descarga en sistemas electricos de potencia
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7/26/2019 Descarga en Sistemas Electricos de Potencia
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Reporte Practica 7 Lab. Tec. Altas Tensiones.
Resumen: El presente reporte, tiene como objetivo conocer lasimulacin de una descarga atmosfrica en un S.E.P. y su
comportamiento, mediante el software !P.
I. OBJETIVO.
Simular los efectos de las sobretensiones
atmosfricas en un Sistema Elctrico de Potenciacuando un rayo incide directamente en el conductor
de fase y en el hilo de uarda.
! Simular el empleo del apartarrayo de "n# comosoluci$n en la disminuci$n de los transitorios por
descara atmosfrica.
II. INTRODUCCION.
ara el estudio de los efectos de las descaras
atmosfricas% en los sistemas elctricos se hace
referencia normalmente a las l&neas de transmisi$n y a
las subestaciones elctricas tipo intemperie. Sin embaro se da
nfasis% al caso de las l&neas de transmisi$n por representar un
punto del sistema 'ue ms e(puesto est a la incidencia de las
descaras atmosfricas% debido a 'ue ocupa ms espacio
eorfico y a 'ue pasa por )onas de distinta constituci$n
toporfica y climtica.
P
Los conceptos e(puestos a continuaci$n son aplicables para
las subestaciones tipo intemperie.
La descara atmosfrica puede incidir en*
Las torres
Los conductores de fase
Los cables de uarda
"escarga en las torres
+e mediciones reali)adas% se ha determinado 'ueapro(imadamente el 7,- de los rayos inciden en las
torres y un ,- sobre los conductores en el punto medio
del claro. Esto se debe a 'ue la torre act/a como un
electrodo 'ue atrae la concentraci$n de caras
electrostticas pre0ias a la descara atmosfrica.
11Esta informaci$n fue obtenida a tra0s de la reali)aci$n de esta prcticay es de mi total autor&a. 11
El efecto del rato sobre la torre se manifiesta comouna tensi$n 'ue aparece en el momento de la descara
entre la parte superior de la torre y tierra.
La impedancia caracter&stica de la torre es un
concepto eomtrico y representa la impedancia 'ue se
opone al paso de una corriente unidireccional o de alta
frecuencia 2la corriente del rayo es una onda
unidireccional 'ue 0ia3a apro(imadamente a la 0elocidad
de la lu)4. Esta impedancia se obtiene a partir de la
siuiente ecuaci$n*
Zt=60ln[22 HtRt]+onde*
5t6 Altura de torre en m8
Rt6Radio e'ui0alente de la torre en m8
9on relaci$n a la corriente del rayo 'ue circula a
tra0s de las torres% como normalmente estas tienen hilos
de uarda y estos unen a las dems torres% la corriente de
rayo se distribuye en la torre de incidencia de la descara
y en las torres adyacentes% obtenindose los siuientes
porcenta3es*
Torre de incidencia* :,-
Torres contiuas a la de incidencia* ;
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aisladores y distancias en aire entre conductores de faseDtierra%
produciendo el arco 'ue conduce a la falla.
Se considera 'ue a partir del punto de incidencia del rayo
sobre los conductores de fase% la corriente se di0ide en dos
partes iuales y la onda de tensi$n 0ia3a en ambas direcciones
de la l&nea a la 0elocidad de la lu).
El 0alor de dicha tensi$n para una manitud de corriente derayo dada% se calcula como*
Vc=ZcI
2
+$nde*
"9 6 ?mpedancia caracter&stica de la l&nea de transmisi$nen F fase8
G9 6 Tensi$n del conductor de fase con respecto a tierra alincidir una descara atmosfrica sobre ste en HG cresta8
"escarga en los #ilos de guarda
En 0irtud de la funci$n 'ue tienen los hilos de uarda de
proporcionar un blinda3e a los conductores de fase para e0itar
'ue incidan las descaras directas sobre stas% el mayor
porcenta3e de las descaras atmosfricas se presentan sobre loshilos de uarda. Para fines de estudio% se suponen 'ue las
descaras atmosfricas ocurren en el punto medio del claro y
0ia3an en ambos sentidos a partir de dicho punto.
En este 0ia3e se presenta una tensi$n 'ue induce un cierto
0alor de tensi$n sobre los conductores% cuya manitud
depende de un factor conocido =de acoplamiento 9>% el cual es
funci$n de la eometr&a de la torre. Por otro lado% la corrientedel rayo 'ue circula por los cables de uarda% es conducida a
tierra a tra0s de las torres.
