Modelos en compatibilidad electromagnetica
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MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA PowerPoint PPT Presentation


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MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA. Juan C. Fernandez 5-c. Modelos generales. Objeto dispersor. Onda dispersada. Onda incidente. ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION. MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 1. Scattering (dispersión). Modelos específicos:

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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Modelos en compatibilidad electromagnetica

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA

Juan C. Fernandez

5-c

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 1

Modelos generales

Objeto

dispersor

Onda

dispersada

Onda

incidente

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 1

Scattering (dispersión)

  • Modelos específicos:

  • utilizan el modelo de circuito de elementos distribuidos

  • son más sencillos e intuitivos que los modelos generales

  • representan el acoplamiento mediante fuentes de tensión y corriente distribuidas

  • son aproximaciones

  • Modelo de Taylor:

  • parte de las ecuaciones de Maxwell del rotor para calcular las tensiones y corrientes inducidas por las ondas electromagnético sobre la línea

  • Modelo de Agrawal:

  • parte de las ecuaciones de Maxwell y considera que el campo eléctrico tangencial a lo largo de los conductores puede verse como una serie de fuentes de tensión distribuidas a lo largo de la línea.

  • Hipótesis básicas:

  • Los conductores se consideran cilindros rectos de sección constante, paralelos y sumergidos en un medio dieléctrico paramagnético sin pérdidas.

  • La separación entre los conductores es mucho mayor que su radio y pequeña frente a la longitud de onda de la radiación.

  • Las corrientes inducidas son del tipo línea de transmisión.

  • El campo total en cualquier punto del espacio es la suma del campo incidente, el campo dispersado por los conductores y un campo cuasi-estático creado por la distribución de cargas y corrientes en los conductores. Este último campo se desprecia si el radio de los conductores es pequeño, como asumiremos en nuestra presentación.

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 5

Onda

dispersada

Onda

incidente

Onda reflejada en tierra

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

  • Notación:

  • E(i) : Campo eléctrico de la onda incidente.

  • E(r) : Campo eléctrico de la onda reflejada en el suelo conductor perfecto.

  • E(e) = E(i) + E(r) : Campo eléctrico "efectivo" o "externo" que actúa sobre la línea.

  • E(s) : Campo eléctrico dispersado por la línea.

  • E = E(e) + E(s) : Campo eléctrico total.

  • y símbolos similares para el campo magnético.

En el modelo de Taylor el objetivo es reescribir las ecuaciones del telegrafista incluyendo la influencia del campo externo sobre la línea.

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 51

E(e)

H(e)

z

x

i(z)

Ex

C

z

+

v(z)

-

S

y

d

-Hy

-i(z)

a

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

  • E(i) : Campo eléctrico de la onda incidente.

  • E(r) : Campo eléctrico de la onda reflejada en el suelo conductor perfecto.

  • E(e) = E(i) + E(r) : Campo eléctrico "efectivo" o "externo" que actúa sobre la línea.

  • E(s) : Campo eléctrico dispersado por la línea.

  • E = E(e) + E(s) : Campo eléctrico total.

Partimos de las ecs. de Maxwell del rotor:

de la primera ecuación hallamos el flujo magnético m sobre una superficie entre ambos conductores de longitudz << :

con las convenciones y notación de la figura:

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 52

E(e)

H(e)

z

x

i(z)

Ex

C

z

+

v(z)

-

S

y

d

-Hy

-i(z)

a

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

Consideramos primero una línea ideal (conductores perfectos).

En tal caso el campo E es cero dentro de los conductores y la segunda integral se anula:

Como z <<  :

Definimos la diferencia de tensión cuasi-estacionaria entre los conductores de la línea bifilar como:

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 53

Queda entonces:

E(e)

H(e)

z

x

i(z)

Ex

C

z

+

v(z)

-

S

y

d

-Hy

-i(z)

a

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

Pero:

El campo magnético que aparece en esta expresión es el campo total:H = H(e) + H(s).

Fuente de tensión distribuida

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 54

1ra. ecuación

Fuente de tensión distribuida

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 55

z

Einc

x

Hinc

r

i(z)

z

+

v(z)

-

y

d

S

-i(z)

Er

C

S1

a

S2

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

De la segunda ecuación de Maxwell del rotor:

Calculamos el flujo de esta expresión a través de la superficie cerradaS que rodea uno de los conductores del par:

La superficie cerrada Sse puede pensar como la superposición de dos superficies abiertas S1 y S2 separadas por la curva C.

Por el teorema de Stokes, el flujo del rotor de un campo vectorial a través de cada superficie abierta es igual a la circulación del campo a lo largo de la curva C.

