PRESENTADO POR: RICARDO JAVIER HUAYAPA PUMA DOCENTE: ING. HOLGER MEZA DELGADO CUI: 20101201 GRUPO: b

Universidad Nacional de San Agustn Arequipa

Contenido1.Descarga atmosfrica21.1.TIPOS DE DESCARGAS ATMOSFRICAS.21.1.1.SEGNEL RETORNO DEL RAYO.31.1.2.SEGN EL DAO QUE OCASIONAN A LAS LNEAS.31.1.3.CARACTERSTICAS.41.2.TEORA DE FORMACIN DE RAYOS.41.3.Tipos de descarga atmosfricas52.Los Fenmenosms importantes creadores de Sobretensiones Externas son las siguientes:62.1.Como afectan las Sobretensiones Externas o Atmosfrica62.2.Sobretensiones Inducidas en Conductores de Fase y Guarda62.3.Estas Descargas pueden influir de 3 Formas en una Linea Elctrica63.Teorade la Formacinde un Rayo73.1.Teorade Simpson :73.2.Teorade Wilson:73.3.Teorade Elster y Geitel:74.Principio de Apantallamiento en las Lneas de Transmisin85.SOBRETENSIONES INTERNAS96.Sobretensiones de maniobra (transitorias)106.1.Energizacin de una lnea.106.2.Recierre de una lnea.106.3.interrupcin de una corriente inductiva.117.Sobretensiones de servicio (temporales)117.1.Efecto ferranti117.2.Ferrorresonancia127.3.Resonancia127.4.Fallas a tierra13Sobretensiones de Tipo Externas

Las Sobretensiones externas son unosfenmenos de aumento de latensindel sistemaproducidas por agentes externos al sistema, como las descargaselctricasatmosfricas. Estas descargas tienen una velocidad depropagacinprximaa la velocidad de la luz (300000Km/s). Normalmente estas se manifiestan en forma de frenteescarpado, alcanzando su valor medio en el corto tiempo de 1 ms y disminuyendo su valor a cero en unos 100ms.

en las sobretensiones externas la energa de las mismas es aportada por el campo elctrico creado durante el proceso de acumulacin de grandes cantidades de cargas elctricas en la nube y las inducidas por ellas en la superficie de la tierra. En este tipo de sobretensin el elemento activo es la nube, mientras que la tierra se comporta como el elemento pasivo, por lo que la acumulacin de cargas en su superficie, o en los objetos que estn sobre ella, se debe exclusivamente a la induccin electrosttica.

Las principales formas de manifestarse las sobretensiones externas son:1)Descargas atmosfricas que impactan directamente en cualquier elemento del sistema2)Tensiones inducidas por descargas atmosfricas cercanas a las lneas y subestaciones3)Tensiones electrostticas inducidas en las lneas por las cargas almacenadas en las nubes.

En todos los casos sealados se producen en el sistema ondas de tensin de corriente que se propagan por los mismos y que inciden sobre los aisladores, transformadores, interruptores, etc., pudiendo llegar a ocasionar daos de consideracin en el aislamiento de los mismos. Las normas internacionales plantean que para estudiar el efecto de estas ondas sobre las componentes y aparatos de los sistemas elctricos es necesario someter a los mismos a pruebas con ondas de tensin y corriente tpicas.

Las sobretensiones atmosfricas estn caracterizadas por un frente de onda de algunos microsegundos a pocas decenas de microsegundos. Una sobretensin de cualquier otro origen, que tenga caractersticas de frente de onda similares a las utilizadas para definir las sobretensiones atmosfricas, tambin se clasifica como sobretensin atmosfrica.

La figurarepresenta un ejemplo tpico de una sobretensin atmosfrica, obtenida en bornes de un transformador de un estudio de inyeccin de sobretensiones en una subestacin, incluyndose, por lo tanto, el efecto de los descargadores que limitan la amplitud de la sobretensin.Se puede observar que la tensin resultante es unidireccional y con un pico mximo bien definido.

