2016 Autor
[ ] Criterios conceptuales, de diseño y practicas actuales para definición, montaje y medición de sistemas de puesta a tierra en torres de transmisión eléctrica
Contenido 1
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EFECTOS DE DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS EN TORRES DE TRANSMISIÓN ............. 3 1.1
Introducción ............................................................ .......................................................................................... ............................................................. ............................................................. .................................. .... 3
1.2
Fenómeno de Flameo Inverso.............................................................. ............................................................................................ ........................................................... ............................. 3
ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA EN TORRES DE TRANSMISIÓN .................................................... .................................................... 6 2.1.1
Definición de la topología del electrodo.......................................................... ........................................................................................ .................................. .... 6
2.1.2
Comportamiento transitorio de las puestas p uestas a tierra en alta frecuencia .............................. .............................. 7
2.1.3
Tipos de Electrodos en Torres de Transmisión ...................................... .................................................................... ..................................... ....... 13
MEDICIÓN DE PUESTA A TIERRA (SPT) EN TORRES DE TRANSMISIÓN ........................................... ...........................................28 3.1
Generalidades ......................................................... ........................................................................................ ............................................................. ............................................................ .................................. 28
3.2
Medición de Baja frecuencia con inyección selectiva de corriente................................................ ................................................29
3.2.1 3.3
Método de medición de resistencia por caída de potencial / pinzas .................................. .................................. 29
Medición en Alta frecuencia............................................................ ........................................................................................... ............................................................. .................................. 31
3.3.1
Medición con inyección de corriente a 25 kHz ........................................ ...................................................................... ..................................... ....... 33
3.3.2
Medición por inyección de impulsos ................................................. ............................................................................... ............................................... .................35
Referencias Bibliográficas............................................................... .............................................................................................. ............................................................. .................................................... ......................37
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Contenido 1
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EFECTOS DE DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS EN TORRES DE TRANSMISIÓN ............. 3 1.1
Introducción ............................................................ .......................................................................................... ............................................................. ............................................................. .................................. .... 3
1.2
Fenómeno de Flameo Inverso.............................................................. ............................................................................................ ........................................................... ............................. 3
ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA EN TORRES DE TRANSMISIÓN .................................................... .................................................... 6 2.1.1
Definición de la topología del electrodo.......................................................... ........................................................................................ .................................. .... 6
2.1.2
Comportamiento transitorio de las puestas p uestas a tierra en alta frecuencia .............................. .............................. 7
2.1.3
Tipos de Electrodos en Torres de Transmisión ...................................... .................................................................... ..................................... ....... 13
MEDICIÓN DE PUESTA A TIERRA (SPT) EN TORRES DE TRANSMISIÓN ........................................... ...........................................28 3.1
Generalidades ......................................................... ........................................................................................ ............................................................. ............................................................ .................................. 28
3.2
Medición de Baja frecuencia con inyección selectiva de corriente................................................ ................................................29
3.2.1 3.3
Método de medición de resistencia por caída de potencial / pinzas .................................. .................................. 29
Medición en Alta frecuencia............................................................ ........................................................................................... ............................................................. .................................. 31
3.3.1
Medición con inyección de corriente a 25 kHz ........................................ ...................................................................... ..................................... ....... 33
3.3.2
Medición por inyección de impulsos ................................................. ............................................................................... ............................................... .................35
Referencias Bibliográficas............................................................... .............................................................................................. ............................................................. .................................................... ......................37
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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EFECTOS DE DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS EN TORRES DE TRANSMISIÓN
1.1 Introducción Los elementos a tener en cuenta para el diseño de una línea de transmisión desde el punto de vista de descargas atmosféricas son:
Espaciamiento eléctrico Cantidad de aisladores Ángulo de apantallamiento Sistema de puesta a tierra de las estructuras
El sistema de conexión a tierra en las estructuras de torres de transmisión es concebido para establecer efectiva interfase a tierra en eventos de fallas a 60 Hz del sistema de potencia así como por presencia de rayos. La topología del sistema de puesta a tierra (SPT) para fallas a 60 Hz debe asegurar el desarrollo de potenciales del suelo (GPR) que limiten a valores seguros a las personas los voltajes de toque y de paso. Para el caso de impactos de rayos el SPT debe presentar una impedancia dinámica o impedancia de impulso de una magnitud tal que limite a valores seguros el desarrollo de los voltajes de flameo inverso
1.2 Fenómeno de Flameo Inverso El fenómeno del flameo inverso es la afectación más frecuente en tendidos eléctricos aéreos incluyendo redes de distribución y sistemas de transmisión eléctrica. El diseño de protección debe enfocar la atención principalmente en considerar los problemas por arcos (flameo inverso) entre la estructura de la torre y la línea, despreciando los arcos inversos entre las líneas. En general el flameo inverso torre - línea es influenciado por los siguientes factores:
Distancias entre conductores y distancia entre el conductor y la estructura. Longitud de claro entre las torres. Número de hilos de guarda y su posición. Geometría de la estructura.
Punto de incidencia del rayo. Distribución de amplitudes de corrientes de rayo y formas de onda. Densidad de rayos a tierra de la zona. Tensión de operación de la línea.
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Cuando una descarga atmosférica impacta en un cable de guarda, la corriente debida a la descarga fluye en ambos sentidos a través de la impedancia impulso del cable de guarda. (Las ondas de corriente y la tensión) se propagan hasta llegar a la torre, descienden por la estructura y se encuentran con una resistencia de puesta a tierra que disipa la energía asociada con la descarga atmosférica. Ver Figura 1-1
Incidencia de Rayos en Vanos de la LT
Lo mismo podemos decir cuando la descarga atmosférica impacta directamente en la torre. Ver Figura 1-2
Figura 1-2.- Representación una LT para Impacto Directo de Rayo en la Torre Según la descripción anterior, una descarga atmosférica, puede considerarse como una fuente capaz de hacer fluir una corriente de tipo impulso (la asociada con el rayo) a través de una impedancia. La tensión producida por la descarga es producto de la corriente y de la impedancia a través de la cual fluye. Una corriente de impulso inyectada a un electrodo de puesta a tierra encuentra oposición a su circulación debido a las características físicas del electrodo y electromagnéticas del medio. El terreno circundante alrededor del electrodo por ser un material de conductividad finita, permite que se manifieste la constante dieléctrica. La resistividad del terreno establece una corriente de conducción y la permisividad asociada al cambio de tensión, una de desplazamiento. Además, la corriente que fluye por el electrodo, establece un campo magnético, cuya intensidad es alta en su vecindad. Los efectos inductivos de la corriente circulante por el suelo es una consecuencia directa Autor: Ing. Juvencio Molina A
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de la corriente fluyendo en el electrodo. Los caminos de corrientes citados, que algunos autores llaman longitudinal y transversal, constituyen un circuito equivalente. Uno de los primeros modelos de representación del comportamiento transitorio de la red de puesta a tierra lo plantea Rüdemberg [1]. En el modelo ilustrado en la Figura 1-3, se representa a la red de tierra en parámetros concentrados mediante una conductancia G, una capacitancia C en paralelo, ambas en serie con una inductancia L. Para representar la rigidez dieléctrica finita del terreno se coloca en paralelo con la conductancia a tierra un descargador.
