Trabajo de Grado comportamiento de descargadres

UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

DETERMINACIN DEL COMPORTAMIENTO DE LOSDESCARGADORES USADOS POR CORPOELEC EN LAS

LNEAS DE DISTRIBUCIN

Br. Luz Elena Maldonado Alviarez

Mrida, Octubre 2012.



DETERMINACIN DEL COMPORTAMIENTO DE LOSDESCARGADORES USADOS POR CORPOELEC EN LAS

LNEAS DE DISTRIBUCINTrabajo presentado como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero

Electricista

Br. Luz Elena Maldonado AlviarezTutor: Marisol Dvila Caldern.

Mrida, Octubre 2012.

ii



DETERMINACIN DEL COMPORTAMIENTO DE LOSDESCARGADORES USADOS POR CORPOELEC EN LAS LNEAS DE

DISTRIBUCIN

Br. Luz Elena Maldonado Alviarez

Trabajo de Grado, presentado en cumplimiento parcial de los requisitos exigidos para optar alttulo de Ingeniero Electricista, aprobado en nombre de la Universidad de Los Andes por elsiguiente Jurado.

_____________________________ _____________________________Prof. Jess Velazco. Prof. Jos Durn

C.I. 8088307 C.I. 16445070

_______________________________Prof. Marisol Dvila

C.I. 10107821

iii

DEDICATORIA

A Dios Todopoderoso, fuente de inspiracin en los momentos de angustias, esmero,dedicacin, alegras y tristezas. Siempre ha estado a lo largo de mi vida y espero contar consus bendiciones hoy y siempre.

A mis padres porque constantemente luchan para que mi hermana y yo tengamos laposibilidad de brillar en todo lugar. Va por ustedes, por lo que valen, porque admiro sufortaleza y por lo que han hecho de m.

A mi hermana para que siempre tenga en cuenta que todo lo que nos propongamos en la vidalo podemos lograr si trabajamos fuerte y con rectitud, sigue adelante y para que mis xitos dehoy sean los tuyos maana y siempre.

A mi abuela y dems familiares por ese cario que me han dado, este triunfo tambin es deustedes.

A Nelson Arroyo por ser ese complemento que todo ser humano necesita. Al brindarme tuconstante amor, apoyo incondicional, risas y alegras te hace tambin merecedor de estetriunfo.

iv

AGRADECIMIENTOS

Primeramente a Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy, porfortalecer mi corazn e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas quehan sido mi soporte y compaa durante todo el perodo de estudio.

A mis padres por darme ejemplos dignos de superacin y entrega, porque en gran parte gracias austedes, hoy puedo ver alcanzada mi meta, ya que siempre estuvieron impulsndome en los momentosms difciles de mi carrera, y porque el orgullo que sienten por mi, fue lo que me hizo ir hasta el final.

A mi hermana, por ser adems mi amiga y compaera durante mi vida, gracias por apoyarme siempre,y por hacernos rer en todo momento. Tienes una gran vocacin, te deseo lo mejor y pronto quieroverte como doctora, te quiero hermana.

A Nelson Arroyo por siempre estar a mi lado, brindndome todo su amor, entrega, dedicacin y sobretodo tenerme mucha comprensin y paciencia durante estos aos de mi vida y quien ha sido una piezaclave en mi desarrollo profesional. Mil gracias porque siempre estas a mi lado sin condiciones.

A la Profesora Marisol Dvila por ser un ejemplo a seguir que con su gran carisma y dedicacin nos hahecho sentir como hijos y grandes amigos. Gracias por ser una persona tan profesional llena devirtudes, grandezas e inteligencia que desea ensear a todo dar. Me siento privilegiada por contar consus enseanzas en esta etapa de mi vida, donde su bondad hizo resaltar nuestras virtudes, ayudndonosa crecer de manera humana y profesional. Mil bendiciones y gracias.

Al Profesor Francisco Viloria por ser una fuente de conocimiento, un libro abierto y un ser que nosgua incondicionalmente. Gracias por su humildad y sencillez que lo caracteriza y por tomarme encuenta para diversas actividades que me han permitido crecer profesionalmente. Infinitas gracias.

Al Profesor Jess Velazco por ensearme las bases de los Sistemas Elctricos de Potencia, que hizoque despertara en m la curiosidad de investigar y estudiar esta rea.

Al Profesor Prez Gamboa por ser, adems de un excelente profesional, una persona digna de admirarpor su vocacin a ensear. Gracias por sus consejos y por tomarme en cuenta siempre.

A los dems profesores de la Escuela de Ingeniera Elctrica quienes son un ejemplo a seguir con susconocimientos y dedicacin que contribuyen a nuevos triunfos. Realmente me siento afortunada porhaber tenido profesores de gran calidad, que realizan una excelente labor profesional. Los admiro,siempre los recordar con cario.

A mis amigos y compaeros de clase con los que he compartido alegras y tristezas a lo largo de micarrera, les deseo lo mejor y espero conseguirlos en el nuevo camino que hoy comienza. Que no sea unadis, sino un hasta pronto colegas.

A la ilustre Universidad de Los Andes por darme la oportunidad de formarme como profesional en tanprestigiosa y honorable casa de estudio. Es un orgullo haber formado parte de esta Universidad yespero representarla dignamente ante el mundo.

vLuz Elena Maldonado Alviarez. Determinacin del comportamiento de losdescargadores usados por Corpoelec en las Lneas de Distribucin. Universidad de losAndes. Tutor: Prof Marisol Dvila. Octubre 2012.

RESUMEN

Las lneas areas de distribucin elctrica normalmente tienen un bajo nivel de aislamiento ysus sistemas de puesta a tierra son sencillos, adems la mayora carecen de sistemas de guarda,lo que las hace altamente vulnerables a las sobretensiones debidas a descargas atmosfricas.La prctica comn para garantizar la proteccin de estas lneas de distribucin es el uso de losdescargadores de sobretensin, los cuales deben tener la capacidad de actuar efectivamenteante las presencias de las elevadas energas asociadas a estas descargas. Por estas razones, eneste trabajo se plante realizar la evaluacin de los descargadores utilizados por CORPOELECen los circuitos de distribucin, concretamente, en este caso se analiz el circuito N 1 de ElViga del estado Mrida. Para ello se realizaron simulaciones usando el programa de anlisisde transitorios electromagnticos ATP/EMTP, con el cual se determin el rango de proteccinde los descargadores antes las exigencias energticas asociadas a las descargas atmosfricas.Adems, se analiz el sistema considerando la instalacin de conductores de guarda a la red dedistribucin, conjuntamente con los descargadores de sobretensin, lo que produjo mejorasconsiderables en la red ante descargas de impulsos tipo rayo. Finalmente, se realiz unestimado de la tasa de salida de la lnea de distribucin analizada, cuyo resultado present unavance considerable al aadir el conductor de guarda, puesto que con este conductor seeliminaron prcticamente las salidas del sistema ante estas fallas.

Descriptores: Descargador de Sobretensin, Metal-xido (ZnO), Descargas Atmosfricas,Sistemas de Distribucin, ATP/EMTP, ATPDraw, Tasas de Salida.

vi

NDICE GENERAL

APROBACIN .......................................................................................................................... iiDEDICATORIA........................................................................................................................ iiiAGRADECIMIENTO................................................................................................................iv

RESUMEN ..................................................................................................................................vINTRODUCCIN.......................................................................................................................1

Captulo pp.1. CONTEXTUALIZACIN DEL PROBLEMA .............................................................41.1 ANTECEDENTES .............................................................................................................41.2 JUSTIFICACIN...............................................................................................................61.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...........................................................................7

1.4 OBJETIVOS.......................................................................................................................71.4.1 General ....................................................................................................................7

1.4.2 Especficos ..............................................................................................................81.5 MARCO METODOLGICO.............................................................................................82. MARCO TERICO.........................................................................................................92.1 SOBRETENSIONES..........................................................................................................9

2.1.1 Clasificacin de las sobretensiones.......................................................................102.2 EL DESCARGADOR DE SOBRETENSIN..................................................................10

2.2.1 Tipos de descargadores .........................................................................................112.2.2 Detalles constructivos de un descargador de sobretensin ...................................142.2.3 Caractersticas elctricas de los descargadores de sobretensin ...........................182.2.4 Condiciones de servicio de los descargadores de sobretensin ............................19

2.3 ENSAYOS DE DESCARGADORES DE SOBRETENSIN .........................................202.3.1 Ensayos tipo ..........................................................................................................22

2.4 MODELOS CIRCUITALES DEL DESCARGADOR DE SOBRETENSIN................232.4.1 Modelo IEEE.........................................................................................................232.4.2 Modelo Pinceti ......................................................................................................25

vii

3. MODELADO DEL DESCARGADOR DE SOBRETENSIN EN EL SISTEMADE DISTRIBUCIN USANDO ATP/EMTP ..............................................................26

3.1 MODELO UTILIZADO DEL DESCARGADOR DE SOBRETENSIN ......................263.1.1 Parmetros de operacin MOV Tipo 92 ...............................................................28

3.2 CONSTRUCCIN DEL MODELO DE LA DESCARGA ATMOSFRICA .................313.3 IMPULSO TIPO RAYO EN LABORATORIOS DE ALTA TENSIN..........................323.4 CONSTRUCCIN DEL MODELO DE LAS TORRES..................................................343.5 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA........................................................................363.6 CONSTRUCCIN DEL MODELO DE LNEA DE TRANSMISIN ...........................373.7 FUENTES DE TENSIN UTILIZADAS ........................................................................383.8 DESCRIPCIN DEL CIRCUITO DE DISTRIBUCIN ESTUDIADO.........................393.9 EFECTO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA............................................453.10 COORDINACIN DE AISLAMIENTO .........................................................................464. ESTIMACIN DE LAS TASAS DE SALIDA DE LA LNEA .................................484.1 TASA DE SALIDA DE LA LNEA DE DISTRIBUCIN ..............................................49

4.1.1 Tasa de salida por descargas directas a los conductores .......................................494.1.2 Salidas por sobretensiones inducidas ....................................................................564.1.3 Tasa de salida total ................................................................................................58

4.2 TASA DE SALIDA DE LA LNEA DE DISTRIBUCIN CON CONDUCTOR DEGUARDA.........................................................................................................................58

CONCLUSIONES.....................................................................................................................67RECOMENDACIONES ...........................................................................................................69REFERENCIAS .......................................................................................................................71ANEXOS...................................................................................................................................74

ANEXO A .........................................................................................................................75ANEXO B .........................................................................................................................78ANEXO C .........................................................................................................................78

ANEXO D .........................................................................................................................79ANEXO E..........................................................................................................................80

ANEXO F..........................................................................................................................81ANEXO G .........................................................................................................................84

viii

NDICE DE FIGURAS

Figura pp.

