UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZDEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICACONSTRUCCIN DE LINEAS DE TRANSMISIN

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS Y FUNCION EN LINEAS DE TRANSMISIN

Autor: Marcelli Brito, Giuliana Carolina

Ciudad Guayana, Marzo de 2015

INTRODUCCION Actualmente el sistema de distribucin de energa elctrica, es esencial hoy en da y las lneas de transmisin son una parte fundamental de este suministro ya que son las encargadas de transportar grandes bloques de energa de una localidad, a otra mucho ms lejana. Por esta misma razn estn lneas de transmisin deben estn protegidas ante cualquier percance y anomala ambiental y aqu es donde entra los que se llama los pararrayos que son equipos encargados de proteger las lneas de descargas atmosfricas. A continuacin se expresaran como estn constituidos los pararrayos y cules son las funciones esenciales para las lneas de transmisin dando una idea ms generalizada de cmo influye y como ayuda esto en lo que es el suministro de energa elctrica. Tambin se tiene que tomar en cuenta la importancia de los sistemas de puesta a tierra, es necesario conocer la mayor cantidad de factores que hacen variar la resistencia del sistema. Algunos de estos factores pueden ser: las condiciones climatolgicas, estratigrafa, compactacin del terreno, caractersticas fsicas del electrodo de conexin a tierra, etc. Surge la necesidad de crear mejores sistemas de puesta a tierra y mejores instrumentos que midan las caractersticas del terreno en donde se va a instalar un sistema de puesta a tierra.

Pararrayos Un pararrayos es un artefacto que, ubicado en lo alto de un edificio o una casa, tiene la funcin de dirigir al rayo junto con su enorme carga elctrica hacia la tierra a travs de un cable a fin de no causar daos. Es de vital importancia que el pararrayos est en un lugar bien alto, por encima de cualquier otra estructura que pueda haber en la zona, pero existen ciertas normas tecnolgicas de edificacin que dictan su necesidad en caso de un edificio de ms de 43 metros de altura, o bien, en aquellas edificaciones en las que se manipulen sustancias radioactivas, inflamables, txicas o explosivas.

Pararrayos en lneas de transmisin Los pararrayos para lneas de transmisin han sido diseados para instalarse directamente en las redes de transmisin, suspendidos en paralelo a los aisladores, y protegiendo a la lnea frente al contorno de los mismos. Adicionalmente, la instalacin de estos equipos reduce el nivel de sobretensin aplicado a los conductores cuando se propagan ondas viajeras de tensin. Todo ello contribuye a asegurar la estabilidad de la red y la calidad del suministro. Los pararrayos para lneas de transmisin introducen el concepto de eficiencia energtica en la proteccin de sobretensin, al reducir considerablemente las perdidas por conduccin en servicio. Adicionalmente, los pararrayos ofrecen una elevada resistencia mecnica y unas prestaciones extraordinarias para su instalacin en condiciones climatolgicas adversas, habiendo superado los ms duros ensayos de contaminacin, envejecimiento acelerado y estanqueidad previstos por las normas nacionales e internacionales.Tipos de pararrayos para lneas de transmisin Diseo de ncleo solido Estos pararrayos se caracterizan por su bajo peso, lo que se traduce en una reduccin en los costos de instalacin. Los pararrayos con envolvente polimrica en diseo de ncleo solido son muy apropiados para ser utilizados en lneas de transmisin. Equipados con un apropiado dispositivo de desconexin cumplen todos los requerimientos que las empresas de transmisin de energa y los fabricantes de lneas de transmisin exigen para estos pararrayos

Diseo Tubular

Estos pararrayos poseen, al igual que los de porcelana, un aislador tubular como envolvente. El aislador esta compuesto por un tubo reforzado en fibra de vidrio, sobre el cual se aplican las caperuzas por medio de tcnica de inyeccin. Los aisladores tubulares se caracterizan por una muy alta resistencia mecnica. Otra gran ventaja es que en caso de opere el dispositivo de alivio de presin, el pararrayos mantiene cerca del 75% de estabilidad mecnica. Por esta razn este tipo de pararrayos son muy apropiados para ser utilizados en niveles de extra alta tensin o zonas de riesgo ssmico.

