Voltajes Inducidos

5/6/22, 15:09 Problema De Voltajes Inducidos En Cables De Control
Sistemas De Potencia
()
18/6/2021
Por Alfonso Merla
"El Problema De Voltajes

Inducidos En Cables De
Control En Subestaciones
De Alta Tensión"
El cableado en las subestaciones eléctricas es muy importante
debido al hecho de que son las partes más largas de un sistema y,
por lo tanto, actúan como antenas eficientes que captan o irradian
https://cursostesla.com/problema-de-voltajes-inducidos-en-cables-de-control/ 1/9
ruido. En las subestaciones de alta tensión, existen diferentes tipos

de conductores cercanos entre sí, como buses de alta tensión, TC,
TT, acopladores de portadora, bujes, cables de control,
conductores de tierra de la subestación y conexiones a tierra de los
equipos.
Cables en charola
Los cables de control se utilizan para transportar salidas de

transformadores potenciales, salidas de transformadores de
corriente, señales de control de interruptores, relés y otras señales
de comunicación. Cada vez más, los equipos electrónicos se
utilizan en patios de maniobras y casetas de control.
El voltaje inducido producido dentro de una subestación puede

acoplarse a cables de control de bajo voltaje y equipos electrónicos
a menos que esté adecuadamente protegido. Los conductores
paralelos exhiben tanto inductancia como capacitancia mutuas.
Además, si no se tiene cuidado de conectar a tierra el sistema

correctamente, las corrientes de tierra en estas frecuencias pueden
acoplarse con el sistema de control e instrumentación de manera
resistiva, capacitiva o inductiva, produciendo disparos molestos.
En este artículo técnico se presentan las tensiones inducidas en los

cables de control debidas a maniobras y sobretensiones. En
presencia de bancos de condensadores en derivación en la
subestación, la magnitud y frecuencia de las sobretensiones de
conmutación aumentan.
Dado que los conductores de potencia transportan

corrientes relativamente grandes y operan a voltajes
más altos en comparación con los cables de control,
pueden aparecer voltajes de frecuencia de potencia en
los cables de control a través de este acoplamiento y
causar considerables problemas de ruido.
Fuentes de voltaje inducidas

(acoplamiento resistivo)
El acoplamiento resistivo es ruido transmitido eléctricamente a

través de una ruta de impedancia de tierra común. La subestación
no debe utilizar una ruta de impedancia de tierra común para
cables de MT / HV y cables de control / señal.
Los transformadores de aislamiento deben usarse en

subestaciones eléctricas para reducir los efectos del
acoplamiento resistivo / galvánico, especialmente
transformadores con un blindaje conectado a tierra que
separa el devanado primario del secundario.
También puede ser necesario proporcionar transformadores de

aislamiento para proteger contra aumentos en el potencial de
tierra de la subestación debido a fallas a tierra.
Acoplamiento capacitivo
Como sugiere el nombre, el acoplamiento capacitivo es el

acoplamiento de corrientes de ruido mediante capacitancia
parásita. De la teoría básica de circuitos sabemos que la
capacitancia (C) está relacionada con el área (A) y la distancia (d)
de la siguiente manera:
C = εA/d
Es decir, la capacitancia aumenta a medida que aumenta el área y

disminuye a medida que aumenta la distancia. Entonces, lo más
fácil de hacer es mantener los cables separados entre sí.
Generalmente, solo se obtiene una pequeña atenuación al espaciar
los conductores a una distancia mayor de 40 veces su diámetro.
El acoplamiento electrostático entre el conductor del

sistema de energía y el cable de control puede producir
inducción de voltaje a la frecuencia de suministro. En la
Figura de abajo se muestra un ejemplo de
acoplamiento de capacitancia entre un conductor de
potencia y un cable de control.
La capacitancia actúa como divisor de voltaje. Durante las

operaciones de conmutación transitorias, habrá corrientes
inducidas en el cable de control, dadas por la siguiente ecuación:
i = C × dV/dt
Una mayor distancia entre el conductor de potencia y el cable de

control puede reducir el voltaje inducido en el cable de control.
Acoplamiento capacitivo entre cable de
control con cable de potencia
Acoplamiento inductivo
La presencia de un conductor de potencia cerca de un cable de

control puede producir un acoplamiento inductivo entre los dos.
La corriente a través del conductor de energía produce un flujo
magnético como se muestra en la figura de abajo. Si un cable de
control está presente en el campo magnético, entonces habrá
voltaje inducido a la frecuencia de energía.
La magnitud del voltaje inducido depende del acoplamiento

mutuo entre los conductores y la corriente a través del conductor.
La tensión inducida en el cable de control viene dada por:
e (control cable) = M × di/dt
Donde:
- M es la inductancia mutua entre el conductor de potencia y el

cable de control.
- i es la corriente a través del conductor.
El campo eléctrico es proporcional a la carga por unidad de

