sábado, 2 de junio de 2012

Sobretensiones Externas y su clasificacion


Sobretensiones externas 

            Se originan debido alas incidencias directa de los rayos en las líneas de transmisión o de manera inducida, a su ves estas generan ondas viajeras con magnitud superior  a la que la línea soporta antes los impulsos de un rayo generando fallas que interrumpen la continuidad del servicio las sobretensiones pueden ocurrir por lo siguiente:
Ø  Por sobretensiones conducidas: el rayo cae directamente a la línea
Ø  Por sobretensiones inducidas: el rayo cae próximas a las líneas.
Ø  Aumento del potencial a tierra: cuando el rayo cae directamente al suelo o atreves de de una estructura a tierra.
Descargas atmosféricas

Son fenómenos meteorológicos, los cuales poseen cargas positivas y cargas negativas distribuidas en las nubes de formas no homogéneas y al caer un gradiente de voltaje ionizando el medio originan un intercambio de elementos produciendo una descarga con gran magnitud de voltaje.

Las descargas pueden ser de las siguientes maneras
Ø  -Descargas directas sobre las líneas
Ø  -Descargas entres nubes próximas a las líneas
Ø  Descargas entre línea y tierra
Ø  Sobretensiones indicadas en conductores de fase y guarda


Sobretensiones Internas y su clasificacion


Las sobretensiones internas

Se forman como consecuencia de las oscilaciones entre las energías de los campos magnético y eléctrico producidas por un arco intermitente, es decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna por cero, pero se vuelven a encender cuando la sinusoide de la tensión toma mayores valores. Son las producidas al variar las propias condiciones de servicio de la instalación.

 Las sobretensiones de origen interno pueden, a su vez, clasificarse en dos categorías:


 Sobretensiones de maniobra (transitorias)

Están producidas por los bruscos cambios de estado de una red, a causa de maniobras normales de acoplamiento de redes, conexión y desconexión de disyuntores, entre otros. Estando la instalación a plena marcha.

La amplitud y duración de las sobretensiones transitorias dependen de la configuración del sistema, de sus parámetros eléctricos, de la condición del sistema previo al cambio, etc., pero por lo común son de corta duración y altamente amortiguados.

Aunque desde el punto de vista del aislamiento su forma y duración son los aspectos más importantes los mismos se clasifican según su origen, siendo los más comunes los debido a:

a)      Energización de un a línea.
Se origina por la discrepancia de polos  en el cierre del interruptor de potencia (disyuntor), esto es, la no simultaneidad del cierre de sus contactos. Al cerrar la primera fase se genera ondas de tensión en las otras dos fases producto de su acoplamiento. Estas ondas se propagan a lo largo de las líneas hasta alcanzar su otro extremo, en donde al chocar con otra impedancia del circuito abierto se refleja para superponerse con las ondas que continúan propagándose produciendo así las sobretensiones.

b)     Recierre de una línea.
Tiene por objeto despejar la falla transitoria y por tanto tiene involucrado los procesos de apertura y cierre de los interruptores de potencia. Considerando el caso de que el interruptor de potencia tenga que desconectar una línea en vacío, debido a la naturaleza capacitiva del circuito al momento de interrumpir la corriente por su paso por cero, la tensión estará pasando por su valor máximo provocando así que las tres fases queden con una tensión aproximadamente iguales a la tensión fase tierra de la fuente de alimentación por consiguiente como producto de esta maniobra se genera la “carga atrapada.”

Posteriormente se ejecuta el recierre que es donde se produce  las altas sobretensiones. Esto ocurre como producto de las altas diferencias de potencial que se pueden generar en caso de que el cierre ocurra antes de haber drenado la carga residual o si los polos del disyuntor cierran cuando la tensión del sistema tenga polaridad opuesta a la línea. Las sobretensiones originadas durante el recierre son de mayor amplitud que las originadas en la energización debido principalmente a la carga atrapada



c)      Apertura de una corriente capacitiva.