Figura 1-3.-Modelo concentrado de SPT en Torre Las descargas atmosféricas que inciden en los vanos de los cables de guarda y en las torres, tienen la tendencia de impactar en las proximidades de éstas, porque se constituyen en los puntos más elevados de las líneas de transmisión. Dependiendo del tipo de torre y de su masa metálica hasta un 60% de los rayos pueden impactar en sus proximidades. Cuando la descarga atmosférica impacta en el conductor de guarda induce una fracción de su potencial en los conductores de fase (factor de acople capacitivo entre conductores y conductor de guarda). El problema se presenta cuando la resistencia de puesta a tierra de la torre es alta la cual causa e o reflexiones de la corriente del rayo y el desarrollo de una alta tensión que eleva el potencial de la torre de transmisión con relación a la resistencia de puesta a tierra.
“rebot ”
La corriente de la descarga atmosférica que impacta en el conductor de guarda o directamente en la torre, al llegar a la base de la torre (suelo) y en presencia de una alta resistencia (resistencia de puesta a tierra de la estructura) encuentra un medio no propicio para la dispersión eficiente, causando el aumento súbito de la tensión entre el brazo de la torre y el conductor de fase, hasta el punto que se supera el aislamiento proporcionado por el aire exterior a la cadena de aisladores y se presenta un flameo desde el brazo de la torre (que se encuentra a un alto potencial) y el conductor de base. Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Lo anterior es lo que se conoce como y se llama así porque se genera desde el brazo de la torre hacia el conductor de fase, como puede apreciarse en la Figura 1-4. Además la corriente a través de la torre también produce un campo magnético variable entre el conductor de fase y la torre, que contribuye al flameo inverso.
Figura 1-4.- Flameo Inverso en una Torre de Transmisión Basado en el comportamiento anterior, y más aún cuando el nivel ceráunico es alto.
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ELECTRODOS DE PUESTA A TIERRA EN TORRES DE TRANSMISIÓN
2.1.1 Definición de la topología del electrodo La corriente asociada con la descarga atmosférica al llegar a la base de la estructura encuentra o no, según la composición del suelo un medio propicio para disipar la energía del rayo. Cuando una línea de transmisión tiene continuas salidas debido a flameos inversos por altas resistencias de puesta a tierra en las estructuras, se debe buscar mejorar (bajar) la resistencia que la corriente asociada al rayo encuentra al llegar al suelo. Conociendo el nivel ceráunico de la zona por donde cruza la línea de transmisión, por medio de una gráfica probabilística de distribución de rayos se calcula el valor de la corriente de rayo aceptable para no producir flameo inverso (la anterior decisión, se toma dependiendo del grado de confiabilidad que pretendemos dar a la línea de transmisión). Con dicha corriente y con el voltaje de flameo de la cadena de aisladores se determina el valor necesario de resistencia de puesta a tierra. En la práctica una línea de transmisión no tiene un valor constante de resistencia de puesta a tierra, sino que presenta una gama de valores según la localización de las distintas torres por lo que, la Autor: Ing. Juvencio Molina A
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primera acción al aplicar mejoras de las puestas a tierra de una línea de transmisión es medir los valores de resistencia en cada torre. Ante el anterior problema, la respuesta más lógica técnicamente sería colocar una malla de tierra en la base de cada estructura, pues dicha malla de tierra disiparía las corrientes asociadas con los rayos. Esa solución tiene limitante desde el punto de vista económico. En vista de lo anterior, los procedimientos seguidos en la práctica es el uso de electrodos con topología de contrapesos (Conductor tendido horizontalmente) en vez de electrodos tipo jabalina. El arreglo en contrapeso se ha encontrado que presenta un mejor comportamiento dinámico ante corrientes de impulso que el ofrecido por otras configuraciones cuando es instalado en forma ra dial desde cada base de la torre, definiendo los llamados arreglos tipo pata de ganso
2.1.2 Comportamiento transitorio de las puestas a tierra en alta frecuencia 2.1.2.1 Longitud efectiva La respuesta transitoria de distintas configuraciones de electrodos ha sido estudiada a lo largo de muchos años y de la misma manera que ocurre para fallas y perturbaciones en régimen de 60 Hz, las perturbaciones transitorias de los voltajes en el sistema de potencia pueden ser peligrosas para las personas, así como para los equipos y dispositivos asociados. Debido a las considerables pendientes que presentan los frentes de onda de rayo (hasta 100 kA /µs), la eficiencia de los sistemas de puesta a tierra es a menudo determinado por las caídas de tensión inductiva, lo cual conduce a que los sistemas de puesta a tierra asociados a rayos deban considerar el fenómeno de onda viajera en los conductores que conforman el electrodo. El aspecto de caída de tensión determinado por el incremento de la reactancia inductiva conduce a que exista una longitud efectiva del electrodo la cual evidentemente es función de la frecuencia. De acuerdo con [2] y otras publicaciones, la distancia efectiva, expresada en metros, de un electrodo se define como
;
Ec. 2-1
Donde; T : Tiempo de pendiente de la corriente de impulso, expresada usualmente en µs. L: Inductancia del electrodo enterrado por unidad de longitud (
G_ Conductividad del suelo ( ) expresada en S/m
La Figura 2-1 muestra resultados de distancia efectiva de electrodos en función de la resistividad, para distintos frentes de onda considerando al electrodo instalado en suelo homogéneo.
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Figura 2-1.-Longitud efectiva Vs. resistividad del suelo para frentes de onda de 1, 4 y 8 s Fuente: [2]
2.1.2.2 Impedancia de impulso y longitud efectiva en electrodos simples Los electrodos presentan respuestas transitorias que dependen de la configuración y especialmente de la frecuencia de la señal de impulso aplicada.. Al ser inyectadas onda tipo impulso a un electrodo el comportamiento de la impedancia transitoria se define como
,
Ec. 2-2
La impedancia de impulso (Z) se define para los valores máximos desarrollados por v( t ) e i(t )., es decir:
,
Ec. 2-3
Otro parámetro característico es el coeficiente de impulso (A) que correlaciona la impedancia en baja frecuencia (R) y la impedancia de impulso Z i.
