Tesis
Modelado de sistemas de tierra para el análisis de transitorios electromagnéticos debidos a descargas atmosféricas.
Fecha
2017-09-26Registro en:
Moreno Zarate, Luis Enrique.Modelado de sistemas de tierra para el análisis de transitorios electromagnéticos debidos a descargas atmosféricas. Tesis (Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica). Ciudad de México, Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Zacatenco. 2016. 127 p.
Autor
Moreno Zarate, Luis Enrique
Institución
Resumen
Los sistemas de puesta a tierra son una parte fundamental en los sistemas eléctricos de potencia, ya que su correcto funcionamiento durante descargas atmosféricas influye de manera directa en la seguridad tanto de personas como del equipo en las instalaciones impactadas por estas descargas. El comportamiento de los sistemas de tierra en altas frecuencias y su comportamiento dinámico es un tema que aún se encuentra en desarrollo. Por lo anterior, es que muchas veces el análisis y diseño de estos sistemas para protección contra descargas atmosféricas sigue siendo realizado mediante modelos de baja frecuencia.
En este trabajo se modelan los sistemas de tierra utilizando la teoría de la línea de transmisión uniforme y no uniforme. El cálculo de parámetros fue realizado mediante el método de imágenes. Se realizó un estudio de los dos tipos de configuraciones de electrodos de tierra más comúnmente utilizados; el electrodo de puesta a tierra en disposición vertical y el electrodo en posición horizontal, considerándolos como una línea de transmisión monofásica.
Posteriormente, se lleva a cabo el armado de redes de tierra con un número diferente de electrodos. Se utiliza el modelo de dos puertos en el domino de la frecuencia. Se consideran diferentes casos de prueba, en los cuales, se analiza el comportamiento de la red bajo transitorios rápidos, para ello se excita en alguno de los nodos (denominado emisor) por medio de un escalón unitario, y luego una doble exponencial.
Mediante un programa implementado en MATLAB se transforman las respuestas en la frecuencia al dominio del tiempo utilizando la Transformada Numérica de Laplace Inversa (TNLI). Finalmente, se observa el comportamiento en el tiempo en los nodos restantes (denominados receptores).
ABSTRACT
The grounding systems are a fundamental part of electrical power systems, its proper operation during lightning strokes directly defines the safety of people and equipment. The dynamic performance of grounding systems during fast current pulses is an issue that is still under research. Due to this limitation, the analysis and design of these systems for lightning protection is often done by using low frequency models.
In this work, grounding systems are modeled by using the uniform and nonuniform transmission line theory using the two-port model in the frequency domain. The electric parameters were computed using the method of images. Two types of electrode configurations, the vertical electrode and the horizontal electrode, were modeled as a single phase transmission line.
Subsequently, grounding networks with different number of electrodes were simulated. Different test cases are simulated considering a unit step voltage, and a double exponential voltage.
By using a program implemented in MATLAB, the frequency domain solutions are transformed to the time domain using the Inverse Numerical Laplace Transform (TNLI). Finally, the behavior is observed over time in different nodes of the network.