PUESTAS A TIERRA DE RESPUESTA DINAMICA PARA CORRIENTES DE RAYO Ing. Justo YANQUE MONTUFAR, M.Sc.App. Ciudad de Lima, 25-27 de Abril del 2011

PUESTAS A TIERRA DE RESPUESTADINAMICA PARA CORRIENTES DE RAYO

Ing. Justo YANQUE MONTUFAR, M.Sc.App.Ciudad de Lima, 25-27 de Abril del 2011

SIMPOSIUM INTERNACIONALIngeniera de Sistemas de Transmisin en 500 kV

DESARROLLOUBICACIN DEL TEMA DE (PAT) EN (LT)AISLAMIENTO DE LINEAS ELECTRICAS (LT)DESCARGAS ATMOSFERICAS POR RAYOIMPEDANCIAS DEL CONDUCTOR Y TORRESPUESTAS A TIERRA DE CONCEPTO GENERALPUESTAS A TIERRA DE RESPUESTA DINAMICA

ANQUE INGENIEROSIngeniera EspecializadaE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20111. UBICACIN DEL TEMA DE (PAT) EN (LT)1.1. Contexto de Ubicacin del TemaConductores (LT) se Aslan entre s y con respecto de Tierra La ruta de las (LT) sufre incidencia de Descargas Atmosfricas Los Rayos que llegan a la (LT), ocasionan falla del AislamientoLas fallas originan indeseadas Subtensiones o DesconexionesLa confiabilidad de las (LT) radica en las PAT de sus Soportes

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20111.2. Fallas del Aislamiento por Rayo, LTSe originan por Sobretensiones debidas a Rayo, Directo, IndirectoEl aislamiento, Cadenas o Brechas de Aire, sufre Disrupcin (s)El Arco Elctrico, une durante (s) al Conductor con Masa+Suelo La Corriente FI del Conductor, toma esa misma va para su retorno La Proteccin de la Lnea, manda Reconexin o/y Desconexin RayoIRURUSI(UBIL)Contorneo (UR > USI)URCOnda Cortada(continua)Sobretensinde Rayo (incidente)E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20111.3. Relacin de una LT con Tierra Toda instalacin elctrica est referida al Potencial de la TierraLas d.d.p. entre Fases(Vfase) y a Tierra(Vref.) crean CapacitanciasRelacin Indirecta por Capacitancias Parsitas es variable (flota)Relacin Directa es fija, si se aade la conexin del Neutro a TierraA un Plano de la Tierra se otorga el Potencial de Referencia (V=0)E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20111.4. Desempeo Referencial Tierra-SueloEl Suelo est formado por sustancias bsicamente DielctricasLos Potenciales de la Tierra, se ordenan en Planos del SueloToda Corriente inyectada al suelo crea un Potencial (Absoluto)Lejos de dicho punto, el Potencial Remoto se hace (V=0) El suelo, mal conductor elctrico, debe conducir Corrientes

ICrdrprr

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20111.5. Suelo debe Conducir Grandes CorrientesLa Carga del Rayo en forma de corriente, utiliza el suelo por (s)La Corriente de (FI) de una falla, solo tiene al Suelo para RetornarSi el suelo en el pi de Torre no conduce, permanecen Arco+Falla La Proteccin por Rels no opera, ocurre fusin+cada ConductorSolo una PAT facilita la Conduccin del Suelo y permite el Control

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20111.6. Cmo Opera la PAT de una LTEs una instalacin que conecta a la Lnea con la Referencia (V=0)Provee Potencial (V=0) en cada Torre, lugar susceptible de FallaFunciona como Sumidero Infinito de Carga, no adquiere PotencialDispersa en el suelo, las Corrientes de Operacin, Rayo, Falla etc. Es una Impedancia en la que predomina la componente Resistiva

V = 0SueloE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20112. AISLAMIENTO DE LINEAS ELECTRICAS LT2.1. Son Aislamientos Externos

Su Diseo sigue Recomendaciones de Stds.IEC-60071, IEC-815El Sostenimiento es con Cadenas de Aisladores y Brechas de AireAplica la Tabla de NBA (FI, TIR, TIM), y niveles de ContaminacinPara (LT)EAT solicitaciones de Tensin ms importantes,TIM, TIR El Aislamiento a condiciones del sitio se corrige, Ley de Paschen

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20112.2. Aislamientos por Cadenas de AisladoresSe basa en el NBA-Maniobra y la asignacin de Lneas de FugaDebe sostener el NBA-Rayo y Tensiones de Impulso Tipo RayoLa geometra de Aisladores obedece al nivel de ContaminacinLa adopcin del Dielctrico obedece a su mayor durabilidadSe incluyen herrajes de Normalizacin del Campo Elctrico

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20112.3. Aislamiento por Brecha de AireSe basa en Intervalos Mnimos de aire entre Conductor-MasaLas Brechas aseguran que no ocurra Falla a FI o TI por el AireSe analizan con las Caractersticas Tensin(V50%)-Tiempo(s)La Brecha de Aire de una Cadena es su Lnea de EscurrimientoLos Intervalos de aire entre conductores fijan su Acoplamiento

