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SOBRET
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República Bolivariana de VenezuelaInstituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”Extensión Maturín
Transmisiones de Energía Eléctricas II
Sobretensiones y Descargas Atmosféricas en Líneas de Transmisión de Energía Eléctrica
Profesor:José Salazar.
Alumnos:Figuera Johan.C.I: 15.034.985
Maturín, Agosto 2011
SOBRETENSIONES
Las sobretensiones son cualquier valor de tensión entre fase y tierra, cuyo
valor pico, es mayor que la tensión máxima del sistema.
La tensión en el sistema eléctrico de potencia es variable, dependiendo de
las condiciones del sistema, etas variaciones están limitadas por las
características de los equipos, tensión nominal, tensión máxima.
− Tensión nominal: es el valor de la tensión para el cual se proyecto el
sistema, se fabrico y probaron equipos. Ejemplo: en Venezuela el sistema de
proyecto para los siguientes voltajes nominales: 115, 230, 400 y 765 KV.
− Tensión máxima: comprende un aumento de 5 % a 10 % por encima de la
tensión nominal del sistema. Ejemplo: en Venezuela las máximas tensiones de
operación son respectivamente: 115/123, 230/242, 400/440 y 765/800 KV.
SOBRETENSIONES DE ORIGEN INTERNO
Las sobretensiones internas se forman como consecuencia de las
oscilaciones entre las energías de los campos magnético y eléctrico producidas
por un arco intermitente, es decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna
por cero, pero se vuelven a encender cuando la sinusoide de la tensión toma
mayores valores. Son las producidas al variar las propias condiciones de servicio
de la instalación. Estos no se producen solamente por arqueo de aisladores sino
también en los interruptores cuando desconectan altas intensidades.
Estas sobretensiones están provocadas por fenómenos dependientes de
los elementos de la instalación. Están producidas por modificaciones de estado en
las redes, que pueden resultar de la presencia de defectos o de maniobras de
acoplamiento. Las sobretensiones de origen interno pueden clasificarse en dos
grandes grupos, que estudiaremos separadamente:
a) Sobretensiones de Maniobra: que designan los fenómenos transitorios que
acompañan a los bruscos cambios de estado de una red, por ejemplo,
maniobras de disyuntores, descargas a tierra, etc.
b) Sobretensiones de Servicio: También se producen sobretensiones cuando
se modifica el régimen permanente de una red por causas tales como
variaciones repentinas de la tensión, descargas atmosféricas, cortocircuitos,
derivaciones a tierra, etc.
SOBRETENSIONES DE ORIGEN EXTERNO
Las sobretensiones de origen externo, como las que penetran en líneas
aéreas desde la atmósfera a consecuencia de golpes de rayo o de influencia
electroestática. Las sobretensiones producidas por golpes de rayo directos son las
más peligrosas por ser mucho más altas que las internas y las debidas a influencia
electroestática de las nubes. Se incluyen en este grupo, las sobretensiones que
tienen una procedencia exterior a la instalación y en los que, por lo tanto sus
amplitudes no están en relación directa con la tensión de servicio de la instalación
afectada. Comprenden, sobre todo, las sobretensiones de origen atmosférico,
tales como rayos, cargas estáticas de las líneas, etc.
Los fenómenos más importantes que cabe considerar como productores de
sobretensiones son los siguientes:
− Inducción electrostática
− Carga progresiva de los conductores por rozamiento del aire circundante
− Carga producida por cortar diferentes superficies de nivel eléctrico
− Descargas directas (rayos)
− Inducción producida por descargas atmosféricas cercanas.
CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES
1. Impacto Directo
Si el rayo alcanza directamente el edificio, todos los elementos conductores
se encuentran en cuestión de microsegundos sometidos a un potencial muy
elevado. Una corriente igualatoria altamente destructiva fluye desde las
partes conectadas a tierra de los equipos hasta el sistema de alimentación
de la red de datos o de bajo voltaje. Al mismo tiempo, pueden inducirse
altos voltajes en los bucles de conductores incluso no conectados a la
conexión equipotencial.