Como el sentido de la circulación es opuesto para cada superficie abierta, las circulaciones (o los flujos) son de igual magnitud y signo opuesto y se anulan entre sí.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 56

z

Einc

x

Hinc

r

i(z)

z

+

v(z)

-

y

d

S

-i(z)

Er

a

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

Así se anula la primer integral y tenemos:

El flujo del vector densidad de corriente a través de S solamente tiene valor no nulo sobre las tapas del cilindro:

El campo eléctrico no dará flujo sobre las superficies de las tapas, ya que consideramos que es nulo dentro de los conduc- tores y podemos tomar la superficie lateral externa pero muy cercana al conductor. Entonces:

donde (z) es la densidad lineal de carga a lo largo del conductor.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 57

En resumen, tenemos:

donde:

z

Einc

x

Hinc

r

i(z)

z

+

v(z)

-

y

d

S

-i(z)

Er

a

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

La carga acumulada sobre la línea está aso-ciada únicamente al campo dispersado, ya que el campo exterior tiene sus fuentes fuera de la línea, de modo que podemos escribir:

donde C es la capacidad por unidad de longitud de la línea.

Esta tensión no es la tensión total entre los conductores, porque está asociada sólo al campo dispersado.

Podemos escribir:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 58

2da. ecuación

z

Einc

x

Hinc

r

i(z)

z

+

v(z)

-

y

d

S

-i(z)

Er

a

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

Análogamente al caso de la primera ecuación del telegrafista, podemos definir una corriente aplicada distribuida sobre la línea:

de donde nos queda la segunda ecuación del telegrafista:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 59

Fuente de tensión distribuida

(campo magnético)

Fuente de corriente distribuida

(campo eléctrico)

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

En el esquema de Taylor para una línea ideal (sin pérdidas) se han hallado ecuaciones del telegrafista inhomogéneas donde la acción de los campos incidentes sobre la línea se representa mediante fuentes de tensión y corriente distribuidas a lo largo de la línea, además de las eventuales fuentes y cargas concentradas conectadas a ella.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 510

(baja frecuencia)

(alta frecuencia)

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor – Línea con pérdidas

En general, los conductores presentan pérdidas óhmicas.

Esto implica la presencia de un campo eléctrico longitudinal no nulo dentro del conductor y la no anulación de la componente tangencial del campo exterior al conductor.

La presencia de una conductividad finita  se puede representar mediante una impedancia superficial dependiente de la frecuencia que tiene en cuenta además el efecto pelicular. Expresiones aproximadas para esta impedancia superficial son las siguientes:

donde  es la profundidad de penetración. A baja frecuencia la corriente se distribuye uniformemente en la sección del conductor, mientras que a alta frecuencia la distribución no es uniforme sino que las líneas de corriente se concentran en la superficie del conductor.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 511

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor – Línea con pérdidas

También puede haber pérdidas dieléctricas en el medio que rodea a los conductores.

La presencia de pérdidas lleva a modificar las ecuaciones del telegrafista introduciendo términos resistivos:

y las ecuaciones del telegrafista quedan:

Estas ecuaciones pueden expresarse en forma matricial:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 512

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

Desde el punto de vista matemático, este es un sistema de ecuaciones diferenciales lineales inhomogéneas.

Su solución consiste en la suma de la solución general de la ecuación homogénea (línea sin excitación exterior) más una solución particular de la ecuación inhomogénea.

Esta última solución depende de la forma matemática de la excitación, es decir, del campo exterior, que se describe como fuentes distribuidas de corriente y tensión.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 513

+

vs1(z)z

x

i(l0)

i(0)

k

+

v(l0)

+

v(0)

d

Z1

Z2

is1(z)z

Z0 ,

z

z

0

l0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Taylor

Cuando la línea está terminada en ambos extremos es necesario establecer las condiciones de contorno impuestas por las cargas:

donde el signo (-) de la primera condición surge de los sentidos convencionales asignados a las corrientes y tensiones en la línea. Un esquema circuital del acoplamiento de una onda electromagnética a una línea cargada se muestra en la figura.

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 514

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Agrawal

En este modelo se elimina la fuente distribuida de corriente.

Se puede obtener a partir de una de las ecuaciones del modelo de Taylor:

Separamos en la definición de v(z) los campos eléctricos externo y dispersado:

que podemos escribir:

con:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 515

se anula por la ley de Faraday

o, para una línea con pérdidas:

con:

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Agrawal

y nos queda la primera ecuación del telegrafista en este modelo:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 516

o, para una línea con pérdidas:

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Agrawal

Para obtener la otra ecuación, partimos de:

que podemos escribir como la segunda ecuación del telegrafista:

Finalmente, las ecuaciones del telegrafista quedan:

Se ve que no hay fuente distribuida de corriente en este modelo.

