EMTP implementation of a Monte Carlo method for lightning performance analysis of transmission lines

Implantación en EMTP de un procedimiento basado en el método de Monte Carlo para analizar el comportamiento de líneas de transmisión frente al rayo

El cálculo riguroso de sobre tensiones de origen atmosférico es un aspecto importante en el análisis y diseño de líneas aéreas de transmisión. Las diferentes partes de una línea que están involucradas en las sobre tensiones causadas por el rayo deben ser representadas teniendo en cuenta el rango de frecuencia de los transientes causados por el impacto de una descarga atmosférica. Por otro lado, los procedimientos a emplear en el cálculo de sobretensiones deben ser desarrollados teniendo en cuenta la naturaleza aleatoria del rayo. Varias herramientas de cálculo han sido empleadas hasta la fecha para estimar el comportamiento de líneas aéreas de transmisión frente al rayo. Los procedimientos más utilizados emplean una técnica basada en el dominio del tiempo para la que se han de desarrollar y aplicar modelos adecuados de las distintas partes de una línea. Este artículo presenta un resumen del trabajo realizado por los autores para desarrollar e implantar en una herramienta de simulación tipo EMTP (ElectroMagnetic Transients Program) un procedimiento basado en el método de Monte Carlo que permita analizar el comportamiento frente al rayo de líneas aéreas de transmisión. Los resultados presentados en este documento se basan en una línea real cuyo análisis permitirá ilustrar el alcance del procedimiento y el tipo de estudios que se puede realizar con el procedimiento desarrollado.

INTRODUCCIÓN

Los rayos son un fenómeno físico de naturaleza aleatoria y una de las principales causas de las averías en las líneas aéreas. El comportamiento de los rayos en una línea aérea puede medirse mediante la tasa de ashover, que suele expresarse como el número de ashovers por cada 100 km al año [1,2]. Las líneas de transmisión suelen estar apantalladas por uno o varios cables; por lo tanto, los fallos por rayos pueden ser causados por golpes en un cable de apantallamiento o en un conductor de fase. Las sobretensiones inducidas por los rayos a tierra pueden despreciarse. Los fallos de apantallamiento no pueden evitarse totalmente, pero el número de descargas en los conductores de fase suele ser muy bajo. Por lo tanto, la tasa de ashover de una línea de transmisión se divide en la tasa de backashover (BFOR) y la tasa de flashover por fallo de apantallamiento (SFFOR). Para obtener ambas magnitudes se requiere un modelo de incidencia que discrimine los golpes a los cables de apantallamiento de los de los conductores de fase y los de tierra.

Debido a la naturaleza aleatoria de los rayos, el cálculo de la tasa de ashover debe basarse en un enfoque estadístico. Por otro lado, los cálculos de sobretensión de rayo se realizan generalmente aplicando una técnica en el dominio del tiempo y utilizando modelos adecuados para los rangos de frecuencia asociados a los transitorios de rayo, aunque también se pueden considerar otras aproximaciones basadas en una técnica en el dominio de la frecuencia [3-5].