2. Impacto Lejano
Incluso si el propio edificio no ha sido alcanzado, existe el efecto del rayo
que, con sus ondas transitorias y sus amplitudes de alto voltaje, se
propagan a lo largo de la línea de alimentación casi con la velocidad de la
luz, poniendo en peligro cualquier sistema electrónico. Puede ocurrir que
incluso antes de que se oiga el trueno ya pueden estar dañados los
sistemas de procesos de datos, los ordenadores, sistemas de medición,
control y regulación, los televisores, cadenas HIFI, etc.
3. Rayos Entre Nubes
Si se ha alegrado de ver que el rayo no alcanzaba la tierra sino que
rebotaba de nube a nube se ha alegrado demasiado pronto porque los
rayos de nube a nube descargan sobre la tierra cargas de reflexión y
generan a la velocidad de la luz unas ondas transitorias sobre las redes
eléctricas y las líneas de datos, siendo el resultado el mismo del apartado
anterior.
4. Operaciones de Conmutación
Cuando una instalación se avería sin que la haya alcanzado ningún rayo,
puede haber sido por otra causa. Operaciones de encendido y apagado de
la compañía eléctrica suministradora, conmutación de cargas inductivas o
capacitivas, así como contactos a tierra accidentales o cortocircuitos en la
red de alimentación eléctrica pueden generar picos de corriente.
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (RAYO).
Se denomina descarga directa o rayo a la que se produce en caso de
tormenta entre nube y nube o entre nube y tierra. Está caracterizada por las
enormes tensiones puestas en acción, por las elevadas intensidades y por su
pequeñísima duración.
CLASIFICACIÓN DE LOS FENÓMENOS ELÉCTRICOS ATMOSFÉRICOS.
Denominamos rayo, a la descarga eléctrica entre una nube y la tierra,
mientras que se denomina relámpago a la descarga producida en el interior de la
nube.
Ambos se originan en los cumulonimbos o nubes de tormentas, que están
en la zona intermedia de la troposfera, y tal como hemos visto se originan por la
distribución de carga en la nube llegando a elevados valores de potencial eléctrico.
Pese a que los rayos se originan normalmente desde las nubes y llega a la
tierra, en ocasiones, la distribución de cargas es tal que el rayo se origina desde la
tierra y llega a la nube.
Podemos distinguir los siguientes tipos de fenómenos eléctricos
atmosféricos:
a) Rayo intra nube: es el tipo más común de descarga. Ocurre entre centros
de carga opuestos dentro de la misma nube de tormenta.
b) Rayo entre nubes: ocurre entre centros de carga en dos diferentes nubes
con la descarga recorriendo el espacio de aire que hay entre ellas, que
puede llegar a de 20 Km.
c) Rayo nube - tierra: es el más dañino y peligroso aunque, por fortuna, no es
el más común. La mayoría se originan cerca del centro de carga negativo
de la nube de tormenta y liberan carga negativa hacia la tierra. Será en este
tipo en el que nos centremos.
PARAMETROS CARACTERISTICOS DE LAS DESCARGAS ATMOSFERICAS.
El rayo suele seguir un camino sinuoso hasta llegar al suelo, buscando
siempre la mínima resistencia. El vapor de agua en la atmósfera viene entonces a
facilitar el tránsito de la descarga.
En su camino, el rayo calienta el aire a temperaturas cercanas a los 30.000
ºC (algo ms que la temperatura de la superficie del Sol), haciéndole estallar
produciendo el sonido que conocemos como truenos.
