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1. SOBRETENSIONES EXTERNAS.
Las sobretensiones externas es un fenómeno de aumento de la tensión del
sistema producidas por agentes externos al sistema, como son las descargas
eléctricas atmosféricas. Los fenómenos más importantes creadores de
sobretensiones externas son las siguientes:
Inducción electrostática
Carga de los conductores por roce del aire que circula sobre ellos.
Descargas atmosféricas directa.
Descargas atmosféricas indirectas cercanas al sistema.
CARACTERÍSTICAS.
Transitorias de poca duración.
Tienen a dañar el nivel de aislamiento de las líneas por lo que produce
fallas e interrupción del servicio.
Alteran las frecuencias y amplitudes del sistema.
2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.
La descarga atmosférica conocida como rayo, es un fenómeno por el cual dos
centros de diferente carga se igualan violentamente creando así la descarga o el
cargo eléctrico, estos campos eléctricos o centro de cargas se crea entre una
nube y la tierra o, entre nubes.
TIPOS DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.
La clasificación es muy amplia, podemos citar las siguientes:
SEGÚN EL RETORNO DEL RAYO.
NEGATIVA DESCENDENTE: la nube cargada negativamente se
descarga con la tierra, descarga normal a 85 – 90%, Imedia = 33 kA
NEGATIVA ASCENDENTE: la tierra cargada negativamente se
descarga con la nube, hay poco observaciones sobre este tipo de
evento.
POSITIVA DESCENDENTE: la nube cargada positivamente se
descargas con la tierra, esta superdescarga ocurre en invierno al
inicio de las tormentas. La corriente es de 1.2 a 2.2 veces la
negativa.
POSITIVA ASCENDENTES: la tierra carga positivamente se
descarga con la nube, sus observaciones son difícil de detectar.
También hay Descarga Inter-nube, que son descargas entre nube a nube
SEGÚN EL DAÑO QUE OCASIONAN A LAS LÍNEAS.
EN LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN.
Los daños causados por descargas atmosféricas en líneas de
distribución, son debidos a:
1. Descargas directas sobre los conductores: es cuando el rayo
impacta directamente sobre la línea de energía o neutro creando
una onda de corriente que se propaga a lo largo de la misma por
ambas parte del punto de impacto.
2. Descargas directas sobres conductores de guarda: es cuando el
rayo impacta directamente en el conductor de guarda de las
líneas creando un aumento del potencial de tierra, lo que produce
efectos en las cargas conectados a esa misma tierra, ya que
elevan también su potencial.
3. Descargas indirectas: es cuando el rayo no impacta en la línea de
energía o de guarda pero altera el campo electromagnético de la
misma.
EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.
Los daños causados por descargas atmosféricas en líneas de
transmisión, son debidos a:
1. Sobretensiones inducidas. al igual que las descargas indirectas
en líneas de distribución es cuando el rayo no impacta sobre la
línea activa o conductor de guarda.
2. Descargas retroactivas. al igual que las descargas directas en
líneas de distribución es cuando el rayo impacta directamente
sobre la línea activa o conductor de guarda.
CARACTERÍSTICAS.
Son impredecibles e incontrolables.
Son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente,
por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos.
No existe un nivel constante de amperaje lo que dificulta a la hora de elegir
los equipos de protección o los aislamientos necesarios y adecuados.
Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de
potencial en sistemas eléctricos distribuidos fuera de edificios o de
estructuras protegidas.
Al incidir ya sea directa o indirectamente en las líneas de energía son más
críticas y prejudiciales en las líneas de distribución que en líneas de
transmisión, debido a que el nivel de aislamiento en las líneas de
distribución es mucho menor.
Los rayos se reflejan como cualquier onda de alta frecuencia,
La longitud media de un rayo es de 3 Km y la energía media total por
descargas es de 30 x 108 J. La duración media de una descarga se
considera que es de aproximadamente 30 μs.
3. SOBRETENSIONES INDUCIDAS EN CONDUCTORES DE FASE Y DE
GUARDA.