+-U50%%UE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20112.4. Sostenimiento del Aislamiento ConjuntoDebe sostener la Tensin de Impulso Tipo Rayo, NormalizadaEl sostenimiento es sensible a la Forma de la Onda de ImpulsoLa Tensin Disruptiva no es Constante, depende del TiempoA mayor Tensin Aplicada, menor Tiempo a la DisrupcinLa Lnea de Fuga no participa si la Tensin es Impulso Tipo Rayo

TensinDisruptivaTiempoEn el FrenteEn la CrestaEn la ColaEn el PicoSTRSTRSTMSTT 10-6 10-3 1103 106(1s) (1ms) (1s) (1min) CaractersticasTensin Tiempo E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20112.5. Falla del Aislamiento de la (LT)La Tensin Crtica Disruptiva (TCD) es menor que Tensin (NBA) Ellas tienen una de probabilidad de Disrupcin del 50% y del 10% La falla por Contorneo es un evento estadstico, se AutorregeneraImpulsos con menor Tensin que (NBA) ocasionan menos fallasDisrupcin ocurre por Intervalo ms Corto, Aire, no el Dielctrico

+U50%1.3-90 %U90% (CEI)50 %Tensin AplicadaUBIL UCDA

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113. DESCARGAS ATMOSFERICAS POR RAYO3.1. El Mecanismo del Rayo

El Campo (E) Ionsfera-Tierra propicia la Carga de las Nubes El Rayo surge de un Centro de Carga y progresa pasando a otros Desde un punto cargado del suelo emerge la Descarga de Captura Al encontrarse en el aire, se cumple la Neutralizacin de CargasEl Canal de Plasma permite el paso de Descargas Secundarias

Turbulencia AtmosfricaNubosidad de Amplia Cobertura TerritorialAcoplamiento Capacitivo con el SueloRayos con Descargas SecundariasRecomposicin del Esquema de AcoplamientoUCC1UCLnea ElctricaDispersin de Corrientes de Compensacin de CargaE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113.2. Amplitudes de Corriente de RayoEn el Per la Caracterstica Log-Normal se quiebra en 25kA (70%)Ocasionan falla Directa Corrientes (25kA) Ambos rangos de Corriente requieren Apantallado por Cable de G.Hacia la Lnea Ecuatorial, ms Rayos (-) superan el 90% a 95%La tendencia del valor medio de la Corriente, alcanza 43kA (50%)

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113.3. Parmetros de la Onda de ChoqueMagnitud de la Corriente (IR) Pico de la Onda y duracin al 90%Tiempo al Pico de Onda y Tasa de crecimiento del Frente (IR/s)Forma de la Onda unipolar (1,2/50s) y Carga total Involucrada Tolerancias 3% Cresta y 20/30%, compatible con ANSI(1,5/40s)Uso, pruebas de Sostenimiento Estandarizado del Aislamiento

tctfFrenteColaOnda IEC (1.2 /50 s)ANSI (1.5 /40 s)100 s,IR = 0Tiempo ColaTiempoFrente0.90.30.50tcr1.0Crestap.u.VsE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113.4. Rayo que Recibe la Lnea (LT)Rayo; generador de Corriente con un Canal de gran ImpedanciaInyecta elevada Corriente en el punto de llegada, produce la (STR) Origina Gradientes disruptivos (550kV/m) en las brechas de AireOrigina E.Corona en torno al Conductor-Incrementa el DimetroSi la Tensin resultante (STR) supera el (NBA) o la (TSI), hay fallaRayoIRConductor Z0URURIURIURIURI2URE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113.5. Grfico Tasa de Crecimiento (kA/s)Fallas dependen de Amplitud (kA) y Tasa de Crecimiento (kA/s)La (IR) crea Tensin de Oposicin en la Inductancia Equiv. (Torre) Gran Tasa (kA/s), ocasiona grandes Tensiones en las MnsulasLa mxima (kA/s) no es simultnea con la mxima (IR)Para los clculos se utiliza Frente de Onda Lineal, lento o rpido

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113.6. Carga Total Entregada por el RayoLa mayor Carga se libera despus de la Cresta de la Onda (IR)Ocasiona picaduras, quemaduras, determina la Energa del (PRR) En la Cola de la Onda fluye tambin (mA) de una pequea (Icd)Ms Carga proviene de esta (Icd) que de la Corriente del RayoLos Rayos(+) entregan (10) veces ms de Carga que Rayos(-)

