Análisis de la influencia de los parámetros del suelo en los modelos de líneas de transmisión y sistema de aterramiento durante sobretensiones transitorias

Abstract

Las sobretensiones transitorias originadas por las descargas atmosféricas son las principa­les causas de las interrupciones de energía eléctrica no programadas en líneas de trans­misión, especialmente por el fenómeno de flameo inverso o conocido también como back­flashover. Para entender los procesos electromagnéticos y mitigar los riesgos asociados a este fenómeno, es importante modelar de forma rigurosa los elementos del sistema eléc­trico de potencia, especialmente la línea de transmisión y el sistema de puesta a tierra del pie de la torre. Por tanto, el presente trabajo tiene como finalidad evaluar la influencia del modelado del sistema de puesta a tierra del pie de la torre y de la línea de transmisión sobre las sobretensiones atmosféricas derivadas de la incidencia directa de las descargas atmos­féricas en las líneas de transmisión, utilizando los programas MATLAB y JULIA integrados al software de simulación ATP­EMTP. Para este fin serán comparados resultados de sobre­tensiones atmosféricas, usando representaciones menos y más rigurosas del sistema, para un tramo de la línea de transmisión San Gabán – Mazuko de 138 kV de tensión nominal. Estas evaluaciones y comparaciones se realizan a partir de simulaciones en el dominio del tiempo y el impacto de cada representación se analiza en términos de las sobretensiones resultantes en la cadena de aisladores. Se analizan los resultados asociados con tres re­presentaciones del sistema de puesta a tierra del pie de la torre: resistencia de tierra a bajas frecuencias, representación rigurosa (basada en la teoría del campo electromagnético) del comportamiento de la tierra con parámetros del suelo constantes y dependiente en relación a la frecuencia. Adicionalmente, se evalúan dos representaciones de líneas de transmisión: el JMarti y el modelo denominado como JMarti modificado, el cual, a diferencia del modelo de JMarti, contempla la variación de los parámetros del suelo con la frecuencia. Según los resultados, la representación del sistema de puesta a tierra impacta significativamente en las sobretensiones resultantes y la definición del valor crítico de la corriente de descarga que provocará la rotura del aislamiento. También de acuerdo con los resultados, los modelos de línea tienen menos influencia sobre las sobretensiones resultantes en la cadena de aisladores.

Transient overvoltages caused by atmospheric discharges are the main causes of unsche­duled electrical power interruptions in transmission lines, especially due to the reverse flutter phenomenon or also known as backflashover. To understand electromagnetic processes and mitigate the risks associated with this phenomenon, it is important to rigorously model the elements of the electrical power system, especially the transmission line and the grounding system at the foot of the tower. Therefore, the present work aims to evaluate the influence of the modeling of the grounding system at the foot of the tower and the transmission line on the atmospheric overvoltages derived from the direct incidence of atmospheric discharges on the transmission lines, using the MATLAB and JULIA programs integrated into the ATP­EMTP simulation software. For this purpose, results of atmospheric overvoltages will be compared, using less and more rigorous representations of the system, for a section of the San Gabán – Mazuko transmission line of 138 kV nominal voltage. These evaluations and comparisons are made from simulations in the time domain and the impact of each representation is analy­zed in terms of the resulting overvoltages in the chain of insulators. The results associated with three representations of the tower foot grounding system are analyzed: ground resis­tance at low frequencies, rigorous representation (based on electromagnetic field theory) of the behavior of the ground with constant and dependent ground parameters. in relation to frequency. Additionally, two representations of transmission lines are evaluated: the JMarti and the model called modified JMarti, which, unlike the JMarti model, contemplates the va­riation of soil parameters with frequency. According to the results, the representation of the earthing system has a significant impact on the resulting overvoltages and the definition of the critical value of the discharge current that will cause the insulation to break. Also accor­ding to the results, the line models have less influence on the resulting overvoltages in the insulator string.