Una nube que, supongamos, tenga una carga negativa, actúa de tal manera que
va separando las cargas positivas y negativas en los conductores de fase. Las
cargas positivas se concentrarán en la zona cercana a la nube, mientras que las
negativas libre de atracción, seguirán su recorrido por toda la línea. Cuando la
nube se descargue repentinamente por medio de un relámpago o un rayo, las
cargas positivas concentradas se liberarán porque ya no son atraídas por las
nubes. Esta circunstancia provoca en la línea la aparición de sobretensiones
proporcionales a las cargas, que se propagan a ambos lados de la línea en forma
de ondas viajeras.
La protección contra este tipo de sobretensiones consiste en la construcción de
jaula de Faraday alrededor de los conductores de fase lo que técnicamente es
imposible y muy costoso pero la presencia de cable de guarda en las líneas ha
demostrado actuar como jaula de Faraday rediciendo así las fallas provocadas por
estas sobretensiones.
4. TEORÍA DE FORMACIÓN DE RAYOS.
Las causas que dan lugar a los rayo sigue siendo tema de discusión, existen
varias teorías que explican pero ninguna ha sido aceptada universalmente no
obstante, es un hecho innegable que el rayo representa una descarga o arco entre
dos centro de distinta carga eléctrica.
Todas estas teorías tratan de explicar como se crean estos centros de carga,
ciertos científicos argumentan que requiere de la presencia de cristalinos de hielo
y precipitación mientras que otros dicen que no es necesario. Veamos a
continuación algunas teorías con mayor aceptación:
Las descargas atmosféricas se presentan cuando se forman grandes
concentraciones de cargas eléctricas en las capas de la atmosfera y que esto
ocurre cuando en el interior de la nube, las cargas eléctricas son recogidas por
fuertes corriente de aire ascendente. Estas cargas eléctricas se forman al separar
las fuertes corriente de aire, las partículas de agua y hielo en partículas ionizadas.
Las cargas se concentran en un disco de un diámetro de 10 km y una altura de
aproximada de 5 km. Esta carga es en la mayoría de los caso son negativas. A
medida que empieza a incrementar la carga y el voltaje en las cercanías de las
nubes, se empieza a rebasar el gradiente crítico. La separación de cargas y la
acumulación continua hasta que el potencial eléctrico se vuelve suficiente para
iniciar una descarga eléctrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas
positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.
Según Elster-Geitel parten del hecho de que la nube es capaz de producir gotitas
de agua lo suficientemente grandes para que no puedan ser mantenidas por las
corrientes ascendentes. Por efecto de la gravedad las gotitas de agua caen
interaccionando con las partículas (sólidas y/o líquidas) de menor tamaño que aún
siguen ascendiendo. Las colisiones producen una separación de cargas (parecida
a la que ocurre por frotamiento): las mayores quedan cargadas negativamente y
las pequeñas positivamente. Las corrientes aéreas y la gravedad tienden a
separarlas del lugar donde se generaron. La separación de cargas y la
acumulación continua hasta que el potencial eléctrico se vuelve suficiente para
iniciar una descarga eléctrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas
positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.
Otros platean que esto ocurre cuando se desintegran las gotas de aguas en las
nubes por causas de los fuertes viento a los que están sometidas, este proceso
separa las gotas: la más pequeña con cargas positiva y el resto adquiere carga
negativas. Estas son arrastradas por las fuertes corriente ascendente que a su vez
se recombinan con gotas grande cargadas positivamente, las que al caer repiten
el mismo proceso. En la parte mas alta de la nube las temperaturas esta por
debajo de la temperatura de congelación del agua, por lo que existen en esta zona
cristales de hielo lo que debido al roce del aire se carga negativamente mientras
que las partículas restantes se cargan positivamente. La separación de cargas y la
acumulación continua hasta que el potencial eléctrico se vuelve suficiente para
iniciar una descarga eléctrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas
positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.
También aseguran otros científicos que no es necesario la presencia de la
precipitación, ni del hielo para la formación de grande centro de cargas basta que
existan fuertes corrientes ascendentes que puedan "arrancar" las cargas positivas
que se han acumulado en ciertas zonas cercanas a la superficie terrestre. Estas
corrientes las transportan a niveles más altos del interior de la nube, donde los
rayos cósmicos ionizan a las moléculas del aire y las carga negativamente luego
estas carga se unen con las positivas formado una especie de "capa pantalla" y
son transportadas nuevamente por las corrientes descendentes hacia abajo donde
se forma una especie de dipolo positivo, esto forman un campo eléctrico lo
suficientemente fuerte para iniciar la formación del rayo.
