Implementación de la metodología ieee para el análisis del efecto de las descargas atmosféricas sobre lineas redistribución

Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero Eléctrico – Universidad de los Andes – Facultad de Ingeniería – Departamento de Ingeniería Eléctrica Director: Álvaro Torres Macías
Carolina Pedreros Muñoz	Opción A	2000

RESUMEN
Las descargas atmosféricas han sido objeto de estudio durante muchos años, pues significan una causa considerable de las salidas de las líneas de distribución. Este proyecto tiene como objetivo la implementación de la norma IEEE 1410 – 1997, en un lenguaje orientado a objetos, como es el Visual Basic, con el fin de permitir al usuario realizar una serie de simulaciones que le permitan evaluar el comportamiento de una estructura determinada utilizada para el tendido de redes de distribución, frente al fenómeno de descarga atmosférica. Para esto lo primero que hay que tener en cuenta es el comportamiento de la descarga como fenómeno aleatorio, también es necesario conocer la configuración física de la estructura, así como los niveles de aislamiento utilizados para el nivel de tensión que se va a distribuir y el camino mínimo de flameo. El programa entregará como resultados el número de fallas, por kilómetro por año que se presentarán en un terreno para el cual exista este tipo de estructuras, y algunos estudios estadísticos de las fallas, discriminadas por tipo. El usuario podrá tomar en cuenta las recomendaciones sobre el número de pararrayos que se pueden colocar separados un determinado número de vanos, y como afectará esto el número de fallas por Km.-año.
ABSTRACT
No disponible
ÍNDICE
I Introducción Pág 1 II. Marco Teórico Pág 3 1. Aspectos a considerar sobre las fallas por descarga atmosférica según la metodología propuesta en la Norma IEEE 14 -10 de 1997 Pág 3 2. Método Electrogeométrico Pág 5 3. Método de Montecarlo para la generación de números aleatorios de una distribución probabilística dada. Pág 7 III. Implementación de la metodología IEEE para el análisis del efecto de las descargas atmosféricas en líneas de distribución Pág 12 1. Parámetros de la incidencia de las descargas atmosféricas Pág 12 1.1. Densidad de rayos a tierra Pág 12 1.2. Desarrollo y polaridad de la descarga Pág 13 1.3. Efecto de la altura en la incidencia de las descargas Pág 15 2. Características eléctricas de la descarga Pág 16 2.1. Distribución probabilística de la magnitud de la corriente pico de la descarga Pág 16 2.2. Otras distribuciones probabilisticas Pág 17 2.3. Angulo de aproximación del líder Pág 17 2.4. Parámetros de las características de la forma impulso de la corriente de descarga (para descargas descendentes negativas) Pág 18 3. Parámetros de la estructura Pág 21 3.1. Capacidad de extinción del arco de la madera Pág 22 3.2. Nivel de aislamiento de los aisladores utilizados en estas estructuras Pág 22 IV. Descripción de la simulación creada en el programa Pág 23 1. Descripción de los comandos Pág 23 1.1. Menú Archivo Pág 23 1.2. Menú Ver Pág 25 1.3. Menú Crear Nuevo Pág 28 1.4. Menú Herramientas Pág 30 1.5. Comando Leyenda Pág 33 2. Caso de simulación Pág 34 3. Informe generado por la implementación Pág 45 V. Algoritmos para la implementación del método electrogeométrico y la clasificación de fallas Pág 47 1. Algoritmo para la implementación del método electrogeométrico Pág 47 2. Algoritmo para determinar las fallas por voltajes inducidos y descargas sobre la línea Pág 48 3. Algoritmo implementado para el tratamiento del modelo de cable de guarda Pág 49 4. Algoritmo para determinar la influencia del espadamiento entre pararrayos de las estructuras Pág 51 VI. Glosario Pág 53 VII. Conclusiones Pág 55 VIII. Bibliografía
CONCLUSIONES
Se ha presentado un análisis sobre las descargas atmosféricas y su influencia en el comportamiento de las lineas aéreas de distribución. Este análisis puede llegar a ser, sin embargo, más detallado y puede extenderse hasta el caso de lineas de transmisión, modificando ciertos detalles del código fuente sin llegar a cambiar su estructura en forma fundamental. También pueden utilizarse programas ya elaborados como el EMTP para validar los resultados, sobre todo en el modelamiento del caso de la descarga sobre el cable de guarda, que a pesar de no ser válida para las estructuras analizadas, se implementó en el programa. La simulación es amigable para el usuario que tenga un conocimiento básico en el proceso de análisis de la descarga atmosférica. Los resultados no han sido tratados de forma muy detallada, pero dado el alcance del proyecto, se puede implementar un estudio estadístico de estos, puesto que las bases para hacerlo ya están dadas. El método utilizado para describir el comportamiento de la descarga frente a las estructuras es el Método Electrogeométrico. Este ha sido previamente comentado en el documento y también se han utilizado conceptos probabilisticos para la generación de números aleatorios que serán utilizados para describir el comportamiento de la magnitud pico de la corriente de descarga . A pesar que el tratamiento del descenso del líder principal de la descarga fue analizado en forma puramente geométrica, prescindiendo de métodos que involucran más el efecto de los campos eléctricos generados , como es el caso del Método de la progresión del líder, el tratamiento dado demostró en la simulación ser lo suficientemente confiable para describir este fenómeno y sus efectos sobre las estructuras analizadas. El tratamiento de la corriente de descarga como una onda electromagnética también se implemento en el programa, y aunque la generación probabilística de los parámetros de forma de onda no se aplicó para el caso básico de simulación, se diseño una herramienta con esta aplicación en particular; esta herramienta resulta útil en un análisis más detallado que involucre fenómenos electromagnéticos en el caso de descarga atmosférica. La topología y características físicas de las estructuras se modelaron de forma detallada. Para ello se tuvo en cuenta el papel de la madera en la magnitud del voltaje crítico de flameo y también se diseño una base de datos con las características eléctricas de los elementos de la estructura. Los archivos utilizados para guardar información y generación de informes, se diseñaron en formato plano para así dar mayor robustez a la aplicación. Por último, se sugiere continuar con la implementación de la aplicación, para llevarla hasta el caso de líneas de transmisión; en este caso se debe tener en cuenta ciertas características propias de estas tales como la topología física de las torres, muy diferente a la de las utilizadas en distribución (lo cual implica mayor compromiso con fenómenos electromagnéticos, reflexión de ondas , etc), la presencia del cable de guarda (en este caso es necesario hacer más detallado el análisis por el método electrogeométrico), y otras implicaciones como el análisis del efecto Corona.