¿Qué es la coordinación de aislamientos? ai slamientos? Consiste en establecer la correlación necesaria entre los niveles de aislamiento de los aparatos de la subestación y los niveles de protección asegurados por los dispositivos de protección, o que las sobretensiones sean aisladas a zonas en que no causen daños, de forma que se evite el efecto de las sobretensiones sobre los equipos previniendo averías. La coordinación de aislamientos es, por lo tanto, la dete deterrmina minaci ción ón de los aisl aislam amie ient ntos os nec necesar esariios para para la ópt óptima ima protección del sistema, es decir, que el número de perturbaciones e interrupciones de servicio sea mínimo, que provea el mayor grado de seguridad y con la menor inversión.
Sobretensiones En los los sist sistem emas as elc elctr tric icos os pued pueden en ocur currir rir fenó fenóme meno nos s que que incr increme emente nten n la tens tensió ión n por encim encima a del valo valorr m!"im m!"imo o de servi servici cio o #aciendo que se debiliten los aislamientos de los equipos al quedar sometido a esfuerzos elctricos al que no fue diseñado, e incrementando así la probabilidad de que ocurran fallas en los mismos y de que disminuya su vida útil. $ est!s elevaciones indeseadas de tensión se les llama sobretensiones. Las Las sobr sobret eten ensi sion ones es pued pueden en ser ser de orig origen en e"ter "terno no %deb %debid ido o a descargas atmosfricas que inciden principalmente en las líneas de transmisión& o interno %ya sea por cambios repentinos en la carga o apertura o cierre de interruptores&.
Sobretensiones Externas ' (on producidas por la descarga del rayo sobre el conductor, arcos entre el conductor y la estructura debido a que la descarga impacta sobre la torre o sobre el #ilo de guarda. Las sobretensiones debidas a descargas atmosfricas son determinantes para niveles de tensión inferiores por lo general a )** +. +. La incidencia de rayos sobre la subestación es relativamente rara, principalmente por la reducida super-cie ocupada, siendo m!s común la descarga sobre las líneas de transmisión cercanas a la subestación. Las descargas atmosfricas producen una onda de tensión de frente escarpado que se propaga a lo largo de las líneas #asta la instalación,
prod produc ucie iend ndo o daño daños s en el aisl aislam amie ient nto o de los los equi equipo pos, s, resal esalta tand ndo o princi principal palment mente e el daño sobre sobre los transfo transforma rmador dores, es, dado que estos estos representan los equipos de mayor costo dentro de la instalación. (on causadas por cambios Sobr Sobret eten ensi sion ones es Inte In tern rnas as' elc elctr troma omagn gnti tico cos s brus brusco cos s dentr dentro o del sist sistem ema, a, tale tales s como como falla fallas s monof!sicas, apertura y cierre de interruptores o cambios repentinos en la carga, como la descone"ión de grandes bloques del sistema. (on predominantes cuando los niveles de tensión ten sión superan los )** +. +. Las Las sobr sobret eten ensi sion ones es inte interrnas nas se pres presen enta tan n de dist distin inta tas s for formas, mas, teniendo teniendo las sobreten sobretensio siones nes din!mic din!micas, as, debidas debidas a descone descone"io "iones nes o prdid prdidas as de car cargas repenti epentina nas s en el sist sistem ema, a, o al incr increme emento nto de velocidad en generadores, las cuales pueden ser autosostenidas y de larg larga a durac duració ión, n, y tambi tambin n a las las sobr sobrete etens nsio ione nes s de manio maniobra bra que pued pueden en ocur ocurri rirr debi debido do a la ener energi giza zaci ción ón de part partes es del del sist sistem ema a mediante la acción de interruptores o a la interrupción de corrientes dbiles inductivas o capacitivas. Las sobre sobretens tensione iones s din!mic din!micas as son de importa importanci ncia a para para la corre correcta cta sele selecc cció ión n de los los para pararr rray ayos os,, ya que que esto estos s debe deben n ser ser capa capace ces s de realizar una protección efectiva de la instalación ante cualquier nivel de sobr sobret eten ensi sión ón que que pued pueda a pres presen enta tars rse. e. Las Las sobr sobret eten ensi sion ones es de manio maniobr bra a de-nen de-nen la reduc reducci ción ón de los los nivel niveles es de aisl aislami amien ento to para para sistemas cuya tensión nominal pertenece a los niveles m!s elevados. pueden n orig origin inar arse se debid debido o a fall fallas as,, Sobretensio Sobretensiones nes temporales temporales:: puede opera operaci cion ones es como como rec# rec#az azo o de carg carga, a, condi condici cione ones s de reson esonanc ancia ia,, fer ferrorr orreson esonan anc cias o comb combiinac nacione iones s de esta estas s. En un sist sistem ema a las las amplitu amplitudes des de las sobre sobretens tension iones es temporal temporales es no deben deben e"cede e"cederr /.1 p.u. y su duracion debe ser menor de / seg.