2.1 Descargador de sobretensin de carburo de silicio ...........................................................122.2 Resistores de xido de zinc (ZnO) ....................................................................................132.3 Sistema de sellado de un descargador de sobretensin de alta tensin con envoltura de

porcelana............................................................................................................................162.4 Plano de un corte de seccin de un descargador de sobretensin de xido de zinc para

distribucin con envoltura de porcelana............................................................................162.5 Plano de un corte de seccin de un descargador de sobretensin de xido de zinc para

distribucin con envoltura polimrica ...............................................................................172.6 Circuito para realizar la prueba de tensin residual ..........................................................222.7 Modelo del descargador de sobretensin de metal-oxido IEEE........................................242.8 Modelo Pinceti del descargador de sobretensin de metal-oxido IEEE............................253.1 Modelo de descargador de sobretensin de IEEE W.G 3.4.11..........................................273.2 Descargadores de sobretensin utilizados por CORPOELEC en lneas de distribucin ..283.3 Ventana de atributos del MOV Tipo 92 ............................................................................283.4 Ventana que permite introducir la caracterstica no lineal del elemento MOV Tipo 92...293.5 Caracterstica no lineal del elemento MOV Tipo 92.........................................................303.6 Ventana de parmetros de la fuente HEIDLER ................................................................313.7 Impulso tipo rayo..............................................................................................................33

3.8 Comportamiento del descargador de sobretensin ante el impulso tipo rayo ..................333.9 Generador de impulsos del laboratorio de alta tensin de la UNEXPO...........................343.10 Torre del sistema de distribucin......................................................................................353.11 Principio de operacin del mtodo cada de potencial utilizando la regla del 61,8%. .....363.12 Ingreso de datos de la lnea de transmisin sin conductor de guarda...............................373.13 Ingreso de datos de la lnea de transmisin con conductor de guarda..............................383.14 Sistema simplificado de distribucin................................................................................393.15 Sistema simplificado de distribucin con descargadores de sobretensin y sin

conductor de guarda..........................................................................................................403.16 Sistema simplificado de distribucin con descargadores de sobretensin y con

ix

conductor de guarda...........................................................................................................404.1 Mapa Isocerunico de Venezuela ......................................................................................494.2 Ventana de atraccin transversal de conductores de fase..................................................524.3 Zona de atraccin de conductores de lnea, protegidos con cable de guarda, para

determinar el punto de impacto de una descarga...............................................................594.4 Zona de atraccin de conductores de lnea, protegidos con cable de guarda ....................64

xNDICE DE TABLAS

Tabla pp.

3.1 Datos de los parmetros que comprenden el circuito del modelo de descargador desobretensin para una tensin de 13,8 kV .........................................................................27

3.2 Datos para la construccin de la caracterstica V-I del MOV tipo 92...............................304.1 Resultados de Parmetros I ...............................................................................................634.2 Resultados de Parmetros II. .............................................................................................65

xi

NDICE DE GRFICOS

Grfico pp.

2.1 Comportamiento de los descargadores de sobretensin segn su material .......................143.1 Fuente de corriente Heidler Tipo 15, que simula una descarga atmosfrica con amplitud

de 10 kA y con pendiente 1,2/50 s ..................................................................................323.2 Seales en la fase A cuando ocurre una descarga tipo rayo en la subestacin..................413.3 Seales en la fase B cuando ocurre una descarga tipo rayo en la subestacin. .................423.4 Seales en la fase C cuando ocurre una descarga tipo rayo en la subestacin. .................423.5 Seales en la fase A cuando ocurre una descarga tipo rayo en el medio de la

lnea ...................................................................................................................................433.6 Seales en la fase B cuando ocurre una descarga tipo rayo en el medio de la

lnea ...................................................................................................................................44

3.7 Seales en la fase C cuando ocurre una descarga tipo rayo en el medio de lalnea ...................................................................................................................................44

3.8 Descarga en la fase A con una resistencia de puesta a tierra de 5 .. ...............................453.9 Descarga en la fase A con una resistencia de puesta a tierra de 20 . ..............................464.1 Probabilidad en funcin de la corriente del rayo. ..............................................................534.2 Nmero de salidas por sobrevoltaje inducido vs el voltaje crtico disruptivo...................57

1INTRODUCCIN

La energa elctrica, con el transcurrir de los aos, se ha convertido indispensable para losseres humanos, ya que la mayora de los equipos que se encuentran en nuestro alrededor larequieren para su funcionamiento, por esta razn, se ha tratado a lo largo del tiempo disear yconstruir sistemas de potencia cada vez ms robustos que permitan garantizar la estabilidad ycalidad de servicio las 24 horas del da. Estos dos propsitos se pueden ver afectados bien seapor fallas internas, fallas externas, sistemas desbalanceados, entre otros factores. En estecontexto, como los sistemas de potencia no son ideales, se debe contar con protecciones queresguarden de manera integral a los equipos que lo conforman.

Una de las principales fallas que no son predecibles y que pueden ocurrir en cualquiermomento y en cualquier parte del sistema de potencia, son atribuidas a las descargasatmosfricas. Las descargas atmosfricas ocurren cuando se produce una diferencia depotencial entre dos puntos, mayor a un cierto valor lmite, causando la ruptura dielctrica delaire, haciendo que el aire sea conductor elctrico y se genere una descarga elctrica en laforma de un rayo.

Durante la trayectoria de un rayo, ste logra transportar corrientes elctricas que puedenllegar como trmino medio a 30000 A, durante millonsimas de segundo, con potenciales quese han llegado a estimar en valores que sobrepasaban los 15 millones de voltios, pudiendollegar incluso a los 200 mega voltios.

Los rayos son seales elctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello,es fundamental que la impedancia a tierra sea baja para la descarga, ya que, cuando cae un

2rayo a una instalacin siempre buscar el camino de ms baja impedancia y por l circularhasta tierra. En este sentido, el descargador de sobretensin se ha introducido como uno de loselementos de proteccin al sistema de potencia, contra descargas atmosfricas. Un descargadorde sobretensin tiene la particularidad que siempre est conectado al sistema de potencia, perosolo entra en funcionamiento cuando ocurre una sobretensin. Por lo tanto, cuando ocurre unasobretensin, los descargadores tendrn una resistencia muy baja lo que provoca que laenerga excedente circule a travs de ellos y no pase al sistema de potencia.

Aunado a lo anteriormente descrito, se plante el anlisis del comportamiento de losdescargadores de sobretensin en un circuito del sistema de distribucin de la ciudad delViga, perteneciente al estado Mrida. Se consider dicha regin debido a que es la zona demayor incidencia de descargas atmosfricas de nuestro Estado. Para obtener estos resultados,fue necesario estudiarlos previamente con respecto a su diseo, sus pruebas y su modelado,por medio de de simulaciones.

Para una mayor comprensin del trabajo realizado, ste se ha estructurado en cuatrocaptulos. El captulo I aborda la contextualizacin de la propuesta, se muestran losantecedentes, se presenta la justificacin del estudio, el planteamiento del problema, losobjetivos y el marco metodolgico que expone la manera como se desarroll la investigacin.

En el captulo II se presenta las bases tericas de la temtica tratada, se describe lainformacin ms importante, como son las sobretensiones, los descargadores de sobretensin,tipos, modelos y pruebas que se les realizan.

En el captulo III se presenta el modelado del descargador de sobretensin en el sistema dedistribucin, considerando los aspectos tericos revisados en los captulos previos, para elmodelado del sistema en estudio se utiliz el programa para anlisis de transitorioselectromagnticos (Alternative Transient Program/Electromagnetic Transient Program,ATP/EMTP). Para el anlisis se establecieron diferentes escenarios, en el caso base seconsider el sistema sin la presencia de descargadores de sobretensin. En el segundo caso, se

3ubicaron los descargadores en cada uno de los puntos donde existe un transformador dedistribucin, para ambos casos se simul el sistema con descargas en diferentes puntos, alinicio del circuito y a mitad del circuito. En un tercer caso se hizo el anlisis del sistemaconsiderando la existencia del los cables de guarda y se compar con los resultados obtenidospreviamente. Se analizaron los resultados para determinar si la coordinacin de aislamientofue realizada correctamente, y si se afectaba el aislamiento del descargador antesobretensiones producidas por descargas atmosfricas.

