Análisis de transitorios .pptx

ANALISIS TRANSITORIO DEBIDO A
DESCARGAS ATMOSFERICAS
GRUPO N°9

Integrantes
✔ Ledesma Casas, Bryan Ledesma
✔ Paucar Ypanaque, Luis Alberto

Datos Generales
• Sistema: frecuencia:60 Hz, Tensión Nominal: 400kV
• Linea: vano: 400 m, configuración del conductor: 2
conductores por fase, resistividad del terreno:
200Ω-m

Consideraciones Generales
• Teniendo en cuenta el rango de frecuencias de los fenómenos transitorios ocasionados
por caída de rayos, se selecciona una frecuencia de 400 kHz para el cálculo de los
parámetros de la línea.
• Debido a que los fenómenos transitorios son más significativos alrededor del punto de
impacto del rayo, solamente se modelan tres vanos usando modelos de parámetros
distribuidos. Adicionalmente, se incluye en los extremos secciones de línea de 3km, a fin
de evitar reflexiones no deseadas.
• Se omite la tensión de alimentación a frecuencia industrial a fin de analizar solamente el
efecto de las sobretensiones ocasionadas por la caída de un rayo en la línea
• Los aisladores son modelados como circuitos abiertos a fin de observar la evolución de
la tensión del aislador.
• Modelo del rayo: Se usa la fuente de corriente SlopeRamp type 13 con tf =4.5𝜇𝑠, y th = 50
𝜇𝑠. Para todas las preguntas se considera una corriente pico del rayo igual a 196 kA.
• Realizar las simulaciones para los primeros 25 𝝁s

Pregunta 1
Datos de entrada
✔Modelo geometrico conico de la torre de transmision
✔Resistencia de baja frecuencia constante de 10 Ω en el pie de cada torre de transmisión

Pregunta 1
Paso 1:
Paso 2:
-Diseño de las líneas
-Diseño de las torres
Paso 3: -Diseño de la puesta a tierra
Paso 4: -Diseño del rayo

Pregunta 1
Resultados(1.1, modelo Bergeron)
Color Tension
Azul Tope de la torre
Rojo Base de la torre
Verde Torre-Línea A (donde iría el
aislador a)
Rosado Torre-Línea B (donde iría el
aislador b)
Negro Torre-Línea C (donde iría el
aislador c)
• Torre 1

Color Tensión
aislador a)
aislador b)
aislador c)
• Torre 2

Color Tensión
aislador a)
aislador b)
aislador c)
• Torre 3

Tabla de resultados
Tensiones originadas por la descarga atmosférica (kV)
Torre Tope Torre-A Torre-B Torre-C Base
1 2162 1670 1501 1670 1858
2 198 211 189 211 195
3 54 123 109 123 28

Resultados(1.2, modelo JMarti)
Color Tension
aislador a)
aislador b)
aislador c)
• Torre 1

Tabla de resultados
1 2141 1779 1596 1779 1850
2 286 229 208 229 280
3 58 63 57 63 37

Discusion de resultados (1.3)
• Para el cálculo del BIL, nos basaremos en la norma IEC 60071-1, en el que se muestra la siguiente
tabla:
En el que observamos que los valores picos obtenidos
en nuestra simulación superan estos valores
estandarizados encontrados en la norma.
Por lo tanto, podemos deducir que, si colocáramos, un
aislador cuyos valores BIL son los establecidos en
norma es muy probable que se produzca el efecto de
contorneo inverso. Una de las posibles soluciones
seria migrar a una tensión más alta la cual me llevaría
a tener valores más altos de BIL, pero el hecho de
equipamiento más alto en tensión implica más costo,
en ese caso se puede optar por un pararrayos la cual
mitigue cierta parte de la sobretensión, y de esa forma
no se migre a la siguiente tensión.

 De las tablas presentadas, verificamos como los valores son cercanos tanto para la torre 1 y para la torre 2, esto
bajo ambos modelos de Bergeron y JMarti, esto también se da por lo comprobado líneas arribas cuando usamos
el módulo verify y lo comparamos con el modelo equivalente exacto pi de la línea. El análisis de los valores de la
torre 3, estarán líneas abajo.
 De las tablas obtenidas observamos como es que a medida que avanza la onda desplazándose hacia las torres
posteriores de la torre en donde cae el rayo, los valores obtenidos se van atenuando, es decir, esto se da por que el
efecto del impacto del rayo disminuye a medida que se desplaza. Esto se sabe que es correcto por teoría, y ahora
se comprueba de forma simulada.
 También de las tablas de resultados, podemos observar como para la torre 3, existe mucha diferencia entre los
valores picos, esto es básicamente porque se asume un tiempo de simulación de 25 µs, lo cual nos lleva a suponer
que la gráfica para el modelo JMarti alcanzara un su valor pico máximo en un instante de tiempo posterior a 25
µs y que sería cercano a los valores picos obtenidos del modelo Bergeron. Entonces nos podríamos preguntar, si
¿es correcto analizar solo los 25 µs?, y pues la respuesta es que si, ya que como se observo es muy probable que
se efectué el contorneo inverso dentro de este rango de tiempo, por lo tanto, analizar la señal más allá de los 25
µs no tendría sentido, pues, si estuviera el aislador colocado en nuestro sistema este se abriría, generando así que
la línea sea sacada de funcionamiento.