;
Ec. 2-4
El comportamiento de la impedancia vs frecuencia (Z i vs f) de un electrodo de tierra se muestra en la figura siguiente. Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Figura 2-2..-Comportamiento de la impedancia en función de la frecuencia
En la figura Figura 2-2 se observa que dependiendo de las características del suelo la impedancia en baja frecuencia tiende a valores resistivos. Para valores de Z(jw)/ R < 1 el comportamiento es capacitivo y para valores de la relación Z(jW)/R > 1 el comportamiento es inductivo. La frecuencia límite entre el rango resistivo de baja frecuencia (BF) y el rango inductivo de alta as características del electrodo, longitud ( l ) y la resistividad del terreno ( ρ).
frecuencia AF es definida como la frecuencia característica “ ” y la misma depende de l
Ec. 2-5
Donde; F C : Se expresa en MHz
Ω-m
ρ
=se expresa en metros (m)
l C
La longitud “ ” se define como la distancia entre el punto de inyección de corriente y el lugar más distante del arreglo del electrodo de tierra. La ecuación 1- 5 implica que “F ” es pequeña en suelo l C
C
con resistividad ( ρ) baja y para electrodos de gran longitud ( l C)
2.1.2.2.1 Electrodos verticales La Figura 2-3 muestra la respuesta transitoria de potenciales e impedancia desarrollados por un electrodo cilíndrico vertical de longitud 12 m expuesto a frecuencias menores y mayores de 100 kHz. Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Figura 2-3.(a)-Impulso de corriente i(t), Voltaje transitorio v(t) e I mpedancia transitoria z(t) en electrodo vertical , tipo cilíndrico de longitud 12 m expuesto a impulso con frecuencia menor de 100 kHz. Fuente [3]
Figura2-3.(b)-Impulso de corriente i(t), Voltaje transitorio v(t) e Impedancia transitoria z(t) en electrodo vertical tipo cilíndrico de longitud 12 m. expuesto a impulso con frecuencia mayor de 100 kHz. Fuente [3] El análisis de la Figura 2-3(a) muestra que ante impulso con frecuencia menor de 100 kHz la forma de onda de tensión de impulso alcanza el valor máximo en el mismo tiempo en que la onda de corriente desarrollada, demostrando que el efecto predominante es el componente de baja frecuencia de la impedancia transitoria, es decir .
es aproximadamente 1Ω apreciándose una muy rápida disminución
En este caso la Z i de impulso de la respuesta transitoria lo cual determina que los valores máximos de v(t) e i(t) (y en consecuencia Zi) coincidan con la respuesta en baja frecuencia de la impedancia z(t) Zi = R
1 Ω
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Para el caso de la Figura 2-3(b) la repuesta del electrodo ante un impulso con predominio de frecuencias superiores a los 100 kHz muestra que no existe coincidencia de los valores máximos de v(t) e i(t). El valor resultante de la impedancia de impulso (Z i) es aproximadamente de .
152 Ω
El mayor valor de Zi es determinado por la componente inductiva de la impedancia z(t). Ensayos realizados en electrodos verticales con longitudes entre 3 y 30 m se muestran en la Figura 2-4 . Se registra la respuesta obtenida de la resistencia de tierra R y la impedancia de impulso Z i en suelos con resistividad: 10onda de corriente de rayo mostradas en las Figura 2-3(a) y (b).
Ωm 1 Ωm y 1 Ωm y para formas de
Figura 2-4..- Respuesta de R y Z de impulso en electrodos verticales de distintas longitudes e instalados en suelos con distintas resistividades Fuente [3] La impedancia de impulso Z i en electrodos de menor longitud es igual a la resistencia de tierra (R) es decir, el coeficiente de impulso es igual a uno. La impedancia de impulso disminuye con el aumento de la longitud del electrodo pero más tarde se vuelve constante, mientras que la resistencia continúa disminuyendo resultando en aumento del coeficiente de impulso. Por lo tanto, sólo una determinada longitud del electrodo es eficaz en la reducción de la impedancia de impulso. Es lo que se conoce como longitud efectiva . La longitud efectiva es mayor en suelos con mayor resistividad y para impulsos de corriente con frente de onda de crecimiento más lento.
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2.1.2.2.2 Contrapesos Para el cálculo de la resistencia de interfase a tierra en contrapesos existen variadas expresiones que permiten efectuar la evaluación. Aplicando la ec. 1-6 se obtienen los valores mostrados en la Tabla 1 la cual muestra valores de resistencia (en baja frecuencia) calculada para contrapesos de distintas longitudes.
Ec. 2-6
Tabla 1.- Resistencia de puesta a tierra de contrapesos
27,60
16,70
12,34
10,01
8,55
175,83
186,56
192,88
199,11
205,34
En baja frecuencia se evidencia que a mayor longitud del contrapeso, menor es el valor de la resistencia de interfase a tierra, sin embargo: no se registra el mismo comportamiento para inyección de corrientes en alta frecuencia. La Figura 2-5 muestra las variaciones de la impedancia Vs. Frecuencia en contrapesos de distinta longitud.
Figura 2-5..-Respuesta en Frecuencia de la Impedancia de Contrapesos Fuente:[4]
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El análisis de la Figura 2-5 muestra a frecuencia de corriente de prueba inferior a 20 kHz, cuanto mayor es la longitud del contrapeso, menor es la impedancia de puesta a tierra. En el rango de frecuencia de 30 kHz a 100 kHz de la corriente inyectada, se aprecia que la impedancia de puesta a tierra del contrapeso de 50 m de largo es mayor que la asociada al contrapeso de 40 m de largo. En el rango de frecuencia de 100 kHz las impedancias de puesta a tierra del contrapeso de 40 m y 50 m son casi iguales. De la misma manera, las impedancias de puesta a tierra de los contrapesos de 40 m y 50 m son mayores que la de 30 m en la frecuencia de 40 kHz y convergen a la de 30 m sobre la frecuencia de 200 kHz. A medida que aumenta la frecuencia de la corriente inyectada, la impedancia de puesta a tierra de los contrapesos largos aumenta bruscamente y después converge a las de contrapesos cortos. Por otra parte, la impedancia de puesta a tierra del contrapeso de 10 m disminuye ligeramente en las frecuencias menores de 200 kHz y adquiere aspecto capacitivo. Finalmente se aprecia que el contrapeso 10 m aparece la impedancia de puesta a tierra más baja en la frecuencia de 300 kHz
2.1.3 Tipos de Electrodos en Torres de Transmisión El propósito de puesta a tierra línea de transmisión es (a) proporcionar un adecuado comportamiento de la línea ante rayos. y (b) disipar eficazmente la corriente de falla evitando la generación de potenciales inseguros de paso y de toque alrededor de la base de la torre. El sistema de puesta a tierra de la torre es proporcionada por un sistema eléctricamente interconectado de conductores y jabalinas, conectores, fundación y el suelo local. La puesta a tierra de la torre cada torre debe tener en considerar el funcionamiento individual de la línea y de la torre. Diferentes diseños de puesta a tierra de torre pueden ocurrir de torre en torre (Span) debido a la variación de los parámetros y condiciones a lo largo de la longitud de la línea. Los métodos básicos de conexiones de tierra en líneas de transmisión son:
●
●
” de diámetro y m de longitud
El uso de varillas de conexión de tierra de 19 mm ( ¾ enterradas verticalmente, interconectadas con longitudes cortas de conductores y unidas a las patas de las estructuras. El uso de contrapesos, las cuales consisten de uno o varios conductores enterrados horizontalmente en zanjas de 30 cm de profundidad y unidos a las patas de la estructura.