Ya hemos comentado que cuando el potencial eléctrico entre nube y tierra
alcanza un cierto valor, de alrededor de 10.000 V, el aire deja de comportarse
como aislante y comienza a hacerlo como conductor, siendo entonces atravesado,
durante una fracción de segundo, por una enorme descarga eléctrica de unos
20.000 A y que en ocasiones puede alcanzar valores de hasta 200.000 A.
Realmente, cada rayo está compuesto por una secuencia de entre 2 y 5
descargas individuales con una duración de 20 a 50 mseg. La energía media por
cada descarga es de uno 3.000 J (equivalente a una explosión de un kilo de
dinamita).
La enorme cantidad de energía que libera un rayo hace que los mayores
efectos del rayo sean los incendios y electrocuciones debidos a impactos directos.
Pero, tal y como veremos, no son menos importantes los efectos interferentes en
equipos eléctricos y electrónicos.
Existen ms de 15 parámetros relacionados con las descargas eléctricas
atmosféricas. De entre ellos, los más relevantes son:
• Nivel ceraunico: Es el número de días del año en los que, al menos, es oído
un trueno. En algunas zonas del planeta el nivel ceraunico puede llegar
hasta 300.
• Densidad de rayos a tierra (DRT): es el número de rayos a tierra por
kilómetro cuadrado al año. Es un parámetro complementario al nivel
ceraunico que permite cuantificar la incidencia de rayos en la zona.
• Polaridad del rayo: signo de las cargas transferidas. Normalmente son
electrones, pero en algunos casos pueden transferirse cargas positivas.
• Impedancia del canal: Se pueden considerar a la nube y a la tierra como
placas de un condensador que se descargan a través de un canal con una
impedancia de unos 5 kW , de carácter inductivo debido a que la formación
del canal requiere de un cierto instante de tiempo.
• Corriente de pico: es, junto al gradiente máximo de corriente del rayo, el
parámetro ms importante de una descarga. Resulta importante para el
diseño de protección contra rayos.
• Gradiente máximo de corriente del rayo: (di/dt) max, se utiliza para el
cálculo de tensiones electromagnéticas inducidas que se presentan en los
lazos metálicos, abiertos o cerrados, en cualquier instalación y son las
causantes de daños de equipos electrónicos (televisores, teléfonos, equipos
de comunicación, etc.).
• Cuadrado de la corriente de impulso del rayo: este parámetro se utiliza para
el cálculo del calentamiento y los esfuerzos electromecánicos al circular la
corriente del rayo por conductores metálicos de las protecciones primarias.
NATURALEZA:
Las descargas atmosféricas se presentan cuando se forman grandes
concentraciones de carga eléctrica en las capas de la atmósfera inmediatamente
inferiores a la estratosfera (alturas entre 5 y 12Km). Al aumentar la carga se
forman potenciales de hasta 300 MV entre nubes y tierra.
Considerando la nube cargada negativamente con respecto al suelo, una
vez alcanzados los valores suficientemente altos de la intensidad de campo
eléctrico en V/m, dentro de la nube de tormenta se inicia una descarga precursora
(leader), poco luminosa, con débil corriente eléctrica, que progresa a saltos de
algunas decenas de metros, siguiendo caminos erráticos pero con avance neto
hacia el suelo. El campo eléctrico a nivel del suelo aumenta, siendo más intenso
(hasta 500 kV/m) en las partes sobresalientes de la superficie, edificio en altura,
árbol, antena, entre otros, por el “efecto de punta”. Desde allí parte una descarga
ascendente también débil inicialmente.
Cuando la distancia entre ambos precursores llega a valores entre 50 y 100
metros se establece el contacto entre ambos por ruptura de la rigidez dieléctrica
del aire iniciándose la conducción por corriente intensa, las cargas fluyen
bruscamente al suelo a través del “canal ionizado” que vincula eléctricamente la
nube con el suelo, como camino conductor. Este canal ionizado es de una
trayectoria bastante rectilínea. Resulta muy visible por su luminosidad y muy
audible por el estruendo ensordecedor que produce.