Diseo tipo jaula Son pararrayos con envolvente de silicona directamente inyectada en diseo tipo jaula. Unas barras de resina epxica reforzadas con fibras de vidrio se fijan mediante un procedimiento patentado en los terminales y encierran los bloques de ZnO. Dicho conjunto en forma de jaula confiere a la parte activa una elevada resistencia mecnica. La inyeccin directa de la silicona en la "jaula" impide la penetracin de humedad y garantiza con ello una alta fiabilidad.Los pararrayos tipo jaula pueden ser utilizados en subestaciones de forma autosoportada, as como en lneas areas en montaje suspendido (pararrayos de linea). Una fabricacin de muy alta calidad con la ms novedosa maquinaria y ensayos con los equipos de medicin ms modernos garantizan una larga vida til.

Ventajas de los pararrayos en las lneas de transmisin Eficiencia energtica: niveles de perdidas reducidas. Niveles de proteccin optimizados basados en nuevas tecnologas de semiconductores que permiten reducir la tensin residual. Elevada fiabilidad a la intemperie. Estabilidad de las prestaciones tras ciclos severos de funcionamiento. Peso reducido, equipo compacto y gran fiabilidad de instalacin. Seguridad ante cortocircuitos y eventos catastrficos debido a su envolvente no fragmentaria.

Partes de un Pararrayos

Partes de un pararrayosLa barra: Es cilndrica de 3 a 5 metros de altura, con una punta o puntas de hierro galvanizado o de cobre.El conductor areo: est formado de cable de cobre de ms de 8 mm de dimetro o cable de hierro de ms de 11 mm de dimetro, aunque tambin se puede emplear tubos de los mismos materiales. Una condicin importante es que no est aislado del edificio que protege.El conductor subterrneo o electrodo de puesta a tierra: consiste en placas de cobre o de hierro galvanizado de un metro cuadrado de superficie por lo menos, hundidas en el agua de un pozo o mejor en la tierra hmeda y enlazada al conductor areo. Si el terreno es seco, es mejor usar como conductor subterrneo un cable muy largo enterrado alrededor de la casa.

Requisitos de diseo y construccin Son fabricados con bloques de resistencias a base de oxido metlico; se instalaran al exterior y son diseados para proteger transformadores y equipos de media tensin contra las sobretensiones atmosfricas. Las columnas de soportes sern de porcelana o de material polimrico, debern tener una adecuada resistencia mecnica y elctrica, as como una adecuada lnea de fuga. Los pararrayos contaran con un dispositivo apropiado para liberar las sobretensiones internas que pudieran ocurrir ante una circulacin prolongada de una corriente de falla o ante descargas internas en el pararrayos, para evitar una explosin violenta de la columna-soporte. Las partes de los pararrayos debern ser de construccin totalmente a prueba de humedad, de tal modo que las caractersticas elctricas y mecnicas permanezcan inalterables aun despus de largos periodos de uso. Los pararrayos que se instalan en lneas debern suministrarse con accesorios de soporte que permitan fijar el pararrayos a crucetas de lneas de transmisin. Los pararrayos utilizados para la proteccin de transformadores debern contar con una base que permita su anclaje a las estructuras metlicas que sern suministradas para su instalacin o a las estructuras de montaje de pararrayos existentes adosadas a los transformadores.