 Estos efectos de tensión sobre las líneas, sobre la torre; y las gráficas obtenidas en este trabajo, se dan únicamente
por efecto del impacto del rayo, es decir estas tensiones que se producen en las líneas del sistema son creadas
cuando existe el impacto del rayo, antes del impacto no se existirá ninguna tensión en las líneas y esto
básicamente porque no existe alimentación, del sistema, esto se ve evidenciado a continuación mediante la
siguiente gráfica:
y si analizamos la corriente de las líneas esta siempre será cero, pues el sistema está abierto por el lado de las líneas.
Lo mencionado acá, se realiza para entender que estos valores de tensión son los que se añadirán a el sistema cuando
esté conectado a una alimentación, es decir, este informe esta realizado basándose únicamente en el efecto del impacto
del rayo. Y para cuando se conecte los generadores estos valores se sumarán a la tensión de funcionamiento, para un
Angulo de fase de la tensión de línea alimentada por el generador, que está entre (0 y 360°).

Pregunta 2
Datos de entrada
✔Se considera el modelo de JMarti de la línea de transmisión
✔Resistencia de baja frecuencia constante de 10 Ω en el pie de cada torre de transmisión

Pregunta 2
Paso 1:
Paso 2:
-Modelamiento Geométrico Cónico de las torres
Paso 3: -Medición de las tensiones pedidas
-Modelamiento Geométrico Waist de las torres

Pregunta 2
Resultados(2.1, modelo Conico)
Nota: Estos resultados son los mismos que los obtenidos en los ppts 10-13 en el que
justamente se hablan del mismo modelamiento

Resultados(2.2, modelo waist)
Color Tension
aislador a)
aislador b)
aislador c)
• Torre 1

Tabla de resultados
1 2033 1668 1512 1668 1856
2 284 228 207 228 281
3 51 49 47 49 49

Discusion de resultados (2.3)
Para concluir mejor estos resultados, añadiremos dos valores más, los cuales serán para un Zc=200 y un Zc=75, es
decir un valor mayor y un valor menor a las impedancias de este trabajo (los cuales son: Cónico, Zc=151.152 y waist,
Zc=100.375)
Zc Torre-A (aislador a,
kV)
Torre-B (aislador b,
kV)
Torre-C (aislador c,
kV)
75 1634 1466 1634
100.375 1668 1512 1668
151.152 1779 1596 1779
200 1870 1682 1870

Y las graficas de esta tabla son:
 Tensiones de disrupción para los aisladores a y c
Color Zc
Verde 200
Azul 151.152
Negro 100.375
Rojo 75

 Tensiones de disrupcion para el aisladore aislador b
Color Zc
Verde 200
Azul 151.152
Negro 100.375
Rojo 75

 Entonces bajo este modelamiento de torre mediante una impedancia característica (fraccionada en tres
impedancias en series para una mejor representación de la torre), y además despreciando el cambio en la
velocidad de propagación de la onda(es decir, para todos los casos asumimos como velocidad la de la luz ),
podemos observar como a medida que aumenta el Zc, las tensiones de disrupción, es decir la de los
aisladores aumentan, esto también ocurre con las tensiones de los topes de las torres y la tensión de la base
de la torre. De igual forma se puede hacer el análisis para las otras torres que componen el sistema.
También podemos mencionar que estas variaciones existentes se ven mas afectadas conforme aumenta la
altura de la torre, en nuestro caso la altura es de 31.25m, pero conforme aumenta este valor, las variaciones
de las tensiones de disrupción tendrán se verán aumentadas

Pregunta 3
Datos de entrada
✔Puesta a tierra:
* Varilla de 9 metros con disposición horizontal
* Diámetro de la varilla: 20 mm
* Resistividad del terreno: 200 Ω-m
* Tensión de ionización del terreno: 400 kV/m
✔Se considera el modelo de JMarti de la línea de transmisión
✔Se asume el modelo geométrico cónico de la torre de transmisión
✔Se considera que el valor de la resistencia de impulso 𝑹𝐢𝐦𝐩 en la torre impactada
es causada por un corriente igual al 60% de la corriente pico del rayo.