Las investigaciones mencionan velocidades de progreso de la descarga
dentro del canal ionizado del orden de 105 m/s con temperaturas que llegarían a
valores de 15.000 ó 20.000 ºC. Con estos indicadores se puede considerar al
proceso dentro del canal ionizado como una expansión adiabática, es decir sin
intercambio de calor con el medio que lo rodea. La brusca expansión del aire sería
responsable de la onda mecánica audible como trueno, que llega a nuestros oídos
con posterioridad a la percepción del destello luminoso. Tanto mayor es el tiempo
de retardo entre ambas percepciones, cuanto mayor sea la distancia entre el
observador y el lugar de caída del rayo.
CARACTERÍSTICAS:
Al impactar la descarga “de retorno” la línea de transmisión, produce
corrientes altísimas que aumentan en unos pocos microsegundos. Se presentan
corrientes pico entre 20 y 200 kA, aunque estas últimas son muy raras.
Aproximadamente el 90% de las descargas llevan carga negativa al sistema.
La primera descarga negativa tiene una duración tal que, en el orden de 10
μs, la corriente alcanza su valor máximo y luego decae más lentamente para llegar
a un 50 % del valor pico en un tiempo de aproximadamente 50 μs contados desde
el inicio. La corriente luego decae a cero o mantiene un valor continuo del orden
de una centena de amperes. Esta corriente persistente, por su duración de
algunas decenas de milisegundos transporta más carga que el impulso de
corriente inicial.
Para el comportamiento del sistema ante la descarga, es importante la rata
de aumento de la corriente proveniente del rayo. Se suele suponer en los cálculos,
que la corriente aumenta linealmente desde cero hasta el valor pico en forma de
rampa, con un determinado tiempo de duración (tiempo de frente, ó de cresta),
que se estabiliza en un instante en el valor pico y luego decrece más lentamente
hasta volver a cero.
Algunas características típicas del rayo son:
- Tensión de las nubes tormentosas de 100 a 1.000 MV
- Campo eléctrico para la formación del rayo = 500 kV/m
- Intensidad de corriente de 10 a 50 kA (excepcionalmente, hasta 200 kA)
- Cantidad de electricidad descargada, casi siempre inferior a 1 A/Sg, aunque
algunas veces se llega a 20 A/Sg.
La corriente desarrollada es una onda de choque tiene las siguientes
características:
- Duración del frente: de 1 a 10 microsegundos.
- Pendiente de crecimiento: de 5 a 12 kA/microsegundo.
- Duración de cresta media: de 10 a 50 microsegundos.
VOLTAJE INDUCIDO SOBRE EL CONDUCTOR DE LÍNEA, DE GUARDA Y LAS
ESTRUCTURAS:
Una descarga atmosférica a tierra, tiene tres formas de influir sobre una
línea eléctrica: en primer lugar que la descarga impacte directamente sobre un
conductor de fase; en este caso, cuando se trata de sistemas con aislamiento en
el orden de 100 – 200 KV, se considera que este tipo de impacto en el 100% de
los casos ocasiona una ruptura de la rigidez dieléctrica del aislamiento y por lo
tanto una falla.
Otra posibilidad, es que la descarga incida sobre 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.
Y por último, la descarga puede incidir directamente sobre la estructura. La
experiencia ha demostrado que si la descarga se produce directamente sobre un
poste, éste recibe aproximadamente el 60 % de la corriente del rayo y solamente
el resto recorre el cable de tierra o la línea para repartirse según se indica en la
citada figura siguiente:
Fig. 1 - Reparto de las corrientes a tierra en una línea aérea cuando la descarga directa se produce sobre un poste.
Si la descarga se produce en un vano entre dos postes, el reparto de las
corrientes se realiza como está indicado en la figura siguiente:
Fig. 2 - Reparto de las corrientes a tierra en una línea aérea cuando la descarga directa se produce en el centro de un vano entre postes.