El caso de interrupción de una corriente capacitiva se puede representar en el circuito de la Fig. (a). El proceso de interrupción de la corriente por un interruptor, como es conocido, ocurre cuando la corriente pasa por cero y como en el caso analizado se trata de una corriente capacitiva existirá un desfasaje entre la tensión y la corriente de 90º tal como se muestra en la Fig. (b).  Como se aprecia en la Fig. (b) ser interrumpida la corriente la tensión está en su valor máximo, por lo que el capacitor queda cargado al potencial máximo de la fuente.

A medida que transcurre el tiempo la tensión que queda aplicada a los extremos del interruptor va aumentando; si la razón de crecimiento de la tensión entre los polos del interruptor es menor que la correspondiente al proceso de recobrado de las propiedades aislantes del medio que separa los contactos, el proceso de interrupción será completo y la energía almacenada en el capacitor se disipará debido a las pérdidas en el aislamiento. En caso contrario se reiniciará el arco entre los contactos del interruptor tal como se muestra en la Fig. (c), Fig. (d) y Fig. (e). En el caso de la Fig. (c), el reinicio del arco se efectúa antes de que la tensión haya cambiado de polaridad, condición para la cual se restablece la corriente de frecuencia de potencia, no produciéndose sobretensiones en el sistema, sólo una pequeña perturbación de frecuencia superior a la de potencia.

En el caso de la Fig. (d) el arco se reinicia cuando la diferencia de potencial entre los contactos la máxima posible, pues la tensión ya ha invertido su polaridad y está en su valor negativo máximo, habiendo entre los contactos una tensión de 2 Umax: al reiniciarse el arco, si se establece de nuevo la corriente de frecuencia de potencia como es el caso de esta figura, el potencial de Cb tenderá a la tensión Ua después de un proceso oscilatorio el cual se propaga por la línea. Si por el contrario al pasar la corriente transitoria por su primer cero se extingue el arco eléctrico el condensador Cb quedará cargado a una tensión de -2 Umax tal como se muestra en la Fig. (e).

En este último caso de nuevo la tensión entre los seguirá aumentando lo que puede producir otra reiniciación del arco entre los contactos, siendo la condición peor cuando la misma se presenta después que la tensión a invertido de nuevo su sentido y está en su valor máximo positivo, lo que puede en dicho caso producir una oscilación que va desde -2 Umax hasta 4 Umax produciéndose ya sobretensiones muy peligrosas para el aislamiento.



d)     interrupción de una corriente inductiva.

Aunque se interrumpa bruscamente en cualquier punto un circuito que contenga inductancia la corriente no puede dejar de circular por la inductancia hasta tanto la energía almacenada en el campo no se haya disipada totalmente en forma de pérdidas o haya pasado a almacenarse en el campo electrostático del sistema de que se trate.

De interrumpirse bruscamente la corriente la energía total almacenada en el campo magnético tiene que pasar a almacenarse en el capacitor, para lo cual la tensión en él tiene que aumentar. La tensión que alcanza está dada por:
Como se puede ver la magnitud de la sobretensión dependerá básicamente de la magnitud de la corriente en el momento de la interrupción y de la relación entre la inductancia y la capacitancia del sistema.
2.      
 Sobretensiones de servicio (temporales)
Comprenden los estados estacionarios que pueden resultar durante la puesta en servicio o fuera de servicio de una carga, sobre todo, cuando la red comprende líneas de gran longitud; también se incluyen en este grupo las sobretensiones permanentes provocadas por variaciones repentinas de la tensión, descargas atmosféricas, cortocircuitos o defectos a tierra. Sus son las siguientes:

Efecto ferranti


Es una sobretensión producida en una larga línea de transmisión, relativa a la tensión al final de la misma, que ocurre cuando esta está desconectada de la carga, o bien con una carga muy pequeña.

