cable de guarda Desarrollo Del Tema

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DEDICATORIA

Dedicado para mis padres y familiares que confían en mi formación profesional y así contribuir al desarrollo del país. Al ING. Holger Meza por darme la mejor educación y enseñarme que todas las cosas hay que valorarlas, trabajarlas y luchar para lograr los objetivos de la vida.

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1 Contenido 2

INTRODUCCION........................................................................................ 3

3

CABLE DE GUARDA COMO PROTECCION DE LINEAS DE TRANSMISION.....4 3.1

DEFINICION:....................................................................................... 4

3.2

SISTEMA DE PROTECCIÓN POR HILO DE GUARDIA.............................5

3.3

DISEÑO:............................................................................................. 7

3.4

MÉTODOS:......................................................................................... 7

3.5

MÉTODO ELECTRO GEOMÉTRICO:......................................................8

3.6

PROBLEMA EN EL USO DE CABLES DE GUARDA..............................10

4

APLICACIONES DE LOS CABLES DE GUARDA COMO PROTECCION.........17 4.1

DATOS GENERALES..........................................................................17

4.2

FASE ACSR 54/7 CANARY...............................................................17

5

PERFILES DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO IF...................................21

6

PERFILES DE CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO EN CABLE GUARDA IG’;IG” 22

7 PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRECTAS – FUNCIÓN LA SEGURIDAD Y LA INTERFERENCIA...........................................................35 7.1

EL NIVEL ISOCERAUNICO.................................................................35

7.2

BLINDAJE.......................................................................................... 36

7.3

UBICACIÓN DEL CABLE DE GUARDA................................................36

8

PARARRAYOS DE PUNTAS.......................................................................37

9

DESCARGAS ATMOSFERICAS CONDUCIDAS - ARCO INVERSO................38

10

LOCALIZACIÓN DE DESCARGADORES.................................................39

11

CANALES DE CABLES Y CABLEADO.....................................................39

12

CONCLUSIONES...................................................................................44

12.1 Observaciones................................................................................. 44 13

BIBLIOGRAFIA...................................................................................... 45

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INTRODUCCION CABLE DE GUARDA

Los cables de guarda son conductores conectados a tierra y colocados sobre los conductores de fase para interceptar las descargas tipo rayo las cuales podrían caer directamente sobre las fases. La corriente de la descarga tipo rayo es desviada a tierra a través de una línea de tierra en el soporte. -

Para que sea efectivo, el cable de guarda deberá tener su puesta a tierra en cada soporte.

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La utilización del Cable de Guarda, Pararrayos y Puesta a Tierra en una LT está relacionada con la protección que deben tenerlas líneas eléctricas contra sobre tensiones ocasionadas por descargas atmosféricas.

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CABLE DE GUARDA COMO PROTECCION DE LINEAS DE TRANSMISION

3.1

DEFINICION:

Los cables de guarda instalados en las líneas de alta tensión, son cables sin tensión que se colocan en la parte más alta en las redes de alta tensión, se conectan a la misma estructura metálica en cada torre y sirven para varios motivos.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN Uno es el generar un equipotencial de tierra en todo el trazado de la línea, rebajando al mínimo la resistencia de tierra ya que con el cable se unen todas las torres y por defecto todas las tomas de tierra del trazado. Otro motivo es para intentar captar el rayo durante las tormentas y conducirlo a tierra (cosa que no siempre sucede)

3.2 SISTEMA DE PROTECCIÓN POR HILO DE GUARDIA Los hilos de guardia de Estaciones y líneas desempeñan dos funciones importantes: Proteger las líneas aéreas contra descargas atmosféricas siendo su objeto primordial • Reducir la tensión inducida en la línea aérea por los rayos que caen en las cercanías • Proteger los conductores de fase, absorbiendo las descargas atmosféricas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN • Reducir la acción devastadora del rayo descargado directamente en la línea aérea • Para todo lo cual tiene mera importancia la disposición con respecto a los conductores.

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Reducir el efecto de la corriente de cortocircuito y participando por lo tanto en la disminución de la resistencia de tierra y disminuyendo las tensiones de paso que puedan poner en peligro a las personas o animales.