MEDIOS DE DISPERSIÓN (ATERRAMIENTO):
El rayo puede deteriorar las instalaciones eléctricas de forma directa (rayo
directo) o de forma indirecta (rayo indirecto). El caso más frecuente, y también el
más peligroso, de rayo directo es cuando la descarga cae directamente en la
línea. En este caso, la línea recibe bruscamente una tensión muy elevada, con lo
que pueden producirse descargas a tierra a través de los postes o del cable de
tierra, si se instala este elemento de protección.
Para los conductores de descarga se debe de tener en cuenta las
siguientes consideraciones:
- Por razones de seguridad se requieren dos conductores como mínimo.
- El recorrido del conductor hasta el sistema de descarga a tierra debe ser lo
más corto posible.
- Deben evitarse las curvas en ángulos menores a 90 grados o radios de
curvatura inferiores a 20 cm.
- La inductancia es la característica predominante en los conductores de
descarga.
En el caso de utilización de pararrayos, existen unos factores determinantes
para éstos que son:
- Conductividad: La resistencia total desde el pararrayos hasta la placa será
de menos de 0,03 ohms.
- Conexionado y disposición: Las interconexiones deben ser mínimas. La
trayectoria será lo más sencilla posible, evitando curvas pronunciadas y
ángulos rectos, según se detalla a continuación: La sección del conductor
de bajada será de cobre de 50 mm2, por lo menos y el elemento receptor
(punta del pararrayo) deberá estar dispuesto de tal forma que sobresalga
por lo menos 15 cm con respecto a cualquier otro elemento que este
montado.
- Placa de descarga y puesta a masa: La placa de contacto directo con el
agua será de cobre, de más de 0,2 m2 de superficie, y de un espesor que
no sea inferior a 4 mm, fijado en una posición tal que se encuentre en todo
momento en contacto con el agua, en cualquier condición de navegación.
Los cuerpos metálicos interiores (motor, tanques de agua y nafta,
mecanismos metálicos de timón, entre otros) se conectarán a la placa de
contacto con el agua (especialmente el motor para que la corriente de
descarga no pase por los cojinetes) o al conductor de bajada principal.
Precauciones: Todo elemento por el cual circula corriente provoca un
campo magnético alrededor del mismo, se deberá prestar atención
entonces en la ubicación del instrumental eléctrico, electrónico y de
navegación.
- Debe evitarse el uso de combinación de metales que formen cuplas
galánicas o electrolíticas tal que aceleren la corrosión en presencia de
humedad o en inmersión directa. Si es impráctica emplear la combinación
conveniente, pueden reducirse los efectos de la corrosión con
revestimientos adecuados o conectores especiales.
PROTECCIÓN CONTRA LA CAÍDA DE RAYOS
Para poder derivar sin problemas la gran energía de un rayo es preciso
responder a altas exigencias en cuanto a las instalaciones eléctricas de edificios,
facilitando una derivación segura del rayo al subsuelo. Por este motivo se
disponen en los edificios instalaciones de protección. La protección contra rayos
es tan compleja que va más allá de la simple instalación de un pararrayos o de un
circuito de protección.
Hasta hace relativamente poco tiempo, poco se podía hacer para minimizar
los riesgos que se producían por la caída directa de un rayo. Cuando ocurrían y
donde ocurrirán descargas eléctricas atmosféricas. Tradicionalmente, la protección
contra rayos ha pretendido atraer y desviar la energía de una descarga eléctrica
atmosférica hacia la tierra física. Al mismo tiempo que esto puede eliminar algunos
de los graves efectos de un impacto directo, resultan otras desventajas y serios
inconvenientes.
Ninguno de los sistemas tradicionales son 100% efectivos, y todos ellos son
afectados por los efectos secundarios en relación a la proximidad con los campos
electrostáticos y campos electromagnéticos. Todos ellos son peligrosos,
especialmente, en áreas donde se manejan productos inflamables o explosivos y
equipos electrónicos.
Se puede establecer una clasificación de tres niveles de protección contra
los efectos de los rayos tanto efectos directos como secundarios:
- Protección primaria: El nivel primario está constituido por los sistemas de
pararrayos, terminales aéreos, estructuras metálicas, blindajes y tomas de
tierra.
