Cortes de energía por rayos quedarán en el pasado

Entre el 50% y el 60% de los daños en las líneas de distribución eléctrica son producidos por rayos, fenómeno que tiene alta prevalencia en Colombia por estar en la zona tropical. Un sofisticado software desarrollado en la UN en Manizales se convirtió en la solución para evitarles sobrecostos a las empresas distribuidoras y disminuir los cortes de suministro. En Caldas ya está en uso.

Debido a las condiciones meteorológicas y topográficas de Colombia, las redes que conducen energía a los tres tipos de usuarios del sector eléctrico (residencial, comercial e industrial) son muy susceptibles de quedar fuera de servicio por los sobrevoltajes que causan los rayos.

La ubicación del país en la zona tropical proporciona un ambiente favorable para que haya alta densidad de descargas eléctricas por kilómetro cuadrado (km²) y su energía contenida sea mayor a la de una normal. Por ejemplo, en otros lugares del planeta, la intensidad de corriente promedio de un rayo es de 30 kiloamperios (kA), mientras que en Colombia es de 43.

Para tener una idea de lo que significan esas cantidades, es útil la siguiente relación: cada kA equivale a mil amperios, con los cuales se encenderían 1.000 bombillos (cada uno de 100 vatios de potencia). Esto significa que 43 kA servirían para encender 43 mil focos. Es una inmensa energía luminosa concentrada que dura milésimas de segundo.

Estudios satelitales de la NASA muestran que una de las zonas en donde hay mayor actividad del fenómeno en el mundo es la de los municipios de Samaná (Caldas), con 9 rayos por km² al año, y El Bagre (Antioquía), con 12 rayos por km² al año; mientras que, en lugares como Manizales y Bogotá, la cifra es de apenas 2 rayos y 1 rayo por km² al año, respectivamente.

IDEA ELÉCTRICA 

Estas condiciones particulares no pasaron desapercibidas para los investigadores de la Universidad Nacional de Colombia, que, desde hace quince años, trabajan en este problema, tanto en el Programa de Investigación sobre Adquisición y Análisis de Señales (PAAS), de la UN en Bogotá, como en grupos de la UN en Medellín y en Manizales.

Uno de los trabajos destacados es el de Edison Andrés Soto Ríos, estudiante del Doctorado en Ingeniería (línea de Automática) de la UN en Manizales. Él, basado en un software desarrollado por el profesor Ernesto Pérez de la UN en Medellín, denominado Yaluk Draw, mejoró el desempeño de las líneas aéreas de distribución y las redes eléctricas afectadas frecuentemente por los rayos.

Este tipo de infraestructura se caracteriza por su bajo aislamiento o incapacidad para soportar un sobrevoltaje, en especial ante la alta frecuencia de los impactos indirectos (los destellos cercanos a las redes).

“Cuando un rayo cae se produce un campo electromagnético que se propaga por el aire y, al hacer contacto con la línea, se origina una tensión inducida, que es el incremento en el voltaje normal (el cual debe oscilar entre los 13.200 y los 33.000 voltios). Cuando se registra una anomalía, el sistema eléctrico saca de servicio la línea afectada y deja sin el suministro a los usuarios”, explica el investigador Soto Ríos.

EN TRES PASOS 

Para contrarrestar estos problemas, los ingenieros desarrollaron el programa computacional Yaluk Draw, que consta de tres módulos: el primero permite calcular el sobrevoltaje en el cable; el segundo determina su índice de fallas; y el tercero señala los lugares en los que se deben ubicar los dispositivos de protección.

El primer componente consiste en una simulación virtual mediante la cual se conoce el valor de la sobretensión, es decir, el voltaje máximo que la afectó. Para ello, se utiliza un modelo matemático que describe la forma de onda de la corriente del rayo y su campo electromagnético.

“Mediante otro modelo verificamos el acople, para determinar el efecto de ese campo en el circuito eléctrico de la línea de distribución. Además, calculamos los voltajes producidos en sus puntos de interconexión (postes de luz), para saber cuál es el tipo de tensión presente”, precisa el investigador de la UN.

El segundo módulo es un análisis estadístico de desempeño para determinar cuántas veces el transporte de energía se interrumpirá. La operación consiste en calcular una gran cantidad de eventos alrededor del cable conductor, cada uno con valores de corriente distinta y cuyas posiciones se establecen aleatoriamente en la zona circundante al objetivo. Esto proporciona una gráfica con un registro sobre el número de descargas que provocaron las fallas.

Para las empresas de distribución es fundamental efectuar este tipo de análisis, debido a que son penalizadas cuando las líneas presentan daños recurrentes: la regulación en Colombia exige que las interferencias no duren mucho ni sean frecuentes. La dificultad es que, en el país, entre el 70% y el 80% de los problemas con la calidad del servicio, así como entre el 50% y 60% de los daños son ocasionados por los rayos.

Finalmente, el tercer elemento es el que optimiza la ubicación correcta de los dispositivos de protección, llamados descargadores de sobretensión. Estos absorben parte de la energía del rayo y así evitan la propagación del daño a otras instalaciones.

El proyecto ya se implementó en la Central Hidroeléctrica de Caldas. Además, en alianza, la UN y Colciencias hicieron un estudio para Codensa en zonas rurales de Cundinamarca, que presentan una alta actividad de rayos, son de difícil acceso y representan altos costos de desplazamiento para cuadrillas de operarios.

Gracias al software, se disminuyen las averías de las líneas eléctricas y, por tanto, se mejoran los índices de calidad de la energía y se reducen las pérdidas económicas de las empresas.

" Por: Ana María Escobar Jiménez, Unimedios "