo, el punto de impacto se determinar empleando el

    modelo electrogeomtrico y la localizacin del canal vertical.

    Al acercarse una descarga a tierra hay un momento en

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    53/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    que se supera la rigidez dielctrica del aire y se

    produce el salto hacia el objeto ms cercano.

    La distancia a la que salta el arco depende de la

    magnitud de la corriente de la descarga y la posicinde sta.

    Es importante determinar la ubicacin del punto deimpacto final de una descarga atmosfrica (unconductor de fase, una torre, un cable de tierra o

    tierra), ya que de este punto depender de la magnituddel sobretensin.

    IMPACTO DIRECTO SOBRE LAS TORRES

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    54/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    IMPACTO DIRECTO SOBRE LAS TORRES

    O EL CABLE DE GUARDALa incidencia de una descarga atmosfrica en los cables de guarda o en la torrede una lnea de transmisin puede ocasionar su salida de servicio, debida alcrecimiento del voltaje en el punto de incidencia del rayo.

    A diferencia del impacto directo, la ocurrencia de fallas a consecuencia de estefenmeno difcilmente es eliminado. Sin embargo estos efectos pueden serminimizados a travs de la optimizacin de las puestas a tierra de las estructurasy del ajuste de los elementos de la cabeza de la torre.

    Impacto directo en las torres

    Cuando un rayo impacta una torre se establece un proceso de propagacin deondas de voltaje y corriente a travs de tres caminos, uno de ellos es por lapropia torre y los otros dos por los cables de guarda adyacentes y estos a su vez

    en las torres prximas y en los sistemas de puesta a tierra con reflexiones segnlas impedancias caractersticas involucradas.

    La tensin resultante de la descarga atmosfrica es el producto de la corriente del

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    55/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    rayo por la impedancia de onda equivalente vista en este punto. Este voltaje

    tendr variaciones de acuerdo por las reflexiones de la onda incidente en laresistencia de pie de torre y en las torres adyacentes.

    El siguiente grfico muestra una distribucin aproximada de la propagacin de ladescarga.

    Impacto en el vano del cable de guarda

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    56/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    p g

    La incidencia de la descarga en los cables de guarda presenta comocaracterstica bsica un voltaje en el punto de incidencia superior que el caso deimpacto en al torre (por la distinta impedancia). El rayo puede caer en cualquierpunto del vano y el voltaje depender de la relacin entre las distancias desde elpunto de incidencia y las torres ms prximas, siendo la descarga en la mitad delvano aquella que producir el mayor valor del voltaje (Anexo 3)

    DESCARGAS DIRECTAS AL CONDUCTOR DE

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    57/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    FASE

    Son aquellas descargas que impactan directamente alconductor de fase y son debidas a la falla de apantallamiento(en caso de tener cable de guarda).

    Estas descargas dependiendo de su intensidad puedenproducir falla del aislamiento y por lo tanto contorneo en la

    lnea.

    A travs del modelo electrogeomtrico se puede conocer lamagnitud de la corriente mxima que puede provocar falla en el

    apantallamiento y contorneo.

    DESCARGAS PRXIMAS A LA LNEA

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    58/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    DESCARGAS PRXIMAS A LA LNEA

    Son todas las descargas que no impactan en la lnea pero suincidencia es considerablemente cercana para producir unincremento de voltaje debido a la induccin que las descargas

    atmosfricas producen.

    Una descarga atmosfrica prxima a la lnea, puede inducir unvoltaje que difcilmente excede los 500 kV.

    Lneas blindadas con cables de guarda, de voltaje nominalsuperior a 69 kV generalmente tienen aislamiento suficiente

    para impedir la ocurrencia de contorneo por esta causa.

    IMPEDANCIAS DE LOS ELEMENTOS DE LAS LNEAS DE

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    59/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    TRANSMISIN

    IMPEDANCIAS DE ESTRUCTURAS, CONDUCTORES DE FASE YCABLES DE GUARDA

    Es muy importante conocer las impedancias que cadauno de los elementos de una lnea de transmisinpresenta durante una descarga atmosfrica ya que

    depende de estos valores para conocer elcomportamiento de la onda y los sobrevoltajespresentes en el punto de incidencia de la descarga yen los puntos aledaos a este, sobre todo en lacadena de aisladores.

    IMPEDANCIA DE IMPULSO DE LA TORRE (ESTRUCTURAS)

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    60/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    La impedancia de impulso de las torres de una lneade transmisin vara a lo largo de la torre y el tiempo,por lo que depende de los detalles de la estructura.