Ubicacin de los pararrayos en las lneas de transmisin Sistema de Puesta a Tierra En cualquier instalacin domestica e industrial, la conexin de una toma de tierra es una de las reglas bsicas a respetar para garantizar la seguridad de la red elctrica. Es de suma importancia ya que evita que las descargas atmosfricas caigan en lugares indeseados y puedan ocasionar algn accidente o daar nuestros equipos, lo cual se logra mediante sistemas de pararrayos los cuales deben conectarse directo a tierra. La ausencia de una toma de tierra podra suponer serios riesgos para la vida de las personas y poner en peligro las instalaciones elctricas y los bienes.Medicin de puesta a tierra Existen diversos mtodos para determinar o examinar la existencia de la conexin de puesta a tierra, esencial ya que se podra decir que es una proteccin para los individuos e instalaciones.Resistencia de Puesta a Tierra o Resistencia de Dispersin Es la relacin entre el potencial del sistema de puesta a tierra a medir, respecto a una tierra remota y la corriente que fluye entre estos dos puntos. La medicin de la resistencia de puesta a tierra tiene por objeto establecer el valor real de la resistencia para determinar la elevacin de la tensin en la red de puesta a tierra y evaluar si tal valor de resistencia es suficiente para limitar los gradientes a valores tolerables. Para evaluar la impedancia o resistencia a tierra, se inyecta una corriente a tierra a travs del electrodo o red que se pretende medir y de un electrodo auxiliar, llamado electrodo de corriente, al mismo tiempo que se determina la tensin creada entre el electrodo o red bajo prueba y un punto sobre la superficie del terreno mediante un segundo electrodo llamado electrodo de potencial.

Las funciones bsicas de un sistema de conexin a tierra se pueden resumir en: 1. Proveer de una baja resistencia de dispersin de la corriente a tierra para: a. Evitar daos por sobretensiones que se presenten por descargas atmosfricas o maniobras. b. La descarga a tierra de dispositivos de proteccin (contra sobretensiones atmosfricas o internas) c. Camino a tierra de corrientes de falla. d. Conectar los sistemas que usen neutro comn aterrizado (ms comunes) e. Asegurar que las partes metlicas de los sistemas o equipos se encuentren al mismo potencial de tierra. Esto para la proteccin personal.2. Disipar y resistir repetidamente las corrientes de falla y de las descargas atmosfricas. Las caractersticas de los movimientos de los sistemas de conexin a tierra deben ser: a. Tener una resistencia a la corrosin en suelos de variada composicin qumica, de manera que asegure un comportamiento continuo durante la operacin del equipo a proteger. b. Tener buenas propiedades de resistencia mecnica. c. El diseo de la red de tierras debe ser econmico.

Algunos mtodos de medicin utilizados:Existen diversos mtodos para medir la puesta a tierra: Mtodo de cada de potencial Gradientes de Potencial Mtodo de la pendiente Mtodo de tierra conocida Mtodo de los tres puntos o triangulacin Mtodo de la interseccin de curvas

Mtododecadadepotencial La resistencia de puesta a tierra debe ser medida antes de la puesta en funcionamiento de un sistema elctrico,como parte de larutina de mantenimiento o excepcionalmente como parte de laverificacin de un sistema de puesta a tierra. Para su medicin se debe aplicar el mtodo de cada de potencial, cuya disposicin de montaje para medicin se muestra en la siguiente figura

Elmtodo consiste en pasar una corriente entre elelectrodo o sistema de puesta a tierra a medir y un electrodo de corriente auxiliar(C) ymedir la tensin entre la puesta a tierra bajo prueba yun electrodo de potencial auxiliar (P) como muestra la figura. Para minimizar la influencia entre electrodos,elelectrodo de corriente,se coloca generalmente a una sustancialdistanciadelsistema de puesta a tierra.Tpicamente sta distancia debe ser mnimo 6.0 veces superiora la dimensin msgrande dela puestaatierra bajoestudio. Elelectrodo de potencial debe ser colocado en la misma direccin delelectrodo de corriente, pero tambin puede ser colocado en la direccin opuesta como lo ilustra la figura.En la prctica, la distancia d para el electrodo de potencial se elige aproximadamente al 62% de la distancia del electrodo de corriente.Esta distancia esta basada en la posicin tericamente correcta (61.8%) para medir la resistencia exacta del electrodo para un sueloderesistividadhomogneo. La localizacin delelectrodo de potenciales muycrtica para medir la resistencia de una puesta a tierra.Lalocalizacin debeserlibre decualquierinfluenciadelsistemadepuesta tierrabajomediday delelectrodo auxiliarde corriente.La manera msprcticade determinar sielelectrodode potencial est fuera de la zona de influencia de los electrodos, es obtener varias lecturas de resistencias moviendo el electrodo de potencial en varios puntos entre la puesta a tierra bajo prueba y el electrodo de corriente. Dos o tres lecturas consecutivas aproximadamente constantes pueden asumirsecomo representativasdelvalorderesistenciaverdadera A continuacin se muestra una grfica tpicade resistenciacontra distancia del electrodo de potencial (P).Lacurvamuestracmolaresistenciaescercanaacerocuando(P)seacercaalsistemadepuestaa tierra, y se aproxima al infinito hacia la localizacin del electrodo de corriente (C). El punto de inflexin en la curva corresponder a la resistencia de puesta a tierra del sistema de estudio.