En el captulo IV se estima la tasa de salida de la lnea, con el fin de determinar si seencuentra dentro del rango permitido, y plantear posibles soluciones para disminuirlas, en casode ser necesario.

Finalmente se presentan las conclusiones y algunas recomendaciones generadas a partir deltrabajo realizado.

4CAPTULO ICONTEXTUALIZACIN DEL PROBLEMA

Este captulo describe de manera general el trabajo de investigacin desarrollado, partiendo delos antecedentes, su justificacin, el planteamiento del problema, los objetivos que sepersiguieron y el marco metodolgico empleado.

1.1 ANTECEDENTES

Existen diversas investigaciones que describen la problemtica de las sobretensiones debidas adescargas atmosfricas y la efectividad de los diferentes esquemas de proteccin en lossistemas de distribucin. El trabajo Proteccin de Lneas de Distribucin contra descargasatmosfricas con apartarrayos de xidos metlicos estudia la aplicacin de descargadores desobretensin de xido de metal en lneas de distribucin y destaca la importancia delmantenimiento y las pruebas de campo que se les deben realizar a estos equipos para obteneruna correcta proteccin ante estos fenmenos. Tambin, indica que las lneas deben contar conun buen sistema de puesta a tierra para poder drenar de manera eficiente las sobretensionesgeneradas por las descargas atmosfricas [Zapata, 2008].

En relacin a simulaciones realizadas en ATP/EMTP, hay estudios de descargadores desobretensin en circuitos tpicos de distribucin, que muestran las exigencias energticas a lasque se exponen estos equipos en presencia o no del conductor de guarda si ocurren descargasatmosfricas directas sobre este conductor o al conductor de fase. Aparecen resultados dondese indica que los descargadores de sobretensin son sometidos a mayores exigencias

5energticas cuando se encuentran en ausencia del conductor de guarda, y a su vez, en sistemascon slo conductores de guarda, las fallas atmosfricas no podan ser despejadas totalmente,debido al bajo nivel de aislamiento de dichos conductores. Por lo tanto, resulta mejor trabajarcon sistemas de potencia que contengan tanto cables de guarda como descargadores desobretensin como elementos de proteccin [Rodrguez y Otros, 2009].

Existen lneas de distribucin que presentan una elevada tasa de salida forzada, causadaspor descargas atmosfricas, tal como ocurra en el circuito de interconexin CADELA-PDVSA de 13,8 kV [Lpez, 2000], por lo que es necesario plantear alternativas para disminuiresas fallas causadas por sobretensiones de origen atmosfrico. En este caso, se determin quela razn principal por la que ocurran estos hechos es porque no se contaba con un buensistema de puesta a tierra de los postes, lo que haca ineficiente la operacin de losdescargadores de sobretensin de xido de metal. Las soluciones propuestas consistieron en eldiseo efectivo de puesta a tierra, una distribucin adecuada de los descargadores, instalacinde conductor de guarda y aumentar el aislamiento de diferentes equipos para garantizar suproteccin y disminuir las salidas de servicio.

Otras investigaciones demuestran la importancia de realizar pruebas a los descargadores desobretensin, ya que con estos elementos en buen estado se pueden prevenir daosconsiderables, tal como ocurri en el Sistema de Transmisin de la Electricidad de Caracas enFebrero del 2004, donde un descargador de carburo de silicio explot. Haban diferenteshiptesis para explicar la causa de lo ocurrido, por ello se estudi la posibilidad de haberelegido los descargadores de manera incorrecta, razn descartada porque los descargadores desobretensin estaban seleccionados e instalados correctamente cumpliendo con las normasestablecidas para su seleccin. Por otro lado, se realizaron pruebas en el Laboratorio de AltaTensin de la Universidad Simn Bolvar, para determinar el estado de estos equipos, lo quearroj que los descargadores tanto de carburo de silicio como de xido de metal seencontraban deteriorados. Esta ltima razn pudo haber sido la causa de la explosin delequipo, por ello se propuso la aplicacin de un mtodo para monitorear el estado deldescargador de sobretensin en servicio, para evitar accidentes de este tipo [Schmiz, 2005].

6Hay diversas pruebas que se les realizan a los descargadores de sobretensin, destacando laprueba de tensin residual. Para dicha prueba se debe contar con generadores de impulso degrandes energas, ya que deben producir altos voltajes y altas corrientes, para corroborar que eldescargador puede soportar estas energas. Para ello, se pueden utilizar generadores deimpulso de alto voltaje y alta energa conectados a un circuito adicional para obtener altascorrientes y as realizar las pruebas de tensin residual [Daz y otros, S/F].

Aldana y Rodrguez disearon un programa para la seleccin de descargadores de xido demetal en sistemas de potencia, donde consideraron como criterios de seleccin las tensiones deoperacin, la frecuencia nominal, capacidades energticas, voltajes residuales, entre otrosparmetros [Aldana y Rodrguez, 2007].

1.2 JUSTIFICACIN

Como es bien sabido, los sistemas de Distribucin areos son altamente vulnerables a laocurrencia de fallas, dentro de las cuales prevalecen las debidas a sobretensiones por laocurrencia de descargas atmosfricas. Considerando que estos sistemas generalmente cuentancon un bajo nivel de aislamiento y con sistemas de puesta a tierra muy sencillos, es comn eluso de los descargadores de sobretensin con el fin de garantizar la proteccin de estas lneasde distribucin.

An cuando los sistemas de distribucin existentes en el Pas, en su mayora, cuentan conla ubicacin adecuada de descargadores de sobretensin, en los sistemas de distribucin deMrida, especialmente en aquellos ubicados en la zona sur del lago, recientemente se hanreportado salidas debidas principalmente a la ocurrencia de descargas atmosfricas, por estarazn, en este trabajo se plante realizar la evaluacin de los descargadores utilizados por lacompaa de suministro elctrico CORPOELEC en los circuitos de distribucin,especficamente en el circuito N 1 de la ciudad El Viga perteneciente al estado Mrida, conel fin de determinar si estos dispositivos estn actuando correctamente y si el sistema presentaun adecuada coordinacin de aislamiento.

71.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El hecho de que Venezuela se encuentre en una zona tropical, tiene como consecuencia unporcentaje considerablemente elevado de descargas atmosfricas al ao [Zapata, 2008]. Porello, las protecciones a las lneas areas de distribucin son fundamentales para evitar daos alSistema Interconectado de Potencia. En este sentido, una de las tecnologas de proteccin msutilizadas para drenar las sobretensiones y elevadas corrientes a tierra, originadas por rayos oalteraciones en el sistema son los descargadores de sobretensin. Si estos equipos operancorrectamente, y son seleccionados de una manera eficaz, tomando en cuenta los voltajesnominales de los mismos, la frecuencia de operacin y otros parmetros, deberan descargaresta energa de manera eficiente evitando daos tanto a equipos como al sistema dedistribucin general.

El conocimiento de los descargadores de sobretensin, en cuanto a sus capacidades ylimitaciones, permite tener una visin amplia del comportamiento de estos dispositivos en elcampo. Para lograr esto, resulta necesario realizar ensayos a dichos equipos para observar elefecto que producen cada una de las partes y el material que los componen, en cuanto aldrenaje de elevados voltajes y elevadas corrientes sin que se produzcan daos a stos y a loselementos conectados a l.

En este trabajo de grado se estudiaron modelos de descargadores de sobretensin a travsde simulaciones haciendo uso de ATP/EMTP para evaluar el comportamiento de losdescargadores en una lnea de distribucin del estado Mrida, adicionalmente se realiz unestimado de las salidas de servicio de la lnea.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 General

Determinar el comportamiento de los descargadores usados por CORPOELEC en las lneas de

8Distribucin del estado de Mrida, concretamente en una lnea de distribucin de la Ciudad deEl Viga.

1.4.2 Especficos

Estudiar y comprender el funcionamiento de un descargador de sobretensin, as como losdiferentes modelos representativos de este dispositivo.

Estudiar y aprender a utilizar el ATP/EMTP.

Determinar cules son las pruebas que se deben realizar a los descargadores utilizados enlas lneas de distribucin.

Realizar el anlisis del comportamiento de una lnea de transmisin ante descargasatmosfricas a travs del ATP/EMTP, con y sin protecciones.

Analizar si el aislamiento del descargador se ve afectado ante descargas atmosfricasaplicadas a la lnea, y si la coordinacin de aislamiento del sistema es correcto.

Determinar el nmero estimado de la tasa de salida de la lnea de distribucin en presenciao no de conductor de guarda.

1.5 MARCO METODOLGICO

Este trabajo est basado en una investigacin de tipo documental, descriptivo y experimental(por medio de simulaciones) que permiti describir el comportamiento de los dispositivos enestudio, como fueron los descargadores de sobretensin utilizados por la empresaCORPOELEC. Se realiz una revisin documental de los temas relacionados a la proteccinde los Sistemas de Distribucin contra las Sobretensiones debidas a descargas atmosfricas yse model el comportamiento de los equipos existentes en los circuitos de distribucinseleccionados, usando el software ATP/EMTP. Finalmente, se determin la efectividad deluso de estos dispositivos en los circuitos estudiados con y sin uso de conductor de guarda.

10

CAPTULO IIMARCO TERICO

El presente captulo est referido a sealar conceptos importantes que fueron consideradospara el estudio efectivo de los descargadores de sobretensin.

