Ground-Wave Propagation Effects on Transmission Lines through Error Images

Electromagnetic transient calculation of overhead transmission lines is strongly influenced by the natural resistivity of the ground. This varies from 1–10K (Ω
• m) depending on several media factors and on the physical composition of the ground. The accuracy on the calculation of a system transient response depends in part in the ground return model, which should consider the line geometry, the electrical resistivity and the frequency dependence of the power source. Up to date, there are only a few reports on the specialized literature about analyzing the effects produced by the presence of an imperfectly conducting ground of transmission lines in a transient state. A broad range analysis of three of the most often used ground-return models for calculating electromagnetic transients of overhead transmission lines is performed in this paper. The behavior of modal propagation in ground is analyzed here into effects of first and second order. Finally, a numerical tool based on relative error images is proposed in this paper as an aid for the analyst engineer to estimate the incurred error by using approximate ground-return models when calculating transients of overhead transmission lines.

ResumenEl cálculo de transitorios electromagnéticos en líneas aéreas de transmisión está fuertemente influenciado por la resistividad natural eléctrica del suelo. Esta puede variar de 1–10K (Ω
• m) dependiendo de diversos factores en el medio y de la composición física del suelo. La precisión en el cálculo de la respuesta transitoria en un sistema depende en parte del modelo de retorno por tierra, el cual debe considerar la geometría de la línea, la resistividad eléctrica y la dependencia frecuencial de la fuente de alimentación. Hasta la fecha hay pocos reportes en la literatura especializada acerca del análisis de los efectos producidos por la presencia de un suelo conductor imperfecto de líneas de transmisión en estado transitorio. En este artículo se realiza un análisis de amplio rango a tres de los modelos de tierra actualmente más utilizados para cálculo de transitorios electromagnéticos en líneas aéreas de transmisión. El comportamiento de la propagación modal en tierra se analiza aquí en dos tipos de efectos de retorno por tierra. Finalmente, se propone en este artículo una herramienta numérica basada en imágenes de error relativo como una ayuda para que el ingeniero analista pueda estimar el error incurrido por utilizar modelos aproximados de tierra para el cálculo de transitorios en líneas aéreas de transmisión.