La acción protectora del hilo de guardia se determina por “zonas de protección” o también como conocidos como “ángulos de protección”. Dichas zonas son fundamentales en la configuración de líneas eléctricas aéreas y Estaciones de transformación, dado que la misma influye considerablemente sobre su diseño.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN 3.3 DISEÑO: a. El diseño de un cable de guarda consiste básicamente en la de terminación de su ubicación en la estructura. b. Las características mecánicas se deben considerar de tal forma, que resista la carga mecánica y no vaya a tener una flecha excesiva. c. Las características eléctricas, deben garantizar bajas pérdidas por inducción y bajos voltajes de paso y de contacto

3.4 MÉTODOS: El ángulo de apantallamiento es el ángulo real que existe entre el cable de guarda y el conductor de la fase. Como el que se muestra a continuación.

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La experiencia con varias líneas indican que un ángulo de 20 grados dar resultados satisfactorios, mientras que con ángulos de 45 grados se ha obtenido resultados pobres en la protección de la línea ante descargas atmosféricas.

3.5 MÉTODO ELECTRO GEOMÉTRICO: Una descarga atmosférica puede caer directo a tierra en la proximidad de una línea de transmisión o impactarse directamente en la línea de transmisión. Esta distancia r denominada distancia de impacto es una función de la magnitud de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN la corriente de la descarga. La ecuación siguiente permite determinar la distancia de impacto en función de la corriente.

El método electro geométrico permite determinar, de forma aproximada, la máxima corriente que provoca una falla del apantallamiento.

El método consiste en determinar mediante un análisis geométrico la distancia de arqueo que puede provocar una falla de apantallamiento, toman do en cuenta la disposición geométrica de los conductores en la torre de transmisión y una vez conocida la distancia de impacto máximo determina la corriente máxima con la ecuación anteriormente mostrada.

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DÓNDE:

• a es la distancia horizontal entre el cable de guarda y el conductor de fase • h e y son las alturas del cable de guarda y conductor de fase respectivamente; • r es la distancia de impacto • α es el ángulo de apantallamiento

3.6 PROBLEMA EN EL USO DE CABLES DE GUARDA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN El problema de cómo colocar el cable de guarda para conseguir una protección total contra las descargas directas de los rayos a los conductores ha sido muy discutido, no llegándose hasta ahora a ningún resultado definitivo. Por ello se enuncian las principales propuestas para resolver el problema, a fin de elegir una solución adecuada que garantice el funcionamiento seguro de la línea y que sea económicamente aceptable.

i.

BEWLEY:

Asume que el rayo choca siempre el objeto más próximo a la nube cargada y deduce de esta hipótesis las fórmulas para la colocación de los hilos de guardia. Estas formulas dependen de la altura de las nubes cargadas, lo que es un factor difícil de determinar. Bewley llega a la conclusión de que, para las nubes de una altura de 5 a 30 veces la altura de los hilos de guardia sobre la tierra, el ángulo protector es de 55º a 75º. ii.

WAGNER:

En base a ensayos de laboratorio, recomienda adoptar un ángulo protector del hilo de guardia de 30º a 40º para los conductores externos y de 70º a 80º para los colocados entre los hilos de guardia. iii.

GOLDE:

Llega a la conclusión de que el ángulo protector del hilo de guardia es aproximadamente 64º y aumenta con la intensidad de la corriente del rayo.

Por una parte lo primero es bueno para reducir el riesgo eléctrico a las personas que toquen una torre de alta tensión, y minimizar así las posibles

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN tensiones de paso que pueden generarse. Por otra parte es perjudicial porqué es sabido que esto facilita que el rayo encuentre un camino de resistencia baja en los puntos más altos, cuando el rayo impacta en la torre, aparecen en más o menos medida fugas de corriente de alta tensión por las estructuras, poniendo en riesgo a las personas que estén cerca de la torre en ese preciso instante.

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Otro motivo perjudicial a nivel de seguridad eléctrica y del propio transporte de energía es cuando un rayo impacta en el cable, éste sufre una degradación de material, es decir, la energía generada del rayo en el punto de contacto del cable, crea la fusión del material y perdida de éste por un lado, y por otro, la modificación de su resistencia mecánica.

Un cable afectado por rayo, es un peligro inminente para el suministro eléctrico, ya que se puede partir y cortocircuitar los cables de tensión que están por

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN debajo de él, creando más chispazos y fusión de los cables de tensión. El problema no es la desconexión del servicio, el problema es que seguramente este deterioro no se percibe en el momento de la reparación y más adelante puede aparecer el accidente de verdad.

