Sobretension en los sistemas de alta tension

Actividad grupal informe

Integrantes: Ihuhwa Marta P0552838

Ismael Elizabeth P0552833

Se denomina sobretensión a todo aumento de tensión capaz de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica. Existen una serie de sobretensiones originadas por varias causas, cuyo efecto , en la mayoria de los casos , puede atenuarse pero no evitarse . Debido a ello, el aislamiento debe ser capaz de soportar sin perforarse distintos tipos de sobretensiones de diferente magnitude, duracion y forma de onda. Naturalmente debe llegarse siempre a un compromise tecnico-economico, lo que oblige a no disenar un aislamiento para las solicitaciones o poco probable que puedan presentarse. Las sobretensiones a que puede estar sometido a un sistema electrico de potencia pueden clasificarse en internas o extenas. Como bien sabemos que las sobretensiones en una red eléctrica son producidas por efecto de un rayo que son las llamadas sobretensiones externas, ya que como su nombre lo indica son provenientes de la atmósfera y las llamadas sobretensión internas producidas por efecto del abrir y cerrar de una línea cuando se energiza o se desenergiza la misma, por inicio y despeje de fallas, rechazos de carga y establecimiento o interrupción de corrientes capacitivas o inductivas. Todo esto conlleva a la creación de sobretensiones en la red eléctrica.

Desarrollo

Sobretensiones de Tipo Externas

Las Sobretensiones externas son unos fenómenos de aumento de la tensión del sistema  producidas por agentes externos al sistema, como las descargas eléctricas atmosféricas. Estas descargas tiene una velocidad de propagación próxima a la velocidad de la luz (300000Km/s). normalmente estas se manifiestan en forma de frente escarpado, alcanzando su valor medio en el corto tiempo de 1 ms y disminuyendo su valor a cero en unos 100ms.

Los Fenómenos mas importantes creadores de Sobretensiones Externas son las siguientes:

Inducción electrostática

Cargas de los conductores por roce del aire que circulas sobre ello

Descargas atmosféricas directas

Descargas atmosféricas indirectas cercanas al sistema 

Sobretensiones Externas  

Son efectos accidentales que ocurren en los cableados eléctricos de forma diferente atendiendo a la localización, tiempo y forma de onda, origen y características de la linea.

Como afectan las Sobretensiones Externas o Atmosférica  

Estas son unas de las principales fallas y averías en redes de transporte y distribución de energía eléctrica, se originan debido a la incidencia directa de los rayos en las lineas de transmisión o de manera inducida a su vez estas generan ondas viajeras con magnitud superior a la linea que soporto ante los impulsos de un rayo

generando fallas que interrumpen la continuidad del servicio.

Descarga   atmosférica  

Son fenómenos meteorológicos, los cuales poseen cargas positivas y cargas negativas distribuidas en las nubes de forma no homogéneo y al crear un gradiente de voltaje, ionizado el medio origina un intercambio de elementos produciendo una descarga de gran magnitud de voltaje, esta descarga se precipitan a la corteza terrestre a través de la ionización del medio debido al campo eléctrico provocado, ALTA TENSIÓN.

Tipos de descargas   atmosféricas  

Descarga directa sobre la linea

Descarga entre las nubes próximas a lineas

Descarga entre lineas y tierra 

Sobretensiones Inducidas en Conductores de Fase y Guarda  

Las sobretensiones inducidas en conductores debido a un impacto directo o remoto depende básicamente de la velocidad del incremento de la corriente y de la inductancia que presentan los bucles conductores

Estas Descargas pueden influir de 3 Formas en una Linea Eléctrica  

Que la descarga impacte directamente sobre el conductor de fase 

Que la descarga incida sobre el conductor de guarda 

Que la descarga pueda incidir directamente a tierra en la cercanía de una linea electrica aérea entre 2 y 3 kilómetros. 

Teoría   de la Formación   de un Rayo  

Teoría   de Simpson :  Esta teoría se baso en la desintegración de gotas de lluvia por la acción de la corriente de aire, cuando se desintegran las gotas de lluvia por una fuerte corriente de aire, las partículas así formadas se denota 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 de mayor movilidad.

Teoría   de Wilson:  Conocida también como la ionización de la gota de lluvia, esta teoría se basa en el intercambio de cargas entre las gotas, y explico que en la gota al caer se separan las cargas eléctrica por la acción de un campo eléctrico de por si existente. En la gota la parte superior tiene carga negativa y la parte inferior tiene carga

positiva.

Teoría   de Elster y Geitel:  Esta teoría se baso en la influencia eléctrica, explicando la influencia del campo eléctrico existente en las gotas, asumiendo que las nubes están cargadas de gotas grandes y pequeñas, las gotas grandes se precipitan donde predominan las cargas negativas y las pequeñas son llevadas por el viento hacia arriba donde predominan las cargas positivas, el roce entre una gota grande y pequeña trae como consecuencia un intercambio de cargas.

 

Principio de Apantallamiento en las Lineas de Transmisión  

Los mástiles y los cables protectores basan su operación en el principio de apantallamiento, en donde el principio fundamental es la protección contra descargas atmosféricas. Es proporcionar los medios por los cuales las descargas pueden entrar o dejar a tierra sin daños resultantes o perdidas por causas de incidencias de los rayos.Cables de   Protección  

Cable de guarda , Pararrayo , Los mástiles  y los Descargaderos 

Descargas directas :   El flameo entre conductores es mas intenso por el factor de acople inductivo

Descargas indirectas:   Se presentan comúnmente en lineas de trasmisión

Apantallamiento :Permite garantizar condiciones de seguridad en edificios ante una descarga atmosférica directa o indirecta

Cable de guarda:Conductor contra sobretensiones internas o externas 

Flameo:Inestabilidad aerostática por la cual una estructura al vibrar adsorbe energía del fluido circundante de tal forma que es incapaz de disipar en un ciclo de vibración toda la energía que absorbe.

