Tesis doctoral de Luis Carlos Montañes Bellosta
El aumento en la calidad demandada para el suministro eléctrico de energía implica unas redes de transporte y distribución eléctrica con las máximas garantías de estabilidad, minimizando los tiempos de interrupción de suministro. la descarga de rayos en líneas eléctricas es una de las principales y más imprevisibles causas de interrupción temporal de suministro. Si la magnitud de la sobretensión es suficientemente elevada o el equipo no está correctamente protegido puede producirse pérdida de aislamiento de la aparamenta, siendo especialmente críticos los equipos de las subestaciones, como transformadores o instalaciones blindadas. Su reposición en estos casos puede ser compleja, con largos periodos para su reparación y/o sustitución, y de elevado coste económico. El trabajo presentado trata sobre las sobretensiones, especialmente las de origen atmosférico, su influencia en las redes eléctricas, y la forma de limitarlas protegiendo a los equipos en ella instalados mediante pararrayos. en la realización de este trabajo el primer paso ha sido analizar las sobretensiones que pueden aparecer en las redes eléctricas y su clasificación, siendo generalmente las descargas atmosféricas las más severas. Para proteger las líneas eléctricas contra descargas directas de rayos pueden instalarse cables de guarda, cuyo grado de protección es también estudiado. La instalación de cables de guarda limita las sobretensiones de origen atmosférico que impactan en los conductores de fase, pero no las elimina ni aún considerando apantallamiento total, ya que pueden producirse cebados inversos (del apoyo a línea) que provoquen sobretensiones en la fase. la capacidad de los materiales para soportar sobretensiones atmosféricas dependerá de la severidad de las mismas, de los pararrayos instalados y del nivel de aislamiento seleccionado para cada aplicación. La normativa es compleja de interpretar y aplicar. Por ello, se desarrolla un proceso demostrativo de elección de los niveles de aislamiento de la aparamenta, de acuerdo con la norma de coordinación de aislamiento une-en 60071. la coordinación de aislamiento está asociada al grado de protección que puedan proporcionar los pararrayos instalados en la red. Su elección es crítica para la determinación del aislamiento y la capacidad de la aparamenta para soportar sobretensiones. Por ello se ha desarrollado una metodología para la elección de pararrayos en redes eléctricas. Es un proceso sistemático del que se obtienen los parámetros que definen los pararrayos a partir de las características generales del sistema. Como resultado se determina, para cada aplicación, el conjunto de parámetros que deben cumplir los pararrayos comerciales para soportar las tensiones de la red donde se conecta y proteger a la aparamenta frente a sobretensiones. realizar una cuantificación de la idoneidad de los pararrayos que cumplen las características determinadas para compararlo es complejo. En este trabajo se ha desarrollado un método para determinar la probabilidad de fallo de los pararrayos basado en su capacidad energética. La aplicación de este método permite optimizar la selección de pararrayos en redes eléctricas añadiendo un nuevo criterio que permite cuantificar su idoneidad. De esta forma, se obtiene un compromiso entre el nivel de protección de la aparamenta y la vida útil de los pararrayos que la protegen. también se ha estudiado la influencia de las descargas atmosféricas en instalaciones blindadas (gis), donde las llegadas de líneas a las subestaciones se realiza mediante cable subterráneo. En este caso, el punto crítico del sistema es la conversión aéreo-subterránea de la línea, donde se instalan además los pararrayos que protegerán dicha conversión, los cables y la propia instalación blindada. La complejidad de reparación y/o sustitución de los equipos blindados en la red implica que la coordinación de aislamiento y, por tanto, la elección de pararrayos que los protejan, sea crítica. El estudio determina también la importancia de la correcta aplicación de los criterios de conexión de pantallas de cable. Además, la correcta elección de los pararrayos en el punto de conversión aéreo-subterránea de la línea hace que estos puedan ser suficientes para proteger las instalaciones