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2.1.3.1 Contrapesos Desde el punto de vista práctico el método más usado para reducir el valor de resistencia a tierra es el uso de contrapesos. Estos son recomendados de usar en casos en que la resistividad del terreno -m. El contrapeso (impedancia característica). Su comportamiento al impulso del rayo presenta esta impedancia
sea mayor a 2 Ω se caracteriza por una impedancia inicial entre 15 y 2 Ω inicial que disminuye exponencialmente después de un tiempo aproximado a 1μs como se muestra a continuación:
Figura 2-6.- Comportamiento ante impulse de electrodos tipo contrapesos Después de este tiempo la impedancia decrece a valores de la resistencia de conexión a tierra en estado estable. Este comportamiento al impulso de la impedancia nos da las longitudes máximas efectivas para el diseño de contrapesos. Por ejemplo, si se considera un contrapeso de 50 m de
largo considerando un tiempo de viaje de la onda de corriente del rayo a m/μs se tiene que en 1μs la onda viajará m seis veces la longitud del contrapeso.
De este comportamiento y en base a los conceptos revisados en la sección 2.1.2.2.2, la longitud de los contrapesos se puede limitar a valores característicos dependientes de la resistividad del terreno. En la siguiente figura se muestra la relación entre la longitud eficaz de contrapesos y la resistividad del terreno:
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Figura 2-7.- Relación entre la longitud eficaz de contrapesos y resistividad del terreno
2.1.3.2 Comportamiento del contrapeso ante onda de rayo La utilización de cables de contrapeso es de práctica común y consiste en enterrar horizontalmente conductores pegados a las estructuras de las torres, la resistencia disminuirá con el aumento de la longitud y con aumento del diámetro del contrapeso enterrado (hasta cierto punto). Como se demostró previamente, el sistema de puesta a tierra se comporta como una impedancia transitoria, variando desde su valor inicial hasta el valor de resistencia de dispersión. En la Figura 2-8 están indicadas las curvas que muestran esta variación para determinada configuración de contrapesos
Figura 2-8.-Variación de la impedancia transitoria y efecto del número de contrapesos
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Z R N
Ω– Impedancia de impulso. (inicial) 1 Ω – Resistencia de dispersión
150
Número de cables de contrapeso.
De la anterior figura podemos observar que al colocar más contrapesos bajamos el valor total de la impedancia transitoria inicial. (Es como colocar resistencias de aproximadamente 145 ohmios en paralelo).
1 cable 2 cables 3 cables 4 cables
145 Ω
=72 Ω 48 Ω = 6 Ω
Los impulsos atmosféricos se propagan en la estructura de la torre con una velocidad aproximada del 80% de la velocidad de la luz, es decir;
= 240 m/µs 8 Donde, V pt
= Velocidad de propagación de la corriente de rayo en una torre
Los impulsos atmosféricos se propagan en un contrapeso con una velocidad del orden de un tercio de la velocidad de la luz, o sea:
⅓
= 100 m/µs Vpc
= Velocidad de Propagación de la corriente de rayo en un contrapeso
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De lo anterior se concluye que un contrapeso de longitud 300 m, con una impedancia de impulso de aproximadamente 150 , tardaría 6 µs para que su resistencia efectiva sea reducida a su resistencia de dispersión. Nota: Debe recordarse que el comportamiento de la onda en el contrapeso es de tipo viajera (Ida y retorno )
Ω
Del mismo modo, un cable de contrapeso de 75m, con una impedancia de impulso de aproximadamente 150 solo necesitará 1.5 µs para reducir su resistencia efectiva al valor de dispersión en régimen permanente.
Ω
Lo anteriormente descrito, sirve para demostrar que desde el punto de vista de respuesta transitorio (fenómenos muy rápidos), es mejor la utilización de varios conductores contrapesos con longitudes menores que un contrapeso con longitud muy grande. La impedancia de impulso inicial de los contrapesos, depende de las condiciones del suelo (normalmente de 150 a 200 ) y no depende directamente de la longitud del cable. Por lo que la longitud del contrapeso debe ser tal que el tiempo que tarde el impulso en ir a la punta y volver, sea superior al tiempo de crecimiento del fenómeno. Como estamos hablando de una descarga atmosférica, la cual es asegurando que cuando la onda vuelve, (el fenómeno) ya se encuentra decreciendo.
Ω
normalizada por una onda de 12 x 5 μs o superior
Figura 2-9.-Forma de onda de impulso normalizado 1,2/50 µs Al conocerse la velocidad de propagación del impulso en la torre y en los contrapesos y además, conocer el tiempo de crecimiento del fenómeno, puede calcularse la longitud efectiva del contrapeso.
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Figura 2-10.-Recorrido del impulso en torre y contrapeso LT: LC: Ltotal:
Longitud de la torre Longitud del contrapeso Longitud total
Ltotal : LT + LC + LC + LT = 2(LT+LC)
Supongamos una torre de altura 30m. El tiempo que transcurre mientras recorre la estructura será: Tt = Tiempo en la torre Tc= Tiempo en el contrapeso
d= Distancia de recorrido v= Velocidad de desplazamiento de la onda t= Tiempo de recorrido
=
=
0,25 µs
El tiempo total del recorrido de la onda se expresa como T = Tt +Tc Si se asume un tiempo total de 1,5 µs para alcanzar el valor estable de la impedancia de dispersión entonces el tiempo de recorrido en el contrapeso será: Tc = T - T t = 1,5 µs -0,25 µs = 1,25 µs Autor: Ing. Juvencio Molina A
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La distancia recorrida por la onda en el contrapeso será
=
100 * 1,25 µs = 125 m
La onda recorrerá 125 m en ida y vuelta en el contrapeso con lo cual se estima en 62,5 m la longitud máxima del contrapeso. Obtendríamos un valor un poco más corto de la longitud de contrapesos, si asumimos un tiempo total cercano al estructura más alta.
pico de la onda normalizada 1.2 μs o si tenemos una Si el contrapeso es muy largo, la parte crítica de la descarga (el ascenso) ya pasó y el impulso no ha llegado a la punta del contrapeso lo que podría verso como “enterrar la plata”. Algunos tipos de arreglos de cables contrapesos, utilizados para el mejoramiento de las puestas a tierra de las estructuras de una línea de transmisión son mostrados en la Figura 2-11 Los arreglos (a) y (b) son muy costosos y solo traen ventaja para fenómenos de baja frecuencia (60Hz), pues es el caso de los contrapesos muy largos. El arreglo más común es el (e).