Pregunta 3
Paso 1: Calculamos el valor de la resistencia de la puesta a tierra en baja frecuencia 𝑅0 y la
modelamos en el ATPDraw
Paso 2:
Paso 3:
Análisis de la tensión transitorias en ATPDraw considerando la resistencia de la puesta
a tierra en baja frecuencia 𝑅0.
Calculamos el valor de la corriente crítica de Ionización Ig
Paso 4: Calculamos el valor de la resistencia de impulso de la puesta a tierra 𝑅imp y la
modelamos en el ATP
Paso 5: Análisis de la tensión transitorias en ATPDraw considerando la resistencia de impulso
de la puesta a tierra 𝑅imp

Pregunta 3
Análisis de la tensión transitorias considerando la resistencia de la puesta a
tierra en baja frecuencia 𝑹𝟎.
Valores pico de las Tensiones transitorias de cada torre
Torre Tope A B C Base
1 4656 3870 3471 3870 4560
2 1006 866 815 866 1005
3 621 622 591 622 621

Tensión transitorias en la torre 1
Color Tensión
Verde Torre-Línea A (donde iría el aislador
a)
Rosado Torre-Línea B (donde iría el aislador
b)
Marró
n
Torre-Línea C (donde iría el aislador
c)

Color Tensión
a)
b)
Marró
n
c)

Pregunta 3
Análisis de la tensión transitorias considerando la resistencia de impulso
de la puesta a tierra 𝑅imp.
Valores pico de las Tensiones transitorias de cada torre
1 1145 935 841 935 4715
2 327 277 257 277 324
3 135 133 129 133 131

Tabla de tensiones transitorias considerando la la resistencia de la puesta a tierra en baja frecuencia 𝑹𝟎.
Tabla de tensiones transitorias considerando la resistencia de impulso de la puesta a tierra 𝑹imp.
1 4656 3870 3471 3870 4560
2 1006 866 815 866 1005
3 621 622 591 622 621
1 1145 935 841 935 4715
2 327 277 257 277 324
3 135 133 129 133 131

3.3 Discusion de Resultados
● Como bien sabemos la puesta tierra está conformada por los elementos metálicos metidos en el terreno y
el terreno mismo. Cuando hay una corriente muy elevada de alta frecuencia (generalmente debido a
descargas atmosféricas) metiéndose dentro del terreno a través de los elementos metálicos, este terreno
empieza a ionizarse y el conjunto de la puesta tierra empieza a tener un valor de resistencia de
comportamiento transitorio.
● Entonces la resistencia de la puesta a tierra tendrá dos comportamientos, será un valor fijo para corrientes de bajas
frecuencias, y tendrá un comportamiento transitorio para altas frecuencias.
● La razón por la cual en las dos tablas obtenidas anteriormente, considerando resistencia 𝑹𝟎 y la otra considerando
resistencia de impulso 𝑹imp, tienen valores distintos; es porque al simular con la resistencia de impulso 𝑹imp estamos
considerando que las corrientes a altas frecuencias están ionizando el terreno, y así disminuirá el valor de la resistencia de
la puesta a tierra en corto periodo de tiempo, mejorando así la puesta a tierra, entonces las ondas viajeras de tensión y
corriente del tipo rayo que circulen, se disiparan bien por la puesta a tierra. Lo contrario sucede para la simulación
utilizando 𝑹𝟎 , ya que, al ser un valor alto, las ondas viajeras de corriente se reflejarán; y las tensiones se concentrarán en
la torre, y eso puede ocasionar los flameos inversos en los aisladores.

Conclusiones
• De la pregunta 1, observamos como los resultados tanto para el modelo Bergeron, como para el modelo
Jmarti, brindan valores parecidos con respecto a la sobretensión, y esto básicamente porque ambos
modelos se asemejan al modelado pi exacto, para la frecuencia de análisis, que en nuestro caso seria de
400kHz
• También se observo que debido a que si se podría dar el efecto de contorneo inverso, lo cual nos lleva a
la conclusión de que se deben de diseñar pararayos al sistema para disminuir la sobretensión que
llegara a los aisladores, y de esa forma proteger al sistema.
• De la pregunta 2, vimos que, para el modelo de este trabajo, a medida que aumenta el Zc las tensiones
que llegarían a los aisladores aumenta, esta característica se observo cuando se analizaron los 4 Zc.
• Observamos como con un modelamiento de puesta a tierra en el que se considere la corriente de
ionización se puede analizar la resistencia de impulso y con ello verificar como, cuando esta toma
valores mas pequeños va mejorando la eficiencia de la puesta a tierra y logrando que gran parte de las
ondas viajeras se dispersen en la puesta a tierra, y evitar que las sobretensiones se concentren en las
crucetas de la torre y con ello evitar el contorneo inverso

Trabajos futuros
• Realizar el modelamiento de los pararrayos, y analizar su comportamiento con la ocurrencia de
sobrevoltajes de frente rapido.
• Presentar un estudio de coordinacion de aislamiento analizando el Sistema presentado en trabajo, para
que de esta forma podamos conocer por ejemplo los valores como el BIL a considerar realmente en este
Sistema.
• Realizar un modelamiento de las torres considerando distintos valores de rayos, y ademas teniendo en
cuenta la correccion que se realiza con respecto a la velocidad de la onda
• Diseño de una puesta a tierra considerando los valores de la impedancia transitoria con respecto a la
impedancia de la torre

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