blindadas. la tesis ha sido estructurada en nueve capítulos, cuyo alcance y descripción general son indicados a continuación: en el primer capítulo se presenta una introducción general al problema de las sobretensiones en las redes eléctricas. También se indican los objetivos establecidos al plantear la tesis doctoral. Finalmente, se hace una descripción general de los capítulos en los que se ha desglosado el documento. el capítulo 2 describe las sobretensiones que pueden aparecer en las redes eléctricas, realizando una clasificación de las mismas por su origen o forma de onda. También se estudia el apantallamiento de las líneas aéreas para protegerlas de las descargas atmosféricas, presentando el modelo electrogeométrico que se usará en capítulos posteriores. Finalmente se detalla el fenómeno del rayo, estudiando su tipología y parametrización estadística. el capítulo 3 desarrolla la norma une-en 60071 sobre coordinación de aislamiento. Se detallan los criterios de determinación de las distintas sobretensiones representativas y el proceso de selección de los niveles de aislamiento normalizados para la aparamenta. Este proceso permite seleccionar los niveles de aislamiento normalizados de los materiales en función de las sobretensiones que puedan aparecer en la red donde se instalen. el capítulo 4 está dedicado a los pararrayos que se instalan en las redes eléctricas para limitar las sobretensiones. Se estudian los distintos tipos de pararrayos y sus principios de funcionamiento. También se detallan los parámetros que caracterizan los pararrayos, así como su modelado para estudiar por simulación su comportamiento dentro de una red eléctrica. en el capítulo 5 se establecen los criterios de selección de pararrayos, basándose en las características de la red donde se instalan y los requerimientos del material al que deban proteger. Así se definen los valores que deben cumplir los distintos parámetros que caracterizan el pararrayos para cada aplicación. También se presenta una metodología que permite la selección de pararrayos, completada con un ejemplo ilustrativo. el capítulo 6 desarrolla una mejora en el método de selección de pararrayos. La capacidad energética de los pararrayos para soportar sobretensiones implica una probabilidad de fallo asociado a la aleatoriedad de que éstas se produzcan. Este concepto es introducido y desarrollado en el capítulo, siendo un nuevo criterio a considerar en la elección de pararrayos, y es ilustrado con un caso práctico. el capítulo 7 estudia la influencia de las sobretensiones en las subestaciones blindadas o encapsuladas. Este tipo de instalaciones son habituales en entornos urbanos, donde la calidad de suministro tiene una gran importancia, al afectar habitualmente a un gran número de clientes. Las líneas que llegan a las subestaciones blindadas son subterráneas, por la propia tipología de las subestaciones blindadas. Estos cables pueden convertirse en líneas aéreas en algún punto de la red, existiendo en ese caso un apoyo de conversión donde introducir sobretensiones atmosféricas hacia la subestación blindada. Estas sobretensiones son analizadas, estudiando la influencia de distintos parámetros (longitud del cable, magnitud de la descarga, instalación de pararrayos, resistencia de puesta a tierra) para determinar su influencia en los valores de sobretensión alcanzados. El estudio es desarrollado con un ejemplo, obteniendo novedosas conclusiones al realizar variaciones de los diferentes parámetros. finalmente, en el capítulo 8 se resumen las principales conclusiones y aportaciones obtenidas en este trabajo. también se incluye en el capítulo 9 un anexo donde se describen consideraciones generales de las redes eléctricas. Además se presentan las definiciones de las principales características que las definen y de los materiales que se instalan.
Datos académicos de la tesis doctoral «Selección óptima de pararrayos«
- Título de la tesis: Selección óptima de pararrayos
- Autor: Luis Carlos Montañes Bellosta
- Universidad: Zaragoza
- Fecha de lectura de la tesis: 21/12/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Miguel Garcia Gracia
- Tribunal
- Presidente del tribunal: José Jesús Fraile mora
- Fernando Garnacho vecino (vocal)
- joan Montaña puig (vocal)
- blas Hermoso alameda (vocal)