Metodología de optimización del nivel de aislamiento eléctrico y la resistencia de puesta a tierra en líneas de transmisión con relación a su desempeño ante descargas eléctricas atmosféricas

Abstract

En este trabajo se presenta una metodología de optimización enfocada en los parámetros del nivel de aislamiento eléctrico y la resistencia de puesta a tierra para cada una de las estructuras en líneas de transmisión con relación a su desempeño ante descargas eléctricas atmosféricas. Inicialmente, se determinan los criterios de optimización técnicos y económicos de los parámetros en estudio como punto de partida de la metodología de optimización. Posteriormente, se determina el desempeño de las líneas de transmisión con relación a las fallas provocadas por descargas eléctricas atmosféricas considerando las variaciones topológicas y ambientales a lo largo de su recorrido a partir de una metodología de simulación basada en modelos matemáticos. Estos modelos incluyen, una rutina basada en el método de Monte Carlo para la generación de los puntos de impacto y los parámetros de las descargas, el modelo electrogeométrico para su clasificación como impactos directos y el programa ATP/EMTP para el cálculo de las sobretensiones generadas, entre otros. Con base en estos aspectos, se formula rigurosamente el problema de optimización con su respectiva simplificación y con base en esta formulación se seleccionan, proponen e implementan los métodos de optimización de Nelder-Mead modificado y heurístico a incluir en la metodología de optimización. Finalmente, se estudian una serie de casos con el fin de validar cada uno de los elementos utilizados en la metodología de optimización propuesta y la metodología por completo. Con base en lo anterior, se demuestra que la metodología de optimización propuesta obtiene resultados válidos en términos de la reducción de costos computacionales y económicos de las soluciones generadas.

Abstract: This work presents an optimization methodology focused on the parameters of the electrical insulation level and grounding resistance for the structures present in transmission lines in relation to their lightning performance. Initially, the technical and economic optimization criteria of the parameters under study are determined as the starting point of the optimization methodology. Later, the performance of the transmission lines in relation to the failures caused by lightning is determined considering the topological and environmental variations along its route by means of a simulation methodology based on mathematical models. These models include, a routine based on the Monte Carlo method for the generation of the impact location and parameters of lightning flashes, the electrogeometric model for its classification and the ATP/EMTP program for the calculation of the overvoltages generated, among others. The optimization problem is rigorously formulated with its respective simplification and based on this formulation the Nelder-Mead modified and heuristic optimization methods are selected, proposed and implemented to be included in the optimization methodology. Finally, in order to validate each elements used in the proposed optimization methodology and the methodology altogether, a series of cases are studied. Based on the above, it is shown that the proposed optimization methodology obtains valid in terms of the computational and economic cost reduction of the generated solutions.