Figura 2-11.-Arreglo típico de contrapesos Desde el punto de vista de la instalación, los contrapesos teóricamente no tienen que ser demasiado profundos, pero si están muy superficiales pueden ser saqueados fácilmente. Típicamente la profundidad de instalación oscila desde 0,45 a 0,8 metros. Autor: Ing. Juvencio Molina A
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2.1.3.3 Electrodos tipo Jabalinas La utilización de jabalinas (Tipo Copperweld) se hace principalmente para conectar a tierra terminales aéreos (pararrayos) o descargadores de sobretensión. Consiste en enterar verticalmente jabalinas conductoras pegadas a las estructuras de las torres y al igual que con los cables de contrapeso, típicamente, la resistencia disminuye con el aumento de la longitud y aumento del diámetro de la varilla enterrada (hasta cierto punto). La utilización de jabalinas (varillas) se basa en el principio de que la resistencia del suelo mejora con la profundidad (premisa que no es cierta en todos los casos y depende realmente del modelo de suelo). Mientras más profundas se instalen las jabalinas, mejor será su comportamiento, pero más complicada y costosa su colocación. En países como Canadá, entierran jabalinas muy profundas (hasta 10m). Son instaladas por etapas y van siendo ensambladas cuando la anterior está enterrada, método que solo es posible en suelos blandos como los arcillosos. En cuanto a los arreglos de jabalinas de contrapeso no hay algo muy establecido, pero lo que sí es cierto, es que mientras más separadas estén las jabalinas, más bajo será el valor de puesta a tierra obtenido, pues existe menor interferencia ( Resistencia mutua) en el medio alrededor de cada jabalina.
2.1.3.4 Prácticas de Puesta a Tierra en Torres de Transmisión en Distintas Países Distintas prácticas aceptan como valores máximos de puesta a tierra de infraestructura los mostrados en la tabla siguiente: Tabla 2.- Resistencia máxima a tierra en distintos tipos de infraestructura Estructuras de Transmisión Subestaciones de alta y extra alta tensión Subestaciones de media tensión en poste Subestaciones de media tensión de uso interior Protección contra rayos Neutro de acometida de baja tensión Descargas electrostáticas Equipos electrónicos sensibles
2Ω 1Ω 1Ω 1Ω 4Ω-5Ω 25Ω 25Ω 5Ω
Los valores son adoptados de normas tales como IEC 60364-4-442, RETIE 2007 de Colombia (Tabla 24), IEEE 142, entre otras. El desarrollo de las puestas a tierra asociados a las estructuras de transmisión se desarrollan basados en los valores mostrados en la tabla anterior. Autor: Ing. Juvencio Molina A 20 de 37
2.1.3.4.1 México El uso de contrapesos en torres de transmisión se puede resumir con las recomendaciones mostradas en la siguiente tabla y figuras: Tabla 3.- Configuración de Contrapeso en función de la resistividad del suelo
Dos contrapesos de 30 m de longitud en patas opuestas. (Figura 2-12) Dos contrapesos de 45 m de longitud en patas opuestas. (Figura 2-12) Cuatro contrapesos de 30 m de longitud en patas opuestas. (Figura 2-13) Cuatro contrapesos de 50 m de longitud.(Figura 2-13) En forma genérica se trabaja considerando la longitud eficaz de contrapesos comprendida entre 20 y 70 m. y su agrupamiento de contrapesos en paralelo, entre 2 y 4.
Figura 2-12.-Configuración de dos (2) Contrapesos
Figura 2-13.-Configuración de cuatro (4) contrapesos Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Estas recomendaciones dan un enfoque general de las conexiones de tierra en las torres de transmisión, la solución para cada línea depende del nivel de confiabilidad deseado, la variación de la resistividad del terreno a lo largo de la línea y de la densidad de los rayos a tierra.
2.1.3.4.2 Venezuela Los criterios de diseño de CORPOELEC-CADAFE establecen que las resistencias de puesta a tierra de las estructuras no deben exceder los 20 ohmios. Los arreglos genéricos de contrapesos utilizados en torres de transmisión de 115, 230 y 400 kV en el sistema eléctrico de Venezuela son los siguientes:
Consiste en cuatro contrapesos de longitud L, cada uno conectado a una pata de la torre mediante conector, a una profundidad definida, la longitud será variable con un mínimo de 25 m y un máximo recomendable de 75 m. Es aplicable en zonas de perfil resistivo moderado en su primer estrato, con espacio suficiente para su ejecución. El tipo de contrapeso debe ser un conductor de un diámetro mínimo de . La Figura 2-14muestra el esquema de esta configuración
5/16”
Figura 2-14.-Contrapeso 4xL- Sist Transmisión Venezolano La ecuación que rige este esquema es la siguiente:
ln2ln2212 8 Esta configuración es similar a la anterior, con la particularidad que cada extremo del contrapeso se conecta a una jabalina. Como se muestra en la Figura 2-15. La longitud del contrapeso será variable Autor: Ing. Juvencio Molina A 22 de 37
con un mínimo de 5 m y un máximo recomendable de 50 m. Es aplicable en zonas que presentan un perfil resistivo con un primer estrato elevado y el segundo posee resistividades inferiores, con espacio suficiente para su ejecución.
Figura 2-15.-Contrapeso 4xL+J
–
La ecuación cálculo aproximado - que rige este esquema es la siguiente:
ln2115 ln2115212 8115 “”
Este consiste en la ejecución de un círculo de radio alrededor de la torre a una profundidad determinada al cual se conectan cada una de las patas de la torre mediante un conector, dicho radio será variable con un mínimo que permita abarcar todo el área de la torre. Se aplica típicamente en espacios limitados en los alrededores del apoyo (zonas urbanas con construcciones en sus alrededores).
Figura 2-16.-Contrapeso Circular
–
La ecuación cálculo aproximado - que rige este esquema es la siguiente: Autor: Ing. Juvencio Molina A
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4ln8ln8 Donde; RT ρ
L l a S r
Resistencia de puesta a tierra de la torre en .Ω. Resistividad del terreno en .Ω-m.