Bill :   Correspondiente al nivel básico de aislamiento

Nivel isoceraunico :Se produce como el numero de tormentas eléctricas que se producen en un año

Sobretensiones de Tipo Internas   La sobretension de tipo interno son las que se presentan en los sistemas eléctricos por su operación, y se puede definir como una tensión anormal existente entre fase a tierra o entre fases cuyo valor pico es superior  al valor pico de la máxima tensión de operación normal de un equipo o sistema.

Las Sobretensiones Internas son de tipo Temporales y Transitorias

Temporales:   Una sobretnsion temporal no es mas que una sobretension de fase a tierra o de fase a fase, de relativamente larga duración y de débil amortiguamiento o no amortiguada comúnmente a frecuencia de potencia.

Estas se originan a partir de:

Fallas, Cambios súbitos de cargas , Resonancia  y de Ferroresonancia 

Transitorias: Se conocen comúnmente como sobretension de maniobra o conmutación y no son mas que las respuestas a los circuitos RCL. Cuando se

presentan cambios bruscos en las condiciones de funcionamiento establecida en una red eléctrica.

Estos se clasifican por su origen: 

Energizacion de una linea , Recierre de una linea  y Limpieza de fallas 

Energizacion o Cierre de una Linea  

Al energizar una linea de transmisión en vació la sobretension se origina por la diferencia de los polos del cierre del interruptor de potencia esto es la no simultaneidad del cierre de sus contactos. Así luego de haber cerrado la primera fase se generan ondas de tensión en las otras dos fases, producto del acoplamiento.Estas ondas se propagan a través de la linea hasta alcanzar su otro extremo , en donde al chocar con la impedancia de circuito abierto, se reflejan para superponerse con las ondas que continua propagándose, produciendo así una sobretension.

Recierre de Linea  

El recierre de una linea de transmisión tiene por objeto despejar fallas transitorias, y por lo tanto tiene un proceso de apertura y cierre de los interruptores de potencia ( disyuntor de la linea). Las sobretensiones durante el recierre son de mayor amplitud que las originadas al energizar, debido principalmente a la carga atrapada.

Efecto Impedancia de la Fuente  

En este efecto tenemos dos posibilidades alimentación compleja e inductiva. La alimentación compleja implica por lo menos tener una linea de transmisión conectada entre la barra de generación  y la linea que alcance a la subestación, En cuanto a la alimentación inductiva implica alimentar a la linea que alcanza  a la  subestación únicamente a través de un transformador.

Sobretensiones por Resonancia  

El fenómeno de resonancia se puede presentar debido a la neutralizacion de la reactancia no lineal y la capacitancia de una linea con poca carga. Pasando el sistema a ser resistivo, originando un incremento de la corriente.  Los fenómenos de resonancia normalmente no provocan sobretensiones muy grandes debido a que la corriente esta limitada por la magnitud de la resistencia total del sistema. 

Sobretensiones por Ferroresonancia  

El fenómeno de ferroresonancia se puede presentar debido a la interacción de la reactancia no lineal de transformadores de potencia y capacitancia entre los transformadores de distribución. 

Sobretension durante la conexión   de Lineas Frías  

Durante la conexión de lineas frías  la peor condición que se puede presentar es cuando estas están abiertas, ya que la tensión en el extremo puede llegar a ser hasta de dos veces la tensión aplicada debido a la reflexión que tiene lugar en dicho punto.

Como Controlar la Sobretensiones  

Un método para controlar la sobretension es conectar una resistencia preinsertada  en serie en la linea previa al cierre de los contactos principales del disyuntor para una vez que el disyuntor a efectuado el cierre se forma un divisor de tensión  con la resistencia preinsertada para así reducir la tensión inicial. En operación de recierre donde se tienen sobretensiones elevadas producto de la carga atrapada, el uso de la resistencia preinsertada es muy importante

Referencia documental:

Libro en linea: Transporte de energia electrica, Jose Luis Tora Galvan

https://books.google.co.ve/books?id=5YOPboIXaqEC&printsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false

Conclucion

Las sobretensiones pueden producir descargas que, además de destruir o averiar seriamente el material, también pueden ser la causa de nuevas sobretensiones. Muchas veces, los peligros de las sobretensiones no se deben solamente a su magnitud, sino también a la forma de onda. Si se realizan correctamente la instalación y las líneas de conexión están en buenas condiciones es poco probable que se produzcan sobretensiones. Si, a pesar de todas las precauciones, en una instalación se producen sobretensiones debe procurarse que descarguen a tierra lo más rápidamente posible, por medio de los correspondientes dispositivos de protección denominados, en general, descargadores de sobretensión. Estas protecciones deben regularse a un factor de sobretensión que sea menor que el grado de seguridad de la instalación pero que, por otra parte, no se aproxime demasiado al valor de la tensión de servicio ya que de lo contrario entraría muchas veces en funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la instalación. Las sobretensiones se producen tanto en instalaciones de baja como de alta tensión aunque, generalmente, en las primeras tienen menos importancia que en las últimas, debido a que en las instalaciones de alta tensión las propias condiciones de funcionamiento y de aislamiento favorecen la aparición de sobretensiones.