1. ALTA TENSION
Resumen de la Unidad 3 realizado por:
Ing. MSc. Jhirazú Sánchez Cohén
SOBRETENSIONES EXTERNAS O ATMOSFERICA
Tienen su origen en descargas atmosféricas, y una velocidad de propagación
próxima a la velocidad de la luz ( 300000 Km / s ). Normalmente las descargas se
manifiestan en forma de ondas de frente escarpado, alcanzando su valor medio en el
corto espacio de tiempo de 1m s (micro segundo) y disminuyendo el valor a cero en
unos 100 m s.
Las sobretensiones de origen externo pueden ser de varios tipos, por :
- Descarga directa sobre la línea ; son las más importantes.
- Descargas entre nubes próximas a líneas ( descarga inductiva ).
- Descarga entre líneas y tierra ( descarga indirecta).
- El efecto pantalla de las edificaciones ( descarga reflejada ).
DEFINICION DE SOBRETENSION
Son efectos accidentales que ocurren en los cableados eléctricos de forma diferente
atendiendo a la localización, tiempo y forma de onda, origen y característica de la
línea.
DEFINICION SOBRETENSIONES EXTERNAS O ATMOSFERICAS
Son una de las principales causas de fallas y averías en redes de transporte y
distribución de energía eléctrica, se origina debido a la incidencia directa de los rayos
en las líneas de transmisión o de manera inducida, a su vez estas generan ondas
viajeras con magnitud superior a la que la línea soporto antes los impulsos de un
rayo generando fallas que interrumpen la continuidad del servicio.
DESCARGA ATMOSFERICA
Son fenómenos meteorológicos, los cuales poseen cargas positivas y cargas negativas
distribuidas en las nubes de forma no homogénea y al crear un gradiente de voltaje,
ionizando el medio origina un intercambio de elementos produciendo una descarga
con gran magnitud de voltaje, esta descarga se precipitan en la corteza terrestre a
través de la ionización del medio debido al campo eléctrico provocado.
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Una descarga atmosférica, o rayo como se conoce coloquialmente, es una descarga
eléctrica que se produce entre nube y tierra (o viceversa), entre nubes o dentro de
una misma nube. Ésta se encuentra acompañada de un destello luminoso, conocido
como relámpago, y una onda de sonido muy fuerte, el trueno.
TIPOS DE DESCARGA ATMOSFERICAS
Descarga directa sobre la línea (Descarga directa)
Descargas entre nubes próximas a líneas (descarga inductiva)
Descarga entre líneas y tierra (descarga indirecta).
SOBRETENSIONES INDUCIDAS EN CONDUCTORES DE FASE Y GUARDA.
Las sobretensiones inducidas en conductores debidos a un impacto directo o remoto
dependen básicamente de la velocidad del incremento de la corriente y de la
inductancia que presente los bucles de los conductores.
Una descarga atmosférica, tienes 3 formas de influir sobre una línea eléctrica:
1. Que la descarga impacte directamente sobre un conductor de fase. En este caso,
cuando se trata de sistemas con aislamientos en el orden de 100 – 200KV, se
considera que este tipo de impacto en el 100% de los casos ocasionan ruptura dela
rigidez dieléctrica del aislamiento y por lo tanto una falla.
2. Que la descarga incida en el conductor de guarda. En este caso, la posibilidad de falla
depende directamente de factores como la magnitud de la descarga y la resistencia de
puesta a tierra de la línea en las estructuras próximas a la incidencia de la descarga.
3. Que la descarga puede incidir directamente a tierra en la cercanía de una línea
eléctrica aérea entre 2 y 3 kilómetros. En este caso, al incidir la descarga a tierra esta
produce variaciones en el campo electromagnético próximos a la línea, produciendo
tensiones transitorias rápidas inducidas en los conductores aéreos, de magnitudes
considerables que de alcanzar los niveles de aislamiento del sistema, pueden
producir fallas en estos.
TEORIA DE LA FORMACION DEL RAYO
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Teoría de Simpson: esta teoría se baso en la desintegración de las gotas de lluvia por
acción de la corriente de agua, explicó que: cuando se desintegran las gotas de lluvia
por la acción de una fuerte corriente de aire, las partículas así formadas denotan una
carga positiva, y el aire, a su vez acusa la presencia de una gran cantidad de cargas
negativas de muy poca masa, y por consiguiente gran movilidad. Fue de fácil
observación práctica.
Teoría de Wilson: esta teoría se baso en el intercambio de cargas entre las gotas,
explico que: en la gota que cae se separan las cargas eléctricas por la acción del
campo eléctrico de por si existente.
Teoría de Schonland, Gunn, Workman y REynolds: todos estudiaron en base a la
formación de las nubes de descarga y la tormenta.
