Analysis of Overvoltages Resulting from Atmospheric Discharges for Frequency-Dependent Soils

• Autores: Leon Colqui, Jaimis Sajid, Kurokawa, Sérgio, Justo de Araújo, Anderson Ricardo, Pissolato Filho, José
• Formato: artículo
• Fecha de Publicación: 2020
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: Revista UNI - Tecnia
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:oai:revistas.uni.edu.pe:article/789
• Enlace del recurso: http://www.revistas.uni.edu.pe/index.php/tecnia/article/view/789
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Transitório electromagnético; Sistema de aterramiento; Impedancia de Aterramiento; Descarga atmosférica; Parámetros del Suelo

This paper presents a comparative analysis of the electrode impedance for a vertical rod buried in a homogeneous ground where the soil electrical parameters (resistivity and permittivity) are frequency-dependent in relation to the impedances obtained with frequency-constant parameters. In this study, it is taken into account that vertical rod can be seen as a short transmission line whose electrical parameters (resistance, inductance, capacitance and conductance) are distributed along its length. Thus, the rod impedance is computed as being the harmonic impedance of the transmission line as a function of frequency. Once the rod impedances are obtained, and using the Vector Fitting technique, equivalent electrical circuits are obtained directly in time domain. The advantage of this type of representation is that equivalent circuit can be easily incorporated into EMTP-type programs for the electromagnetic transient analysis. In this model, the grounding potential rise (GPR) generated due to a lightning stroke at the rod can be calculated. Additionally, an impulsive current source, representing a lightning stroke, is injected at the top of a transmission tower whose the grounding system is composed by a vertical rod, and the transient voltages at the cross-arms and tower base are calculated. The results show that the voltages are significantly modified by the presence of the soil with frequency-dependent parameters, especially their voltage peaks, and that an accurate analysis of the transient in power systems must take this phenomenon into account.
En este trabajo se presenta un estudio comparativo de la impedancia de un electrodo vertical enterrado en un suelo homogéneo donde los parámetros eléctricos (resistividad y permisibilidad) son dependientes de la frecuencia en relación a los mismos con parámetros constantes. Para su cálculo, es llevado en consideración que el electrodo vertical se puede interpretar como una línea de transmisión (LT) cuyos los parámetros eléctricos son distribuidos por unidad de longitud. Así, la impedancia del electrodo es computada como siendo la impedancia harmónica de LT en función de la frecuencia. Una vez obtenidas las impedancias de aterramiento del electrodo, y empleando una técnica de mínimos cuadrados, se las representan por circuitos eléctricos directamente en el dominio del tiempo. La ventaja de usar este tipo de representación es que el modelo puede insertarse fácilmente en software del tipo EMTP para el análisis de los transitorios electromagnéticos.  Así, se calculan las elevaciones de potencial en el aterramiento para una descarga atmosférica incidente en el electrodo.  Adicionalmente, una descarga atmosférica es inyectada en el topo de una torre de transmisión aterrada por un electrodo vertical, para evaluar las tensiones en los brazos de la estructura y en su base.  Los resultados muestran que las tensiones son significativamente modificadas por la presencia del suelo con parámetros dependientes de la frecuencia, en especial las amplitudes, y que un análisis preciso del transitorio en los sistemas eléctricos debe llevar en cuenta ese fenómeno.