Instituto Politecnico Nacional Educación Superior de Ingenieria Mecánica y Eléctrica
Nombre Apellidos
Rivera Jimenez Hector Alfredo 8EV1
16/JUNIO/2024
ANÁLISIS TEÓRICA DE LAS SOBRETENSIONES
Índice
Introducción
2.2.
ORIGEN
Ionización
3.
1.
ST Temporales
ST Atmosfericas
1.1
3. 1.
Efectos de las descargas atmosfericas
Fuentes de generación de las ST temporales
2.
ST por Maniobra
REFERENCIAS
2.1
Causas de las ST por maniobra
INTRODUCCIÓN
Las sobretensiones son incrementos anormales de la tensión eléctrica en un sistema de potencia que pueden causar daños a los equipos y afectar la operación segura y confiable del sistema.
1. ORIGEN DE LAS SOBRETENSIONES
Origen de las Sobretensiones
Una sobretensión es un incremento anormal y breve de la tensión eléctrica por encima de los niveles nominales establecidos para un sistema eléctrico. Estas pueden ser transitorias o permanentes, dependiendo de su duración y origen. Las sobretensiones transitorias suelen ser de corta duración (milisegundos) y pueden tener amplitudes muy elevadas, mientras que las sobretensiones permanentes son incrementos sostenidos de la tensión durante un periodo de tiempo más largo
‘Las sobre tensiones se pueden clasificar de la sigueinte manera:
1. ATMOSFERICAS 2. POR MANIOBRA 3. TEMPORALES
1. SOBRETENSIONES ATMOSFERICAS
SOBRETENSIONES ATMOSFERICAS
Esisten diferentes teoria que explican este fenomeno y son:
- Teoria de Simpson
- Teoria de Elster y Geitel
- Teoria de Wilson
- Teoria de Schonland
T. Schonland
T. Wilson
T. Elster y Geitel
T. SIMPSON
La carga de la nube se encuentra distribuida no homogenea teniendo concentraciones desiguales de carga. Mientras el gradiente de la tierra permanece invariable (100 V/cm), y la nube ak valor critico (5 kV/cm). Por lo que la descarga proviene de la nube.
Misma teoria de Elster y Geitel, influencia del campo ele ctrico en la formación de la gota.
Gotas de diferentes tamaños, las más grande se precipitan y las más pequeñas se elevan por el viento. Polzarizando las gotas por la acción del campo existente. Detonando una dirrección terrestre.
Desintegración de gotas de lluva por una fuerte corriente de aire. Genrando una carga positiva en las particulas y el aire con presencia de carga negativa de muy poca masa. Y por lo que hay una gran movilidad.
1.2. Efectos de las descargas atmosfericas
Efectos de las descargas atmosfericas en los SEP
Rayo
Las lineas de transmisión representan un punto del sistema que más expuesta esta a incidencias de descargas atmosfericas a diferencia de las subestaciones electricas. Ya que ocupa más espacio geometrico y que pasa por zonas distintas constitución topografica y climatica. La descarga puede influir en:
- Las torres
- Conductores de fase
- Cables de guarda
Un rayo es una descarga electrostática natural que ocurre típicamente durante una tormenta eléctrica. Se produce cuando hay una acumulación significativa de cargas eléctricas en las nubes, que finalmente se descarga hacia el suelo, hacia otra nube o dentro de la misma nube. Este fenómeno es visible como un destello de luz y va acompañado de un sonido conocido como trueno.
Descarga en TORRE
Aproximadamente un 70 % de los rayos inciden en las torres y un 30 % sobre los conducotres en el punto medio del clar. Esto se debe a que la torre actua como electrodo que atrae la concentración de cargas electrostaticas previas a la descarga atmosferica. El rayo manifiesta en la torre una tension que aparece momentaneamente de la descarga entre la parte superior de la torre y tierra.
Dscarga en los conductores de FASE
Hay una posibilidad de que el rayo pase las zonas de proteccion de los conductores de guarda e incidan directamente en los condutores de fase. Una descarga directa representa un caso critico ya que pueden presentar tensiones que excedan la rigidez dielectrica proporcionada por la cadena de aisladores y la distancia entre el aire entre conductores fase-tierra, produciendo el arco que conduce la falla.
Descarga en los Hilos de Guarda
Los hilos de guarda proporcionana un blindaje a los conductores de fase para evitar que incidan descargas electricas. Ya que estas soportan el mayor porcentaje de las descargas atmosfericas. La descarga viaja del punto medio del claro y viaja en ambos sentidos a partir de dicho punto.