III. DESARROLLO.
En el desarrollo de la presente prctica% simulamos ; red%
para obtener las rficas de su comportamiento% al presentarse
una descara atmosfrica en los hilos de uarda% o en losconductores de fas.
La red a modelar% se muestra en el siuiente diarama*
A. Datos de los Tramos
1. Cable de doble circuito XLPE 1600mm2 disposicin lineal
con una separacin de 50 cm por circuito enterrados a una
pro!undidad de 1.5 m. La resisti"idad del terreno es de 100 #
m la lon$itud del tramo es de 5%00 m.
2. L&nea de transmisin doble circuito calibre 111% 'C'(
resisti"idad del terreno de 100 # m la resistencia al pie de
la torre es de 25 #. La lon$itud del tramo es de )50 m su
impedancia caracter&stica es de 200 #.
%. Cable de doble circuito XLPE 1600mm2 enterrados a una
pro!undidad de 1.5 m. La resisti"idad del terreno es de 100 #m la lon$itud del tramo es de *00 m.
+. L&nea de transmisin doble circuito calibre 111% 'C'(resisti"idad del terreno de 100 # m la resistencia al pie de
la torre es de 25 #. La lon$itud del tramo es de 6 ,m su
impedancia caracter&stica es de 200 #.
5. L&nea de transmisin doble circuito calibre 111% 'C'(
resisti"idad del terreno de 100 # m la resistencia al pie dela torre es de 25 #. La lon$itud del tramo es de 5.65 ,m su
impedancia caracter&stica es de 200 #.
6. Cable de un circuito XLPE 1600mm2 disposicin lineal
enterrados a una pro!undidad de 1.5 m. La resisti"idad delterreno es de 100 # m la lon$itud del tramo es de %00 m.
). Cable de un circuito XLPE *00mm2 disposicin lineal
enterrados a una pro!undidad de 1.5 m. La resisti"idad del
terreno es de 100 # m la lon$itud del tramo es de 600 m.
*. Cable de un circuito XLPE *00mm2 disposicin lineal
enterrados a una pro!undidad de 1.5 m. La resisti"idad delterreno es de 100 # m la lon$itud del tramo es de 1000 m.
-. Cable de un circuito XLPE 1600mm2 disposicin lineal enterrados a una pro!undidad de 1.5 m. La resisti"idad del
terreno es de 100 # m la lon$itud del tramo es de 1+00 m.
Por lo 'ue se procedieron a diseIar los tramos% se/n los
conocimientos ad'uiridos en las prcticas anteriores.
#bteniendo la siuiente red.
@
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Las caras propuestas para esta red% tienen los siuientesdatos de diseIo*
9ara ;* ;,, BGA% JP6 D ,. 9apacidad plena.
9ara @* ;,, BGA% JP6 D ,. 9apacidad al ,-.
Las subestaciones eneradoras son de @, HG trifsicos% a
:, 5)% secuencia AK9.
El transitorio propuesto es de forma de doble e(ponencial%;.@ F
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la sobretensi$n se ele0$ hasta 7@:.O@, HG por lo 'ue tenemos
una diferencia de 574 kV.
Se debe de tener en cuenta 'ue al incidir la tensi$n al inicio
de la red% el transitorio tiene la opci$n de disminuir su tensi$n
debido a la impedancia del conductor y los sistemas de puesta
a tierra.
/imulacin 2
La seunda simulaci$n de la descara se reali)$ en la fase
9% en la mitad de la red 0ista desde las subestaci$n tipo
cliente% o cara ;.
En esta ocasi$n al ser el punto medio de la red del sistemaelctrico de potencia% el transitorio tiene menos lonitud de
conductor y por lo tanto menos impedancia para reducirse% por
lo 'ue la subestaci$n tipo cliente 0e una tensi$n ms ele0ada%
como lo muestra la siuiente rfica.
#bteniendo los siuientes 0alores de sobretensi$n*
9omo se obser0a% los 0alores de sobretensiones se ele0an
e(aeradamente hasta los @.7; BG 0istos desde la cara ;% porla reducci$n de impedancia al ser el punto medio de la red.