1. Descarga atmosfrica

Son fenmenos meteorolgicos, los cuales poseen cargas positivas y cargas negativas distribuidas en las nubes de forma no homognea y al crear un gradiente de voltaje, ionizando el medio origina un intercambio de elementos produciendo una descarga con gran magnitud de voltaje, esta descarga se precipitan en la corteza terrestre a travs de la ionizacin del medio debido al campo elctrico provocado.

Sonfenmenosmeteorolgicos, los cuales poseen cargas positivas y cargas negativas distribuidasen las nubes de forma nohomogneoy al crear un gradiente de voltaje, ionizado el medio origina un intercambio de elementos produciendo una descarga de gran magnitud de voltaje, esta descarga se precipitan a la corteza terrestre atravsde laionizacindel medio debido al campoelctricoprovocado, ALTATENSIN.Una descarga atmosfrica, o rayo como se conoce coloquialmente, es una descarga elctrica que se produce entre nube y tierra (o viceversa), entre nubes o dentro de una misma nube. sta se encuentra acompaada de un destello luminoso, conocido como relmpago, y una onda de sonido muy fuerte, el trueno.

La descarga atmosfrica conocida como rayo, es un fenmeno por el cualdoscentros de diferente carga se igualan violentamentecreando as la descarga o elcargo elctrico, estos campos elctricos o centro de cargas se crea entre unanube y la tierra o, entre nubes.

1.1. TIPOS DE DESCARGAS ATMOSFRICAS.La clasificacin es muy amplia, podemos citar las siguientes:

1.1.1. SEGNEL RETORNO DEL RAYO.

a. NEGATIVA DESCENDENTE: la nube cargada negativamente se descarga con la tierra, descarga normal a 85 90%, Imedia= 33 kA

b. NEGATIVA ASCENDENTE: la tierra cargada negativamente se descarga con la nube, hay poco observaciones sobre este tipo de evento.

c. POSITIVA DESCENDENTE: la nube cargada positivamente se descargas con la tierra, esta super descarga ocurre en invierno al inicio de las tormentas. La corriente es de 1.2 a 2.2 veces la negativa.

d. POSITIVA ASCENDENTES: la tierra carga positivamente se descarga con la nube, sus observaciones son difcil de detectar.Tambin hayDescarga Inter-nube, que son descargas entre nube a nube

1.1.2. SEGN EL DAO QUE OCASIONAN A LAS LNEAS.

a. EN LNEAS DE DISTRIBUCIN.

Los daos causados por descargas atmosfricas en lneas de distribucin, son debidos a: 1. Descargas directas sobre los conductores: es cuando el rayo impacta directamente sobre la lnea de energa o neutro creando una onda de corriente que se propaga a lo largo de la misma porambas 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 lneas creando un aumento del potencial de tierra, lo que produce efectos en las cargas conectados a esa misma tierra, ya queelevan tambin su potencial.3. Descargas indirectas: es cuando el rayo no impacta en la lnea deenerga o de guarda pero altera el campo electromagntico de la misma.

b. EN LNEAS DE TRANSMISIN.

Los daos causados por descargas atmosfricas en lneas de transmisin, son debidos a:1. Sobretensiones inducidas. al igual que las descargas indirectas en lneas de distribucin es cuando el rayo no impacta sobre la lnea activa o conductor de guarda.2. Descargas retroactivas. al igual que las directas en las lneas de distribucin es cuando el rayo impacta directamente sobre la lnea activa o conductor de guarda.

1.1.3. CARACTERSTICAS.

Son impredecibles e incontrolables. Son seales elctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrnicos. No existe un nivel constante de amperaje lo que dificulta a la hora de elegirlos equipos de proteccin o los aislamientos necesarios y adecuados. Las descargas atmosfricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas elctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas. Al incidir ya sea directa o indirectamente en las lneas de energa son mscrticas y prejudiciales en las lneas de distribucin que en lneas de transmisin, debido a que el nivel de aislamiento en las lneas de distribucin es mucho menor.