/' 0nstante de tiempo en el que la onda de prueba alcanza el 1*2 de la tensión pico. 3ara 3ara una onda de prueba est!ndar, /41*5s.
Figura 1. Onda de prueba para impulsos tipo rayo según recomendación IEC. [Elaboración Propia] En la -gura /, se muestra la onda de tipo impulso o tipo rayo /,671* 5s de acuerdo a la 0EC, y es la que caracteriza todo lo referente a pruebas de aislamiento de equipos. El 0nstante p es en el que ocurre el pico de la onda, mientras que el instante /, es cuando el valor de tensión alcanza el 1*2 del valor pico del impulso. En la -gura 6, se establece la onda de prueba normalizada de acuerdo a la 0EC para la realización de pruebas para la caracterización del aislamiento en cuanto a sobretensiones producidas por maniobras.
p' 0nstante de tiempo en el que ocurre el pico de la onda de prueba. 3ara una onda de prueba est!ndar, p461*5s.
Figura 2. Onda de prueba 2!"2!! #$ %ue caracteri&a todo lo re'erente a pruebas para determinar la protección ante impulsos de origen interno en e%uipos según recomendación IEC. [Elaboración Propia]
En la -gura que se muestra a continuación, se observan los valores picos típicos de las distintas sobretensiones %ue pueden presentarse en un sistema y su duración promedio.
Figura (. )alores t*picos de la tensión pico de las di'erentes sobretensiones %ue pueden presentarse en un sistema. [$ubestaciones El+ctricas, Enri%ue& -arper]
Curva voltaje-tiempo. La curva volta8e9tiempo es un instrumento que permite representar los niveles de aislamiento que tienen los diferentes elementos que intervienen en el sistema de potencia. En la -gura ), la curva : representa el nivel de aislamiento m!"imo, es decir, las ma"imas sobretensiones que pueden aplicarsele sin que e"ista una ruptura de aislamiento. La curva $, muestra la característica volta8e9tiempo del dispositivo que lo protege contra sobretensiones %pararrayos&. En este gr!-co se muestra las posiciones deseadas de las distintas características del sistema de protección. El pararrayos se a8usta de forma en que este actúe en presencia de las sobretensiones antes de que est!s alcancen los valores ma"imos que puede soportar el aislamiento de los equipos.
Fig. . /0 Cura del sistema de protección contra sobretensiones. 0 3iel de aislamiento de los e%uipos. [4eedy]
Figura . Caracter*sticas de aislamiento de los distintos elementos dentro de una subestación 55a6Cura de descarga del pararrayos, 5b6 e7plosor, 5c6 trans'ormador, 5d6Cadena de aisladores de la l*nea, 5e6 aislamiento de la barra, 5'6 $obretensión tipo rayo o e7terna6. [4eedy] La -gura 1, muestra las características volta8e9tiempo para los distintos elementos que se encuentran en una subestación. Las curvas %a& y %c&, representan la caracteristica volta8e9tiempo del e"plosor y la característica volta8e9tiempo del aislamiento del transformador. La linea segmentada que va desde el origen y que pasa por el punto de intersección se le llama critical slope %pendiente crítica&. 3ara impulsos debido a sobretensiones %curva %f&& cuya pendiente sea inferior al critical slope, el e"plosor ser! capaz de drenar la sobretensión evitando así daños al equipo. Cuando la pendiente sea mayor, el e"plosor no ser! capaz de actuar a tiempo para proteger el
transformador. 3ara cualquier sobretensión que se presente, el pararrayos %curva %b&& es capaz de drenar la falla. %d& y %e& representan las características volta8e9tiempo de la cadena de aisladores de la linea y de el aislamiento de barra respectivamente.
