CABLE DE GUARDA Y PUESTA A TIERRA
INTRODUCCION La utilización del Cable de Guarda, Pararrayos y Puesta a Tierra en una LT está relacionado con la protección que deben tener las líneas eléctricas contra sobretensiones ocasionadas por descargas atmosféricas. Por razones de seguridad, confiabilidad y economía es necesario conocer el comportamiento de las descargas atmosféricas para lograr la protección de las vidas humanas y lograr diseños adecuados de los sistemas de protección.
CONSIDERACIONES PREVIAS 1.
Formación y evolución de la descarga atmosférica:
¾ Las descargas atmosféricas tienen su inicio cuando se forman grandes concentraciones de carga eléctrica en las capas de la atmósfera inmediatamente inferiores a la estratósfera (alturas entre 5 y 12Km). ¾Es decir, su formación se da en las nubes y a medida que se incrementa la generación de cargas, aumentara la diferencia de potencial entre la nube y el suelo y entre las distintas partes de la nube.
¾Luego, cuando el gradiente de potencial es bastante alto, en que se sobrepasa el poder aislante del aire, surgirá lo que se conoce como descarga atmosférica que es descarga eléctrica en forma de destello, que constituye el relámpago (interior de la nube) o el rayo (entre la nube y el suelo). ¾También se puede definir a la descarga atmosférica como el rompimiento del aislamiento del aire entre dos superficies cargadas eléctricamente con polaridades opuestas. ¾Finalmente, esta descarga puede llevar corrientes de hasta 200kA pero el promedio oscila en 27 kA.
2.
Nivel Isoceraunico:
¾
Es el numero que representa el registro anual de días con tormentas de un lugar, constituye un dato estadístico básico para el diseño de líneas eléctricas y subestaciones eléctricas.
¾
El nivel Isoceraunico es un parámetro natural generalmente muy variable, es necesario un registro de datos de varios años para inferir el promedio del sitio.
3.
Sobretensiones:
Súbitos incrementos de tensión a altas frecuencias ó frecuencia industrial originados por impactos en el sistema. También se puede entender una sobretensión como una onda que se superpone a la de la tensión nominal de la red. Podemos clasificar las sobretensiones analizando su duración, forma y origen:
DURACION:
Transitorias
Temporales
FORMA:
Impulsivas
ORIGEN:
Externo Interno
Periódicas
Permanentes
Sobretensiones de Maniobra y Descargas eléctricas
Tension Sobretensiones temporales Tensión normal de operación
UN
t1
Tiempo
VALOR DE LA TENSION EN p. u. 6 Sobretensión atmosférica 5 4 Sobretensión de Maniobra 3 Sobretensión Temporal
2 1
Tensión nominal de la red 10 -6
10 -4
10 -2
10 0
10 2
10 4
TIEMPO DE DURACION en Segundos
4.
Métodos de protección contra Sobretensiones:
¾ En condiciones ideales, el aislamiento de las líneas de transmisión debería tolerar cualquier sobretensión que se presente en ellas, pero el costo del aislamiento resultaría exageradamente alto, por consiguiente se diseña el aislamiento de las líneas de tal manera que soporte toda sobretensión interna (sobretensión por maniobra), pero no todo impulso de tensión ocasionado por descargas atmosféricas (sobretensión externa). ¾ La idea de proteger una línea de transmisión es crear una pantalla protectora para los conductores, de tal manera que las descargas se desvíen a tierra por medio de ella. ¾ Para ello tenemos 2 elementos que son los siguientes:
Cables de Guarda.
Pararrayos de línea.
CABLE DE GUARDA 1.
DEFINICION:
Los cables de guarda son conductores conectados a tierra y colocados sobre los conductores de fase para interceptar las descargas tipo rayo las cuales podrían caer directamente sobre las fases. La corriente de la descarga tipo rayo es desviada a tierra a través de una línea de tierra en el soporte. Para que sea efectivo, el cable de guarda deberá tener su puesta a tierra en cada soporte.
2.
DISEÑO:
El diseño de un cable de guarda consiste básicamente en la determinación de su ubicación en la estructura. Las características mecánicas se deben considerar de tal forma, que resista la carga mecánica y no vaya a tener una flecha excesiva. Las características eléctricas, deben garantizar bajas pérdidas por inducción y bajos voltajes de paso y de contacto.
3.
Métodos:
3.1 Método del Angulo fijo: ¾El ángulo de apantallamiento es el ángulo real que existe entre el cable de guarda y el conductor de la fase. Como el que se muestra a continuación.
¾La experiencia con varias líneas indican que un ángulo de 20 grados da resultados satisfactorios, mientras que con ángulos de 45 grados se ha obtenido resultados pobres en la protección de la línea ante descargas atmosféricas. ¾Pruebas en el laboratorio indican que un buen ángulo promedio es de 30 grados.
3.2 Método electrogeométrico: ¾Una descarga atmosférica puede caer directo a tierra en la proximidad de una línea de transmisión o impactarse directamente en la línea de transmisión. Esta distancia r denominada distancia de impacto es una función de la magnitud de la corriente de la descarga. La ecuación siguiente permite determinar la distancia de impacto en función de la corriente.
¾El método electrogeométrico permite determinar, de forma aproximada, la máxima corriente que provoca una falla del apantallamiento. El método consiste en determinar mediante un análisis geométrico la distancia de arqueo que puede provocar una falla de apantallamiento, tomando en cuenta la disposición geométrica de los conductores en la torre de transmisión, (figura 2) y una vez conocida la distancia de impacto máxima se determina la corriente máxima con la ecuación anteriormente mostrada.
Donde: a es la distancia horizontal entre el cable de guarda y el conductor de fase h e y son las alturas del cable de guarda y conductor de fase respectivamente; r es la distancia de impacto; α es el ángulo de apantallamiento.
4.
OBSERVACIONES FINALES:
¾ Distancia Insuficiente: El cable de guarda no garantiza una completa protección a las LT, tiene sus limitaciones. En el método electrogeométrico se puede ver que el apantallamiento no es completo pues el conductor de fase no está completamente protegido, para un apantallamiento completo la distancia XS debe ser igual a cero. ¾ Aplicación en Alta Tensión: El cable de guarda es efectivo en alta tensión, para líneas de distribución su capacidad de neutralizar descargas directas disminuye, se estima a un 30%. ¾ Cable de guarda y fibra óptica: El interior del cable de guarda puede contener fibra óptica. Su aplicación es para comunicaciones, sin embargo para este tipo de aplicaciones se utilizan generalmente el criterio de transmisión de datos por onda portadora.
