Método simplificado de “los dos puntos” para evaluar el comportamiento de una línea de transmisión ante descargas atmosféricas

Para la evaluación  del número de salidas se toma la fase más expuesta  y se calcula la tensión crítica de flameo de su  aislamiento  (kV)  para  seis  (6)  microsegundos.

15 Sep 2011
[ssba]

Parte I

Ingeniero Jairo León García

Introducción

Los parámetros básicos que aparecen en la evaluación de los flameos por descargas atmosféricas sobre las líneas de transmisión se dividen en:

  • Parámetros de incidencia (rayos sobre la torre)
  • Parámetros de  respuesta  (tensiones  inducidas  en  la línea)

Para este método  la onda  normalizada  del rayo  se toma como una función rampa con un tiempo de cresta igual a 2 microsegundos  y con la parte superior aplanada (figura1).

La curva tensión vs. tiempo corresponde a la curva normalizada según CIGRE para flameos del aislamiento de la línea (figuras 1 y 2).

La entrada a la curva de tensión vs. tiempo se realiza en solo dos puntos.   La figura nro. 1 muestra la corriente del rayo  en por unidad,  así como  la onda  normalizada  y los dos puntos  A  y  B  en  los  cuales  se  evalúa  la  corriente crítica del rayo requerida  para penetrar  con la tensión del aislamiento en la curva normalizada.

En  este  método,  la  corriente  crítica  se  evalúa  para  el tiempo de cresta dos (2) y para seis (6) microsegundos.  El menor     de    los    dos   valores  se utiliza para evaluar  la tasa de salidas para una fase dada.

Se considera  también,  que los flameos  que ocurren  más allá de los seis microsegundos  son poco frecuentes debido al aplanamiento de la curva tensión vs. tiempo del aislamiento.

Mecanismos  de generación  de flameo  por  descargas atmosféricas

  • Falta del apantallamiento  del cable de guarda.

El rayo cae directamente sobre la fase, incidiendo verticalmente.    En  la figura  3 pueden  observarse  que  el rayo A saltará  solamente  sobre  el cabe de guarda,  dado que para cualquier  punto sobre el arco OP la distancia  al conductor de fase será siempre mayor que S.

El rayo C sólo podrá saltar a una distancia βS ya que para cualquier punto sobre QR la distancia al conductor de fase es muy grande (β = 0.8 para líneas E.H.V.).

El rayo B, tan pronto alcanza el arco PQ, sólo podrá saltar hacia la fase.

La distancia Xs corresponde a una zona no protegida en la cual los rayos que NORMALMENTE ALCANZARÍA LA TIERRA INCIDIRÁN EN CAMBIO SOBRE A FASE

Para lograr un apantallamiento  efectivo Xs  = 0 (figura 3b), la coordenada  de la fase se toma como referencia (igual a cero y se calcula  la coordenada  Xg  (negativa  por estar el cable de guarda localizado a la izquierda de la fase).

Para la evaluación  del número de salidas se toma la fase más expuesta  y se calcula la tensión crítica de flameo de su  aislamiento  (kV)  para  seis  (6) microsegundos. Igualmente se calcula la impedancia impulso de la fase teniendo en cuenta el efecto corona.  Con esta información obtenemos  la corriente mínima del rayo sobre el conducto de fase necesaria para que halla flameo en su aislamiento. Con base en la corriente mínima se obtiene la distancia de atracción mínima del rayo para la fase más expuesta, Smin, con la cual se calcula el ancho de zona no protegido, Xs.

Si la distancia de atracción se incrementa, el arco PQ decrece.   Cuando  S es muy grande  PQ se hace  igual  a cero y las figuras 3ª y 3b son equivalentes.   Este valor de distancia de atracción se define como la distancia mínima de atracción y corresponde  al máximo valor de corriente el rayo, Imax, que puede causar flameo.

En estos términos  solo los rayos con valores de corriente Imin e Imax podrán causar flameos por falla del apantallamiento del cable de guarda de acuerdo  con  la teoría Electrogeométrica.

El número de fallas por apantallamiento  x 100 Km. x año, NsF,  se  obtiene con  base  en  el  número  de  rayos  que pueden   causar   flameos,   NL  y de las probabilidades máxima y mínima de que se presenten las corrientes mínima y máxima necesarias para que ocurra falla del aislamiento de la fase más expuesta.

La  anterior  formulación  es  válida  para  un  solo  cable  de guarda  y una fase.   Puede  ocurrir  que otras  fases  están también expuestas o que una fase esté expuesta a ambos lados. En estos casos cada tasa de fallas del apantallamiento,   se  suma  separadamente   para  hallar  la tasa  total,  la  cual  debe  sustraerse  del  número  total  de rayos sobre la línea NL  para obtener el número de rayos a ser utilizados en el cálculo del número de fallas por flameo inverso.

  • Flameo inverso (Back-Flashovers)

Este mecanismo será presentado posteriormente.

Método simplificado de los dos puntos
1. Fallas por apantallamiento

Ecuaciones