2. SOBRETENSIONES POR MANIOBRA
SOBRE TENSIONES POR MANIOBRA
Una sobretensión por maniobra, también conocida como sobretensión de conmutación, es un incremento temporal en la tensión del sistema eléctrico causado por la operación de dispositivos de conmutación, como interruptores, seccionadores o disyuntores, dentro de un sistema de potencia.
Existen dos formas de interrumpir el flujo de corriente:
- Reduciendo la corriente a cero que circula en el circuito.
- Separando el conductor de flujo de corriente.
2.1. Causas de las sobretensiones por maniobra
Causas de las Sobretensiones por Maniobra
2. Conexión y Desconexión de Cargas
1. Apertura y Cierre de Interruptores
- La conexión o desconexión de grandes cargas inductivas o capacitivas puede causar transitorios de tensión significativos en el sistema.
- Apertura: Cuando se abre un interruptor que está conectado a una carga inductiva (como motores o transformadores), la energía almacenada en el campo magnético de la carga se libera súbitamente, generando una sobretensión.
- Cierre: Al cerrar un interruptor, especialmente en presencia de cargas capacitivas (como bancos de capacitores), se puede producir un pico de corriente y tensión debido a la carga rápida de los capacitores.
3. Fallas en el Sistema
- Las fallas como cortocircuitos y la posterior apertura de interruptores para aislar la falla pueden inducir sobretensiones transitorias.
2.2. IONIZACIÓN
IONIZACIÓN
Proceso donde se desprende uno o más electrones de un atomo o molecula. Provocando la descomposición de los atomos, electricamente neutro, en iones con carga positiva y electrones.
Este proceso de ionización consume cierta cantidad de energia y se efectua de las siguientes maneras:
Ionización por Impacto
Ionización Termica
Resultado del choque aleatorio de electrones en un medio gaseoso con temperatura alta.
Resultado del choque aleatorio de electrones en un medio gaseoso con temperatura alta.
Debido a la ionización, el entrehierro estre contactos es conductivo. La iniciación de un arco electrico entre dos electrodos , se puede producir por: Aumento de la temperatura debido a emisiones termoionicas y Gran tenison en el catodo , el cual provoca emision de campo.
3. SOBRETENSIONES TEMPORALES
SOBRETENSIONES TEMPORALES
Las sobretensiones se caracterizan por su amplitud, forma de onda y un tiempo de duración. Presenta el tiempo mas grande de sobretensiones que puede varias varios ciclos o hasta algunos segundo y su forma de onda oscila en forma no amortiguada a una frecuencia igual o cercana a la del sistema.
FUENTE DE GENERACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES TEMPORALES
- Por falla de fase a tierra
- Perdida subita de carga o rechazo de carga
- Efecto Ferranti
- Por Ferroresonancia
- Por Armonicas
3.1. FUENTES DE GENERACIÓN DE SOBRETENSIONES TEMPORALES
Perdida subita de carga o rechazo de carga
Por falla de Fase a Tierra
En los sistema de transmisión de energia, el angulo formado por las tensiones en los extremos transmisor y receptor, determinan el procentaje de potencia activa que se transmite. Cuando la carga inductiva se desconecta subitamente en el extremo del receptor de la linea, la tensión de regimen sufre un incremento y como consecuencia de un fenomeno transistorio que se le superpone. Este crecimiento de tensión es de corta duración. Pero puedo originar sobretensiones temporales.
Una falla de fase a tierra provoca un aumento de la tensión al neutro en las fases sanas. En los sistemas con neutros aislados o aterrizados a traves de una alta impedancia.
Por Ferroresonancia
Efecto Ferranti
Fenomeno oscilatorio creado por la capacitacncia del sistema, en conjunto a la inductancia no lineal de un elemnto con núcleo magnetico (Transforador de potencia, de medición o un reactor de compensación). Normalmente se ve en sistemas de alta tensión ya que precisamente la capacitancia de lineas es muy larga que induce la ferroresonancia, siempre y cuando la inductancia del circuito se encuentre en condiciones favorables para entrar en resonancia.
Las lineas de transmisión de grandes longitudes sin compensación, producen elevadas tensiones en el lado de la carga.
Por Armonicos
Son producidas por sistemas no lineales, las cuales la principal fuente es la saturación magnetica de los transformadores y de los reactores de acoplamiento. La correinte de esos componenetes se incremente rapidamente y con un alto porcentaje de armonicos para tensiones por arriba de su valor nominal. Por lo que la saturación de los transformadores inyecta gran cantidad de armonicas al sistema.