Longitud del conductor usado como contrapeso Longitud de la jabalina en m. Radio del conductor utilizado como contrapeso en m. Profundidad de ubicación del contrapeso en m. Radio del círculo descrito por el contrapeso circular en m.
Entre los criterios de diseño de la puesta a tierra de las líneas de transmisión, se establece lo siguiente: ● ●
● ● ●
La resistencia de puesta a tierra de las estructuras no deben exceder los 2 Ω Las configuraciones que se utilizarán será de 4x25 m para resistividad del suelo menores de 1 Ω-m y de 75 m para resistividades mayores de 1 Ω-m.
Se evitará en lo posible la configuración de contrapesos circulares El ángulo de salida del contrapeso radial o en estrella será aproximadamente 45º. La profundidad de enterramiento será como mínimo de 80 cm, y se emplazará en preferencia paralelos a la proyección vertical de los conductores de guarda.
2.1.3.4.3 Practicas de IBERDROLA Los resultados de estudios realizados por la empresa electrodos se muestran a continuación.
a distintas configuraciones de
La Figura 2-17 muestra las variaciones de impedancia armónica de cuatro puestas a tierra de
diferentes configuraciones que fueron ensayadas a impactos reales de rayos saint privat d’Allier: Francia) y también mediante generadores de ondas de choque
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Figura 2-17.- Impedancia de tierra en AF para distintos tipos de electrodos Las descargas de rayo provocadas en dicho lugar, poseían impulsos de intensidad en los cuales la pendiente es normalmente muy fuerte, y de muy corta duración (entre 0,3 y 0,1 s) y además la media de las magnitudes de descarga fue de 25 KA.
Cada curva representa la variación del modulo de impedancia de la tierra armónicos Zt en función de la frecuencia f.
1 Ω.m el electrodo con mas
Como se puede observar, para un mismo tipo de terreno con ( ρ ramificaciones, presenta en alta frecuencia, una impedancia mucho menor que un conductor cilíndrico enterrado horizontalmente de la misma longitud.
Es comprobado entonces que los electrodos que presentan más ramificaciones tienen un comportamiento frente a descargas de tipo rayo mucho mejor que l os estructura simple. Con estas configuraciones lo que realmente se hace es actuar sobre la impedancia característica de la siguiente forma:
Z t
L
C
De forma simplificada podemos plantear que: Donde: = Impedancia de tierra armónica Autor: Ing. Juvencio Molina A
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= inductancia del electrodo, la cual es proporcional a la longitud del electrodo y a la permeabilidad del terreno y = la capacidad del electrodo, la cual es proporcional a su longitud y a la permisividad del terreno. Con esta configuración ramificada lo que se logra es aumentar la capacidad inter electrodica y por lo tanto se disminuye la impedancia que presenta el sistema de puesta a tierra a este tipo de descargas. Por lo tanto, ese comportamiento concuerda con lo analizado en ot ros trabajos los cuales plantea que la respuesta del sistema de puesta a tierra ante una descarga de rayo adquiere comportamiento de tipo capacitivo con efecto de disminución de la impedancia transitoria. Basado en lo anterior , la normativa de IBERDROLA para la realización de puestas a tierra en apoyos de líneas y Centros de Transformación que están ubicados en zonas de alta probabilidad de descargas, recomienda la
: Se destaca que la longitud crítica de las ramificaciones del electrodo principal marca el límite entre el comportamiento capacitivo-inductivo del electrodo.
Figura 2-18.-Arreglo de SPT en estructura soporte de línea - Iberdrola Cuando a un electrodo de gran longitud (counterpoise), se le aplican ondas de corriente o de tensión, las correspondientes ondas electromagnéticas se propagan a lo largo del conductor perdiendo energía con la atenuación de su amplitud, debido a las diferentes velocidades de propagación de las diferentes frecuencias de la onda, siendo mayor la atenuación y la pérdida de energía, cuanto mayor es la frecuencia, por lo que se obtiene a lo largo del electrodo, ondas atenuadas (cresta) y distorsionadas (forma), que dan lugar a distribuciones no lineales de la tensión y de la corriente a lo largo del electrodo. Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Como consecuencia de esto no toda la longitud del electrodo trabaja de la misma manera, ni presenta el mismo comportamiento eléctrico (capacitivo, resistivo, inductivo), por lo que se manejan conceptos como los de longitud efectiva del electrodo o radio efectivo, para las mallas (dimensión limite (longitud, radio) por encima de la que no se obtienen reducción apreciable de la impedancia del electrodo, debido a que no se produce inyección, apreciable, de corriente en el terreno), y longitud critica (dimensión por debajo de la que el electrodo presenta comportamiento capacitivo) Basado en lo anterior, las prácticas de IBERDROLA llegan a las siguientes conclusiones:
Para resistividades altas existen longitudes máximas del electrodo cuya impedancia de entrada presenta valores mínimos, aumentando la impedancia en caso de incrementar la longitud del electrodo. Esas longitudes máximas definen la transición del comportamiento capacitivo a inductivo del electrodo. Las longitudes de los electrodos deben mantenerse entre 10 y 30 metros dependiendo de la resistividad del terreno, siendo preferible emplear conductores en paralelo más corto que emplear un solo conductor de gran longitud. La impedancia de entrada a 1 MHz aumentan mucho su valor en relación con el que presenta a 50 Hz, para valores de resistividades bajos, conforme aumenta la longitud del electrodo, mientras que para resistividades altas la impedancia se mantiene uniforme.
