Implementación de una formulación corrotacional en dinámica no lineal y aplicación al modelado de líneas de transmisión eléctrica

Abstract

En Uruguay los sistemas de transmisión eléctrica son frecuentemente afectados por eventos climáticos severos como corrientes descendentes o tornados. Estos eventos pueden provocar su desconexión con consecuencias a la integridad de los componentes potencialmente graves, así como también a la integridad de las personas circundantes. En el periodo 2000-2007 se registraron más de veinte eventos de salida de servicio y el 10 de marzo de 2002 una tormenta convectiva afectó un área de alrededor 6500 km2 en el sur del país. La tormenta causó una destrucción masiva para el país colapsando 19 torres de transmisión eléctrica de 500 kV y 48 de 150 kV pertenecientes a la empresa Administración Nacional de Usinas y Trasmisiones Eléctricas (UTE). El costo de reparación de las torres fue millonario. Esta problemática representa un desafío, dadas las limitaciones de aplicabilidad de las normativas internacionales ante este tipo de vientos extremos. Este trabajo está enfocado en desarrollar herramientas capaces de reproducir el comportamiento de conductores eléctricos, sometidos a perfiles de viento tipo tormenta convectiva. Para esto, se integró una formulación corrotacional de vigas 3D, considerando componentes aerodinámicas debido a la acción del viento. Esta formulación fue implementada en la herramienta de software libre Open Non-linear Structural Analysis Solver (ONSAS). Con esta implementación se resolvieron cuatro problemas numéricos: el primero de ellos valida la formulación para un ejemplo clásico en la literatura, el segundo representa la dinámica de interacción que ocurre entre la cadena aisladora y el conductor. El tercero consiste en una modificación de un modelo propuesto por investigadores referentes en simulación estructural de líneas eléctricas. Por último, se construye un ejemplo compuesto por tres torres y seis conductores, integrando elementos de viga con barras, cargados con un perfil tipo corriente descendente, extraído de un estudio experimental en el norte de Alemania. En los resultados de este modelo se observa cómo las tormentas convectivas afectan severamente, pudiendo causar potenciales perjuicios graves. Finalmente, se concluye que los resultados generados representan un disparador para seguir profundizando en la temática, generando capacidades nativas para emular el fenómeno de manera más precisa y poder así, incluirlo como una herramienta complementaria durante el diseño de sistemas de transmisión. Respecto a la metodología de esta tesis, se incorporaron términos aerodinámicos a una formulación corrotacional, lo cual es un aporte original de este trabajo.