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DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE DE RAYO EN

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Academic year: 2021

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Resumen— En el presente trabajo se realiza un estudio

para poder obtener la distribución de corrientes en una torre de telecomunicaciones al ser impactada por una descarga atmosférica. Para ello, se utiliza el programa de transitorios electromagnéticos, ATP, para simular el evento.

El estudio considera que el rayo impacta en la punta Franklin instalada al tope de la estructura y que el bajante es un conductor desnudo, aislado de la torre a lo largo de todo su recorrido.

Se realizan simulaciones, variando la resistencia de puesta a tierra y considerando como ideal el aislamiento bajante-torre o incorporándole un modelo de ruptura más realista.

Se reportan los resultados más resaltantes, indicando la magnitud de las corrientes que circulan por cada uno de los segmentos que forman la torre, para cada uno de los escenarios planteados, mostrando el interés en la simulación de este tipo de eventos y el potencial del ATP.

Palabras claves— Torre telecomunicaciones, corriente de rayo, ATP, distribución de corrientes.

I. INTRODUCCIÓN

Las descargas atmosféricas son un fenómeno natural y aleatorio, con terribles consecuencias en los sistemas sobre los que impacta, particularmente asociadas a la gran cantidad de energía que se drena en tiempos muy cortos. En los sistemas de telecomunicaciones, específicamente en las torres, se utiliza un sistema de protección contra descarga atmosféricas, que busca drenar las altas corrientes del rayo, de la manera más segura (para personas y equipos), a tierra. Sin embargo, a lo largo del proceso de impacto y drenaje de la corriente del rayo ocurre una serie de fenomenologías electromagnéticas que afectan no sólo el sistema de protección, sino a toda la torre. Y con ello, a los demás elementos ligados a la estructura.

Con miras a determinar las consecuencias de un impacto de rayo sobre una torre de telecomunicaciones, es necesario conocer la distribución de corrientes a lo largo de toda la estructura, pues a diferencia de lo que se cree; el sistema de

Manuscrito enviado el X de febrero de 2008.

L. Díaz, M. Martínez, J. Rodríguez, J. Ramírez, G. Guillén y E. Da Silva están con la Universidad Simón Bolívar. Laboratorio A. Valle de Sartenejas. Municipio Miranda. Distrito Capital, Venezuela. Tlf. +58-212-9064133, E-mail: diazlg@ieee.org, mmlozano@usb.ve, jrodirg@usb.ve, jramirez@usb.ve, gguillen@usb.ve, edasilva@usb.ve.

protección contra descargas atmosféricas no protege a toda la estructura de la circulación de corrientes, pues por inducción, la corriente de rayo hace que circulen corrientes a lo largo de toda la estructura, que pueden afectar los elementos en contacto con la torre. En general, todo el sistema de atracción y bajante, está aislado físicamente de la torre y eso conlleva al error mencionado anteriormente, de que solo circulará corriente por el bajante y no por los perfiles de la estructura.

Anteriormente se han invertido esfuerzos en conocer tal comportamiento de las corrientes, como es el caso de la profesora de la Universidad de Bialystok (Polonia) Renata Markowska [1], quien utilizando un equipamiento comercial y una serie de equipos de medición, consiguió establecer de manera puntual valores de corriente por cada elemento conductor de una torre de 40m de 4 soportes verticales principales.

En este trabajo, sin recurrir a los métodos de medición directa, se buscó determinar el comportamiento de las corrientes a lo largo de una torre de comunicaciones, a partir de la implementación de un modelo circuital en el ATP (software utilizado para analizar transitorios electromagnéticos), modelando toda la estructura de la torre desde el punto de vista eléctrico bajo distintos escenarios: uno considerando la ruptura del medio entre el bajante y la torre, y otro donde no se consideró la ruptura (caso ideal). Se determinó el comportamiento de las corrientes en la torre en ambos casos, así como la corriente máxima del rayo que no ocasiona ruptura. Todo esto para tres casos puntuales de resistencias de puesta a tierra: 0 Ω, 10 Ω y 100Ω.