longitud r en el bus y es inversamente proporcional a la distancia
más corta r entre el punto de campo en el bus dada por:
E = ρ / 2πεsr
ρ = CVph
C = 1 / (Zs × c)
Donde:
- c = Velocidad de la luz = 3 × 108 m / s
- C = Capacitancia del bus
- Vph = Voltaje por fase
- Zs = impedancia de sobretensión, Ω / fase
Reordenando las ecuaciones anteriores:
E = (377 × Vph) / 2πZsh
Donde:
η = √(μ0/ε0) = 1/ε0c = 377 Ω
El radio r es igual a la altura del bus h. El campo eléctrico vertical se

duplica al reflejarse desde el suelo. Para 1.0 por unidad de
transitorios de conmutación, el campo eléctrico viene dado por:
E = (377 × Vph) / πZsh
Acoplamiento inductivo entre cable de
potencia y control
Ejemplo
Calcule el campo eléctrico a una distancia de 8 m del conductor de

fase de un sistema de 230 kV. Suponga una impedancia de
sobretensión de 350 Ω / fase.
SOLUCION
h = 8 m,
Zs = 350 Ω/phase
Voltaje linea linea del sistema = 230 kV
Voltaje fase (230 kV/1.732) = 132.8 kV

E = (377 Ω) (132,8 kV) / π (350 Ω) (8 m) = 5,7 kV / m
Los voltajes inducidos transitorios en los cables de

control se deben a las operaciones de conmutación del
interruptor y a las ondas viajeras producidas por el rayo.
Las amplitudes de la corriente transitoria dependen de
la impedancia de sobretensión del conductor y del
voltaje pico instantáneo del sistema de fase a tierra.
Conmutación de transitorios debido a

operaciones
de interruptores automáticos
Los contactos móviles de los interruptores no solo permiten

múltiples averías del medio aislante entre los componentes del
sistema de alta tensión, sino que también permiten que los
potenciales de avería superen la tensión de funcionamiento del

sistema debido a cargas atrapadas.
Las frecuencias de oscilación pueden variar desde la frecuencia

nominal de suministro hasta varios kHz. Cuando los cables de
control están presentes, habrá voltajes inducidos debido al
acoplamiento mutuo.
Transitorios por rayos
Los rayos también pueden causar arcos eléctricos en los equipos

de la subestación y producir transitorios. Cuando los cables de
control se colocan en paralelo a los conductores de la línea
eléctrica que transmiten tales transitorios, habrá voltajes
inducidos.
En una subestación, los voltajes inducidos en los cables de control

pueden deberse a un acoplamiento conducido, un acoplamiento
radiante como un acoplamiento electrostático o un acoplamiento
inductivo.
El voltaje inducido a través de los cables de control puede causar

daños a los equipos electrónicos.
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Por Alfonso Merla

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ruido. En las subestaciones de alta tensión, existen diferentes tipos

Los cables de control se utilizan para transportar salidas de

El voltaje inducido producido dentro de una subestación puede

Además, si no se tiene cuidado de conectar a tierra el sistema

En este artículo técnico se presentan las tensiones inducidas en los

Dado que los conductores de potencia transportan

Fuentes de voltaje inducidas

El acoplamiento resistivo es ruido transmitido eléctricamente a

Los transformadores de aislamiento deben usarse en

También puede ser necesario proporcionar transformadores de

Como sugiere el nombre, el acoplamiento capacitivo es el

Es decir, la capacitancia aumenta a medida que aumenta el área y

El acoplamiento electrostático entre el conductor del

La capacitancia actúa como divisor de voltaje. Durante las

Una mayor distancia entre el conductor de potencia y el cable de

Acoplamiento capacitivo entre cable de

control con cable de potencia

La presencia de un conductor de potencia cerca de un cable de

La magnitud del voltaje inducido depende del acoplamiento

e (control cable) = M × di/dt

- M es la inductancia mutua entre el conductor de potencia y el

- i es la corriente a través del conductor.

El campo eléctrico es proporcional a la carga por unidad de

- c = Velocidad de la luz = 3 × 108 m / s

- C = Capacitancia del bus

- Vph = Voltaje por fase

- Zs = impedancia de sobretensión, Ω / fase

Reordenando las ecuaciones anteriores:

E = (377 × Vph) / 2πZsh

η = √(μ0/ε0) = 1/ε0c = 377 Ω

El radio r es igual a la altura del bus h. El campo eléctrico vertical se

E = (377 × Vph) / πZsh

Acoplamiento inductivo entre cable de

Calcule el campo eléctrico a una distancia de 8 m del conductor de

E = (377 Ω) (132,8 kV) / π (350 Ω) (8 m) = 5,7 kV / m

Los voltajes inducidos transitorios en los cables de

Conmutación de transitorios debido a

Los contactos móviles de los interruptores no solo permiten

potenciales de avería superen la tensión de funcionamiento del

Las frecuencias de oscilación pueden variar desde la frecuencia

Transitorios por rayos

Los rayos también pueden causar arcos eléctricos en los equipos

En una subestación, los voltajes inducidos en los cables de control

El voltaje inducido a través de los cables de control puede causar

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