Para proteger las líneas aéreas de alta tensión contra
los rayos directos, se emplean cables de acero colocados encima de los
conductores, en la punta de las torres metálicas; estos cables actúan como
pantalla y se ponen a tierra en cada uno de los apoyos de la línea. De esta
forma el cable o cables de tierra
(también llamados cables de guarda) reciben el impacto del rayo y
solamente un porcentaje muy reducido (2 al 4%) puede alcanzar algún conductor.
Los cables de tierra van fijados a los apoyos por medio
de balancines atornillados a su base, o con grapas de compresión.
Balancín de suspensión del cable de tierra:
1.- Soporte. 2.-
Cuerpo. 3.- Zapata. 4.- Estribo. 5.- Bulón
Amarre para cable de tierra, con grapa de
compresión: 1.- Grillete, 2.- Anilla plana.
3.- Anilla revirada. 4.- Grapa. 5.- Conexión
El nivel de protección de una línea de alta tensión
contra las descargas atmosféricas cuando en la misma se dispone de cable de
tierra, es de gran interés para su explotación.
Según el Reglamento (RLAT), Cuando se empleen cables de tierra para la protección de la línea, se
recomienda que el ángulo que forma la vertical que pasa por el punto de
fijación del cable de tierra con la línea determinada por este punto y
cualquier conductor de fase no exceda de 35º.
Asimismo, los
empalmes de los cables de tierra reunirán las mismas condiciones de seguridad e
inalterabilidad exigidas en el correspondiente apartado para los empalmes de
los conductores.
Cuando para el
cable de tierra se utilice cable de acero galvanizado, la sección nominal
mínima que deberá emplearse será de 50 milímetros cuadrados para las líneas de
tensión nominal superior a 66 kV, y de 22 milímetros cuadrados para las demás.
Se ha demostrado experimentalmente que el espacio
protegido por un cable de tierra está delimitado muy aproximadamente, por un
arco circular de radio igual a la altura del cable de tierra sobre el suelo.
Cuando el cable de tierra recibe el impacto del rayo, una
onda se propaga por el cable, encada sentido, que induce en los conductores
otras ondas de menor amplitud de cresta y cuyo valor depende del factor de
acoplamiento, que puede determinarse por cálculo, conociendo la distancia entre
cables de tierra y conductores; pero en dicho factor influye también el efecto
corona en los conductores, al crearse la sobretensión, aunque aún no se conoce
con exactitud la cuantía de dicha influencia.
Ver post: “Efecto Corona en líneas de Alta Tensión” en el
siguiente link:
En la protección contra el rayo, desempeña un papel
importante la rigidez dieléctrica de los aisladores que constituyen la cadena,
A este respecto es necesario consignar que las ondas de choque producen el
contorneamiento de los aisladores, no solamente por la amplitud de la cresta de
tensión, sino también por el tiempo que dure la aplicación de ésta. La tensión
de contorneamiento puede así ser superada cuando está aplicada un tiempo más
corto. Así, por ejemplo, un aislador que durante 6 µs puede soportar sin
contorneamiento una tensión de cresta de 800 kV, con un tiempo de 1 µs
soportaría en las mismas condiciones una tensión de 1200 kV de amplitud.
Resultando que el tiempo de aplicación tiene una influencia decisiva sobre el
valor de la amplitud de la tensión de choque para la cual se produce el
contorneamiento.
Así pues, la tensión total U1 en el conductor
será la suma de la tensión de servicio y de la tensión de la cresta de la onda
inducida. Llamando U2 a la amplitud máxima de la tensión de la onda
a que da origen el impacto del rayo en el cable de tierra, la diferencia U1 –
U2 será el valor de la tensión aplicada en los extremos del aislador, y si esta
tensión y el tiempo de su aplicación alcanzan valores superiores a los
correspondientes al tipo de aislador considerado, se producirá un
contorneamiento y, por tanto, la desconexión de la línea.
Cuando la descarga es recibida por una torre, la
resistencia aparente que encuentra el rayo tiene por valor:
En la cual son: Za la impedancia con que se propaga
el rayo, que se supone de unos 400 Ω, pero cuyo valor no se conoce con
exactitud; Zb la impedancia de onda de la línea, aproximadamente
igual a 500 Ω, y R la resistencia de la toma de tierra medida en condiciones
normales, pero cuyo valor no es conocido por falta de suficientes experiencias
que demuestren la forma exacta de propagación de la descarga por la tierra.