II. METODOLOGÍA

Para el estudio se consideró una torre metálica en celosía, modelo utilizada en Digitel, que está compuesta por 3 elementos básicos (ver figura I):

• La estructura vertical base, compuesta de tres soportes principales, hasta alcanzar una altura de 60m.

• Las celosías: soportes cruzados entre los distintos elementos de la estructura vertical principal.

• El sistema de protección contra descargas atmosféricas: compuesto por el captador, el bajante, los aisladores del bajante a la torre y el sistema de puesta a tierra.

D

ISTRIBUCIÓN DE

C

ORRIENTE DE

R

AYO EN

UNA

T

ORRE DE

T

ELECOMUNICACIONES

(2)

Celosías Bajante Sistema de puesta a tierra Captador Estructuras Verticales principales Celosías Bajante Sistema de puesta a tierra Captador Estructuras Verticales principales Celosías Bajante Sistema de puesta a tierra Captador Estructuras Verticales principales

FIG.I:ELEMENTOS PRINCIPALES DE LA TORRE DE TELECOMUNICACIONES CONSIDERADOS EN EL MODELO. Para la simulación en el ATP, se modela desde el punto de vista eléctrico cada elemento, para luego ensamblarlos y obtener un circuito que represente la torre. A tal efecto se diferencia entre cinco modelos principales:

1. Estructura vertical

En principio se planteó un esquema de la torre seccionado en tramos, según el seccionamiento idéntico al encontrado en los planos de diseño. En el caso particular utilizado se consideraron 16 tramos.

Cada tramo se simula como un pequeño tramo de línea polifásica, con una distribución tal cual como es en realidad la torre y su bajante, es decir, una línea con tres conductores idénticos formando un triangulo equilátero y un conductor de material y dimensión distinta al lado de alguno de los otros conductores. Cada conductor de la torre fue identificado con nombre de fase A-B-C, siendo el A el más cercano al bajante. (Ver figura II)

Bajante A B C Bajante A B C

FIG.II:VISTA TRANSVERSAL DE LA CONFIGURACIÓN DE LA LINEA CONSIDERADA PARA MODELAR CADA TRAMO DE TORRE.

Para la simulación fue necesario caracterizar cada tramo desde el punto de vista eléctrico, lo que equivale en el ATP a introducir la siguiente información:

• Las distancias entre conductores: obtenidas del plano, y variantes entre tramo y tramo.

• Altura del tramo: Promedio de altura del tramo respecto a tierra, obtenido del plano de diseño de la torre.

• Calibre de los conductores: Para los conductores que simulan la estructura vertical principal se consideró un conductor circular de sección

transversal similar a la ofrecida por el perfil de cada estructura, y para el bajante se consideró un conductor circular de cobre calibre 2/0 AWG. • Características eléctricas del material: Resistividad

correspondientes al acero y al cobre, e inductancia igual a 1μH/m para ambos casos.

Para poder describir cada tramo en el espacio se realizó una evaluación promedio de su ubicación y dimensiones, por ejemplo: el tramo 10 tiene una separación entre sus conductores de 2753mm en la parte superior, y de 3165mm en la inferior, lo que ofrece una separación promedio de 2959mm. Respecto a la altura, se tiene que el tramo inferior (en el ejemplo el 9) está a 31705.092mm de altura, y el tramo 10 mide él solo 4182.959mm, lo que indica que su altura promedio es de 33797mm. Así, ese tramo de línea tendrá una longitud de 4182.959mm, una separación entre conductores de 2959mm en una distribución triangular, y estará a una altura de 33797mm. A continuación se observa en la figura III, un ejemplo de las lecturas tomadas para modelar cada tramo.

Separación de conductores en la parte inferior del

tramo Separación de conductores en la parte

superior del tramo

Altura de parte inferior Altura de parte superior Separación de conductores en la parte inferior del

tramo Separación de conductores en la parte

superior del tramo

Altura de parte inferior Altura de parte superior

FIG.III:DIMENSIONES CONSIDERADAS PARA MODELAR CADA TRAMO COMO UNA LÍNEA.