/imulacin %
La seunda simulaci$n de la descara se reali)$ en la fase 9%
en el final de la red 0ista desde las subestaci$n tipo cliente% o
cara ;
En esta ocasi$n al ser el punto final de la red del sistema
elctrico de potencia% el transitorio tiene Poca lonitud de
conductor y por lo tanto menos impedancia para reducirse% por
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lo 'ue la subestaci$n tipo cliente 0e una tensi$n
e(cesi0amente ele0ada% como lo muestra la siuiente rfica.
#bteniendo los siuientes 0alores de sobretensi$n*
9omo se obser0a% los 0alores de sobretensiones se ele0an
e(aeradamente hasta los .
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/imulacin 5
La 'uinta simulaci$n de la descara se reali)$ en el hilo de
uarda% al final de la red 0ista desde las subestaci$n tipo
cliente% o cara ;.
En esta ocasi$n al ser el punto final de la red del sistema
elctrico de potencia% pero hilo de uarda en donde se reali)ola incidencia se esperar&a un amortiuamiento mas lento% y
tensiones menos ele0adas debido a la inducci$n mutua. Todos
esto 0isto desde la subestaci$n tipo cliente o cara ;% como lomuestra la siuiente rfica.
Q por lo tanto obtu0imos los siuientes 0alores de
sobretensi$n*
E(traIamente% se obtu0o 'ue e(istieron inductancias mutuas
entre el hilo de uarda y la fase 9 'ue es la ms pr$(ima al
hilo de uarda% enerando as& sobretensiones de hasta .
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/imulacin 2 con apartarraos
#bteniendo la siuiente rafica
Q los siuientes 0alores de sobretensiones*
/imulacin % con apartarraos
#bteniendo la siuiente rafica
Q los siuientes 0alores de sobretensiones*
/imulacin + con apartarraos
7
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#bteniendo la siuiente rafica
Q los siuientes 0alores de sobretensiones*
/imulacin 5 con apartarraos
#bteniendo la siuiente rafica
Q los siuientes 0alores de sobretensiones*
Tabla de Sobretensiones por descara atmosfrica 0istas desde
las subestaciones tipo cliente sin la instalaci$n de los
apartarrayos.
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9aso
Tension
ReferenciaHG8
Sobretensi$
n ReferenciaHG8
Galor en
Pu
Tiempo deamortiuamient
o
ms8
;
A ;O.@O :;.:@ 32.064
48,
K ;7;.@ .O
2.5369
85 7
9 ;
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d2 A%enuacin de "a nda* La atenuaci$n describe c$mo es'ue se reduce la densidad de potencia con la distancia a lafuente. El campo electromantico continuo se dispersa a
medida 'ue el frente de la onda se ale3a de la fuente% lo 'ue
hace 'ue las ondas electromanticas se ale3en cada 0e) ms
entre s&. En consecuencia la cantidad de ondas por unidad esmenor.
V. CONCLUSI6N
$icea Rivera %arlos &van.
En la presente prctica% adems de poner en con3unto los
conocimientos ad'uiridos a lo laro del curso% adems del
mane3o del softare ATP% pudimos comprobar loscomportamientos de las descaras atmosfricas en los
conductores de fase% y en los conductores de uarda% as& como
en las torres% cuando se descaran a tierra.Adems de obser0ar como di0ersos aspectos influyen en la
propaaci$n de la descara atmosfrica sobre el sistema
elctrico de potencia% un fen$meno 'ue causo una impresi$n
fue en la simulaci$n < sin el apartarrayos% ya 'ue al inducir ladescara atmosfrica en el conductor de uarda% no se
esperaba 'ue se produ3eran tensiones del orden de mea 0olts%
al contrario% el resultado esperado eran tensiones ms
controladas. Por lo 'ue se toma en cuenta este fen$meno paraseuir e(perimentando y encontrar su causa.
+e iual manera otro aspecto fundamental fue elcomportamiento 'ue reistraron las sobretensiones a lautili)aci$n de los apartarrayos en las caras% ya 'ue
disminuyeron de manera considerable los picos de las
sobretensiones% as& como el tiempo de amortiuamiento o
atenuaci$n de la onda% lleando a disminuir entre un @- a -% se debe recordar 'ue en estos temas% el tiempo 3uea un
papel fundamental al presentar este tipo de tensiones tan
ele0adas.
VI. BIBLIORA38A
9uaderno de prcticas de Btodos umricos er
Semestre% ES?BE "acatenco Academia de
9omputaci$n..
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