GradientesdePotencial La medicin de la RPTpor elmtodo de Cada de Potencialgenera gradientesde potencialen elterreno,productodelainyeccindecorriente por tierraatravsdelelectrodo decorriente.Porello,sielelectrodo de corriente,el de potencialyla puesta a tierra se encuentran muycercanosentre s, ocurrir un solapamiento de losgradientesde potencialgeneradospor cada electrodo,resultando una curva en la cualelvalorde resistencia medida se incrementar con respecto a la distancia, talcomosemuestraenla figura.

Alubicarse elelectrodo de corriente a una distancialosuficientemente lejana de lapuesta a tierra a medir,lavariacin de posicin delelectrodo de potencial,desde la puesta a tierra hasta elelectrodo de corriente, no producir solapamiento entre los gradientes de cada electrodo, originndose entoncesunacurvacomolamostrada enla siguiente figura.

En la figura se puede observar como existe una porcin de la curva que permanece casi invariable, la cual ser ms prolongada o corta,dependiendodelaseparacinentreloselectrodosdecorriente(Z) y bajo prueba (X).Elvalorde resistenciaasociada a este sector de lacurva ser elvalor correctode resistenciadepuesta atierra.Mtododelapendiente Eselmtodo sugeridopara medir sistemasde puesta atierradetamao considerable (cuya mxima longitud supera los30 m),o cuando la posicin delcentro de la puesta a tierra no esconocido o es inaccesible (por ejemplo,elSPTest por debajode un edificio).Tambin se puedeutilizar cuando el rea para colocar los electrodos de prueba est registrada o es inaccesible. La forma de conexin escomo en elmtodo de cada de potencial,la diferencia radicaen que se toman medidas moviendo elelectrodo de potencial(electrodo intermedio) al 20, 40 y 60 % de la distanciaentre la malla a medir yelelectrodo remoto (a una distancia Cde la malla).Se mide la resistenciade puesta a tierra usando cada distancia, obtenindose respectivamente losvaloresde R1, R2yR3, para luego calcular elvalordelcambiode la pendiente (m) con respecto a la distancia as: =(R3- R2)/(R2- R1) Con el valor de se va a la tabla 1, donde en una de las columnas se encuentra el valor correspondientede k.Elvalor de kse multiplica entoncespor la distancia Cencontrando ladistancia a lacual sedebe colocarelelectrodo intermedio (electrodo depotencialpt)con respectoa la mallaa medir. Se mide la resistencia despus de clavar el electrodo intermedio a la distancia antes calculada, el cual es el valor ms aproximado de resistencia del sistema de puesta a tierra medido.

Mtodo de la tierra conocida. Este mtodo consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a probar y uno de resistencia despreciable.

Rx+Ro

En este mtodo se hace circular una corriente entre las dos tomas de tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a las lneas de fuerza entre polos magnticos. El inconveniente de este mtodo es encontrar los electrodos de resistencia conocida y los de resistencia despreciable.Mtodo de los tres puntos o triangulacin Consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X), se disponen en forma de tringulo, y medir la resistencia combinada de cada par: X+A, X+B, A+B, siendo X la resistencia de puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de los otros dos electrodos conocidas.