El conductor de bajada se colocó a 100mm de una de las estructuras verticales, o lo que es equivalente en la simulación a colocar una fase a 100mm al lado de una de las fases de la línea.

2. Estructura celosía

Una vez construido cada tramo en el simulador, se procedió a concatenarlos en el ATP a través de sus respectivas conexiones (recordar que una torre tiene tramos en diagonal que ayudan al soporte entre sus elementos principales). Tales conductores, para efectos de la simulación se entienden como varias resistencias e inductancias en serie y en paralelo entre ellas.

Los valores de las mismas fueron obtenidos de la multiplicación de la resistencia e inductancia por unidad de longitud, por la distancia que ocuparán en el espacio cada soporte (obtenida del plano- ver figura IV). Y cada resistencia e inductancia por unidad de longitud se determinó de manera similar al caso anterior de la modelación de la estructura vertical.

(3)

A continuación se muestran dos segmentos concatenados en el ATP, el segmento 10 con el 9, y entre ellos la serie de elementos conductores internos de cada tramo simulados con modelos R-L. El resto de los elementos ajenos a los descritos son cables ideales de conexión y medidores de corriente por cada fase y por el bajante (Ver figura V).

A

B

C

B

aj

an

te

Celosía que conecta la fase B con la A en el tramo X Celosía que conecta la fase B con la C en el tramo Y

A

B

C

B

aj

an

te

Celosía que conecta la fase B con la A en el tramo X Celosía que conecta la fase B con la C en el tramo Y

FIG.IV:PARTE DE LA TORRE CONSIDERADOPARA EL MODELO DE LAS CELOSÍAS.

FIG.V:MODELO EN ATP DEL CONCATENAMIENTO DE LOS TRAMOS Y SUS CELOSÍAS.

3. Sistema de puesta a tierra

Desde el punto de vista eléctrico el sistema de puesta a tierra se puede modelar como una resistencia. Simplemente se colocó al final de todo el ensamble de tramos una resistencia entre la torre y la tierra, tal resistencia se varió entre tres valores: 0 Ω, 10 Ω y 100Ω (Ver figura VI). Para observar el efecto de la puesta a tierra de la torre sobre la distribución de corrientes a lo largo de la misma.

FIG.VI:MODELO EN ATP DEL ÚLTIMO TRAMO, CONECTADO A RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.

4. Corriente del rayo

Una vez concatenados todos los segmentos, se colocó una fuente que simula el impulso conectado al bajante en el último segmento de la torre, el cual inyectará la onda de corriente de rayo. Se trabajó con una onda triangular de 100kA pico, 8μs de frente de subida y 20μs de tiempo de semiamplitud. A continuación se muestra una gráfica (figura VII) de la corriente de rayo simulada en ATP.

(file TORREDIGITEL3-10.pl4; x-var t) c:XX0664-XX0663

0 5 10 15 20 25 30 35 [us] 40 0 20 40 60 80 100 [kA]

Onda de Corriente de Rayo

FIG.VII:FORMA DE ONDA DE CORRIENTE DE RAYO UTILIZADA. Aparte de una fuente de corriente, se colocó una resistencia en paralelo con la fuente, tal que disminuyese los efectos de la onda viajera que rebota en la torre y regresa a la fuente. Tal resistencia se calculó a partir de la expresión [2]:

⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ⋅ ⋅ =30 ln 2 2 2 2 r r h Zo (2) Donde:

Zo: es la impedancia de onda de la torre. h: es la altura de la torre.

r: Diagonal de la base de la Torre.

A continuación se muestra (figura VIII) la conexión en el último tramo de la torre, y la fuente de corriente simulada.

(4)

FIG.VIII:MODELO EN ATP DE LA FUENTE DEL RAYO CONECTADA A LA TORRE.

5. Modelo de ruptura

Se realizaron dos tipos de simulaciones: una sin conectar eléctricamente el bajante con la fase A de la torre, y otra conectando el bajante y la torre a través de un capacitor de 1μF en paralelo con un interruptor sensible al voltaje entre bajante y torre, tal que cierre cuando aparezcan 50kV entre sus terminales (tensión de ruptura). El capacitor, simula el aislador que se utiliza para fijar el bajante a la torre y el interruptor simula la posible ruptura del dieléctrico que aísla al conductor bajante con la torre.