Figura 2-19.-Expresión generalizada de longitud crítica de electrodos
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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3.1 Generalidades Como se demostró en las secciones previas, el valor de la impedancia de puesta a tierra de la torre de transmisión está en correspondencia directa con los valores de sobretensiones que pueden producir el fenómeno del "flameo inverso" o arco inverso causante de salidas forzadas de la línea de transmisión. La comprobación periódica del valor de la interfase del sistema de electrodos de tierra en torres de transmisión es un aspecto importante para operación adecuada de la línea eléctrica. La ejecución de las mediciones debe formar parte de las tareas del mantenimiento preventivo de la infraestructura sin embargo; la tarea muchas veces no es ejecutada por limitaciones principalmente asociadas a la presencia del conductor de guarda unido a la estructura de la torre. La comprobación del valor de puesta a tierra debe efectuarse por lo menos una vez al año y sus registros configurar el histórico que permite establecer variaciones y tendencias que brindan la información necesaria para determinar potenciales problemas. El valor de interfase a tierra presenta valares estacionales. Las medidas deben efectuarse preferiblemente en temporadas de verano (Época de estiaje) por ser la época en la cual se alcanzan las mayores magnitudes. Variaciones más allá del rango normal de la época de estiaje es indicador de potenciales problemas causados por variables diversas las cuales deben ser investigadas. Debido a que en muchas aplicaciones se utilizan conductores de acero galvanizado u otros materiales, una potencial causa de problemas es la corrosión del conductor del electrodo de tierra. La medición del SPT en torres de transmisión presenta la problemática de la presencia del cable de guarda el cual se conecta a la estructura de cada torre y además, interconecta los distintos apoyos del tendido aéreo. La interconexión del conductor de guarda produce un arreglo en paralelo entre las puestas a tierra de cada apoyo y así, al efectuarse medición del SPT a baja frecuencia sin desconexión del conductor de guarda en realidad se obtiene el valor de la impedancia equivalente del conjunto de arreglos en paralelo que conforman cada. La intención de la medición es conocer el valor de la impedancia de tierra en cada apoyo. La práctica de medición ordinaria en baja frecuencia implica la necesidad de desconectar el conductor de guarda de la torre cuyo procedimiento de ejecución normalmente toma mucho tiempo y presenta riesgos de seguridad. Como método alterno a la medición en baja frecuencia y con el conductor de guarda desconectado, se presentan las técnicas de medición en baja frecuencia con inyección selectiva de corriente y las de medición en alta frecuencia. Los procedimientos de prueba son descritos en la norma IEEE 81 [5] y en torres de transmisión se basan principalmente en los métodos de la caída de potencial y de la pendiente. Autor: Ing. Juvencio Molina A
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3.2
Medición de Baja frecuencia con inyección selectiva de corriente
Tradicionalmente para medir la impedancia de tierra de una torre de línea de transmisión usando un medidor con inyección de señal de baja frecuencia y aplicando el método de la caída de potencial se requiere efectuar la desconexión del cable de guarda aéreo con el de separar el electrodo de tierra de la torre de la red de tierra de la línea de transmisión. Evidentemente esta técnica tradicional de medición involucra largo tiempo para su ejecución y riesgos para la seguridad del personal técnico. A lo largo del tiempo se han desarrollado variantes técnicas y equipamiento el cual permite ejecutar mediciones en baja frecuencia sin desconectar el cable de guarda, una de ellas, usando inyección de corriente de baja frecuencia es la conocida como inyección selectiva de corriente o método de medición de resistencia por la combinación caída de potencial / pinzas.
3.2.1 Método de medición de resistencia por caída de potencial / pinzas En tiempos recientes fueron adicionados a las técnicas de mediciones de resistencia de puesta a tierra los llamados medidores tipo pinza (Clamp-On Method) que permiten en forma rápida, efectuar verificaciones en pequeños sistemas de tierra individuales en postes. La tecnología de pinzas de medición de tierra parte del principio del paralelismo existente entre puestas atierra en postes adyacentes o como parte de los apoyos de un tendido eléctrico en la cual, la resistencia de tierra del poste bajo prueba es mucho menor que la conformada por el circuito suelo-poste adyacente. La tecnología de medición con pinzas funciona bien porque la corriente de prueba debe atravesar una extensión de suelo hasta el siguiente poste, y también en la línea, para así completar un circuito. Para torres de transmisión, debido a que cada pata de la torre está conectada a tierra, la corriente no tendría que ir a la siguiente torre, sino viajar a través de las otras patas, por lo que el método es esencialmente inútil debido a que no se cumple el principio de paralelismo de alta impedancia entre electrodos de tierra adyacentes. Sin embargo, es posible efectuar la medición de la red de tierra de la torre al combinar el método de la caída de potencial y el arreglo de pinzas. Este método es aceptado por la práctica recomendada IEEE-81, versión 2012.[5] La disposición del equipo de medición es exactamente igual al método de la caída de potencial con la variante de instalar un arreglo de cuatro (4) transformadores de corriente tipo pinza colocados individualmente en cada pata de la torre en un arreglo como el mostrado en la Figura 3-1.
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Figura 3-1.- Disposición de Medición en Torre - Método FoP-Pinza
El equipo de prueba inyecta al suelo una corriente de magnitud El arreglo de Ct´s instalados en las patas de la torre mide la fracción de corriente que circula por el arreglo de tierra de la torre y a través del equipo amplificador retorna la sumatoria de la fracción de corriente al equipo de prueba. Internamente este efectúa el cociente de potenciales obtenidos en la línea de sondeo / fracción de corriente medida en la pata y despliega el valor de " "para cada punto de sondeo a lo largo de la línea de medición. El método usa equipos que inyectan señales con rangos de frecuencia desde baja frecuencia alrededor de los 128 Hz y otros usan señales de corriente con una frecuencia alrededor de los 5 kHz. Esta última técnica se enmarca en el rango de las llamadas técnicas de medición en alta frecuencia. Distintos fabricantes tales como Megger (DET4TC), AEMC (Modelos 6472&6474) o Fluke (Modelos 1623-2 & 1625-2) presentan sus propuestas de medición con el método FoP/Pinzas. En la tabla siguiente se muestran las características resaltantes de las prestaciones técnicas de algunos equipos.
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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AEMC 6472&6474
40 a 5078 Hz
250
16 o 32 IextMax =10A(ca)(R
FLUKE 1625
>50 mA
0,02-200
Ω 50 V) : 1 kΩ (voltaje de salida de 50 V) Límites reducidos a 5 kΩ para voltaje de salida de 25 V Límites reducidos a 5 kΩ para resolución de 1 Ω
128 Hz
48 V
A<2Ω IextMax
=2A(ca)(R A>
2Ω
: 100 k (voltaje de salida de
MEGGER DET4TD2
3.3
4,5 o 0,45
128 Hz
25 o 50
40 V picopico
Medición en Alta frecuencia
Los instrumentos tradicionales de mediciones de resistividad y resistencia del suelo funcionan basados en el llamado puente equilibrado u otros métodos similares, en corriente alterna de baja frecuencia y la impedancia medida es la resistencia casi igual a corriente continua, por lo tanto, no incluyen los componentes de alta frecuencia de la reactancia. En la medición y el análisis de un SPT asociado a torres de transmisión toma importancia el comportamiento transitorio del mismo debido a que en el espectro de frecuencias que conforma un rayo las altas frecuencia conforman un parte importante del mismo, por lo tanto interesa analizar no solo el valor de la resistencia en baja frecuencia sino la impedancia, en sus componentes reactivos. La figura siguiente muestra el comportamiento de la impedancia. En análisis de la figura determina lo siguiente: Se aprecian valores constantes de las variables en el rango desde la baja frecuencia hasta aprox. los 25 kHz. A partir de ese valor de frecuencia se observa un incremento importante en los valores de las variables. Es decir, a partir de una frecuencia de 25 kHz es cuando se manifiesta el Autor: Ing. Juvencio Molina A
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comportamiento transitorio del electrodo expresado en lo que se conoce como impedancia de impulso.