iveles de aislamiento El nivel de aislamiento de los materiales queda -8ado, para un nivel de tensión dado, mediante los ensayos de la onda de impulso y la onda de frecuencia industrial durante un minuto. El material dielctrico debe estar en la capacidad de soportar la tensión sin que se produzcan descargas, ya sea por contorneo, perforación, o cualquier deterioro en sus propiedades. La tensión de descarga varía con el tiempo de aplicación, y la curva volta8e9tiempo representa gr!-camente la tensión en la que ocurre la descarga para distintos instantes de aplicación de la prueba. Los valores m!s importantes que se tienen en la curva tensión tiempo son' 9 ensión de descarga en el frente de onda' es el valor de tensión en el que ocurre la descarga cuando se realiza la prueba aplicando una tensión de impulso normalizada con una pendiente de /*** ó /6** +75s. 9 ensión en la cresta de la onda' corresponde a la tensión aplicada que produce la descarga en el lomo de la onda. 3ara una onda /,671* 5s el pico se presenta a los /,6 5s. 9 ensión en el lomo de la onda' es la tensión en la cresta de la onda de impulso en la que el material presenta un 1*2 de probabilidad de descarga.
Figura 8. Cura tensión0tiempo del aislamiento. 3ara el ensayo a frecuencia industrial durante un minuto, se realiza una distinción entre aislantes interiores %aquellos que se encuentran protegidos del efecto de las condiciones clim!ticas, p.e. transformadores protegidos por cubas& y aislantes e"puestos a la intemperie %cadenas de aisladores, aislamiento de las barras en una subestación, entre otros&. 3ara aislantes internos, la prueba que se realiza es del tipo seco, mientras que para materiales e"puestos, se simulan condiciones de lluvia en los laboratorios de pruebas. El trmino aislamiento pleno, se re-ere al /** 2 de la aislación del equipo, y relaciona la tensión nominal con la clase de aislación. (e entiende por aislación reducida, a la clase de aislación inferior a la tensión nominal correspondiente. El aislamiento pleno se recomienda en sistemas con el neutro aislado o aterrado a travs de impedancias, en los cuales las sobretensiones que pueden presentarse son de mayor amplitud, pudiendo causar daño o deterioro y disminución de la vida útil en el aislamiento de los equipos. 3ara sistemas que traba8an a tensiones inferiores a los /** +, se recomienda el uso de aislamiento pleno en todos los equipos de la subestación, reserv!ndose el uso de aislamiento reducido a las tensiones superiores, esto se debe a que para tensiones superiores a los /** +, los sistemas se encuentran aterrados solidamente, permitiendo una me8or atenuación de las sobretensiones que pueden presentarse.