A continuación se muestra un tramo del circuito de la torre con el modelo de ruptura incorporado (figura IX).

FIG.IX:MODELO EN ATP DE LOS TRAMOS CONSIDERANDO EL MODELO DE RUPTURA ENTRE BAJANTE Y TORRE

Escenarios estudiados:

Las simulaciones fueron realizadas para distintos escenarios, considerando distintas configuraciones de los elementos modelados:

Escenario I: caso ideal, sin utilizar el modelo de ruptura,

para analizar el comportamiento de las corrientes del sistema bajante-torre, ante tres tipos de resistencias de puesta a tierra: 0Ω, 10Ω y 100Ω.

Escenario II: considerando el modelo de ruptura,

observando el comportamiento de las corrientes del sistema del sistema bajante-torre, ante tres tipos de resistencias de puesta a tierra: 0Ω, 10Ω y 100Ω.

Escenario III: considerando el modelo de ruptura, se varió

la corriente de la fuente para determinar cuál es la corriente mínima que produce la ruptura entre torre y bajante, además de incorporar el cálculo probabilístico que establece la probabilidad que tiene una corriente I, de ser excedida [4, 5]:

6 . 2 31 1 1 ) ( ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = I I P (3) Donde:

P(I): Es la distribución acumulada de probabilidades. I: Corriente del rayo en kA

III. RESULTADOS

Para poder modelar los tramos de torre como pequeños segmentos, se muestra en la Tabla I los valores de distancias y alturas promedios para cada tramo de la torre, calculados a partir del plano real, de una torre modelo de 60m de altura empleada por Digitel.

TABLA I:

DATOS CALCULADOS PARA MODELAR CADA SEGMENGTO DE TORRE COMO UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN POLIFÁSICA.

Tramo Sep. Lineas (m) Altura (m) Long(m)

4 4,426 1,430 2,861 5 5,711 2,875 5,750 6 5,144 11,490 5,757 7 4,571 17,254 5,771 8 3,997 23,029 5,778 9 3,437 28,811 5,787 10 2,959 33,797 4,183 11 2,610 37,239 2,702 12 2,324 39,957 2,734 13 2,037 42,711 2,775 14 1,749 45,506 2,815 15a 1,447 47,416 1,005 15b 1,380 49,416 2,995 15c 1,470 52,411 2,995 16 1,470 55,406 2,995 17 1,470 57,904 2,000

Donde la separación entre líneas es la distancia que hay entre los tres conductores que forman un triángulo equilátero, la altura es la promedio de cada tramo y la longitud es la longitud del tramo, es decir, la distancia que hay entre el fin del tramo inferior y el inicio del tramo superior. Tal como se muestra en la figura X.

(5)

Separación promedio entre lineas A lt ura pr om ed io de lt ra m o L ong it ud de lt ra mo Separación promedio entre lineas A lt ura pr om ed io de lt ra m o L ong it ud de lt ra mo

FIG.X:DISTANCIAS EN CADA TRAMO CONSIDERADAS PARA ELMODELO.

Para el estudio de la distribución de corrientes por cada elemento de la estructura vertical principal se consideró únicamente la corriente máxima o valor pico que circula por cada fase en cada tramo.

Resultados escenario I:

A continuación se muestran (figuras XI, XIII y XV) las características obtenidas de corrientes máximas en p.u. de corriente, en cada fase por cada tramo y para los tres tipos de puesta a tierra, resistencia 0Ω, 10Ω y 100Ω, y una curva en el tiempo (figuras XII, XIV y XVI) de todas las corrientes por el tramo 11 (un tramo ubicado a 37,2m de altura), sólo cómo muestra de la distribución general de corrientes por el resto de los tramos. I Torre R=0Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) C orri en te ( p. u. )

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XI:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA.