Este efecto es debido a la capacitancia distribuida de la línea. El efecto Ferranti será más acentuado cuanto más larga sea la línea, y mayor el voltaje aplicado. La sobretensión es proporcional al cuadrado de la longitud de la línea. Debido a su alta capacitancia, éste efecto es mucho más pronunciado en cables subterráneos, incluso en líneas cortas.
Cuando la línea está en vacío o con muy poca carga, al no circular una cantidad significativa de corriente a través de las inductancias serie distribuidas la absorción de reactivos por parte de la línea será mínima en comparación con la inyección de reactivos por parte de las capacitancias distribuidas.
     
Ferrorresonancia
      La ferroresonancia es un fenomeno de resonancia no lineal, es decir cuando se tiene por ejemplo una inductancia variable lo cual ocacionara que se puedan presentar varios puntos de resosnacia y por ende una mayor posiblilidad de ocurrencia. Este tipo de fenomeno puede afectar a las redes electrica puesto que provoca la presencia de armonicos anormales y sobretenciones transistorias o premanentes que ponen e peligro al material electrico
      Esta puede ser iniciada por sobretenciones de origen atmosferico, conexión o desconexion de transformadores o de cargas, aparcicion o eliminacion de defectos, trabajos bajo tension, entre otros. Existe la posibilidad de trasicion brusca de un estado estable normal a  otro estado estable ferrorresonantes caracterizados por fuertes sobretensiones y por importantes tasas de armonicos peligrosas para los equipos. Las ferrorresonancias se pueden manifestar por varios de los siguientes síntomas:
- Sobretensiones permanentes elevadas de modo diferencial o de modo común.-
-Desplazamiento de la tensión punto neutro
-Calentamiento de los transformadores (en funcionamiento sin carga).
- Destrucción de materiales eléctricos por efectos térmicos o por roturas eléctricas.

Resonancia

Como es conocido en los sistemas eléctricos se puede presentar  un aumento considerable en la corriente al ocurrir un fenómeno de resonancia. Esta condición se presenta al neutralizarse las reactancias inductivas y capacitivas entre sí, pasando el sistema a ser resistivo. El aumento de la corriente que ello conlleva, hace que al circular esta corriente por cada equipo en particular, provocan los mismos una caída de tensión que dependerá de la impedancia del mismo, puesto que la corriente está determinada por el circuito en su conjunto.

Los fenómenos de resonancia comúnmente no provocan sobretensiones muy grandes debido a la magnitud tan considerable d las pérdidas en los circuitos comerciales, es decir, debido a que la corriente es limitada por la magnitud de la resistencia total del circuito; sin embargo, en algunos casos especiales en que las pérdidas sean pequeñas se pueden presentar sobretensiones de gran magnitud, como por ejemplo en el caso de pruebas de cables.

Los sistemas eléctricos más factibles de confrontar estos problemas son aquellos que alimentan extensas redes basado en cables soterrados, condición esta que sólo se presentan los sistemas de distribución. En los sistemas de transmisión lo más común es la ferroresonancia.




Fallas a tierra

Es el tipo de falla que produce normalmente las máximas sobretensiones además de ser el tipo de fallas mas usuales una falla a tierra en una línea produce una sobretensión en las fases sanas que dependen de la disposición del neutro a tierra, si el neutro esta unido rígidamente a tierra, la tensión en las fases sanas permanecen entre la tension simple y compuesta.

Si la opuesta a tierra es con reactancia la sobretensión no excede del factor 1.5; los sistemas puesto a tierra a través de resistencia las sobretensiones pueden superar la tensión compuesta. Por ultimo los sistemas puesto a tierra con bobina permanente (con la que se busca la resonancia con la capacidad a tierra del sistema) las tensiones en las fases sanas no sobrepasan el valor de la tensión compuesta.

Es de resaltar que las fallas a tierra son mayores para sistemas con neutro a tierra a través de resistencias que a través de reactancia  para el mismo valor óhmico de ambas; las oscilaciones transitorias son mayores a con reactancia.


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