1.2. TEORA DE FORMACIN DE RAYOS. Las causas que dan lugar a los rayo sigue siendo tema de discusin, existen varias teoras 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 elctrica.Las descargas atmosfricas se presentan cuando se forman grandes concentraciones de cargas elctricas en las capas de la atmosfera y que esto ocurre cuando en el interior de la nube, las cargas elctricas son recogidas porfuertes corriente de aire ascendente. Estas cargas elctricas se forman al separarlas fuertes corriente de aire, las partculas de agua y hielo en partculas ionizadas. Las cargas se concentran en un disco de un dimetro de 10 km y una altura de aproximada de 5 km.

Una descarga atmosfrica, tienes 3 formas de influir sobre una lnea elctrica:

1. Que la descarga impacte directamente sobre un conductor de fase. En este caso, cuando se trata de sistemas con aislamientos en el orden de 100 200KV, se considera que este tipo de impacto en el 100% de los casos ocasionan ruptura de la rigidez dielctrica del aislamiento y por lo tanto una falla.2. Que la descarga incida en el conductor de guarda. En este caso, la posibilidad de falla depende directamente de factores como la magnitud de la descarga y la resistencia de puesta a tierra de la lnea en las estructuras prximas a la incidencia de la descarga.3. Que la descarga puede incidir directamente a tierra en la cercana de una lnea elctrica area entre 2 y 3 kilmetros. En este caso, al incidir la descarga a tierra esta produce variaciones en el campo electromagntico prximos a la lnea, produciendo tensiones transitorias rpidas inducidas en los conductores areos, de magnitudes considerables que de alcanzar los niveles de aislamiento del sistema, pueden producir fallas en estos.

1.3. Tipos de descarga atmosfricas

Descarga directa sobre la lnea (Descarga directa) Descargas entre nubes prximas a lneas (descarga inductiva) Descarga entre lneas y tierra (descarga indirecta).

2. Los Fenmenosms importantes creadores de Sobretensiones Externas son las siguientes:

Induccinelectrosttica Cargas de los conductores por roce del aire que circulas sobre ello Descargasatmosfricasdirectas Descargasatmosfricasindirectas cercanas al sistema

2.1. Como afectan las Sobretensiones Externas o Atmosfrica

Estas son unas de las principales fallas yaverasen redes de transporte y distribucin deenergaelctrica, se originan debido a la incidencia directa de los rayos en las lneas detransmisino de manera inducida asu vez estas generan ondas viajeras con magnitud superior a la lnea que soporto ante los impulsos de un rayo generando fallas queinterrumpenla continuidad del servicio.

2.2. Sobretensiones Inducidas en Conductores de Fase y GuardaLas sobretensiones inducidas en conductores debido a un impacto directo o remoto dependenbsicamentede la velocidad del incremento de la corriente y de lainductanciaque presentan los bucles conductores2.3. Estas Descargas pueden influir de 3 Formas en una Linea Elctrica

Que la descarga impacte directamente sobre el conductor de fase Que la descarga incida sobre el conductor de guarda Que la descarga pueda incidir directamente a tierra en lacercana de una lnea elctricaareaentre 2 y 3kilmetros.

3. Teorade la Formacinde un Rayo

3.1. Teorade Simpson :

Estateorase baso en ladesintegracinde gotas de lluvia por laaccinde la corriente de aire, cuando se desintegran las gotas de lluvia por una fuerte corriente de aire, laspartculasasformadas se denota una carga positiva, y el aire a su vez, acusa la presencia de una grancantidadde cargas negativas de muy poca masa, y por consiguiente de mayor movilidad.

3.2. Teorade Wilson:

Conocidatambincomo laionizacinde la gota de lluvia, estateorase basa en el intercambio de cargas entre las gotas, y explico que en la gota al caer se separan las cargaselctricapor laaccinde un campoelctricode por si existente. En lagota la parte superior tiene carga negativa y la parte inferior tiene carga positiva.

3.3. Teorade Elster y Geitel:

Estateorase baso en la influenciaelctrica, explicando la influencia del campoelctricoexistente en las gotas, asumiendo que las nubesestncargadas de gotas grandes y pequeas, las gotas grandes se precipitan donde predominan las cargas negativas y las pequeas son llevadas por el viento hacia arriba donde predominan las cargas positivas, el roce entre una gota grande y pequea trae como consecuencia un intercambio de cargas.