Las inclemencias meteorológicas; viento, nieve y lluvia heladora, pueden facilitar que un cable afectado por rayo se rompa, incluyendo el sobrepeso de los pájaros.

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En el caso de las torres de alta tensión, pasa algo parecido con los efectos térmicos de los rayos. Las torres son verdaderos pararrayos, dado que están construidas todas de metal y están perfectamente puestas a tierra.

Los trazados de las torres, las obligan a pasar por puntos elevados, predominado en ocasiones en lo más alto de las montañas.

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Una torre bien diseñada e instalada, puede padecer esfuerzos térmicos cada vez que es impactada directamente por un rayo, la resistencia mecánica de una torre de alta tensión puede debilitarse después de padecer una descarga de rayo.

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Se registran rayos de más de 200.000 amperios y en función de la resistencia de la tierra, las tensiones que pueden aparecer en una torre de alta tensión serán de millones de voltios, llegando la torre a ponerse al rojo vivo físicamente.

Al enfriarse el metal rápidamente porque hay tormenta y fuertes vientos, el material padece un efecto de destemple, es decir que su estructura molecular a cambiado, perdiendo resistencia y por defecto aguante mecánico.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN 4 APLICACIONES DE LOS CABLES DE GUARDA COMO PROTECCION 4.1 DATOS GENERALES Vn=230Kv Voltaje pre falla subestación A= 230Kv Voltaje pre falla subestación B= 226Kv Potencia monofásica de cc A= 12000MVA Potencia monofásica de cc B= 8000MVA Longitud de la línea = 90Km Cable de guarda AW7 # 8 Resistencia de puesta a tierra= 25ohm Vano promedio= 500m Resistividad del terreno 100 ohm * m Temperatura Ambiente = 20°c Guarda aterrizado en cada estructura. Diametro del cable de guarda= 9.78mm RMG del cable de guarda= 3.808mm

4.2 FASE

ACSR 54/7 CANARY

Diametro= 29.51mm RMG=11.95mm RAC= 0.079 ohm/Km

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN CABLE DE GUARDA AW 7 No 8 RAC(20°c)=1.463 ohm/Km RAC(75°c)= 1.455 ohm/Km C= 1.93 jul/cm .°c α=0.0036

a. APLICACIÓN 1: Calcular los parámetros eléctricos involucrados en el cálculo de calentamiento en el cable de guarda durante una falla monofásica a tierra. Estos parámetros son: Zs, Zs’ (corregida por presencia de cable de guarda), Zfg, Zg, Coeficiente μ, Zc, Gama. 2

Xsa=

12000 MVA √2 3∗230 Kv = 30.122 KA ; Ib=

2

Vl / √ 3 Ia

; Xsb=

Vl / √ 3 Ib

; Ia=

8000 MVA √3∗226 Kv = 20.43 KA 2

Xsa=

230 Kv / √2 3 =4.408 Ω 30.122 KA

Xsb=

226 Kv / √ 3 =6.386 Ω 20.08 KA

2

√

100 60 ¿ Zg= 1.455 Ω/Km+0.0592 Ω/Km +j 0.0754 Ω/Km(ln( ) 658.86 ¿ ¿ Zg= 1.514 Ω/Km+j0.9387 Ω/Km

√

100 60 ¿ Zfg= 0.0592 Ω/Km+j 0.0754 Ω/Km (ln( ) 658.86 ¿ ¿ DMGfg= 11.72m

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√

100 60 ¿ Zfg= 0.0592 Ω/Km+j 0.0754 Ω/Km (ln( ) 658.86 ¿ ¿ Zfg= 0.0592 Ω/Km+j0.323 Ω/Km Factor de acople(u)=

Zfg Zg

; u=

0.0592+ j 0.323 1.514 + j 0.9387 = 0.1843 < 47.81°

√

100 60 ¿ Zs= 0.079+0.0592+ j0.0754 Ω/Km (ln( ) 658.86 ¿ ¿ Zs= 0.1382 +j0.8423 Ω/Km

Z’s=

1.514+ j0.9387 ¿ (0.0592+ j 0.323)2 Zs−Zfg =( 0.1382+ j 0.84239 )− ¿ Zg

Z’s= 0.175 Ω/Km +j0.794 Ω/Km

ℵ =

Zc=

√ Zg∗Y =

√

Zg y

=

√

1.514+ j

0.9387∗1/25 0.5 Km = 0.377