4. REFERENCIAS
Referencias
[1] E.Kuffel, W,S. Zaengl, “High voltage engineering”. Edit. Pergamon Press, 2016 [2] H. D. Young, A. F. Roger, "Fisica universitaria, con fisica moderna volumen 2". decimosegunda edicion. Texas A&M UNIVERSITY , SEARS* ZEMANSKY, 2009 [3] G. C. Baldomero, "Tecnicas de las altas tensiones 1", Academia de potencia.
Proyecto Final Educación Superior Armonía
H. Alfredo Rivera Jimenez
Created on June 11, 2024
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Instituto Politecnico Nacional Educación Superior de Ingenieria Mecánica y Eléctrica
Nombre Apellidos
Rivera Jimenez Hector Alfredo 8EV1
16/JUNIO/2024
ANÁLISIS TEÓRICA DE LAS SOBRETENSIONES
Índice
Introducción
2.2.
ORIGEN
Ionización
3.
1.
ST Temporales
ST Atmosfericas
1.1
3. 1.
Efectos de las descargas atmosfericas
Fuentes de generación de las ST temporales
2.
ST por Maniobra
REFERENCIAS
2.1
Causas de las ST por maniobra
INTRODUCCIÓN
Las sobretensiones son incrementos anormales de la tensión eléctrica en un sistema de potencia que pueden causar daños a los equipos y afectar la operación segura y confiable del sistema.
1. ORIGEN DE LAS SOBRETENSIONES
Origen de las Sobretensiones
Una sobretensión es un incremento anormal y breve de la tensión eléctrica por encima de los niveles nominales establecidos para un sistema eléctrico. Estas pueden ser transitorias o permanentes, dependiendo de su duración y origen. Las sobretensiones transitorias suelen ser de corta duración (milisegundos) y pueden tener amplitudes muy elevadas, mientras que las sobretensiones permanentes son incrementos sostenidos de la tensión durante un periodo de tiempo más largo
‘Las sobre tensiones se pueden clasificar de la sigueinte manera:
1. ATMOSFERICAS 2. POR MANIOBRA 3. TEMPORALES
1. SOBRETENSIONES ATMOSFERICAS
SOBRETENSIONES ATMOSFERICAS
Esisten diferentes teoria que explican este fenomeno y son:
T. Schonland
T. Wilson
T. Elster y Geitel
T. SIMPSON
La carga de la nube se encuentra distribuida no homogenea teniendo concentraciones desiguales de carga. Mientras el gradiente de la tierra permanece invariable (100 V/cm), y la nube ak valor critico (5 kV/cm). Por lo que la descarga proviene de la nube.
Misma teoria de Elster y Geitel, influencia del campo ele ctrico en la formación de la gota.
Gotas de diferentes tamaños, las más grande se precipitan y las más pequeñas se elevan por el viento. Polzarizando las gotas por la acción del campo existente. Detonando una dirrección terrestre.
Desintegración de gotas de lluva por una fuerte corriente de aire. Genrando una carga positiva en las particulas y el aire con presencia de carga negativa de muy poca masa. Y por lo que hay una gran movilidad.
1.2. Efectos de las descargas atmosfericas
Efectos de las descargas atmosfericas en los SEP
Rayo
Las lineas de transmisión representan un punto del sistema que más expuesta esta a incidencias de descargas atmosfericas a diferencia de las subestaciones electricas. Ya que ocupa más espacio geometrico y que pasa por zonas distintas constitución topografica y climatica. La descarga puede influir en:
Un rayo es una descarga electrostática natural que ocurre típicamente durante una tormenta eléctrica. Se produce cuando hay una acumulación significativa de cargas eléctricas en las nubes, que finalmente se descarga hacia el suelo, hacia otra nube o dentro de la misma nube. Este fenómeno es visible como un destello de luz y va acompañado de un sonido conocido como trueno.
Descarga en TORRE
Aproximadamente un 70 % de los rayos inciden en las torres y un 30 % sobre los conducotres en el punto medio del clar. Esto se debe a que la torre actua como electrodo que atrae la concentración de cargas electrostaticas previas a la descarga atmosferica. El rayo manifiesta en la torre una tension que aparece momentaneamente de la descarga entre la parte superior de la torre y tierra.
Dscarga en los conductores de FASE
Hay una posibilidad de que el rayo pase las zonas de proteccion de los conductores de guarda e incidan directamente en los condutores de fase. Una descarga directa representa un caso critico ya que pueden presentar tensiones que excedan la rigidez dielectrica proporcionada por la cadena de aisladores y la distancia entre el aire entre conductores fase-tierra, produciendo el arco que conduce la falla.