ESCENARIO I.R=0Ω

FIG.XII:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO.ESCENARIO I.R=0Ω I Torre R=10Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) Co rr ie n te ( p .u .)

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XIII:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA.

ESCENARIO I.R=10Ω

FIG.XIV:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO.ESCENARIO I.R=10Ω

(6)

I Torre R=100Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) Co rr ie nt e ( p. u )

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XV:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA. ESCENARIO I.R=100Ω

FIG.XVI:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO.ESCENARIO I.R=100Ω

En principio toda la corriente del rayo, viene por el bajante, y en los demás elementos de la torre circulan corrientes inducidas, producto del acoplamiento magnético.

Resultados Escenario II:

A continuación se muestran( figuras XVII, XIX y XXI) las características obtenidas de corrientes máximas en p.u. en cada fase por cada tramo y para los tres tipos de puesta a tierra, resistencia 0Ω, 10Ω y 100Ω, utilizando el modelo de ruptura descrito anteriormente. Aparte, se muestra una curva en el tiempo (figuras XVIII, XX y XXII) de todas las corrientes por el tramo 11 (un tramo ubicado a 37,2m de altura), sólo cómo muestra de la distribución general de corrientes por el resto de los tramos.

I Torre R=0Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) C orri en te ( p.u. )

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XVII:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA.

ESCENARIO II.R=0Ω

FIG.XVIII:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL

TIEMPO.ESCENARIO II.R=0Ω

I Torre R=10Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) Co rr ie n te ( p .u .)

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XIX:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA. ESCENARIO II.R=10Ω

(7)

FIG.XX:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO.ESCENARIO II.R=10Ω

I Torre R=100Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) C orri en te ( p. u. )

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XXI:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA. ESCENARIO II.R=100Ω

FIG.XXII:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL

TIEMPO.ESCENARIO II.R=100Ω

De las gráficas se observa que la corriente de rayo seleccionada para la simulación ocasiona ruptura, como es de esperarse en el punto más alto de la torre, es decir en el tramo 16, pues es en ese punto donde la diferencia de tensión entre bajante y torre es máxima. Luego, al existir ruptura, la corriente del rayo se distribuye por el resto de los elementos de la estructura vertical y si bien existe un acoplamiento magnético entre los 4 conductores, la circulación de corrientes

por los tramos es debida a una mera división de la corriente del rayo por todas las rutas que encuentra.

Resultados escenario III:

A continuación se muestran (figuras XXIII, XXV y XXVII) las características obtenidas de corrientes máximas en p.u. en cada fase por cada tramo y para los tres tipos de puesta a tierra, resistencia 0Ω, 10Ω y 100Ω, considerando el modelo de ruptura, pero aplicando una corriente de rayo en la fuente, tal que no ocurra ruptura entre bajante y torre. Aparte se muestra una curva en el tiempo (figuras XXIV, XXVI y XXVIII) de todas las corrientes por el tramo 11 (un tramo ubicado a 37,2m de altura), sólo cómo muestra de la distribución general de corrientes por el resto de los tramos. En ésta simulación se encontró la corriente mínima que produce ruptura entre el bajante y la torre. Siempre se observó que la ruptura ocurría en el tramo más alto, es decir en el 16. De hecho, la mayor diferencia de potencial entre torre y bajante siempre se observó en éste tramo mientras no ocurría la ruptura.

Resistencia de puesta a tierra=0Ω

Para este caso la corriente máxima de rayo que no ocasiona ruptura entre el bajante y la torre toma un valor de 7300A.

I Torre R=0Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) Co rr ie n te ( p .u .)

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XXIII:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA.

ESCENARIO III.R=0Ω

FIG.XXIV:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL

(8)

La probabilidad acumulada para un rayo de 7,3kA es [5]: P7,3kA 0Ω= 0.9772

Lo que implica que más del 97% de los rayos que inciden, llevan una corriente superior a esta, por lo que es realmente probable que ocurra ruptura.

Resistencia de puesta a tierra=10Ω

Para este caso la corriente máxima de rayo que no ocasiona ruptura entre el bajante y la torre toma un valor de 7650A.