Mtodo de los tres puntos. Las resistencias en serie de cada par de puntos de la puesta a tierra en el tringulo sern determinadas por la medida de voltaje y corriente a travs de la resistencia. As quedan determinadas las siguientes ecuaciones:R1= X+AR2= X+BR3= A+BDe dondeX= (R1+R2-R3)/2 Este mtodo es conveniente para medidas de resistencias de las bases de las torres, tierras aisladas con varilla o puesta a tierra de pequeas instalaciones. No es conveniente para medidas de resistencia bajas como las de mallas de puesta a tierra de subestaciones grandes. El principal problema de este mtodo es que A y B pueden ser demasiado grandes comparadas con X (A y B no pueden superar a 5X), resultando poco confiable el clculo. Mtodo de la interseccin de curvas Cuando se tienen grandes subestaciones en donde la distancia del electrodo bajo prueba y el de corriente es de varios cientos de metros (cerca de mil metros a ms), se aplica este mtodo, en el cual no es necesario usar grandes longitudes de cables, ya que el trabajo de cableado de los electrodos es muy laborioso. El principio bsico es obtener curvas de resistencia de tierra para distintas longitudes de C y asumir un nmero sucesivo de posiciones del centro elctrico del sistema lo que producir la interseccin de curvas que dar la resistencia de tierra y la posicin del centro elctrico de la malla.

Mtodo de la interseccin de curvas Supngase en la figura previamente mostrada, que todas las mediciones son hechas arbitrariamente a partir del punto O. Se miden las distancias C y la P a partir de este punto y se obtiene una curva como la abc en donde se observan los valores de R contra los de P. Se trazan las curvas a varias longitudes de C.

Tipos de trabajo de sistema de tierra.

Arreglo de puesta a tierra temporal en apoyos adyacentes al sitio de trabajoEquipos y materiales No todos los instrumentos de medicin de resistencia a tierra trabajan de la misma manera. Existen diferencias muy marcadas sobre el tipo de corriente empleada. A manera de graficar estas diferencias, los aparatos ms utilizados son el Vibroground y el Megger de tierras. Ambos emplean corriente alterna para la medicin, pero el primero trabaja a una frecuencia de 25 Hz, y el ltimo a 133 Hz. Los voltajes en circuito abierto son respectivamente de 120 y 22 Volts.Electrodos: Estas son varillas (generalmente de cobre) que sean resistentes a la corrosin por las sales de la tierra, que van enterradas a la tierra a una profundidad de 3m para servirnos como el elemento que nos disipara la corriente en la tierra en caso de alguna falla de nuestra instalacin o de alguna sobrecarga, las varillas ms usadas para este tipo de instalaciones son las varillas de marca copperwell ya que son las que cumplen con las mejores caractersticas.Conductor o cable: este como ya se haba mencionado es el que nos permitir hacer la conexin de nuestro electrodo hacia las dems partes dentro de nuestro edificio. Debe procurarse que este cable no sea seccionado y en caso de ser necesario debe preferentemente ser soldado para poder asegurarse de su contacto y continuidad del sistema de conexin, pero hay que aclarar que no se puede usar cualquier soldadura sino que debe usarse soldadura exotrmica, ya que al calentar el cobre del conductor este puede daarse y ya no tendra un buen contacto con la soldadura que se le coloque.

CONCLUSIN Los pararrayos son equipos de gran importancia que protegen las lneas de transmisin y permiten un suministro idneo de la energa elctrica, siendo este equipo uno de los componentes de mayor percance en lo que son las lneas de transmisin se debe tener en cuenta, que en la seleccin del mismo se tienen que considerar muchos factores tanto ambientales, la ubicacin, los materiales con los cuales est conformado entre otros. Y tener un plan de mantenimiento y sustitucin ya previamente estandarizado para cualquier cambio o sustitucin de emergencia, por defectos en el mismo o culminacin de la vida til. Un sistema de puesta a tierra sirve para proteger los aparatos elctricos y electrnicos, pero el objetivo principal de este sistema es salvaguardar la vida de los seres vivos que se encuentren en el edificio, ya que la corriente elctrica puede tener efectos parciales o totales, e incluso la muerte. Un sistema de puesta a tierra consta de varios elementos como son: electrodos, conductor, tabillas de conexin, conectores, registros, compuestos qumicos, etc. Para poder instalar un sistema de puesta a tierra, es imprescindible conocer el valor de resistividad que tiene el terreno. Es importante conocer el valor de la resistividad del terreno para que el sistema de puesta a tierra sea eficiente. El valor de la resistividad de un terreno puede variar de acuerdo a ciertos factores como los mencionados en este trabajo.