40.0010.0030.001.0050.0020.002.000.500.2060.0.6090.0080.0098.0070.0095.099.0099.5099.80% ProbC0,11101001000Carga Elctrica50%: 3.5 Coulombs50%: 3.5 CoulombsTd > 30 dasUniv. NAGOYAE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20113.7. Efectos Dir./Ind. del Rayo y ParmetrosInterrupcin Prolongada, DesconexinInterrupcin Instantnea, ReconexinSubtensiones o Huecos de TensinContorneo de Aislamientos slidosDaos por Escamadura superficialPerforacin de Aislamientos slidosDisrupcin de Aislamientos GaseososRotura de hebras de Conductores, CG.Ondas viajeras que llegan a las SSEEConduccin de Corriente FI por el arcoFallas por Tensin Inducida, BT y Elec.Disfunciones en equipo ElectrnicoPotenciales en superficie del suelo

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20114. IMPEDANCIAS DEL CONDUCTOR Y TORRES4.1. La Impedancia de Onda del Conductor

La formacin de los Conductores da su Impedancia de Onda (Zo)La (Zo) y la (IR) determinan la Sobretensin (UR), que est en faseSu Resistencia se ignora, frente a las distorsiones por E.CoronaLa Corona incrementa las Capacitancias parsitas distribuidasLa Alta Frecuencia del Rayo ocasiona Efecto Skin, Resistencia

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20114.2. Propagacin de las Ondas de (IR) RayoLos parmetros distribuidos imponen un Tiempo de PropagacinLa velocidad es la de la Luz, se retarda por presencia de CoronaLa (Zo) es Resistiva, funcin de la (L) y (C) por unidad de Longit.La (Zo) est relacionada con (V) del conductor que recibe la (STR) Un cambio geomtrico del conductor, cambia (Zo,V,I), F.Reflexin

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20114.3. Geometra de la Torre ReticuladaSu Altura determina el Tiempo de Propagacin (T>tf) de la ondaOndas toman distintos caminos del reticulado, dificultan hallar (T)La (Zo) de la Torre se comporta como funcin de TransferenciaSu geometra, armado determinan la evolucin de la Tensin (STR)Tpicamente Torres (Zo150), (L1H/m); bajadas(L1,65H/m)

GGG+qE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20114.4. Rayo Directo a la Lnea de TransmisinRayos de baja corriente (20kA) llegan al conductor lateralmenteRayos diversos llegan en mayora a las Torres con o sin (CG)Eficacia de apantallado con Cables de Guarda o Tierra no es totalEl aislamiento (EAT) solo permite Corrientes Criticas (IC) mayores

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20115. PUESTAS A TIERRA DE CONCEPTO GENERAL5.1. Funciones de las (PAT-LT)

Dispersa Corrientes de (FI) y de Rayo que bajan por el SoportePropician el Retorno de las Corrientes (FI, IR) a sus fuentesProvee el Potencial de Referencia (V=0), tiene Impedancia propiaElimina la d.d.p. entre el Falso Neutro y la Tierra Remota (V=0)Protege indirectamente Aislamientos slidos locales y RemotosPor Diseo, protege a las personas en el pi de los Soportes

Flujo deCorrienteCascosEquipotencialespCI = 1ArrdrrE-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20115.2. Composicin Elctrica de una (PAT-LT)Es un Armado Mixto de Electrodos Filiformes, Varillas y Planos En su Impedancia predomina la componente Resistiva (Suelo)La longitud de los conductores (4-5H/m) fija su Inductancia La forma y superficie dispersora del armado da la CapacitanciaCon corrientes de (FI) predomina su comportamiento ResistivoCon corrientes de (AF) predomina su comportamiento Reactivo

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20115.3. Comportamiento Elctrico del Suelo MedioSu Resistividad () varia ampliamente entre 200-1500 .mSu densidad normal de Corriente (J), vara entre 700-100A/m2 Su Gradiente Crtico de Ionizacin (Eo) vara entre 250-400kV/m Su Permitividad Relativa (r) es alta, vara entre 10-40pF/mLa Onda en un conductor enterrado se propaga de 150-100m/sSi (E>Eo) hay falla disruptiva y reduce su Resistencia instantneaEs un Dielctrico con prdidas, no se conoce su (t) de Ionizacin

E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20115.4. Significado de Tiempos de Onda IR en PATOndas de Rayo y Maniobra son Impulsos Transitorios oscilatoriosLos transitorios oscilan con Media (MF) y Alta Frecuencia (AF)La (AF) se asocia al (tf) Frente de Onda y fenmenos InductivosEl tiempo de ascenso (tf) al Pico, determina la Falla Aislamiento La (MF) se asocia al (tc) Cola de Onda y a la entrega de EnergaLa Carga entregada define la Energa que deriva un Pararrayos

tVFallaAislador(perforacin)Onda de Frente RpidoFallaBrecha(contorneo)Onda deFrente LentoAisladoresAire110100E-mail: yanque@terra.com.peLima, Abril del Ao 20115.5. Funcionamiento Dinmico de una (PAT)A mayor Densidad de Rayos a Tierra, se requiere menor (RPT)La () del Suelo da la (RPT) y la Resistencia de Dispersin (RD)La Resistencia propia del suelo, no es lineal cambia al pasar (IR)La (RPT) tiene un valor constante cuando circula corriente (FI)La Ionizacin del suelo (E