Teoría de Elster y Geitel: esta teoría se baso en la influencia eléctrica, explicando la
influencia del campo eléctrico en la formación de las gotas, asumiendo que las nubes
están cargadas de gotas grandes y pequeñas, las gotas grandes se precipitan donde
predominan cargas negativas y las pequeñas son llevadas por el viento hacia arriba
donde predomina las cargas positivas; el roce entre una gota grande y otro pequeña
trae consecuencia un intercambio de cargas.
PRINCIPIO DE APANTALLAMIENTO EN LAS LINEAS DE TRASMISION
Los mástiles y Los cables protectoresbasan su operación en el principio del
apantallamiento, en donde El principio fundamental de la protección contra
descargas atmosféricas, es proporcionar unos medios por los cuales las descargas
eléctricas puedan entrar o dejar la tierra sin daños resultantes o pérdidas por causa
de la incidencia de los rayos. Se debe ofrecer una trayectoria de baja impedancia que
será preferida por la corriente de descarga en el lugar de la trayectoria de alta
impedancia ofrecida por los materiales de las edificaciones tales como madera,
ladrillos, baldosas, piedra o concreto.Cuando una descarga sigue las trayectorias de
altas impedancias, se puede causar daño por el calor o los esfuerzos mecánicos
generados durante el paso de la descarga.Además de captar las descargas
atmosféricas directas, el sistema de apantallamiento debe garantizar la
equipotencialidad de la estructura o edificación protegida, evitando que se genere
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diferencias de potencial elevadas que tengan como consecuencia el salto de chispas o
arcos eléctricos.
Los rayos tienden a buscar el punto más alto para descargarse, con la finalidad de
atraer los rayos y logrando disminuir la incidencia sobre las líneas de transmisión,
mediante la utilización de un cable de guarda u otro mecanismo que permita
proteger el sistema de transmisión de las descargas atmosféricas se conoce como
principio de apantallamiento. Algunos métodos son el electrogeometrico con
pantallamiento el cual se basa en la posición del cable de guarda, de la tierra y del
cable de fase; considerando el ángulo 30° como ángulo estándar para el hilo de
guarda y el de recubrimiento de los conductores.
CUADRO COMPARATIVO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS DESCARGAS
ATMOSFERICAS EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION Y SISTEMAS DE
TRANSMISION
Elevada
S. DISTRIBUCION S. TRANSMISION
DESCARGA ELECTRICA Menos alta, mas criticas Muy altas, menos criticas,
EQUIPOS DE Cable de guarda, Cables de guarda, Los
mástiles y Los cables
PROTECCION Pararrayo y descargadores protectores
NIVEL DE Bajo nivel de aislamiento Alto nivel de aislamiento
AISLAMIENTO
DESCARGAS DIRECTAS El flameo entre Produce flameo entre los
conductores es más conductores provocando
intenso por el factor de falla generalmente
acople inductivo. monofásica.
DESCARGAS Se presentan poco común Se presentan comúnmente
INDIRECTAS O en las líneas en las líneas
INDUCIDAS
Términos Básicos:
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APANTALLAMIENTO: Permite garantizar condiciones de seguridad en las edificaciones
ante una descarga atmosférica directa o indirecta.
ANGULO DE APANTALLAMIENTO: es el ángulo entre la línea vertical a través del
cable de guarda o línea de tierra en la parte superior y las fases conductoras que
pasan por debajo de ellas.
DESCARGA ELECTRICA: acción y efecto de un choque cerrado de electrones.
CABLE DE GUARDA: conductor de protección contra sobretensiones internes o
externas.
FLAMEO: inestabilidad aerostática por la cual una estructura al vibrar absorbe
energía del fluido circundante de tal forma que es incapaz de disipar en un ciclo de
vibración toda la energía que absorbe.
BIL: Corresponde al nivel básico del aislamiento
Nimbus: se define como lluvia.
NIVEL ISOCERAUNICO: se conoce como el número de tormentas eléctricas que se
producen durante un año.
RAYO: es una poderosa descarga electrostática natural, producida durante una
tormenta eléctrica; generando un "pulso electromagnético". La descarga eléctrica
precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago), causada
por el paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y por el sonido del
trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente eléctrica) que
pasa a través de la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el
ruido característico del rayo; es decir, el trueno.
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REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
MARTINEZ, M (2000). Influencia de Sobretensiones Inducidas por Descargas
Atmosféricas. Universidad Simón Bolívar. Caracas, Venezuela.
ALMIRALL, J. Temas de Ingeniería Eléctrica.
SIEGERT, L (1990). Alta Tensión y Sistemas de Transmisión. Editorial Limusa, SA.
WIKIPEDIA. (2011). Rayo. Consultado el 20 de febrero del 2011, Pagina Web:
http://es.wikipedia.org/wiki/Rayo.
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