2.1 SOBRETENSIONES

Las sobretensiones se pueden definir como cualquier aumento de la tensin que puedaprovocar daos o poner en peligro a equipos, materiales o el buen servicio de una instalacinelctrica. stas pueden traer como consecuencia tambin, deterioro del material,envejecimiento prematuro de equipos, incendios y destruccin de los mismos, entre otrosefectos que sin una precaucin adecuada las prdidas pueden ser mayores [C.U.C, 2006].

Las sobretensiones pueden ser originadas bsicamente por dos razones:

Descargas atmosfricas tanto directas como indirectas (por acoplamiento inductivo):relmpagos/ rayos/ centellas.

Maniobras de conmutacin en la red interconectada de suministro elctrico, realizadas porla compaa elctrica.

Para evitar que las sobretensiones produzcan daos considerables al sistema o a losequipos, es necesario descargarlas a tierra lo ms rpido posible, para ello un dispositivocomnmente utilizado para combatir estas sobretensiones es el descargador de sobretensin.

10

2.1.1 Clasificacin de las sobretensiones

Las sobretensiones pueden clasificarse bsicamente en tres tipos:

a) Sobretensiones de maniobra: Son aquellas sobretensiones que ocurren durante accionesde maniobra y consisten mayormente en oscilaciones con frecuencias mayores a varioskHz.

Las acciones de maniobras que pueden producir una sobretensin de este tipo son:

Maniobras de bancos de capacitores.

Recierres de sistemas altamente reactivos sin estudios previos de los tiempos de operacin.

Restauracin de carga fra.

Mquinas y equipos de soldadura (Equipos de Arco). Fusin de fusibles.

Otras acciones.

b) Sobretensiones permanentes: Las sobretensiones permanentes son incrementos de tensinsuperior al 10% de la tensin nominal y que tienen una duracin indeterminada. Estoocurre, generalmente, por la rotura del neutro causando la descompensacin de las fases. Larotura de neutro provoca una descompensacin en las tensiones simples, lo que produce enlos receptores reduccin de vida til, destruccin inmediata e incluso incendios.

c) Sobretensiones externas: Pueden ser originados por el impacto de un rayo, es decir, porfenmenos atmosfricos (la principal causa). Las descargas atmosfricas alcanzan valoresde decenas de kilo volt y una duracin del orden de microsegundos [C.U.C., 2006].

2.2 EL DESCARGADOR DE SOBRETENSIN

Es un dispositivo elctrico de proteccin compuesto por una serie de elementos resistivos nolineales (varistores), con el fin de drenar a tierra las cargas elctricas asociadas a sobrevoltajes,

11

producidos por descargas atmosfricas y por la operacin de interruptores [Carrero y otros,S/F]. Con respecto a su actividad interna, para tensiones normales de funcionamiento, eldescargador posee una resistencia muy elevada, mientras que cuando se presenta unasobretensin, la resistencia del varistor se hace muy pequea, derivando a tierra lasperturbaciones elctricas que pudieran ocasionar daos en los elementos que componen elsistema de potencia, como generadores, transformadores y cables [Siegert L., 1997].

Los descargadores de sobretensin son una ayuda esencial para la coordinacin delaislamiento en sistemas elctricos de potencia, por lo que son instalados permanentemente,pero solamente han de entrar en funcionamiento cuando la tensin alcance un valor superior ala tensin de servicio. Es decir, que los descargadores actan a manera de una vlvula deseguridad.

2.2.1 Tipos de descargadores.

De acuerdo con la Norma IEC 71-2, existen dos tipos bsicos de descargadores desobretensin: el descargador de carburo de silicio y el descargador de xido de zinc.

A continuacin se describen algunas caractersticas de cada uno de los tipos dedescargadores antes mencionados.

a) Descargador de carburo de silicio (SiC):

Los descargadores de sobretensin de este tipo son considerados los ms antiguos. Constande una envolvente de cermica en cuyo interior estn conectadas en serie las resistencias nolineales de carburo de silicio con los explosores metlicos, como se muestra en la figura 2.1.Las resistencias no lineales de carburo de silicio tienen como misin limitar el paso decorriente a tierra cuando el descargador detecta una sobretensin.

12

Estos descargadores cuentan con un sistema de sellado; tambin cuentan con una conexina tierra que tiene una doble misin como es: conectar el descargador a tierra y garantizar elpaso de la corriente de descarga y por otro lado, evitar la destruccin de una lnea por fallo deun descargador. Cuando ocurre una sobrecarga trmica funciona un dispositivo de eyeccinque desconecta el cable de conexin a tierra y coloca de esta forma al descargador fuera deservicio [Margil R. Alanis, 2005], [Quintero, 2009].

Figura 2.1. Descargador de sobretensin de carburo de silicio.[Margil R. Alanis, 2005]

b) Descargador de xido de zinc (ZnO):

Son los descargadores ms modernos, que comenzaron a penetrar el mercado en la dcadade los aos 70 del siglo pasado y tienen una construccin similar a los anteriores pero carecen

12





12





13

de explosores. Poseen resistores de xido de zinc, los cuales producen como caractersticaprincipal que la no linealidad de su relacin VoltajeCorriente es muy abrupta.

Los resistores de xido de zinc casi siempre se construyen con forma cilndrica. Sudimetro est en el orden de aproximadamente 30 mm cuando se utilizan en sistemas dedistribucin, y hasta 100 mm o ms para aplicaciones de alta y extra alta tensin.

Con respecto a su altura, la misma puede variar entre 20 mm y 45 mm. Esta est asociada ala produccin y depende de las herramientas e instalaciones de fabricacin disponibles. Noobstante, no es recomendable construirlas de cualquier altura, ya que a mayor altura, es msdifcil lograr homogeneidad del material del resistor al momento de su fabricacin.

La figura 2.2 muestra algunos resistores de xido de zinc.

Figura 2.2. Resistores de xido de zinc (ZnO).[Zapata Enrique, 2008]

14

Para estos descargadores la conexin a tierra posee las mismas caractersticas que en losdescargadores de carburo de silicio [Margil R. Alanis, 2005]. En la grfica 2.1 se ilustra lacaracterstica de los descargadores de xido de zinc, donde, adems, se compara con la delcarburo de silicio y con la de una resistencia lineal. En el anexo A, se puede apreciar lasconexiones de las puestas a tierra de los descargadores de sobretensin en postes dedistribucin.

Es importante sealar que el bajo valor de la corriente, que se observa al utilizarresistencias no lineales a base de xido de zinc, facilita la extincin de la corriente de fuga,habindose podido suprimir el explosor de disparo, eliminndose de este modo elcomportamiento errtico de este dispositivo [Siegert L.,1997].

Grfica 2.1. Comportamiento de los descargadores de sobretensin segn su material[Carrero A., Matoma O. y Perez A., S/F]

2.2.2 Detalles constructivos de un descargador de sobretensin.

Adems de la descripcin de algunas partes de los descargadores de sobretensin nombradosanteriormente, es importante destacar en ms detalle otras partes que los componen, qumateriales son usados en dichas partes y la funcin que cumplen estos materiales.

15

Una de las partes importantes de los descargadores de sobretensin es su envoltura, la cualse usa de dos calidades: de porcelana de cuarzo (porcelana de silicio de acuerdo a la normaIEC 60672-3 [IEC 60672-3, 1997-10]) y de porcelana de almina (porcelana de aluminio). Lasde porcelana de almina pueden lograr valores de resistencia mecnica elevada, el doble de laresistencia especfica en comparacin con la resistencia de la de porcelana de cuarzo. Por ello,es importante aplicar un esmalte que no slo se aplique en la parte exterior de la envoltura,sino tambin en la parte interior de ella, ya que ste tiene una influencia considerable en laresistencia mecnica. Existen dos colores usados comnmente para el esmalte, el color marrn(color RAl 8010) y el color gris claro, usado este ltimo ms frecuentemente en regionesangloamericanas. Sin embargo, el color del esmalte carece de significado tcnico.

Otro detalle constructivo de gran relevancia, es que el descargador de sobretensin debetener una buena hermeticidad o sistema de sellado. Este tiene tres funciones principales:impedir el ingreso de la humedad en beneficio de la duracin de la vida til del descargador desobretensin, tener un rpido alivio de presin y evitar las corrientes de fuga [Zapata, 2008].

La figura 2.3 seala un sistema de sellado de un descargador de sobretensin de altatensin, cuenta con un aro de sellado y un diafragma de alivio de presin. Estos se encuentrana ambos lados del descargador de sobretensin. Una de las ventajas del diafragma de alivio depresin, es que tiene un tiempo de apertura muy rpida cuando se produce una sobretensin.Cuando se produce una elevada tensin que pueda causar daos al sistema, se producen gasescalientes de presin, los cuales se pueden liberar a travs del conducto de ventilacin, evitandoas una posible explosin del equipo por falta de alivio de presin.

Con respecto a los descargadores de sobretensin de distribucin de media tensin conenvoltura porcelana, tienen un sistema de sellado muy parecido, solo que las partes de estesellado estn dispuestos de una manera diferente, pero de igual manera siguen cumpliendo lasmismas funciones que para el sistema de sellado de los descargadores de sobretensin de altatensin. La figura 2.4 muestra la disposicin de las partes de ese sistema de sellado.

16

Figura 2.3. Sistema de sellado de un descargador de sobretensin de alta tensin con envolturade porcelana [Zapata Enrique, 2008].

Figura 2.4. Plano de un corte de seccin de un descargador de sobretensin de xido de zinc paradistribucin con envoltura de porcelana [Zapata Enrique, 2008].