4. Principio de Apantallamiento en las Lneas de TransmisinLosmstilesy los cables protectores basan suoperacinen el principio de apantallamiento, en donde el principio fundamental es laproteccincontra descargasatmosfricas. Es proporcionar los medios por los cuales las descargas pueden entrar o dejar a tierra sin daos resultantes o perdidos por causas de incidencias de los rayos.

Cables deProteccin

Cable de guarda Pararrayo Losmstiles Descargaderos

Descargas directas:El flameo entre conductores es ms intenso por el factor de acople inductivoDescargas indirectas:Se presentancomnmenteen lneas detrasmisinApantallamiento:Permite garantizar condiciones de seguridad en edificios ante una descargaatmosfricadirecta o indirectaCable de guarda:Conductor contra sobretensiones internas o externas

Flameo:Inestabilidadaerosttica por la cualunaestructura al vibrar adsorbeenerga del fluido circundante de tal forma que es incapaz de disipar en un ciclo devibracintoda laenergaque absorbe.

CARACTERSTICAS. Transitorias de poca duracin. Tienen a daar el nivel de aislamiento de las lneas por lo que produce fallas e interrupcin del servicio. Alteran las frecuencias y amplitudes del sistema. El principio de apantallamiento consiste reduce el riesgo de cada directa del rayo sobre los conductores de fase, mediante la colocacin de otro conductor llamado cable de guarda o hilo de guarda, el cual para que sea efectiva debe de estar en una ubicacin efectiva (normalmente en la parte ms alta de la torre; por encimade los conductores de fase) y considerar un ngulo llamado ngulo de apantallamiento que es el ngulo 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.

5. SOBRETENSIONES INTERNASSe forman como consecuencia de las oscilaciones entre las energas de los campos magntico y elctrico 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 tensin toma mayores valores. Son las producidas al variar las propias condiciones de servicio de la instalacin.Las sobretensiones de origen interno pueden, a su vez, clasificarse en dos categoras:

6. Sobretensiones de maniobra (transitorias)Estn producidas por los bruscos cambios de estado de una red, a causa de maniobras normales de acoplamiento de redes, conexin y desconexin de disyuntores, entre otros. Estando la instalacin a plena marcha.La amplitud y duracin de las sobretensiones transitorias dependen de la configuracin del sistema, de sus parmetros elctricos, de la condicin del sistema previo al cambio, etc., pero por lo comn son de corta duracin y altamente amortiguados.

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

6.1. Energizacin de una lnea.Se origina por la discrepancia de polosen 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 tensin en las otras dos fases producto de su acoplamiento. Estas ondas se propagan a lo largo de las lneas hasta alcanzar su otro extremo, en donde al chocar con otra impedancia del circuito abierto se refleja para superponerse con las ondas que continan propagndose produciendo as las sobretensiones.

6.2. Recierre de una lnea.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 lnea en vaco, debido a la naturaleza capacitiva del circuito al momento de interrumpir la corriente por su paso por cero, la tensin estar pasando por su valor mximo provocando as que las tres fases queden con una tensin aproximadamente iguales a la tensin fase tierra de la fuente de alimentacin por consiguiente como producto de esta maniobra se genera la carga atrapada.

Posteriormente se ejecuta el recierre que es donde se producelas 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 tensin del sistema tenga polaridad opuesta a la lnea. Las sobretensiones originadas durante el recierre son de mayor amplitud que las originadas en la energizacin debido principalmente a la carga atrapada

6.3. interrupcin 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 energa almacenada en el campo no se haya disipada totalmente en forma de prdidas o haya pasado a almacenarse en el campo electrosttico del sistema de que se trate.De interrumpirse bruscamente la corriente la energa total almacenada en el campo magntico tiene que pasar a almacenarse en el capacitor, para lo cual la tensin en l tiene que aumentar. La tensin que alcanza est dada por:Como se puede ver la magnitud de la sobretensin depender bsicamente de la magnitud de la corriente en el momento de la interrupcin y de la relacin entre la inductancia y la capacitancia del sistema.