Figura 3-2.-Comportamiento de Impedancia, Resistencia y reactancia como función de la frecuencia en un Contrapeso de long. 61 m (200 ft) Tomado de [6]
(-) Impedancia
◊ Reactancia
█
( ) Resistencia
Los equipos de medición utilizados para evaluar la reactancia de alta frecuencia de un sistema de electrodos de tierra aplican una corriente de alta frecuencia en el rango de pocos kHz hasta los 25 kHz o un impulso sostenido con una elevada pendiente (Tiempo de subida rápida 1 4 µ s).
–
Las técnicas de medición en alta frecuencia presentan dos (2) opciones ● ●
Medición con inyección de corriente a frecuencias hasta 25 kHz Medición por inyección de impulsos
Las configuraciones de pruebas basadas en el método de los tres puntos o en caída de potencial se utilizan normalmente para este tipo de equipos de medición. El uso de inyección de corrientes de alta frecuencia es una técnica cuyo principio de operación consiste en inyectar una señal de alta frecuencia la cual incrementa el drenaje de corriente por cada una de las patas de la torre, determinado ese incremento por el circuito de alta impedancia inductiva creado en el conductor de guarda tendido en el vano entre apoyos al quedar este conductor expuesto a la alta frecuencia de la corriente inyectada. La figura siguiente ilustra el modelo de circuito correspondiente Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Figura 3-3.-.-Circuito equivalente del arreglo de medición aplicando alta Frecuencia
Algunos fabricantes aplican inyección de corriente de hasta 5 kHz logrando incrementar el valor de la corriente drenada por cada pata del apoyo de la torre determinada. El uso de equipos de medición con operación en frecuencias de pocos kHz (hasta 5 kHz) se basa en la necesidad de disponer de un oscilador el cual produzca inducción de la corriente de prueba a partir de una unidad manual. No es un intento por simular condiciones del mundo real en el elemento bajo prueba.
3.3.1 Medición con inyección de corriente a 25 kHz La variante de efectuar mediciones de tierra en alta frecuencia a 25 kHz es una opción planteada inicialmente en la práctica recomendada IEEE - 81- 1983. (Sección 12.6). Sin embargo, debe destacarse que la versión del año 2012 de la misma práctica recomendada (IEEE-81) no incluye la opción de medición en alta frecuencia a 25 kHz. Existen pocos fabricantes en el mundo los cuales ofrecen los instrumentos de medición en alta frecuencia, sintonizados a 25 kHz. Inicialmente ABB a mediados de los años 80 introdujo el modelo HW2S. Actualmente marcas como MegaBrass ofrecen equipos como el modelo TM25, de igual manera algunas marcas originales de la India, ofrecen equipos con prestaciones similares.
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Corriente Inyectada ( mA)
20
20
20
Rango de Aplicación Ω
2- 100
0 - 300
1 Ω a 2 kΩ
Comparación con Mediciones en Baja Frecuencia
2
Voltaje de Prueba (V) Otras Variables
12
– 25 Ω 12
250
Los resultados pueden ser influenciado por voltajes de interferencia Condiciones desfavorables pueden afectar la medida
La opción de medición en alta frecuencia de 25 kHz presenta la gran ventaja de no requerir la desconexión del conductor de guarda para efectuar la medición, sin embargo; presenta ciertas desventajas en relación a técnicas especiales de medición en baja frecuencia (hasta 5 kHz) las cuales tampoco imponen la necesidad de desconectar el conductor de guarda. La no desconexión del conductor de guarda representa una gran mejora, pero existen algunas limitaciones con la inyección a 25 kHz. Si bien son reducidos significativamente los efectos de las torres adyacentes, no se elimina por completo esa contingencia. Hay variables no controladas, incluyendo la proximidad de las torres vecinas y la longitud del cable de conexión, que aún pueden permitir alguna fuga de corriente de prueba e introducir algún elemento extraño en la lectura. Adicionalmente en las pruebas con equipos a 25 kHz, debido a la alta frecuencia, son manifiesto los efectos de la reactancia inductiva en el modelo del suelo y ello conduce a limitar el valor de la corriente inyectada a valores bajos en mA (20 - 30 mA). Adicionalmente, se inducen voltajes en elementos conductivos ajenos al sistema de electrodos bajo prueba los cuales, a la vez pueden causar perturbaciones de los valores medidos, por corrientes inducidas mutuas. El bajo nivel de corriente inyectada, limita las mediciones en suelos de alta resistividad, con valores -m.
de "ρ" mayores de 2 o Ω
Figura 3-4.-Arreglo de medición con instrumento de 25 kHz.Autor: Ing. Juvencio Molina A
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3.3.2 Medición por inyección de impulsos El uso de técnicas de inyección de señales de corriente del tipo impulso se usa para valorar el comportamiento transitorio o dinámico del sistema de electrodos de tierra asociado a la línea de transmisión. El incremento del potencial del suelo (GPR) debido al impacto de un rayo depende principalmente de la reactancia del sistema debido a las componentes de baja y alta frecuencia de la onda de rayo. Las ondas de tensión y voltaje del rayo se caracterizan por una elevada pendiente del frente de onda incidente y una larga cola para la energía adicional. La onda de corriente del primer impacto típicamente tiene una pendiente de crecimiento de 1 a 10 s., lo que determina que sean las componentes reactivas de la impedancia las que dominen la respuesta transitoria.
Los equipos que permiten evaluar el comportamiento dinámico del SPT inyectan una corriente del tipo impulso del tipo -1 (Protection from electromagnetic lightning pulses. General principles) e IEC 62304-1(Lightning protection - Part 1 General requirements). Las forma tipo impacto de rayo .
1/5μs o 4/1μs según lo definen las normas IEC 6112 1/5μs es característico de la forma de onda del primer
El método de impulso (Surge method) al usarse para medir la resistencia de tierra de las torres de de transmisión en alta tensión permite determinar la resistencia dinámica a tierra de todo la torre, incluidos la estructura de acero y la resistencia completa de la base de la torre. El método de medición recomendado para hacer uso de equipo de inyección de impulso es el método de los cuatro cables, con un arreglo de montaje como el mostrado en la figura siguiente:
Figura 3-5.-Arreglo de medición con instrumento de impulso Autor: Ing. Juvencio Molina A
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Los equipos de inyección de impulso, a diferencia de los equipos de 25 kHz pueden inyectar valores de corriente de hasta 2 A y niveles de tensión de hasta 140 V lo cual, los hace inmunes a perturbaciones por acoplamientos mutuos con estructuras adyacentes.
Autor: Ing. Juvencio Molina A
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