Estas ecuaciones pueden expresarse en forma matricial:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 517

con

con

x

i(l0)

i(0)

+

vs2(z)z

+

k

+

v(l0)

+

v(0)

Z1

Z2

d

Z0 ,

V1

+

V2

+

z

z

0

l0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Agrawal

Las condiciones de borde en el caso de la línea cargada en ambos extremos se aplican a las tensiones y corrientes totales, que son las que se miden.

Con un poco de álgebra llegamos a:

Estos términos adicionales se pueden pensar como fuentes concentradas en los extremos de la línea, de modo que el circuito equivalente en el modelo de Agrawal es:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 518

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Solución de las ecuaciones del telegrafista

  • En cualquiera de los dos modelos, se deben resolver las ecuaciones del telegrafista.

  • Estas son ecuaciones diferenciales lineales acopladas inhomogéneas.

  • Su solución general se pude escribir como la suma de:

  • la solución general de las ecuaciones homogéneas [línea sin campo exterior]

  • una solución particular de las ecuaciones originales.

Un método clásico de hallar la solución particular es usar la llamada función de Green (respuesta a la delta) del sistema y superposición.

Tesche ha demostrado que para una línea cargada de longitud l0 con fuentes unitarias de tensión y corriente situadas en z´ las funciones de Green para la corriente Gi(z, z´) y para la tensión Gv(z, z´) pueden escribirse:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 519

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Solución de las ecuaciones del telegrafista

donde Z0,  son la impedancia característica y el número de propagación de la línea, 1 y 2 los coeficientes de reflexión en cada extremo cargado,

z>(z<) representa el mayor (menor) valor entre z y z´

(z, z´) es la llamada función sigmoidal:

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 520

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Ecuación BLT

En el modelo de Agrawal se pueden reescribir las soluciones de las ecuaciones del telegrafista en el formato de la ecuación BLT:

donde el vector de fuentes reemplaza al vector de fuentes concentradas de la ecuación BLT original por integrales de las fuentes distribuidas:

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 521

con

con

x

i(l0)

i(0)

+

vs2(z)z

+

k

+

v(l0)

+

v(0)

Z1

Z2

d

Z0 ,

V1

+

V2

+

z

z

0

l0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Modelo de Agrawal

El circuito equivalente en el modelo de Agrawal es:

donde:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 522

E(i)

plano de

incidencia

k

x

Z2

z

a

k

d

y

l0

plano de

incidencia

Z1

E(i)

0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana

Una línea de propiedades Z0 y , radio de conductores a separados en d y longitud l0 está terminada en ambos extremos con impedancias Z1 y Z2.

Sobre esta línea incide una onda plana linealmente polarizada de frecuencia f = /2 con un vector de onda k. La amplitud del campo eléctrico incidente es E0.

Condición básica para aplicar el modelo:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 523

E(i)

plano de

incidencia

k

x

Z2

z

a

k

d

y

l0

plano de

incidencia

Z1

E(i)

0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana

El plano de incidencia es el plano vertical que contiene al vector de onda k.

En general, la polarización (dirección del campo eléctrico) de la onda incidente es cualquiera, formando un ángulo  con el plano de incidencia.

En general el campo incidente puede descomponerse en la suma de una polarización vertical, donde el campo eléctrico incidente se halla contenido en el plano de incidencia, y una polarización horizontal, donde el campo eléctrico incidente es perpendicular al plano de incidencia.

La forma matemática del campo es:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 524

con:

E(i)

plano de

incidencia

k

x

Z2

z

a

k

d

y

l0

plano de

incidencia

Z1

E(i)

0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana

En el modelo de Agrawal es necesario calcular las fuentes distribuidas y las fuentes sobre las cargas:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 525

E(i)

plano de

incidencia

k

x

Z2

z

a

k

d

y

l0

plano de

incidencia

Z1

E(i)

0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana

En este caso el campo exterior coincide con el campo incidente porque no hay plano de tierra (no hay campo reflejado). La componente z (horizontal a lo largo de la línea) del campo incidente es:

mientras que la componente x vertical es:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 526

E(i)

plano de

incidencia

k

x

Z2

z

a

k

d

y

l0

plano de

incidencia

Z1

E(i)

0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana

y las fuentes del modelo resultan:

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 527

z

E(e)

x

H(e)

z

i(z)

Ex

C

a

y

S

+

v(z)

-

-Hy

d = 2h

x

E(i)

E(r)

kr

H(i)

H(r)

ki

z

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana – Línea sobre conductor perfecto

  • v(z) es la tensión entre la línea y tierra

  • i(z) es la corriente en la línea. Supuestamente retorna por tierra.