7. 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 lneas de gran longitud; tambin se incluyen en este grupo las sobretensiones permanentes provocadas por variaciones repentinas de la tensin, descargas atmosfricas, cortocircuitos o defectos a tierra. Sus son las siguientes:

7.1. Efecto ferrantiEs una sobretensin producida en una larga lnea de transmisin, relativa a latensinal final de la misma, que ocurre cuando esta est desconectada de la carga, o bien con una carga muy pequea.Este efecto es debido a lacapacitanciadistribuida de la lnea. El efecto Ferranti ser ms acentuado cuanto ms larga sea la lnea, y mayor elvoltajeaplicado. La sobretensin es proporcional al cuadrado de lalongitudde la lnea. Debido a su alta capacitancia, ste efecto es mucho ms pronunciado en cables subterrneos, incluso en lneas cortas.Cuando la lnea est en vaco o con muy poca carga, al no circular una cantidad significativa de corriente a travs de las inductancias serie distribuidas la absorcin de reactivos por parte de la lnea ser mnima en comparacin con la inyeccin de reactivos por parte de las capacitancias distribuidas.7.2. FerrorresonanciaLa 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 electricoEsta puede ser iniciada por sobretenciones de origen atmosferico, conexin 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 aotro estado estable ferrorresonantes caracterizados por fuertes sobretensiones y por importantes tasas de armnicos peligrosas para los equipos. Las ferrorresonancias se pueden manifestar por varios de los siguientes sntomas: Sobretensiones permanentes elevadas de modo diferencial o de modo comn. Desplazamiento de la tensin punto neutro. Calentamiento de los transformadores (en funcionamiento sin carga). Destruccin de materiales elctricos por efectos trmicos o por roturas elctricas.

7.3. ResonanciaComo es conocido en los sistemas elctricos se puede presentarun aumento considerable en la corriente al ocurrir un fenmeno de resonancia. Esta condicin se presenta al neutralizarse las reactancias inductivas y capacitivas entre s, 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 cada de tensin que depender de la impedancia del mismo, puesto que la corriente est determinada por el circuito en su conjunto.

Los fenmenos de resonancia comnmente no provocan sobretensiones muy grandes debido a la magnitud tan considerable d las prdidas 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 prdidas sean pequeas se pueden presentar sobretensiones de gran magnitud, como por ejemplo en el caso de pruebas de cables.

Los sistemas elctricos ms factibles de confrontar estos problemas son aquellos que alimentan extensas redes basado en cables soterrados, condicin esta que slo se presentan los sistemas de distribucin. En los sistemas de transmisin lo ms comn es la ferroresonancia.7.4. Fallas a tierraEs el tipo de falla que produce normalmente las mximas sobretensiones adems de ser el tipo de fallas mas usuales una falla a tierra en una lnea produce una sobretensin en las fases sanas que dependen de la disposicin del neutro a tierra, si el neutro esta unido rgidamente a tierra, la tensin en las fases sanas permanecen entre la tension simple y compuestaSi la opuesta a tierra es con reactancia la sobretensin no excede del factor 1.5; los sistemas puesto a tierra a travs de resistencia las sobretensiones pueden superar la tensin 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 tensin compuesta.Es de resaltar que las fallas a tierra son mayores para sistemas con neutro a tierra a travs de resistencias que a travs de reactanciapara el mismo valor hmico de ambas; las oscilaciones transitorias son mayores a con reactancia8. Bibliografiahttp://sobretensiones.blogspot.com/2012/06/sobretensiones-de-tipo-externas-las.htmlhttp://sobretensioneselectricas.blogspot.com/2012/06/sobretensiones-externas.htmlhttp://sobretensiones-externas-internas.blogspot.com/2012/06/sobretensiones-externas-las.htmlhttp://temasdealtatensionelectricas.blogspot.com/2012/06/sobretensiones-externas-e-internas-en.html

Tcnicas de Alta TensinPgina 1