El valor R interviene en el de R’, y cuanto menor sea R también
lo será R’.
Por otra parte, hay que considerar que las ondas a que da origen
la onda principal en el cable y al desdoblarse ésta, se dirigen a las torres
próximas, en las cuales se reflejan y se propagan en sentido contrario,
disminuyendo así la amplitud de la onda incidente. Si la resistencia R fuese
nula, la onda reflejada sería igual a la incidente, y por ello en la torre de
reflexión se anularía la tensión. Se comprende, pues, que la resistencia de la
toma de tierra del cable (o de la torre, porque la conexión se realiza por
medio de ésta) debe ser la menor posible para alcanzar en una línea de
determinadas características el mayor nivel de protección contra las descargas
atmosféricas. Finalmente, de estas últimas consecuencias se deduce que debe
aparecer asimismo un factor de corrección de la tensión de cresta que tenga en
cuenta, además de la longitud del vano, que interviene en el recorrido de las
ondas incidente y reflejada, y de la resistencia de la toma de tierra R, la
forma o características de la onda y desde luego la impedancia del conductor.
En consecuencia, si se quiere mejorar el aislamiento de la línea
contra descargas atmosféricas será necesario aumentar el número de aisladores
en la cadena o disminuir la resistencia R. Esto no siempre puede hacerse a
pesar de ser lo más conveniente, por lo que se procede en este caso a formar la
cadena con mayor número de aisladores.
Se ha comprobado que cuando la longitud del vano disminuye, el
amperaje permisible aumenta y se reduce el porcentaje de contorneamientos. Lo
mismo ocurre cuando la longitud del vano permanece la misma, pero aumenta el
frente de onda. No cabe duda que los rayos que caen en medio del vano producen
menos arcos en los postes metálicos que los que caen en los postes mismos.
Reparto de las corrientes a tierra en una
línea aérea, cuando la descarga directa se produce sobre la torre.
Reparto de las corrientes a tierra en una
línea aérea, cuando la descarga directa se produce sobre el centro de un vano
entre torres.
Conexión de los
apoyos a tierra
Todos los apoyos metálicos deben ponerse en conexión con
tierra como medida de precaución para evitar tensiones peligrosas cuando una
parte de la instalación se pone en contacto con la masa. Además, como se ha
indicado anteriormente, es necesario conectar con tierra los apoyos para
conducir la corriente de los rayos, y se deduce, que cuanto menor valor tenga
la resistencia de la toma de tierra tanto más eficaz será la protección del
cable de tierra contra las corrientes de choque que producen los rayos.
El reglamento (RLAT) prescribe: El sistema de puesta a tierra estará constituido por uno o varios
electrodos de puesta a tierra enterrados en el suelo y por la línea de tierra
que conecta dichos electrodos a los elementos que deban quedar puestos a
tierra.
Los electrodos
de puesta a tierra deberán ser de material, diseño, dimensiones, colocación en
el terreno y número apropiados para la naturaleza y condiciones del terreno, de
modo que puedan garantizar una tensión de contacto dentro de los niveles
aceptables.
Los electrodos
de puesta a tierra podrán disponerse de las siguientes formas:
a) Electrodos
horizontales de puesta a tierra (varillas, barras o cables enterrados)
dispuestos en forma radial, formando una red mallada o en forma de anillo.
También podrán ser placas o chapas enterradas.
b) Picas de
tierra verticales o inclinadas hincadas en el terreno, constituidas por tubos,
barras u otros perfiles, que podrán estar formados por elementos empalmables.
Las conexiones
deben tener una buena continuidad eléctrica, para prevenir cualquier aumento de
temperatura inaceptable bajo condiciones de corriente de falta.
Las uniones no
deberán poder soltarse y serán protegidas contra la corrosión. Cuando se tengan
que conectar metales diferentes que creen pares galvánicos, pudiendo
causar una corrosión galvánica, las
uniones se realizarán mediante piezas de conexión bimetálicas apropiadas para limitar estos efectos.
Deben utilizarse
los elementos apropiados para conectar los conductores de las líneas de tierra
al electrodo de puesta a tierra, al terminal principal de tierra y a cualquier
parte metálica.
Disposición de la conexión a tierra en un
apoyo metálico para línea aérea: 1.- Conductor de conexión a tierra. 2.- Placa de
hierro galvanizado de toma de tierra.
FUENTES:
Reglamento sobre Líneas eléctricas de alta tensión: ITC
LAT 07
Zoppetti: Redes eléctricas (Editorial Gustavo Gili)
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