- Protección secundaria: Este nivel de protección es el necesario a nivel de la
alimentación del equipo o sistema.
- Protección terciaria: Este es a nivel de líneas de datos y transmisión,
tarjetas de circuito impreso y componentes electrónicos, también se le
denomina protección fina.
PROTECCIÓN DE TORRES DE COMUNICACIÓN
Existen varias formas de proteger una torre de comunicación. Una manera
es colocar una punta pararrayos en la cima de la torre y de ahí un conductor de
cobre por toda la longitud de la torre. Sin embargo, por estar el cobre y el acero en
contacto, se corroe el acero, además otro inconveniente es la inductancia del
cable tan largo que crea una trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo
como circuito a tierra. Por lo que se recomienda usar la estructura con una punta
electrodo en su parte superior y conectores adecuados para su conexión al acero
estructural. Sin embargo esto puede crear interferencia en antenas de radio y se
puede evitar la recepción en determinadas zonas.
Cuando sea factible, se debe mantener una separación de por lo menos
180 cm entre los conductores de los sistemas de comunicación y los conductores
de pararrayos. Incrementando la distancia entre la torre y el edificio del transmisor
y usando blindajes tipo Faraday se puede reducir el impacto de la descarga en el
equipo y se evitarán interferencias en los equipos.
PROTECCIÓN DE LÍNEAS DE COMUNICACIÓN SUBTERRÁNEAS
Los cables de telecomunicaciones enterrados no están totalmente inmunes
a los efectos de la actividad de las descargas atmosféricas. El efecto de protección
de tierra depende en gran parte de la conductividad del suelo.
Así la corriente de descarga penetra solamente en el interior de los cables y
produce el potencial perturbador real entre los conductores y la pantalla mediante
una caída de tensión a través de su resistencia serie, siendo su curva
corriente/tiempo una réplica de la corriente por el canal de descarga.
Estas descargas de tensión se manifiestan según un impulso típico con un
tiempo de ascenso muy reducido (1 a 100 m s) y un posterior tiempo de bajada
muy elevado (1 a 1000m s). El impulso de tensión se propaga a lo largo de la
línea, resultando más o menos atenuado y deformado por reflexiones debidas a la
desadaptación a lo largo de la línea.
Las tensiones de ruptura de los aislamientos de plástico de los cables son
del orden de 10 kV, de modo que las descargas con valores de cresta más altos
pueden alcanzar los equipos electrónicos a los que está conectado el cable, si no
se han tomado las mediadas adecuadas de protección.
La descarga a través del aislamiento del cable no da lugar a un fallo de la
línea. A menudo, de todo esto resulta una pequeña perforación del aislante que
apenas tiene efecto sobre las características de la línea.
El mejor método de protección es usar cable con doble apantallamiento,
con la pantalla externa de malla conectada en los dos extremos a masa, y solo la
pantalla interior de uno de los extremos.
PROTECCIÓN DE LÍNEAS AÉREAS
Además de las descargas atmosféricas, las inducciones procedentes de
circuitos de transporte de energía eléctrica también pueden perturbar los equipos
en el caso de incorporar líneas muy largas y cercanas a líneas de alta tensión. Las
sobretensiones se producen normalmente como tensiones de modo común de
igual magnitud en ambos conductores de un par trenzado; pero en presencia de
un desequilibrio, se pueden producir también tensiones de modo diferencial.
Existen cuatro fuentes básicas de falla: las descargas eléctricas
atmosféricas, el servicio eléctrico local, los sistemas eléctricos vecinos y el equipo
eléctrico propio de la instalación. Cada uno de estos factores pueden crear sus
propias formas de anomalías. De todas estas fuentes de falla, el rayo es
obviamente la mayor amenaza, el que representa el mayor riesgo, en términos de
potencial destructivo y fenómeno de falla.