  • El campo externo es ahora la suma del campo incidente E(i) y el campo reflejado E(r).

  • El campo incidente puede descom-ponerse en una polarización normal y otra contenida en el plano de inci-dencia.

  • La incidencia oblicua satisface las leyes de Snell.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 528

x

i(l0)

i(0)

+

vs2(z)z

k

+

v(l0)

+

v(0)

Z1

Z2

h

Z0 ,

V1

+

V2

+

z

z

0

l0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Excitación de onda plana – Línea sobre conductor perfecto

  • El modelo de Agrawal para este caso difiere del correspondiente a la línea sin tierra en los valores de los parámetros:

  • la inductancia por unidad de longitud es ahora la mitad de la anterior,

  • la capacidad por unidad de longitud es ahora el doble de la anterior,

  • la fuente distribuida de tensión solamente opera sobre el conductor, ya que el campo longitudinal es nulo sobre la interfase entre el aire y el suelo perfecto.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 529

H0

zc

i(x,t)

yc

x

Z2

z

a

h

y

l0

Z1

0

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Tensiones y corrientes inducidas por caída de rayos sobre una línea

La caída de rayos cerca de una línea puede crear sobretensiones y sobrecorrientes destructivas sobre la línea y los circuitos a ella conectados.

La línea se halla a una altura h sobre tierra y está terminada en ambos extremos.

El rayo "cae" verticalmente a una distancia ycdel pie de la línea, a la abscisa zc.

El rayo se modela por un canal de altura H0por el cual circula la corriente de retorno i(x,t).

Esta corriente crea una onda cilíndrica que induce tensiones y corrientes sobre la línea.

Para un suelo conductor perfecto es posible demostrar que el campo eléctrico de la onda cilíndrica tiene una componente cuasi-estática, una componente de inducción y una componente de radiación, mientras que el campo magnético tiene una componente de inducción y una componente de radiación.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 530

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Tensiones y corrientes inducidas por caída de rayos sobre una línea

El campo eléctrico vertical y el campo magnético son prácticamente independientes de la altura del punto de observación (para alturas no mayores de 30 m), mientras que el campo eléctrico horizontal crece en forma aproximadamente lineal con la altura desde cero sobre el suelo.

Para suelo imperfecto, sólo la componente horizontal del campo eléctrico se ve afectada a cortas distancias (menos de unos cientos de metros).

Cooray y Rubinstein han propuesto un modelo en el cual el campo horizontal en el dominio de la frecuencia a una altura z se puede expresar como la suma del campo correspondiente al suelo perfecto y un término proporcional al campo magnético a nivel del suelo multiplicado por un factor complejo relacionado con el número de onda complejo de la propagación en el suelo:

donde r y  son los parámetros del suelo.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 531

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Tensiones y corrientes inducidas por caída de rayos sobre una línea

Los efectos más importantes sobre la línea ocurren en la circulación de corriente de retorno, que puede alcanzar los 100 kA.

Para calcular los campos se requiere conocer la distribución de corriente a lo largo del canal del rayo.

La dificultad es que sólo puede medirse la corriente en la base del canal.

El llamado modelo de línea de transmisión modificado (MTL), propuesto por Uman et al. asimila el canal del rayo a una línea de transmisión ideal donde un impulso de corriente se propaga a partir del suelo con la velocidad v del arco de retorno. La distribución de corriente en el canal está definida por:

donde  = t-z/v es un tiempo retardado y  una longitud característica.

Esta es una ecuación de propagación atenuada del frente de corriente a lo largo del canal a velocidad v. Mediciones de descargas reales llevan a estimar los valores de ventre 6 y 20107 m/s y entre 1.5 y 2 km.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 532

i(kA)

t(s)

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

Tensiones y corrientes inducidas por caída de rayos sobre una línea

Nucci et al. han modelizado la dependencia temporal de la corriente.

La corriente sobre la base del canal puede expresarse mediante la suma de dos funciones de Heidler:

Valores típicos:

El canal se asimila a una antena, cuyo campo se calcula sumando los campos elementales generados por cada elemento de longitud considerado como un dipolo corto, conservando los términos cuasi-estáticos y de inducción.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 533

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

EMC-CODES

  • El Dr. F.M. Tesche ha desarrollado una serie de programas basados en los modelos que hemos presentado en este capítulo para ilustrar problemas de acoplamiento y propagación de señales en líneas de transmisión.