I Torre R=10Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) Co rr ie n te ( p .u .)

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XXV:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA.

ESCENARIO III.R=10Ω

FIG.XXVI:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL

TIEMPO.ESCENARIO III.R=10Ω

La probabilidad acumulada para un rayo de 7,65kA es [5]: P7,65kA 10Ω= 0.9744

Lo que implica que más del 97% de los rayos que inciden, llevan una corriente superior a esta, por lo que es realmente probable que ocurra ruptura.

Resistencia de puesta a tierra=100Ω

Para este caso la corriente máxima de rayo que no ocasiona ruptura entre el bajante y la torre toma un valor de 10750A. I Torre R=100Ω 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,430 2,875 11,490 17,254 23,029 28,811 33,797 37,239 39,957 42,711 45,506 47,416 49,416 52,411 55,406 57,904 Altura (m) C orri en te ( p.u. )

Cond. A Cond. B Cond. C Bajante

FIG.XXVII:CORRIENTE MÁXIMA POR FASE SEGÚN LA ALTURA.

ESCENARIO III.R=100Ω

FIG.XXVIII:CORRIENTES DEL TRAMO 11 POR FASE EN FUNCIÓN DEL

TIEMPO.ESCENARIO III.R=100Ω

La probabilidad acumulada para un rayo de 10.75kA es [5]: P10.75kA100Ω= 0.9401

Lo que implica que más del 94% de los rayos que inciden, llevan una corriente superior a esta, por lo que es realmente probable que ocurra ruptura.

Además, nuevamente se observa que la circulación de corrientes por el resto de los elementos de la estructura principal vertical de la torre es debida a la inducción de la corriente del rayo, es decir al acoplamiento magnético entre los conductores.

Si se revisan éstas curvas con las obtenidas sin utilizar el modelo de ruptura, puede observarse que en p.u. de sus respectivas bases (la corriente de la fuente para cada caso) son exactamente las mismas. Lo que implica que para cualquier corriente de rayo que no produzca ruptura, se puede utilizar cualquiera de las gráficas para extrapolar los resultados a valores reales. Lo mismo sucede con las gráficas en p-u. del caso donde ocurre ruptura.

(9)

IV. CONCLUSIONES.

Comparando los resultados obtenidos con los obtenidos por la profesora Markowska [1] en sus mediciones en torres de telecomunicaciones, se encuentra similitud en el porcentaje de las distribuciones de corrientes por los elementos de la estructura vertical principal, lo que prueba que el ATP es una herramienta de análisis útil y confiable ante problemas complicados de simular en laboratorio o probar en campo, como son el estudio de descargas atmosféricas y la respuesta de determinados sistemas, en particular las torres de telecomunicaciones.

Ante una descarga atmosférica, la estructura vertical de la torre no queda exenta de la circulación de corrientes. Exista o no ruptura entre el bajante y la torre, siempre circulan corrientes del orden de los kA por sus principales soportes, y con ello, por el resto de la celosía. Esto implica que el bajante, si bien es cierto drena la corriente del rayo con mayor versatilidad al sistema de puesta a tierra, no es un elemento que evite que circulen corrientes por la torre y, posiblemente por lo elementos conectados a ella.

Más aún, si se observa la distribución acumulada de las corrientes de rayo obtenidas para que no exista ruptura, se constata que prácticamente todos los rayos que inciden en una torre llevan una corriente superior a la de ruptura, es decir; que en más del 94% de las oportunidades de incidencia de rayo, existirá ruptura entre el bajante y la torre.

V. BIBLIOGRAFÍA.

[1] R. Markowska. “Lightning Threat of Radio

Communication Centres” Universidad Técnica de Bialystok.

Polonia. 2002.

[2] EPRI. Transmission Line Refference Book, 345 kV and above. Palo Alto, California, 1992.

[3] ATP Rule Book. Leuven University. 1983.

[4] M. Martínez. “Breve Introducción a la protección contra descargas atmosféricas”. Universidad Simón Bolívar 2007. [5] IEC-62305-2006 “Protection against Lightning”.

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