Evaluación estadística del comportamiento de líneas aéreas de distribución frente a sobretensiones de origen externo.

Abstract

de la Tesis Doctoral<br/>Introducción<br/>Existen muchas causas por las que se pueden originar sobretensiones en una red de potencia. La clasificación más aceptada distingue tres tipos de sobretensiones: Sobretensiones temporales, sobretensiones de maniobra, y sobretensiones de origen atmosférico. No existe una frontera muy clara entre un tipo y otro de sobretensión; por ejemplo, una sobretensión originada por un cortocircuito es de tipo temporal, pero transitoriamente puede ser calificada como sobretensión de maniobra.<br/>En redes de tensión nominal inferior a 400 kV las sobretensiones debidas al rayo son más peligrosas que las debidas a otra causa, mientras que por encima de 400 kV las sobretensiones de maniobra suelen ser las más peligrosas.<br/>La importancia de las sobretensiones atmosféricas crece conforme disminuye la tensión nominal de los componentes afectados por el rayo. El valor de las sobretensiones que se pueden producir en una red de distribución originadas por un rayo es tan elevado frente al valor de la tensión nominal de la red que tanto el nivel de aislamiento de los componentes como la selección y coordinación de protecciones se realiza teniendo en cuenta el efecto de las sobretensiones atmosféricas. En general, el nivel de las sobretensiones de origen interno es inferior o muy inferior al nivel de aislamiento de los componentes de una red de distribución, siendo el número de averías originadas por una sobretensión de este tipo mucho más reducido que el originado por sobretensiones atmosféricas directas o inducidas por el rayo.<br/>Esta Tesis Doctoral está dedicada exclusivamente a la evaluación de líneas de distribución frente a sobretensiones de origen atmosférico. Este estudio ha sido objeto de gran atención durante los últimos años y existe una abundante literatura centrada exclusivamente en este campo. Sin embargo, todavía existen muchos puntos sobre los que no hay un conocimiento suficientemente preciso; probablemente, los más importantes sean la propia naturaleza del rayo y los principales parámetros que describen su comportamiento.<br/>Objetivo<br/>El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es el cálculo de la tasa de contorneamientos por sobretensiones atmosféricas en líneas aéreas de distribución con y sin apantallamiento en función de los parámetros más característicos del rayo y de la línea, así como de la actividad atmosférica de la zona por donde transcurre la línea.<br/>Estructura y contenido<br/>El Capítulo 1 contiene una introducción al trabajo realizado.<br/>En el Capítulo 2 se resumen los antecedentes y los objetivos de esta Tesis Doctoral.<br/>En el Capítulo 3 se presenta una introducción al proceso de descarga de una nube, y se detallan los parámetros más importantes de un rayo.<br/>En el Capítulo 4 se realiza un análisis del comportamiento de líneas aéreas de distribución frente al rayo. El cálculo de sobretensiones se realiza de dos formas diferentes, mediante algoritmo y mediante simulación digital con el programa EMTP/ATP.<br/>El Capítulo 5 está dedicado al cálculo de la tasa de contorneamientos en líneas aéreas de distribución debidos a descargas atmosféricas. El cálculo se realiza de manera sistemática, y de manera estadística aplicando el método de Monte Carlo.<br/>En el Capítulo 6 se analiza el comportamiento de líneas aéreas de distribución frente al rayo empleando redes neuronales. El cálculo de la tasa de contorneamientos se realiza de manera estadística aplicando el método de Monte Carlo.<br/>El Capítulo 7 presenta las conclusiones más importantes de los diferentes estudios realizados.<br/>El Capítulo 8 incluye una bibliografía muy completa sobre el tema.

of the PhD<br/>Introduction<br/>Overvoltages in electrical power networks can be originated by several different causes. The most accepted classification differentiates 3 types of overvoltages: Temporary overvoltages, switching overvoltages, and lightning overvoltages. It doesn't exist a very clear edge between them; for example, an overvoltage caused by a short-circuit is usually a temporary overvoltage, but transiently can be qualified as a switching overvoltage.<br/>Lightning is the most dangerous overvoltage in a power network with a rated voltage less than 400 kV. However, switching overvoltages are the most important in networks with a value of the rated voltage higher than 400 kV.<br/>The importance of lightning overvoltages increases with the decrease of the rated voltage of the affected components. The value of the lightning overvoltages produced in a distribution network is so high in front of the value of the rated voltage of the network than the insulation level of the components and the selection and the co-ordination of protections are carried out by taking into account the effect of lightning overvoltages. In general, the level of the overvoltages due to internal causes is less than the insulation level of the components of a distribution network, being the number of faults caused by this type of overvoltage much more reduced than this caused by external overvoltages (direct or induced by the lightning).<br/>This PhD is dedicated exclusively to the evaluation of distribution overhead lines in front of lightning overvoltages. This study has been very important during the last years and there is a lot of information focused in this field. However, there is several points where the knowledge is not enough yet; probably, the most important are the own nature of lightning and the main parameters which describe this behaviour.<br/>Objectives<br/>The main goal of this PhD is the calculation of the flashover rate of lightning overvoltages for distribution overhead shielded and unshielded lines in function of the most important lightning and line parameters, as well as the atmospheric activity.<br/>Structure and contents<br/>In Chapter 1 is the introduction of the study carried out.<br/>In Chapter 2 are summarised the antecedents and the objectives of this PhD.<br/>In Chapter 3 an introduction of the discharge process of a cloud is presented, and also the most important lightning parameters are described.<br/>In Chapter 4 is carried out an analysis of the lightning performance of distribution lines. The calculation of overvoltages is carried out in a two different ways, by means of algorithm and by means of digital simulation with the EMTP/ATP program.<br/>Chapter 5 is dedicated to the calculation of flashover voltages in distribution overhead lines. The calculation is carried out in a systematic way and also in a statistical way by applying the Monte Carlo method.<br/>In Chapter 6 the lightning performance of overhead lines is done by means of neural networks. The flashover voltage calculation is carried out in a statistical way by applying the Monte Carlo method.<br/>Chapter 7 presents the most important conclusions of the different studies carried out in this work.<br/>Chapter 8 includes a very complete bibliography about the studied subject.