  • En todos estos programas se trata de una línea horizontal terminada en ambos extremos por sendas impedancias RLC serie.

  • El conductor de la línea puede ser perfecto o tener conductividad finita.

  • Sobre la línea puede haber fuentes concentradas o una onda plana incidente o ambas cosas.

  • Estas fuentes pueden ser ondas continuas (CW) o transitorios.

  • Se instala desde el zip autoextraíble EM-CODES.EXE, que permite grabar los archivos de instalación en un directorio transitorio. Desde all SETUP.EXE instala el programa.

  • URL: www.tesche.com

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 534

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

EMC-CODES

WINULINEAnaliza la respuesta de una línea de transmisión colocada sobre tierra que es excitada por fuentes concentradas y/o distribuidas, usando al modelo de Agrawal. El programa admite excitaciones CW o transitorias.

RISERAnaliza la tensión y corriente sobre una de las cargas en los extremos de la línea, reemplazando el modelo de Agrawal de fuentes concentradas sobre los extremos con líneas verticales para mejorar la precisión de los resultados.

LCC o LTLINE

Este programa calcula las tensiones y corrientes sobre las cargas en los extremos de la línea cuando cae un rayo en las cercanías.

TOTALFLDCalcula el campo EM total para la incidencia oblicua de una onda plana sobre un plano de tierra imperfecta. Los campos se calculan sobre y debajo del plano para ondas incidentes de distinta forma de onda y casos CW y transitorios.

Se incluyen en la distribución los códigos fuente (en Fortran).

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 535

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

EMC-CODES - WINULINE

si la fuente es una onda plana, se puede definir los ángulos del vector de onda (, ) y de polarización (, llamadoen el programa) respecto del plano de incidencia.

línea abierta, cortocircuito, carga adaptada, definida por el usuario (R,L,C). Pueden ser diferentes.

longitud L, altura h, radio a y resistividad (1/) del conductor

Se elige entre el análisis en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo.

suelo perfecto o con pérdidas (g , g).

Se eligen los resultados a mostrar: tensión y corriente totales sobre una de las dos cargas o corriente y carga en una posición dada de la línea.

En estos casos el tipo de resultado depende del tipo de análisis (en el dominio del tiempo o de la frecuencia) que se ha seleccionado.

También se puede hallar el circuito equivalente Thèvenin o Norton que se vería sobre un "puerto" situado en cualquier punto de la línea.

Existen diversas opciones de ploteo.

fuente de tensión concentrada u onda plana incidente. La fuente concentrada puede ser de tensión o de corriente, y se define la abscisa de conexión a la línea.

Datos de la línea

Cargas

Suelo

Excitación

Campo incidente

Análisis

Salida

Una opción importante en el Menú Data es Sweep Parameters. En esta opción se puede repetir los cálculos de una dada configuración barriendo uno de los parámetros en un rango de valores, lo que permite analizar la respuesta frente a cambios en la excitación sin relanzar el programa.

Los parámetros que se pueden barrer son: longitud, altura y resistividad de la línea, la posición de la fuente o el punto de observación a lo largo de la línea, los ángulos de incidencia y polarización de una onda incidente y los parámetros del suelo imperfecto.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 536

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

EMC-CODES - RISER

Este programa intenta mejorar la precisión en el cálculo de la respuesta sobre las cargas cuando la línea es iluminada por una onda incidente. Se reemplazan las fuentes terminales del modelo de Agrawal por líneas de transmisión verticales (risers) que dan una mejor respuesta.

La estructura de datos de entrada es similar a la de WINULINE.

FIUBA 2008


Modelos en compatibilidad electromagnetica 537

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

EMC-CODES - LCC

Este programa calcula la respuesta de una línea a la caída de un rayo.

La geometría y el modelo usados para la línea son similares a los de WINULINE.

Se deben ingresar además las propiedades del canal (posición, propiedades físicas y forma de onda de corriente) que modela la descarga.

LCC calcula tensión y corriente de las respuestas transitoria y en el dominio de la frecuencia sobre ambas resistencias de terminación.

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Modelos en compatibilidad electromagnetica 538

ACOPLAMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION

MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 5

EMC-CODES - TOTALFLD

Este programa calcula el cam-po total (incidente + reflejado) cuando una onda plana incide sobre una interfase plana horizontal entre aire y un suelo imperfecto.

También calcula los campos transmitidos bajo la interfase.

La forma de onda en el tiempo puede especificarse.

El programa calcula las respuestas transitoria y en el dominio espectral para las tres componentes de los campos E y H a la altura del punto de observación.

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