Simulation of transient phenomena due to atmospheric electrical discharges in substations

Published 2024-06-19
Artículos científicos

Abstract

Transient phenomena caused by atmospheric discharges are one of the main threats to transmission networks and substations, due to an increase in voltage, which can cause damage to the insulation of the equipment or directly to electrical components. To mitigate these risks, Surge Arresters (SPD) are used, which are devices connected between phase and ground to protect electrical networks, providing a low impedance path to ground for the atmospheric discharge. This paper examines the magnitudes of transient overvoltages that occur in substation equipment as a result of the impact of atmospheric electrical discharges on transmission lines, simulating atmospheric discharges in different sections of the line with and without SPD using the ATPDraw programa. The results obtained reveal that the implementation of SPD can significantly reduce the risk of damage caused by these transients. In particular, it was observed that SPDs can reduce overvoltage values on substation equipment by up to 70.35%. This underlines the crucial role of SPDs in protecting electrical systems from damage caused by atmospheric electrical discharges, contributing to improving the reliability and safety of electrical installations.

Authors

References

M. A. Linares Vargas, “Simulación y análisis de transitorios electromagnéticos de frente rápido debido a descargas eléctricas atmosféricas en instalaciones eléctricas de alta tensión”, Universidad Nacional de Ingeniería, tesis de maestría, 2013. Disponible en http://hdl.handle.net/20.500.14076/2595

W. Schmidt y F. Greuter, “Nuevos enfoques de la protección contra sobretensiones”, ABB Rev., pp. 49-55, 2002.

J. C. Landeo Mallascca, “Análisis del diseño de apantallamiento contra descargas atmosféricas en la ampliación de la subestación Chupaca, 2021-2023”, Universidad Nacional del Centro de Perú, tesis de pregrado, 2023. Disponible en http://hdl.handle.net/20.500.12894/9980

A. X. Landi Placencia y K. I. Macancela Allaico, “Modelación y simulación de un sistema de transmisión eléctrica de alta tensión con corriente continua (HVDC) mediante ATPDraw”, Universidad Politécnica Salesiana, tesis de pregrado, 2023. Disponible en http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/24463

L. Pazmiño, D. Echeverría y J. Cepeda, “Análisis de transitorios electromagnéticos en el Sistema Nacional Interconectado (SNI) a nivel de 230 kV y 500 kV usando el simulador digital en tiempo real HYPERsim”, Rev. Téc. En., vol. 15, n.° 1, pp. 11-20, 2018. Disponible en https://doi.org/10.37116/revistaenergia.v15.n1.2018.319

C. Abril López, “Simulación de descargas eléctricas atmosféricas usando GEANT4”, Universidad Nacional de Colombia, tesis de maestría, 2011. Disponible en https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/20497

P. Rodríguez, L. Rosales, J. Toledo y E. Contreras, “Simulación de descargas eléctricas atmosféricas mediante la ecuación de onda viajera”, Universidad, Ciencia y Tecnología, vol. 13, n°. 53, pp. 319-328, 2009.

R. Álvarez y L. Rosales, “Simulación de descargas eléctricas atmosféricas y su efecto en redes eléctricas de potencia”, Universidad, Ciencia y Tecnología, vol. 16, n.° 64, pp. 161-172, 2012.

A. Juárez Núñez, “Mejora de la confiabilidad en la coordinación de aislamiento de la línea PON-73090-SRL”, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, tesis de maestría, 2021. Disponible en https://hdl.handle.net/20.500.12371/15531

V. P. Correa, J. D. Guasgua y M. A. Castro, “Influencia de la altitud sobre el riesgo de falla del aislamiento de líneas de transmisión de 500 kV considerando el comportamiento estadístico de los sobrevoltajes”, Rev. Odigos, vol. 4, n.° 1, pp. 31-53, 2023. Disponible en https://doi.org/10.35290/ro.v4n1.2023.774

C. F. Prieto Castro, “Estudio de sobrevoltajes causados por impactos de rayo en sistemas de transmisión con el programa ATP”, Universidad de Chile, tesis de pregrtado, 2009. Disponible en https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/103606

S. Ahmad Hosseini, M. Mirzaie & T. Barforoshi, “Impact of surge arrester number and placement on reliability and lightning overvoltage level in high voltage substations”, Int. J. of Elec. P. & Ener. Sys., vol. 65, pp. 146-158, 2015. Disponible en https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.09.037

J. Chen et al., "Behavior Comparison of Metal Oxide Arrester Blocks When Excited by VFTO and Lightning", IEEE Trans. on Elec., Comp., vol. 57, n.° 6, pp. 1608-1615, 2015. Disponible en https://doi.org/10.1109/TEMC.2015.2450221

R. Mori & A. Tatematsu, "Response of a Surge Arrester with a Series Gap for 6.6- kV Distribution Lines to Steep-Front Transients", IEEE Trans. on Elec. Comp., vol. 64, n.°6, pp. 2296-2300, 2022. Disponible en https://doi.org/10.1109/TEMC.2022.3202155

B. Franc, B. Filipović-Grčić & V. Milardić, “Lightning overvoltage performance of 110kV air-insulated substation”, Elec. P. Sys. Res., vol. 138, pp. 78-84, 2016. Disponible en https://doi.org/10.1016/j.epsr.2015.12.002

J. O. Oña y L. E. Ruales, “Análisis de sobrevoltajes por impulso atmosférico en sistemas de transmisión con discontinuidades líneas de transmisión aéreas y cables aislados usando ATP”, Rev. Téc. Ener., Vol. 20, n.° 2, pp. 1-10. 2024. Disponible en https://doi.org/10.37116/revistaenergia.v20.n2.2024.597

Z. Hu, Y. Han, P. Yang, C. Wang & A. S. Zalhaf, “Evaluation of lightning overvoltage at neutral point of HVDC converter transformer based on EMTP”, Ener. Rep., vol. 8, Suppl. 10, pp. 274-283, 2022. Disponible en https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.05.194

E. J. Camacho Vargas, “Cálculo de sobrevoltajes por descargas eléctricas atmosféricas en subestación de 500 kV utilizando el ATP (Alternative Transients Program) aplicado a la subestación El Inga (antes Pifo) de 500 kV”, Escuela Politécnica Nacional, tesis de pregrado, 2014. Disponible en http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/8861

D. López-Coronado et al., “Simulación de redes eléctricas con procesamiento paralelo mediante Matlab”, Rev., Téc., en Mar., vol. 34, n.° 7, pp. 142-157, 2021. Disponible en https://doi.org/10.18845/tm.v34i7.6021

Statistics

Abstract
0
PDF accesses
0

Dimensions

PlumX


Downloads

Download data is not yet available.