Un impacto de rayo directo en la línea de energía en la entrada del servicio,
puede causar daños muy graves dentro de las instalaciones que no están
protegidas o que están mal protegidas. Además si protegemos la instalación
contra rayos esta estará también protegida contra otras anomalías en el sistema
eléctrico.
Aunque las causas de las anomalías en una línea de energía pueden variar
significativamente de acuerdo con su localización, los resultados son los mismos.
Los equipos fallarán inmediatamente o se degradarán en poco tiempo. Las fallas
pueden ser catastróficas y de alguna manera, en poco tiempo, se requerirá la
reposición, la reparación, la reprogramación, o el rearranque del programa en
ejecución. Cualquiera de estos eventos puede originar pérdida de tiempo y de
dinero. Todos estos eventos pueden ser eliminados con el acondicionamiento
apropiado del equipo de fuerza, adecuadamente instalado y mantenido. La
mayoría de estos eventos pueden ser eliminados por medio del uso de equipo de
protección relativamente barato.
La protección de líneas aéreas de distribución se logra por medio de un hilo
de guarda y, mediante apartarrayos en las líneas vivas. El primer método es
aceptable en donde el terreno por donde pasa la línea tiene un baja resistividad y,
el segundo método, en terrenos donde se tienen resistencia a tierras de electrodos
de 25 a 250ohms.
Estos dos métodos son para evitar la caída de rayos sobre las líneas de alta
tensión, si bien con esta protección no estaremos seguros de que no caiga un rayo
en nuestra línea y por esto tendremos la necesidad de protección de las líneas de
alta tensión con limitadores de sobretensión, aunque esto corresponde al nivel de
protección secundario, debido a que estas líneas son susceptibles de propagar las
sobretensiones por caída de rayos a distancias lejanas y estas sobretensiones si
consiguen llegar por la red de alimentación a los equipos podrían dañarlos de
manera irreparable, ya que como se ha dicho antes la sensibilidad de un
componente de silicio a las sobretensiones es extremadamente alta y como es
sabido la mayoría de los sistemas o equipos llevan componentes de silicio,
simplemente por citar un ejemplo los ordenadores llevan una gran cantidad de
componentes de silicio y son equipos muy sensibles a sobretensiones.
SOBRETENSIONES DE MANIOBRA
Están producidas por los bruscos cambios de estado de una red, a causa
de maniobras normales de acoplamiento de redes, conexión y desconexión de
disyuntores, etc. Estando la instalación a plena marcha. En resumen, cuando un
sistema con resistencia óhmica, inductividad y capacidad pasa bruscamente de un
régimen permanente a otro régimen permanente distinto. Por lo tanto, se trata de
fenómenos transitorios y la transición de uno a otro régimen permanente va
siempre acompañada de ondas de tensión que tienen un carácter oscilatorio
amortiguado, desapareciendo cuando han pasado algunos periodos, a causa de
las resistencias óhmicas , las corrientes de Foucault, etc. que actúan como
amortiguadores de las ondas.
La figura 1 representa lo que ocurre en los primeros instantes cuando un
conductor no sometido a tensión ni a corriente se pone bruscamente en
comunicación con un circuito de corriente alterna, de tensión U; este sería el caso,
por ejemplo, de un disyuntor que cierra sobre la red una línea con carga nula.
Fig. 1 - Características de la onda de tensión producida, cuando un conductor no sometido a tensión ni a corriente, se pone bruscamente en comunicación con un circuito de corriente alterna bajo tensión.