17

A partir de la segunda mitad de la dcada de 1980, aparecieron en el mercadodescargadores de sobretensin con envoltura polimrica. Este nuevo equipo tiene laparticularidad de aumentar la proteccin contra corrientes de fuga. Tambin, por poseer unaenvoltura polimrica, la rigidez mecnica se obtiene con materiales plsticos reforzados confibra de vidrio, colocndose diferentes barras para este fin. En la figura 2.6, se puede observarla disposicin de dichas barras.

Figura 2.5. Plano de un corte de seccin de un descargador de sobretensin de xido de zinc paradistribucin con envoltura polimrica [Zapata Enrique, 2008].

Las ventajas principales que trae, el tener una envoltura polimrica es que tiene unaexcelente resistencia mecnica, una repelencia al agua debido al material, mejorando de estamanera, el desempeo operativo del descargador en condiciones de contaminacin. Tambin,estos descargadores de sobretensin no producen un estallido en el caso de que no puedanmanejar una falla, ya que al ocurrir la misma, se perfora y rasga la envoltura polimrica casisin resistencia para liberar la presin al exterior, a diferencia de los descargadores deporcelana, que al ocurrir una falla y no poder manejarla producen una explosin arrojandopartes de la envoltura. Finalmente, este cambio a envoltura polimrica conlleva a que el

18

descargador de sobretensin se reduzca de peso, en comparacin con un descargador desobretensin con envoltura de porcelana.

Todas las ventajas nombradas anteriormente, son las razones principales por lo que en laactualidad, los descargadores de sobretensin con envoltura polimrica han desplazado a losdescargadores de sobretensin con envoltura de porcelana, desapareciendo prcticamente delmercado estos ltimos [Zapata, 2008].

2.2.3 Caractersticas elctricas de los descargadores de sobretensin:

La seleccin de un descargador inadecuado para un determinado sistema puede volvervulnerable una instalacin contra las sobretensiones, poniendo en riesgo la vida til de losequipos y la continuidad del servicio elctrico, lo cual es perjudicial tanto para la empresa desuministro de energa elctrica como para sus clientes.

En esta seccin, se describen algunas definiciones de magnitudes que caracterizan a losdescargadores, en base a las recomendaciones del Comit Electrotcnico Internacional, ytomando en cuenta que el conocimiento de todas estas magnitudes es indispensable paracomprender las cualidades y el funcionamiento de un descargador de sobretensin [Aldana yRodrguez, 2007]:

Tensin nominal: Es el valor eficaz ms elevado de la tensin admitido entre los bornesdel descargador, a la frecuencia nominal. Por lo tanto, la tensin nominal de un descargadorcoincide con el valor de la tensin mxima de servicio.

Tensin continua de operacin: Mxima tensin eficaz a frecuencia industrial que puedeser aplicada entre los bornes de lnea y tierra del descargador en forma continua.

Corriente de descarga nominal: Es el valor pico de la corriente de descarga de unimpulso que puede conducir el descargador en un nmero y sucesin definidos. Porejemplo, 3 series de 6 descargas 10 kA.

Corriente de descarga: Es la corriente de impulso que pasa a travs del descargador.

19

Tensin residual/tensin de descarga: Es el valor mximo de la tensin, que apareceentre los terminales de un descargador cuando pasa por l la corriente de descarga. Latensin residual depende de la magnitud y la forma de onda de la corriente de descarga. Lascaractersticas de tensin y corriente de los descargadores se indican en los catlogos decada fabricante.

Corriente de fuga: Corriente que circula a travs del descargador debida a la tensin deservicio de la red.

Corriente de impulso de cierre de un descargador: Es el valor pico de la corriente dedescarga con un frente de onda entre 30 y 100 s y un tiempo virtual a la mitad del valorsobre la cola de aproximadamente el doble del valor de frente de onda.

Corriente permanente de un descargador: Es la corriente que fluye a travs de undescargador cuando est energizado a la tensin permanente de trabajo y dado que constade una componente resistiva y capacitiva, puede variar con la temperatura y los efectos decapacidad parsita entre las unidades. Puede expresarse en valores pico o rms.

Capacidad de energa: La capacidad de energa de un descargador se refiere a la cantidadde energa que ste podr resistir, sin sufrir daos, cuando ocurra una sobretensin. Lasnormas no definen de forma explcita la capacidad de energa de un descargador. La nicamedida especificada es la Clase de Descarga de Lnea en IEC. Por regla general, estainformacin no es suficiente para comparar diferentes fabricantes, y por consiguiente, losfabricantes tambin facilitan la capacidad de energa en kJ/kV que puede soportar cadaequipo.

Capacidad de cortocircuito: Es la capacidad de un descargador, en caso de producirse unasobrecarga por cualquier motivo, de conducir la corriente de cortocircuito de servicioresultante sin sufrir una ruptura violenta que podr causar daos en los equipos circundantes odaos personales.

2.2.4 Condiciones de servicio de los descargadores de sobretensin.

El estndar IEEE para los descargadores de sobretensin define las siguientes condiciones deoperacin [Norma Tcnica Colombiana, 2005]. La temperatura continua del aire en los alrededores del descargador debe encontrarse entre

- 40C y 40C.

20

La temperatura mxima temporal del aire debido a fuentes externas de calor cercanas aldescargador no deben exceder 60C.

La altitud no debe exceder los 1800 m sobre el nivel del mar.

La frecuencia nominal del sistema debe encontrarse entre 48 Hz y 62 Hz.

El voltaje de lnea tierra debe estar por debajo del valor nominal del descargador para todaslas condiciones de operacin del sistema.

2.3 ENSAYOS DE DESCARGADORES DE SOBRETENSIN.

Para tener conocimiento de si el descargador est en perfectas condiciones para operar o no, esnecesario realizar ensayos que proporcionen la suficiente informacin para instalar este equipo

al sistema de potencia [Schmitz, 2005]. Algunas de las pruebas que se realizan a losdescargadores de sobretensin se sealan a continuacin:

a) Prueba a frecuencia industrial: como lo indica la norma ANSI/IEEE C.62.1-1989[Schmitz F., 2005], en esta prueba se expone al equipo a condiciones de lluvia, y luego seincrementa la tensin AC aplicada hasta obtener la operacin del descargador de sobretensin.

b) Prueba de impulso de frente escarpado: en esta prueba se aplican impulsos con unapendiente de (100/12) kV/s por cada kV nominal del descargador. Por lo general se aplicancinco impulsos donde, a partir del valor mximo obtenido de las cinco aplicaciones, se puedeconseguir el valor mximo del voltaje de ruptura (operacin), el cual deber ser igual o menorque el valor mximo indicado por la norma.

c) Prueba de impulso 1,2/50 s: En esta prueba, a partir de los 3 s, se obtiene el mayorvoltaje de impulso atmosfrico sin que se produzca la operacin del descargador. Esta pruebase divide en dos pasos.

Primero: del generador de impulsos se debe obtener un valor promedio de carga, para ello,se introduce un impulso (1.2/50 s) cercano al voltaje de operacin del descargador al valor

21

de carga del generador. En el caso de que opere el descargador, se disminuye el valor decarga del generador en pasos de 5%, en caso contrario, se aumenta el valor de la carga enpasos de 5%. Estos pasos se repiten por veinte impulsos aplicados. El valor promedio de lacarga del generador es el promedio de los resultados obtenidos en los veinte impulsos.

Segundo: se aplican cinco impulsos a un valor de 1,05 del valor promedio de carga delgenerador. De esta manera se desea obtener la condicin de operacin del descargador enun tiempo no mayor a 3 s. En el caso de que no se consiga este propsito, se aumenta elvalor de carga del generador de impulsos en pasos de 0,05.

d) Prueba de tensin residual: en esta prueba se aplican ondas con forma 8/20 s, conamplitudes 1500, 3000, 5000 y 10000 amperios de corriente nominal por el descargador desobretensin (corrientes superiores a 10000 amperios se aplica sobre cada cuerpo deldescargador de forma independiente). Tambin, en esta prueba se le aplica altas tensiones aldescargador de sobretensin por lo que se debe contar con fuentes que generen altas corrientesy altos voltajes.

Si se cuenta con una fuente generadora de impulsos de 1 MV y de 25 kJ, se puede obteneruna fuente de impulso de corriente realizando un circuito RLC conectado en serie con eldescargador de sobretensin mediante el uso de un inductor externo. Con respecto al impulsotipo rayo, se tiene en serie al generador, grupos de condensadores en paralelo para construirlo.Este circuito que permite realizar la prueba de tensin residual se representa en la figura 2.6[Daz R y otros, S/F].

22

Figura 2.6. Circuito para realizar la prueba de tensin residual.[Daz R y otros, S/F]

Es importante destacar que la conexin a tierra del circuito debe tener un valor deimpedancia muy bajo, con el fin de evitar acoplamientos entre el circuito de corriente y elcircuito de voltaje.

Luego de tener el circuito conectado correctamente, se introducen diversos impulsos y seobserva el voltaje obtenido por el descargador, cuyo valor resultante es la tensin residual. Enel anexo B se observa cmo acta el descargador de sobretensin ante un impulso tipo rayo.

2.3.1 Ensayos tipo.

Los siguientes ensayos son realizados al finalizar el desarrollo del diseo de un nuevodescargador de sobretensiones, para determinar el desempeo representativo y para demostrarla conformidad con la norma pertinente:

23

Ensayo de resistencia o soporte del aislamiento sobre la carcasa del descargador desobretensiones.

Ensayo de tensin residual.

Ensayo de corriente impulsiva de larga duracin.

Ensayo de ciclo de trabajo. Ensayo de cortocircuito.

Ensayo de descargas parciales.

