Lightning performance analysis of transmission lines using the Monte Carlo method and parallel computing

Análisis del comportamiento de líneas de transmisión frente al rayo mediante el método de Monte Carlo y cálculo paralelo

El análisis del comportamiento de una línea aérea frente al rayo es una parte importante del proceso de diseño de la línea. Debido a la naturaleza aleatoria del rayo, este análisis se debe realizar mediante cálculo estadístico, generalmente basado en el método de Monte Carlo. Los procedimientos más utilizados se basan en el empleo de un programa tipo EMTP (ElectroMagnetic Transients Program). El número de simulaciones a realizar con el método de Monte Carlo y la complejidad del modelo de línea necesario cuando se usa un programa tipo EMTP hacen que el tiempo de simulación sea muy largo. Una opción para reducir este tiempo es el empleo de cálculo paralelo: la distribución de las tareas de cálculo entre varios procesadores puede reducir el tiempo en una proporción próxima al número de procesadores. Este artículo resume el trabajo realizado por los autores para analizar el comportamiento de una línea aérea de transmisión frente el rayo mediante una herramienta de simulación tipo EMTP, un procedimiento basado en el método de Monte Carlo en el que el EMTP es controlado desde una aplicación implantada en MATLAB, y el empleo de una instalación multiprocesador.

INTRODUCCIÓN

Los rayos son una de las principales causas de las averías en las líneas aéreas. El rendimiento de una línea aérea frente a los rayos se suele medir por el número de descargas eléctricas por cada 100 km y año 1. Uno o dos hilos suelen blindar las líneas de transmisión. Dado que el nivel de sobretensiones inducido por las descargas a tierra es demasiado bajo para las líneas aéreas de transmisión, los fallos por rayos pueden deberse a descargas en un cable de apantallamiento o en un conductor de fase. Los fallos de apantallamiento no pueden evitarse totalmente, pero el número de descargas en los conductores de fase suele ser muy bajo. La tasa de descargas de rayos (LFOR) de una línea de transmisión se estima sumando la tasa de descargas de fondo (BFOR) y la tasa de descargas de fallos de apantallamiento (SFFOR) 1-2. Para obtener ambas cantidades 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 1-2.

Este documento se ha organizado como sigue. En las dos secciones siguientes se resume la caracterización de los rayos y las pautas de modelización utilizadas para representar las líneas de transmisión en los cálculos de sobretensión por rayo. Dado que estos aspectos ya han sido tratados, véase las referencias 4 y 6, aquí sólo se ofrece un resumen