Una onda oscilante de altura de la tensión U y de forma rectangular, con el
frente escarpado, avanza por el conductor con una velocidad del orden de la
velocidad de la luz hacia el otro extremo y al reflejarse en él duplica su altura (2
U). Con esta altura retrocede y oscila unos instantes adelante y atrás hasta que la
acción amortiguadora del conductor va extinguiéndola. Si en el extremo del
conductor se halla el arrollamiento de un transformador descargado o de un motor
de alta tensión, esta onda entra en la máquina que, como tiene resistencia,
autoinducción y capacidad, puede considerarse como un conductor en
prolongación. Como la altura de la onda es igual a la tensión de trabajo, no
representa un peligro inmediato por lo que se refiere al aislamiento del bobinado
con relación a tierra. Pero aumenta considerablemente la tensión relativa entre
bobinas contiguas, porque la brusca elevación de tensión representada por el
frente de onda afecta sucesivamente a todos los elementos del arrollamiento y por
lo tanto, en un instante dado, distinto para cada uno de los puntos del
arrollamiento, hay una diferencia de tensión que corresponde a la totalidad de la
tensión de fase entre dos espiras contiguas.
Como la duración de esta sobretensión es muy corta y la cantidad de
electricidad que puede conducir es muy reducida, el aislamiento entre espiras no
resulta muy forzado como ocurriría con otras diferencias de tensión menores pero
estacionarias.
Como consecuencia, en los puntos más débiles del aislamiento pueden
producirse pequeñas perforaciones, que quedan ignoradas durante mucho tiempo;
pero si ocurren frecuentes interrupciones de este tipo, al cabo de cierto tiempo
puede producirse la ruptura completa del aislamiento, averiando seriamente los
transformadores, cables, etc.
ORÍGENES DE LAS SOBRETENSIONES DE MANIOBRA
- Apertura y cierre de interruptores u otro equipo de maniobra.
- Los cortocircuitos, las fallas a tierra y las descargas atmosféricas son las
causas principales de estas perturbaciones.
- Fenómenos electromagnéticos que se manifiestan con ondas viajeras en
las líneas, cables, barras y oscilaciones energéticas entre inductancias y
capacidades del sistema.
- Fenómenos que tienen duración de algunos milisegundos.
EL EFECTO CORONA
Es una descarga, en ocasiones luminosa, debida a la ionización del gas que
rodea a un conductor en el cual existe un gradiente de potencial superior a un
determinado valor.
Aparece a tensiones altas: aproximadamente 30 kV/cm en el aire. En las
líneas aéreas, puede aparecer en los conductores, herrajes, amortiguadores,
aisladores, y en general en cualquier punto donde se supere el gradiente de
potencial mínimo
Puede resultar visible y audible
TENSIÓN CRÍTICA DISRUPTIVA
Es la tensión a la que el campo en la superficie del conductor excede la
rigidez dieléctrica del aire y comienza el efecto corona.
Existe también una tensión crítica visual, superior a la tensión crítica
disruptiva, a partir de la cual el efecto corona se hace visible.
PÉRDIDAS POR EFECTO CORONA
Fórmula también debida a Peek donde:
p: es la pérdida de potencia por fase en kW/km
f: es la frecuencia en hercios (50)
Umax: es la tensión compuesta más elevada
Ud: es la tensión compuesta crítica disruptiva
EFECTOS MÁS IMPORTANTES:
− Pérdidas de energía
− Radiointerferencias
Otros efectos:
− Deterioro del material
− Producción de compuestos contaminantes
DETECCIÓN DEL EFECTO CORONA
− Detección de ultrasonidos
− Detección de radiación ultravioleta
− Detección de puntos calientes por infrarrojos
CÁMARAS DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
Contienen dos canales de video:
− Una imagen sensible únicamente la radiación ultravioleta, en un
rango de frecuencias superior a la de la radiación solar pero dentro
del rango de emisión del efecto corona.
− Una imagen sensible a la radiación visible.
Ambas imágenes se muestran simultáneamente en la misma pantalla.
Detección Mediante Cámaras De Radiación Ultravioleta
Efecto Corona En Boyas Señalizadoras
El efecto corona se produce con más facilidad alrededor del punto en el que
el conductor atraviesa la boya.
Para evitarlo, la boya se recubre interiormente de una capa semiconductora
que provoca una distribución homogénea del potencial.