Ensayo de hermeticidad.

Ensayo ambiental.

2.4 MODELOS CIRCUITALES DEL DESCARGADOR DESOBRETENSIN

Cuando se especifica un modelo de descargador de sobretensin para un estudio, la exactitudse mejora cuando la caracterstica del descargador se elige en forma coherente con lafrecuencia, por ello los modelos descritos a continuacin se pueden considerar dependientesde la frecuencia.

2.4.1 Modelo IEEE.

Este modelo recomendado por IEEE W.G 3.4.11 es dependiente de la frecuencia, el cual estbasado en dos filtros R-L. Consiste en dividir la nica resistencia no lineal en dos resistenciasno lineales en paralelo (A0 y A1), estas dos resistencias son separadas por un filtro R-L (pasobajo) tal como se muestra en la figura 2.7.

24

Figura 2.7. Modelo del descargador de sobretensin de metal-oxido IEEE[IEEE working group 3.4.11, 1992]

Este modelo proporciona una caracterstica no lineal V-I. Para sobretensiones de frentelento (originadas por maniobras), el filtro que separa las dos resistencias no lineales (A0 y A1)se comporta como una impedancia muy pequea quedando las resistencias no linealesprcticamente en paralelo [IEEE working group 3.4.11, 1992].

Cuando ocurre sobretensiones de frente rpido (ocasionadas por el rayo o descargaatmosfrica, que tienen duracin muy corta y de amplitud muy superior al valor cresta de latensin nominal), la impedancia del filtro se hace significativa y causa una distribucin decorriente entre las dos ramas. La mayor parte de la corriente fluir por la rama de la resistenciaA0 ya que la inductancia L1 fuerza la corriente de alta frecuencia a fluir ms por la resistenciaA0 que en la resistencia A1.

A continuacin se describen los elementos que constituyen el modelo del descargador desobretensin IEEE:

L0 representa una inductancia pequea pero finita asociada con los campos magnticos enel contorno del descargador de sobretensin.

R0 slo se utiliza para amortiguar las oscilaciones.

C es la capacitancia parsita del descargador de sobretensin.

La inductancia L1 y la resistencia R1 comprenden el filtro entre las dos resistencias nolineales.

25

Los valores iniciales de los elementos que comprenden este modelo, pueden ser obtenidos atravs de las ecuaciones 2.1, tomando en cuenta para ello los datos elctricos (voltajesresiduales) y los parmetros fsicos (altura total, dimetro de bloque, nmero de columnas)[IEEE working group 3.4.11, 1992].

L1 = 15d/n h L0 = 0,2d/n H. C = 100n/d pF.R1 = 65d/n . R0 = 100d/n (2.1)

Donde d es la altura estimada del descargador en metros (en general se usan dimensiones dedatos del catlogo) y n es el nmero de las columnas paralelas de metal-oxido en eldescargador.

2.4.2 Modelo Pinceti.

Luego que IEEE W.G 3.4.11 present su modelo de descargador de sobretensin, apareci elmodelo de Pinceti, con algunas diferencias, como se puede ver en la figura 2.8. El primercambio que se puede distinguir es que se elimin la capacitancia C y las dos resistencias enparalelo con las inductancias se sustituyeron por una resistencia R de aproximadamente 1 M,entre los terminales de entrada.

Figura 2.8. Modelo Pinceti del descargador de sobretensin de metal-oxido[Li y otros, 2002].

26

CAPTULO IIIMODELADO DEL DESCARGADOR DESOBRETENSIN EN EL SISTEMA DEDISTRIBUCIN USANDO ATP/EMTP

Uno de los programas de computacin ms completos para estudiar los fenmenos transitorioselectromagnticos en sistemas de potencia es el ATP/EMTP, el cual tiene numerosasaplicaciones que se pueden resumir en dos categoras: en el diseo, que incluye estudios desistemas de control, especificacin de equipos de proteccin, coordinacin de aislamiento,entre otros, y otra categora es que posee la capacidad de representar problemas de operacin,como fallas en el sistema y anlisis de los transitorios, lo que permite simular diversosfenmenos como descargas, impulsos tipo rayo, diferentes tipos de maniobras, razones por locual este programa es de bastante utilidad.

En ATP se pueden representar diferentes elementos tales como lneas de transmisin,transformadores, mquinas rotativas, cables, elementos no lineales, entre otros componentesque permiten realizar anlisis de equipos de electrnica de potencia y sistemas de potencia engeneral.

3.1 MODELO UTILIZADO DE DESCARGADOR DE SOBRETENSIN

Para el estudio se analiz el comportamiento de los descargadores de xido de metal, ya queson los utilizados por CORPOELEC en los sistemas de distribucin. El modelo seleccionado

27

para realizar el anlisis fue el recomendado por IEEE W.G 3.4.11, el cual se muestra en lafigura 3.1.

En este modelo se utiliz como elemento varistor el MOV TIPO 92, el cual es un elementocomnmente usado para representar el comportamiento de la resistencia no lineal de losdescargadores de sobretensin de xido de metal (ZnO).

Figura 3.1 Modelo de descargador de sobretensin de IEEE W.G 3.4.11.

Para la simulacin del descargador de sobretensin se tomaron los valores tpicos para lasresistencias e inductancias para una tensin de 13,8 kV. Estos valores se muestran en la tabla3.1.

Tabla 3.1 Datos de los parmetros que comprenden el circuito del modelo de descargador desobretensin para una tensin de 13,8 kV [Saengsirwan y Thipprasert, 2004].

En la figura 3.2 se muestra una imagen de los tipos de descargadores utilizados porCORPOELEC en las lneas de distribucin.

R0

L0

R1

L1

Ao A1C

d (m) N L1 (H) R1 () L0 (H) R0 () C (pF)0,4318 1 6,477 28,067 0,0863 43,19 231,58

28

Figura 3.2 Descargadores de sobretensin utilizados por CORPOELEC en lneas de distribucin.

3.1.1 Parmetros de operacin del MOV Tipo 92.

Los parmetros de operacin de este elemento se proporcionaron a travs de la interface con elusuario que se muestra en la figura 3.3.

Figura 3.3 Ventana de atributos del MOV Tipo 92.

29

Se puede observar en la figura 3.3 que la tensin de referencia, Vref, es este caso fue de42000V, el voltaje de descarga por unidad, utilizando como voltaje base Vref, fue de -1Vpuesto que el descargador no posee separacin entre electrodos. En cuanto al voltaje inicial,Vzero, se utiliz 0V; se trabaj con un descargador de una columna y un bloque serie porrama, por lo que se coloc 0 en #COL y 1 en #SER. Finalmente, se fij 5% como toleranciadel error relativo mximo permitido, ErrLim.

Para construir la caracterstica de tensin y corriente, V-I, se utilizaron trece puntos, loscuales se muestran en la figura 3.4 y la tabla 3.2 (en el anexo C se muestra el setting utilizadoen las simulaciones).

Figura 3.4 Ventana que permite introducir la caracterstica no lineal del elemento MOV Tipo 92.

30

Tabla 3.2 Datos para la construccin de la caracterstica V-Idel MOV Tipo 92 [Saengsirwan y Thipprasert, 2004]

En la ventana de la figura 3.4 se observa la forma en la que se introdujeron los valorescorrespondientes de voltaje y de corriente, y con el botn View se pudo verificar que losdatos introducidos corresponden a una grfica no lineal, tal como se muestra en la figura 3.5.

Figura 3.5 Caracterstica no lineal del elemento MOV Tipo 92.

I(A) A0V(V)

A1V(V)

10 32900 0

100 36190 28905

1000 39480 31960

2000 40890 33610

4000 42300 34780

6000 42770 35250

8000 43950 35960

10000 44650 36430

12000 45360 36660

14000 46300 37130

16000 47000 37370

18000 48180 37600

20000 49350 37840

31

3.2 CONSTRUCCIN DEL MODELO DE LA DESCARGAATMOSFRICA.

El modelo de la descarga se construy haciendo uso de los parmetros de la ventana delcomponente Heidler de ATP, que se muestra en la figura 3.6.

Figura 3.6 Ventana de parmetros de la fuente HEIDLER.

Es importante destacar, que se utiliz la onda normalizada por la IEC 60060-1 de 1,2/50 spara realizar el modelado de la descarga atmosfrica.

Se seleccion una descarga con una amplitud de 10000 A, con una constante de tiempo delfrente de onda, T_f, de 1.2 s, un Tau de 50 s (intervalo entre t= TSTART y el tiempo en elcual la funcin ha descendido al 50% de su valor pico), un factor de crecimiento n de 2, unTstart y Tstop de 0 s y 1000 s respectivamente.

En la grfica 3.1 se aprecia el modelo construido para la descarga.

32

Grfica 3.1 Fuente de corriente Heidler Tipo 15 que simula una descarga atmosfricacon amplitud de 10 kA y con pendiente 1,2/50 s.

3.3 IMPULSO TIPO RAYO EN LABORATORIOS DE ALTA TENSIN

En este trabajo se plante, inicialmente, realizar pruebas de tensiones residuales a losdescargadores de sobretensin usados por CORPOELEC, pero se tuvo inconvenientes ya queno se contaba con generadores de impulso que tuviesen la energa suficiente para generarlos yas construir la grfica de tensin residual. Sin embargo, al realizar una visita tcnica alLaboratorio de Alta Tensin de la UNEXPO, sede Barquisimeto, con la cual nuestraUniversidad tiene convenio, se manipul un osciloscopio que tena registros de impulsos tiporayo y de comportamiento de descargadores de sobretensin de pruebas realizadas conanterioridad. Se tomaron fotografas de dichos registros, pero no se pudo realizar las pruebasporque el generador de impulsos para ese momento se encontraba averiado. En las figuras 3.7y 3.8 se muestran las imgenes tomadas del osciloscopio de este Laboratorio.