Descarga en los Hilos de Guarda
Los hilos de guarda proporcionana un blindaje a los conductores de fase para evitar que incidan descargas electricas. Ya que estas soportan el mayor porcentaje de las descargas atmosfericas. La descarga viaja del punto medio del claro y viaja en ambos sentidos a partir de dicho punto.
2. SOBRETENSIONES POR MANIOBRA
SOBRE TENSIONES POR MANIOBRA
Una sobretensión por maniobra, también conocida como sobretensión de conmutación, es un incremento temporal en la tensión del sistema eléctrico causado por la operación de dispositivos de conmutación, como interruptores, seccionadores o disyuntores, dentro de un sistema de potencia.
Existen dos formas de interrumpir el flujo de corriente:
2.1. Causas de las sobretensiones por maniobra
Causas de las Sobretensiones por Maniobra
2. Conexión y Desconexión de Cargas
1. Apertura y Cierre de Interruptores
3. Fallas en el Sistema
2.2. IONIZACIÓN
IONIZACIÓN
Proceso donde se desprende uno o más electrones de un atomo o molecula. Provocando la descomposición de los atomos, electricamente neutro, en iones con carga positiva y electrones.
Este proceso de ionización consume cierta cantidad de energia y se efectua de las siguientes maneras:
Ionización por Impacto
Ionización Termica
Resultado del choque aleatorio de electrones en un medio gaseoso con temperatura alta.
Resultado del choque aleatorio de electrones en un medio gaseoso con temperatura alta.
Debido a la ionización, el entrehierro estre contactos es conductivo. La iniciación de un arco electrico entre dos electrodos , se puede producir por: Aumento de la temperatura debido a emisiones termoionicas y Gran tenison en el catodo , el cual provoca emision de campo.
3. SOBRETENSIONES TEMPORALES
SOBRETENSIONES TEMPORALES
Las sobretensiones se caracterizan por su amplitud, forma de onda y un tiempo de duración. Presenta el tiempo mas grande de sobretensiones que puede varias varios ciclos o hasta algunos segundo y su forma de onda oscila en forma no amortiguada a una frecuencia igual o cercana a la del sistema.
FUENTE DE GENERACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES TEMPORALES
3.1. FUENTES DE GENERACIÓN DE SOBRETENSIONES TEMPORALES
Perdida subita de carga o rechazo de carga
Por falla de Fase a Tierra
En los sistema de transmisión de energia, el angulo formado por las tensiones en los extremos transmisor y receptor, determinan el procentaje de potencia activa que se transmite. Cuando la carga inductiva se desconecta subitamente en el extremo del receptor de la linea, la tensión de regimen sufre un incremento y como consecuencia de un fenomeno transistorio que se le superpone. Este crecimiento de tensión es de corta duración. Pero puedo originar sobretensiones temporales.
Una falla de fase a tierra provoca un aumento de la tensión al neutro en las fases sanas. En los sistemas con neutros aislados o aterrizados a traves de una alta impedancia.
Por Ferroresonancia
Efecto Ferranti
Fenomeno oscilatorio creado por la capacitacncia del sistema, en conjunto a la inductancia no lineal de un elemnto con núcleo magnetico (Transforador de potencia, de medición o un reactor de compensación). Normalmente se ve en sistemas de alta tensión ya que precisamente la capacitancia de lineas es muy larga que induce la ferroresonancia, siempre y cuando la inductancia del circuito se encuentre en condiciones favorables para entrar en resonancia.
Las lineas de transmisión de grandes longitudes sin compensación, producen elevadas tensiones en el lado de la carga.
Por Armonicos
Son producidas por sistemas no lineales, las cuales la principal fuente es la saturación magnetica de los transformadores y de los reactores de acoplamiento. La correinte de esos componenetes se incremente rapidamente y con un alto porcentaje de armonicos para tensiones por arriba de su valor nominal. Por lo que la saturación de los transformadores inyecta gran cantidad de armonicas al sistema.
4. REFERENCIAS
Referencias
[1] E.Kuffel, W,S. Zaengl, “High voltage engineering”. Edit. Pergamon Press, 2016 [2] H. D. Young, A. F. Roger, "Fisica universitaria, con fisica moderna volumen 2". decimosegunda edicion. Texas A&M UNIVERSITY , SEARS* ZEMANSKY, 2009 [3] G. C. Baldomero, "Tecnicas de las altas tensiones 1", Academia de potencia.