    La torre puede ser representada como una lnea detransmisin monofsica con una impedancia deimpulso y una velocidad de propagacin de onda iguala la de la luz.

    Valores caractersticos de una torre de transmisinesta entre 100 y 300

    Wagner y Hileman propusieron un modelo cilndrico que indica que la impedancia de

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    61/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    g y p p q q pla torre vara de igual forma que vara la onda viajera del tope a la base de la misma.

    Sargent y Darveniza prefieren un modelo cnico el cual proporciona una impedanciaconstante para la torre de transmisin.

    Estos modelos son derivados para descargas verticales en el tope de la torre.

    La impedancia de impulso para descargas verticales viene dada por:

    Altura de la torreRadio de la base detorre (m)

    Tiempo en quetarda la onda decorriente enalcanzar el tope dela torre (seg)

    Velocidad de laluz 3x1010 km/seg

    RESISTENCIA DE PIE DE TORRE

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    62/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    RESISTENCIA DE PIE DE TORRE

    El valor pico de la sobretensin que aparece sobre la torre estaprincipalmente determinado por la impedancia de pie de torre aparente enel momento de descarga, debido a que la reflexin de la base de la torrepuede llegar mucho ms rpido al tope de la torre que las reflexiones de lastorres adyacentes.

    La influencia de la resistencia de pie de torre aparente sobre el voltaje en eltope es determinada por su respuesta que depende de la corriente y el

    tiempo.

    La respuesta del tiempo es importante cuando los contrapesos instaladossuperan los 30 metros de longitud de la base de la torre.

    IMPEDANCIA DE CABLES DEGUARDA

    Z es la impedancia caracterstica del

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    63/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Zges la impedancia caracterstica delcable de guarda y Kel factor deacoplamiento entre el cable de guarda yun conductor. Este coeficiente deacoplamiento se puede obtener a partirde la impedancia caracterstica del cablede guarda Zg, y a partir de la impedanciamutua entre cable de guarda y conductor,Zg-c, segn la siguiente expresin:

    g c

    g c

    g

    ZK

    Z

    260ln

    g

    g

    g

    hZ

    r

    60ln

    g c

    g cg c

    D

    Z d

    Altura del cable de guarda (m)

    Altura del cable de guarda (m)

    Distancia entre la imagen cable de guarda yconductor (m)

    Distancia entre el cable de guarda y conductor (m)

    impedancia mutua entrecable de guarda y

    conductor, Zg-c

    IMPEDANCIA DE CONDUCTORES DE FASE

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    64/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    IMPEDANCIA DE CONDUCTORES DE FASE

    La impedancia de onda de un conductor se encuentra enfuncin de su altura media hcy de su radio rc, y se puede

    calcular con la siguiente ecuacin:Altura media del conductor

    Radio del conductor

    SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    65/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    El fenmeno asociado a la descarga de rayos sobre lneas detransmisin de potencia elctrica con conductores de guarda,es un fenmeno que involucra eventos electromagnticos

    complejos con campos electromagnticos que varanrpidamente con el tiempo, fsica de la descarga disruptiva engases, adems de existir efectos no lineales, como eldesarrollo del efecto corona en los conductores, torres de la

    lnea de transmisin; y especialmente el aspecto relacionadocon la respuesta transitoria del Sistema de Conexin a Tierra(SCT) de la torre. Este ltimo es dependiente de la intensidad

    de la corriente, frecuencia y puede estar sujeto al ionizacin delterreno adyacente al SCT.

    El valor de resistencia a tierra delSCT de la torre interviene en la

    Resistencia medida a bajacorriente y baja frecuencia,

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    66/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    Salida Forzada de Operacin de laLnea por descarga retroactiva(flameo inverso).

    La puesta a tierra en la torre deestudio se representa mediante una

    resistencia Rcuyo valor vara deacuerdo con la magnitud de lacorriente de descarga I

    Corriente limitante parainicializar una ionizacin

    suficiente del suelo

    0

    1g

    RR

    I

    I

    Resistividad del terreno, -mGradiente deionizacin del suelo(400 kV/m)

    corriente dedescarga I

    La resistencia Ro medida a baja frecuencia y baja corriente depende de laconfiguracin geomtrica de los electrodos y de la resistividad del terreno en elcual se encuentran

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    67/68

    Prof. Juan Bautista R. (FIEE - UNI)

    cual se encuentran.

    En el caso de estructuras, las configuraciones ms tpicamente utilizadas son, lasbarras enterradas verticalmente o jabalinas y el conductor enterradohorizontalmente o contrapeso

  • 7/25/2019 2014 Indice de Fallasv05

    68/68

    Gracias