33

Figura 3.7. Impulso tipo rayo.

Figura 3.8. Comportamiento del descargador de sobretensin ante el impulso tipo rayo.

El generador de impulsos de este laboratorio se muestra en la figura 3.9.

34

Figura 3.9. Generador de impulsos del laboratorio de alta tensin de la UNEXPO.

3.4 CONSTRUCCIN DEL MODELO DE LAS TORRES

El tipo de torres utilizado para este estudio se muestra en la figura 3.10.

35

Figura 3.10 Torre del sistema de distribucin.

El valor de la impedancia equivalente de este tipo de torres viene dado por la expresin(3.3) [Martinez J., 2010].

= 60 22 1 (3.1)Donde h es la altura promedio del poste (m) y r es el radio de la base del cilindro (m).

Para este caso se consider 11,28 m como altura promedio del poste y 0,8415 m comoradio de la base del cilindro, arrojando una impedancia de 158,1192 .

36

3.5 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Existen varios mtodos para obtener el valor de la resistencia de puesta a tierra, predominandoel mtodo de cada de potencial utilizando la regla del 61,8%. El mtodo consiste en pasar unacorriente desde la puesta a tierra hasta el electrodo de corriente. La corriente cuando fluye atravs de la tierra genera una diferencia de potencial, que se mide entre el electrodo bajomedicin y un electrodo de potencial. Las distancias utilizadas entre el electrodo de mediciny el electrodo de corriente estn entre 40 y 50 metros. Con respecto al electrodo del voltaje,ste debe enterrarse a una distancia de 61,8% de la distancia entre el electrodo de medicin yel electrodo de corriente, tal como se muestra en la figura 3.11. La razn para elegir ladistancia de 61,8% est fundamentada en las teoras matemticas aplicadas para terrenoshomogneos de resistividad uniforme. El valor de la resistencia de puesta a tierra se logra conla relacin entre la diferencia de potencial y la corriente, valor arrojado por el medidor[Hidelmaro, S/F].

Figura 3.11 Principio de operacin del mtodo cada de potencial utilizando la regla del 61,8%.

36




36




37

Para la conexin a tierra en las simulaciones se utiliz una resistencia cuyo valor se bas entrabajos anteriores, donde indican que el valor de la resistencia a tierra es de 5 , ya que es elvalor mximo de resistencia de puesta a tierra para la proteccin contra rayos [Ministerio deEnerga y Minas, 2001]. Otros trabajos tambin indican que en terrenos donde el suelo goza dearcilla, rocas de arcilla endurecida, plantas gomosas, suelos ricos, compuestos especialmentede arcilla arena y materia orgnica, hay una resistencia promedio de 5 , tal como es el casode la ciudad de El Viga [Rojas, S/F], [Dvila y otros, 2007]. Sin embargo, en algunasmediciones de resistencias de puesta a tierra se obtienen valores alrededor de los 20 , por lo

que se considera tambin este ltimo valor, con el fin de comparar qu sistema posee mspicos de sobretensiones.

3.6 CONSTRUCCIN DEL MODELO DE LNEA DE TRANSMISIN

El modelo de lnea de transmisin del tipo J. Mart fue creado utilizando la interface deATP, como se muestra en la figura 3.12.

Figura 3.12 Ingreso de Datos de la lnea de transmisin sin conductor de guarda.

Los parmetros que aparecen en esa interface significan lo siguiente:

38

Ph.no: Nmero de fases del conductor.Rin: Radio interno del conductor.Rout: Radio externo del conductor.Resis: Cuando no se incluye el efecto piel se debe colocar el valor de la resistencia AC, casocontrario se pondr la resistencia DC del conductor.Horiz: Distancia horizontal entre los centros de conductores o centros del haz.Vtower: Altura vertical del centro del conductor o del conjunto de conductores en haz medidadesde la torre hasta el suelo.Vmid: Altura vertical del centro del conductor o del conjunto de conductores en haz medidadesde el medio vano hasta el suelo.

Se construyeron dos tipos de torres, uno tomando en cuenta el conductor de guarda y otroen ausencia del mismo. En las figuras 3.12 y 3.13 se muestran los parmetros utilizados encada caso.

Figura 3.13 Ingreso de datos de la lnea de transmisin con conductor de guarda.

3.7 FUENTES DE TENSIN UTILIZADAS.

El tipo de fuente es de funcin sinusoidal con amplitud de 13,8 kV y frecuencias de 60 Hz.

39

3.8 DESCRIPCIN DEL CIRCUITO DE DISTRIBUCIN ESTUDIADO.

Para este estudio se utiliz una lnea del sistema de distribucin de El Viga, que se encuentraen la zona sur del estado Mrida. Esta lnea de distribucin es de 13,8 kV con una longitud de25,24 km como troncal, contando con 14 ramificaciones. Posee 41 transformadoresconectados directamente en el troncal.

Con respecto a los conductores, utiliza mayormente conductor 2/0 ACSR, aunque tambinutiliza los conductores 4/0 ARV, 1/0 ARV y 2/0 ARV en algunos ramales.

Como dato importante, esta lnea no posee conductor de guarda, por lo que se realizaronsimulaciones para observar si este conductor produce una mejora en el sistema.

Con respecto a los descargadores de sobretensin, el sistema utiliza descargadores deporcelana de xido de zinc.

En las figuras 3.14, 3.15 y 3.16 se muestran en forma simplificada el sistema de potenciasin descargadores de sobretensin, el sistema de potencia con descargadores de sobretensin yfinalmente el sistema de potencia con cable de guarda y descargadores de sobretensin. En elanexo D se muestra el plano real del circuito estudiado.

Figura 3.14 Sistema simplificado de distribucin.

39








39








40

Figura 3.15 Sistema simplificado de distribucin con descargadores de sobretensin y sinconductor de guarda.

Figura 3.16 Sistema simplificado de distribucin con descargadores de sobretensin y conconductor de guarda.

40



40



41

Para los primeros dos casos, sistema sin descargadores de sobretensin y sistema condescargadores de sobretensin, se les introdujo descargas tipo rayo en una de las fases,mientras que para el sistema con cable de guarda y descargadores de sobretensin, la descargase introdujo en el cable de guarda, por ser el punto mas alto del sistema que tiene la mayorprobabilidad de que los rayos caigan en ese conductor. Estas descargas se introdujeron endiferentes puntos del sistema para observar su comportamiento a lo largo de la lnea dedistribucin.

A continuacin se muestran los resultados obtenidos para cada uno de los casos nombradosanteriormente.

Descarga en la subestacin: El impulso tipo rayo se introdujo en la subestacin y se observel comportamiento en cada una de las fases representadas en las grficas de 3.2 a 3.4.

Grfica 3.2 Seales en la fase A cuando ocurre una descarga tipo rayo en la subestacin.

42

Grfica 3.3 Seales en la fase B cuando ocurre una descarga tipo rayo en la subestacin.

Grfica 3.4 Seales en la fase C cuando ocurre una descarga tipo rayo en la subestacin.

43

En las grficas se puede observar que el sistema sin descargadores de sobretensin presentapicos ms elevados y ms ruido, con respecto a los otros dos casos, por lo que se observa unaganancia notable al poseer descargadores de sobretensin y cable de guarda. Tambin, seobserva que el sistema con cable de guarda, aproximadamente, en 0,35 ms vuelve al sistema asu estado normal, mientras que sin stos tarda an ms para que el sistema vuelva a sucomportamiento normal. En el anexo E se puede tener una visin ms amplia de los casosmostrados anteriormente.

Descarga en el punto medio del sistema: Ahora, en las grficas de 3.5 a 3.7, se observa elcomportamiento cuando se produce una descarga en cualquier punto de la lnea, por ejemplo,aproximadamente en el medio de la lnea de distribucin.

Grfica 3.5 Seales en la fase A cuando ocurre una descarga tipo rayo en el medio de la lnea.

44

Grfica 3.6 Seales en la fase B cuando ocurre una descarga tipo rayo en el medio de la lnea.

Grfica 3.7 Seales en la fase C cuando ocurre una descarga tipo rayo en el medio de la lnea.

En este caso, se observa que los picos son menos elevados que cuando cae una descarga enla subestacin.

45

En los casos mostrados anteriormente se observa que el mejor comportamiento se logra alutilizar el conductor de guarda.

3.9 EFECTO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.

Existen mediciones de resistencias de puesta a tierra donde el valor promedio de la mismase encuentra alrededor de los 20 , tal como fue mencionado anteriormente. Por esta razn, serealiz una comparacin de las sobretensiones que presentara el sistema con una resistenciade puesta a tierra de 5 (caso anterior) y con una resistencia de 20 , al introducirle unadescarga atmosfrica. En las grficas 3.8 y 3.9 se presenta esta comparacin.

Grfica 3.8 Descarga en la fase A con una resistencia de puesta a tierra de 5 .

46

Grfica 3.9 Descarga en la fase A con una resistencia de puesta a tierra de 20 .

Como se puede observar, el pico de sobretensin ms elevado cuando se tiene unaresistencia de puesta a tierra de 5 es de 13,901 kV, mientras que cuando se tiene unaresistencia de puesta a tierra de 20 , el pico ms elevado de sobretensin es de 13,986 kV.Este resultado muestra que para valores de resistencias de puesta a tierra mayores, los picos desobretensin son ms elevados.