5. PRINCIPIOS DE APANTALLAMIENTO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.
El principio de apantallamiento consiste reduce el riesgo de caída directa del rayo
sobre los conductores de fase, mediante la colocación de otro conductor llamado
cable de guarda o hilo de guarda, el cual para que sea efectiva debe de estar en
una ubicación efectiva (normalmente en la parte más alta de la torre; por encima
de los conductores de fase) y considerar un ángulo llamado ángulo de
apantallamiento que es el ángulo que forma la perpendicular trazada desde el
cable de guarda a tierra y la recta entre cable de guarda y el conductor de fase
superior.
Además de engañar al rayo también actúa como jaula de Faraday protegiendo así
contra cargas indirectas.
6. CUADRO COMPARATIVO SOBRE LOS EFECTOS QUE CAUSA LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICO.
SistemaTopico DE DISTRIBUCIÓN DE TRANSMISIÓN
INFLUENCIA EN EL SISTEMA
Sobretensiones directa conductor de fase.
Sobretensiones directas sobre conductor de guarda.
Sobretensiones indirectas.
Sobretensiones inducidas. Sobretensiones retroactiva
EQUIPOS DE PROTECCIÓN
Conductor de guarda y otros equipos de protección.
conductor de guarda aunque a veces no es necesario su instalación, pararrayosy demás salidas por fallas.
IMPORTANCIA DE LOS EQUIPOS DE
PROTECCIÓN
El conductor de guarda es trascendental ya que reduce el efecto de las descargas atmosféricas, tanto directas como indirectas, es económicamente rentable.
El conductor de guarda no es necesario y menos si hay arboles cercanos a las torres de transmisión ya que los arboles funcionara como apantallamiento contra descargas directa.
NIVEL ASILAMIENTO
Por ser sistemas de baja y media tensión requieren de poco aislamiento lo que es desventajoso a la hora de resistir la sobretensión causada por un rayo.
Por ser sistemas de alta tensión lucen mayor aislamiento lo que es beneficioso a la hora de resistir la sobretensión causada por un rayo.
EFECTOS DE DAÑOS
Por ser líneas de distribución tiene cantidades de cargas conectada lo que el efecto es perjudicar para la misma y para las cargas conectadas
Por ser líneas de transmisión no tiene cargas conectadas lo que el efecto no es tan perjudicial para la misma
EQUIPOS AFECTADOS
Transformador de distribución Cortacircuitos y fusibles Interruptores de aceite Conductores de línea y aisladores Equipo domestico y la
microelectrónica
Transformador de transmisión Cortacircuitos y fusibles Interruptores de aceite Conductores de línea y aisladores
GLOSARIO.
APANTALLAMIENTO: el apantallamiento (screening en inglés) es fruto del
solapamiento producido por los campos eléctricos de partículas en movimiento
siempre y cuando la velocidad sea menor de 50 kilómetros por hora si es mayor,
será similar a la de un cohete que viaje a la luna con cargas opuestas.
CABLE DE GUARDA: es un mecanismo de protección de líneas de energía que
se colocan por encima del mismo y están unidos a tierra en los apoyos de la línea,
reduciendo así el riesgo de caída directa del rayo sobre los conductores.
FLAMEO: el flameo es una inestabilidad aeroelastica 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.
HIDROMETEORO:
IONES: un ion, también escrito ión, es una partícula cargada eléctricamente
constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra.
JAULA DE FARADAY: el efecto jaula de Faraday provoca que el campo
electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el
efecto de los campos externos.
NUBES: una nube es un hidrometeoro que consiste en una masa visible formada
por cristales de nieve o gotas de agua microscópicas suspendidas en la
atmósfera.
SOBRETENSIONES: una sobretensión eléctrica, es un aumento de tensión que
pueden causar graves problemas a los equipos conectados a la línea, desde su
envejecimiento prematuro a incendios o destrucción de los mismos.