3.10 COORDINACIN DE AISLAMIENTO.

Al observar las grficas obtenidas en las simulaciones, se puede analizar si las sobretensionesproducidas por descargas atmosfricas pudieran afectar el aislamiento del descargador desobretensin y al aislamiento del transformador de potencia. Para ello, es necesario conocer elnivel bsico de aislamiento ante el impulso de rayo (BIL) de estos equipos, este nivel deldescargador de sobretensin debe ser menor al nivel de aislamiento del transformador, lo queconlleva a que si ocurre una descarga atmosfrica, la misma sea detectada primero por eldescargador. En caso de que la descarga produzca daos, se espera que se afecte en primer

47

lugar el descargador de sobretensin antes que al transformador de potencia, que es un equipode gran importancia y de mayor costo.

En este estudio, los equipos que se encuentran instalados en la lnea de distribucin,especficamente el descargador de sobretensin y el transformador de potencia poseen comovalor de BIL 95 kV, ambos equipos, lo que trae como consecuencia que no se est protegiendoal transformador de una manera eficiente, por las razones descritas anteriormente. Por estemotivo, se recomienda aumentar el nivel de aislamiento del transformador de potencia paraque se cumpla lo propuesto en las bases tericas.

Al observar las grficas de las sobretensiones, en ninguno de los casos las sobretensionessuperan los 95 kV (BIL), por lo que se concluye que los descargadores de sobretensin sipueden soportar descargas de esta magnitud sin que ellos sufran daos.

49

CAPTULO IVESTIMACIN DE LAS TASAS DE SALIDA DE

LA LNEA

En los sistemas de potencia suelen ocurrir inconvenientes que pueden causar la salida dealgunas lneas, debido a que las fallas no se logran despejar en el tiempo esperado, osimplemente, porque dichas fallas son de una magnitud tal que se produce la salida inmediatadel sistema. Estas salidas se realizan con el fin de evitar que la falla pueda ocasionar daosrelevantes al resto del sistema, inclusive, daos a equipos de gran envergadura.

En este estudio, particularmente se estima el nmero de salidas que puede tener el sistemade distribucin, bsicamente por dos causas: por descargas directas a los conductores y porsobretensiones inducidas.

Por otro lado, las normas ANSI y la CIE, indican que las tasas de salidas deben encontrarseen un rango de 3-7 salidas por cada 100 km al ao. En el caso de que las tasas de salidasuperen el valor superior de ese rango, es recomendable buscar soluciones para garantizar unbuen servicio. Una de las soluciones ms comunes es que el sistema de potencia poseadescargadores de sobretensin y cables de guarda, con la finalidad de que las sobretensionesdel sistema las lleven a tierra y proteger an ms las lneas del sistema interconectado depotencia.

La lnea de distribucin estudiada no posee conductor de guarda, por lo que se realiz una

49

estimacin de la tasa de salida que posee actualmente esta lnea y una estimacin de la tasa desalida si se le aadiera al sistema el conductor de guarda.

4.1 TASA DE SALIDA DE LA LNEA DE DISTRIBUCIN.

Para obtener la tasa total de salida de la lnea, se debe calcular la tasa de salida por descargasdirectas a los conductores y la tasa de salida por sobretensiones inducidas. Finalmente, el valortotal de la tasa de salida es la suma de estas dos tasas mencionadas.

4.1.1 Tasa de salida por descargas directas a los conductores.

Para este clculo se requiere conocer el nmero de tormentas al ao que ocurren en la zona deinters, esta informacin es obtenida a travs de los mapas isocerunicos de Venezuela. Elmapa isocerunico se muestra en la figura 4.1, el cual aporta informacin del ao 2002.

Figura 4.1 Mapa Isocerunico de Venezuela.[Martnez y Otros, 2003]

50

En este mapa se puede observar que el nmero de tormentas que ocurren en el estadoMrida es aproximadamente de 70 das de tormentas al ao. A partir de este valor, se procedia realizar un conjunto de clculos para obtener la tasa de salida por causa de descargas directasa los conductores. Este procedimiento es desarrollado a continuacin:

a) Estimacin del nmero de descargas de rayos en el rea.

Para estimar el nmero de descargas de rayos en el rea es necesario conocer el nivelisocerunico de la regin, tal como se mencion anteriormente. La ecuacin 4.1 permiteobtener este valor [Zapata, 2008].

= 0,04 , (4.1)donde:

N: nmero total de rayos a tierra (descargas/ ).T: nivel cerunico o isocerunico de la regin (das de tormenta al ao).

Al utilizarse el valor de 70 das de tormentas al ao, la estimacin del nmero de descargas derayos en el rea es de [Lpez, 2000]:

= 8,099 / Es importante sealar que este valor es un dato aproximado, ya que el nmero de tormentas

puede variar de un ao a otro.

b) Estimacin del nmero de descargas que llegan a la lnea.

Este clculo se basa en el conocimiento del rea de atraccin de descargas atmosfricas porparte de la lnea y de la densidad de descargas a nivel de tierra (N), para la zona en donde se

51

encuentre ubicada. Este nmero se puede calcular mediante la expresin 4.2 [Zapata, 2000].

= (4.2)con:

: Nmero de descargas sobre la lnea al ao (descargas/ao).W: ventana de atraccin transversal de los conductores en metros.L: longitud de la lnea en kilmetros.

La ventana de atraccin transversal se puede definir como una zona de influencia sobre lacual podra terminar la descarga en la lnea, fuera de sta zona la descarga terminara en elterreno. Para conocer el valor de esta ventana de atraccin existen dos modelos para suclculo: El modelo geomtrico y el modelo electrogeomtrico. En este clculo se utiliz elmodelo geomtrico, el cual se expresa en funcin de la separacin mxima entre conductores yla altura de los mismos; y es utilizado tanto en lneas con cable de guarda como en lneas quecarecen del mismo. La expresin 4.3 permite realizar este clculo [Bande, 2008].

= + 28 , (4.3)donde:b: Distancia de separacin entre cables de guarda (m).hp: promedio de altura de los conductores de guarda (m).

En caso de ausencia de conductor de guarda, se toma la altura de los conductores de fasecomo valor de hp, y como valor de b se toma la distancia de separacin entre las fases msalejadas, de manera de abarcar todo el ancho de la lnea. En la figura 4.2 se pueden apreciargrficamente estas dos variables.

52

Figura 4.2 Ventana de atraccin transversal de conductores de fase.

En la lnea de distribucin en estudio se trabaj con los siguientes valores:

b = 2,24 m.hp = 11,28 m.

De esta manera result que la ventana de atraccin transversal fue de:

W = 122,06 m.

Con respecto al valor de L, se tom 25,24 km, el cual es la longitud del troncal principal dela lnea de distribucin en estudio.

Finalmente, con los datos obtenidos se encontr que el nmero de descargas que llegan a lalnea es de aproximadamente:

= 24,9521 (descargas/ao)

Si se desea estimar el nmero de descargas que llegan a la lnea ( ), para una lnea de 100km, se utiliza la expresin 4.4.

W

b

hp

53

= ( + 28 . ) (4.4)c) Clculo de la probabilidad de que el rayo exceda cierto valor de corriente (kA).

A partir de estudios realizados por Anderson, el clculo de probabilidad de que el rayoexceda cierto valor de corriente viene dado por la expresin 4.5 [Villa, 2009].

( ) = , (4.5)donde:P(I): probabilidad de exceder la corriente (kA).I: magnitud de la corriente de descarga.

El comportamiento de la probabilidad con respecto a la corriente de descarga se muestra enla grfica 4.1.

Grfica 4.1 Probabilidad en funcin de la corriente del rayo.[Bande, 2008]

54

Se observa en la grfica 4.1 que para corrientes de rayo de menor magnitud, la probabilidadde que el rayo exceda este valor de corriente es mayor, mientras que para un rayo de unamagnitud de corriente bastante elevada, la probabilidad es menor.

Para determinar la tasa de salida por descargas directas, es necesario conocer la corrientemnima de ruptura del aislamiento y la probabilidad de exceder dicha corriente.

d) Clculo de la corriente mnima de ruptura.

La corriente mnima de ruptura de aislamiento en las lneas por descargas directas sobre lasmismas, puede ser calculada con la ecuacin 4.6 [Lpez, 2000].

= (4.6)donde:CFO: Voltaje crtico disruptivo (kV).

: Impedancia de onda del conductor de fase.

El valor del voltaje crtico disruptivo para lneas de distribucin con un aislamiento tipoPIN de 13,8 kV, es de 150 kV (valor usado comnmente). Este voltaje crtico disruptivodepende del tipo de aislador, bien sea si es de tipo cadena o tipo PIN.

Para obtener el valor de se utiliz la expresin 4.7.

= 60 (4.7)donde:h: altura promedio del conductor (m).

55

a: radio del conductor (m).: Radio por efecto corona del conductor para un gradiente de 1500 kV/m.

Para el clculo de se utiliza la ecuacin 4.8.

= (4.8)donde:

V: tensin a la que se ve sometido el conductor para producir ruptura ( ).: Gradiente de tensin para efecto corona (1500 kV/m).De esta manera, los datos necesarios para conocer el valor de la impedancia de onda del

conductor de fase, se ilustran a continuacin:

= 178 kV=17,46 mm

a=0,00189 mh=11,28 m

Con estos parmetros, el valor de la imped

Trabajo de Grado comportamiento de descargadres

Documents

Transcript of Trabajo de Grado comportamiento de descargadres