$islamiento autoregenerativo o restaurable 3ertenecen a este grupo aquellos aislantes que recuperan completamente sus propiedades dielctricas luego de una descarga disruptiva. 3ertenecen a este grupo aisladores, siempre que no ocurra perforación, el aire, ya que puede recuperar sus propiedades transcurrido un tiempo de la descarga y gases como el (;<. 3or lo general se suele considerar al aislamiento autoregenerativo como el aislamiento e"terno de los equipos, es decir, aquel que no se ve e"puesto a los efectos de la contaminación, lluvia, etc. $islamientos no autorrestaurables o no regenerativos Estos se caracterizan porque despus de una falla no recuperan de nuevo totalmente sus propiedades dielctricas. E8emplos típicos que afectan al aislamiento interno son fallas en los arrollamientos de los transformadores, reactores, etc, caracterizadas por una perforación que le impide al aislante sólido recuperar sus propiedades. (in embargo este tipo de falla tambin puede observarse en los aislamientos e"ternos, como por e8emplo, perforación de la cadena de aisladores porterior a una descarga. En la coordinación de aislamiento es necesario diferenciar los aislamientos autorrecuperables de los no recuperables, ya que el primero se presta para obtener información estadística de los procedimientos de pruebas y ensayos contenidos en las normas, mientras que en los aislamientos no recuperables, se tiene muy poca información acerca de su comportamiento frente a esfuerzos elctricos, debido al alto costo que representa realizar las sustitución del aislante para cada prueba o ensayo.
!rocedimientos en la coordinación de aislamientos La determinación de las sobretensiones m!"imas en la coordinación de aislamientos consiste en determinar el menor rango de valores de sobretensiones ma"imas. (e utilizan dos mtodos para la coordinación de aislamientos ante sobretensiones' un mtodo determinístico y un mtodo estadístico. =uc#os de los procedimientos aplicados, sin embargo, son una mezcla de ambos mtodos. $lgunos factores utilizados en el mtodo estadístico se usan en el determinístico y
viceversa.
"étodo Estad#stico: El mtodo estadistico est! basado en la frecuencia con la que ocurren los distintos fenómenos que pueden generar fallas por sobretensiones y la forma en la que el sistema es capaz de despe8arlos. El riesgo de falla se puede determinar combinando probabilidades de sobretensiones con probabilidades de descarga de los equipos. Concepto Esfuerzo9>igidez' En la coordinación del aislamiento, la distribución del esfuerzo bien podría ser la distribución de las sobretensiones de maniobra, mientras que la distribución de la rigidez se correspondería con la rigidez del aislamiento de la línea o subestación ante los esfuerzos aplicados. =ientras que la distribución del esfuerzo se determina con la ayuda de un analizador de redes transitorio o computador digital adecuado, la distribución de la rigidez se obtiene mediante ensayos en un laboratorio de alta tensión.
;igura ?. >elación e"istente entre el esfuerzo, la rigidez y la probabilidad de falla @(iegertA En el caso de que el esfuerzo sea mayor que la rigidez, el resultado ser! una falla en el aislante. Be ser la rigidez mayor que el esfuerzo, el aislamiento soportar! la tensión aplicada sin que ocurra una descarga disruptiva. La probabilidad de falla, generalmente representada con la letra , es la diferencia entre la probabilidad de que ocurra un esfuerzo y la rigidez dielctrica del aislamiento. 3ara
determinar las ecuaciones correspondientes, determinaremos el caso para el que dado un esfuerzo sobre el aislante, se obtiene la probabilidad de falla de este, y adem!s, para un valor de rigidez del aislamiento, la probabilidad de que ocurran fallas conocida la distribución de esfuerzo. $nalizando la -gura siguiente'
Figura 9. :elación Es'uer&o0rigide& para :;E1 [$iegert] E1
P ( R < E1 )= ∫ f ( R ) dR −∞
3%>DE/& representa la probabilidad de que el aislamiento falle ante un esfuerzo E/, es decir, la probabilidad de que el esfuerzo sea mayor a la rigidez, y f%E/&.dE es la probabilidad de que ocurra un esfuerzo o condición E/. La probabilidad de falla ante cualquier esfuerzo especí-co E/ viene e"presada entonces a travs de' E1
dP =[ f ( E 1) . dE ] ∫ f ( R ) dR −∞
(i se integra sobre todos los posibles valores de E, se tiene entonces' E1
f ( E ) . [¿ ∫ f ( R ) dR ] dE −∞ +∞
P F =∫ ¿ −∞
btenindose asi la probabilidad total de falla. (i por el contrario se tiene, en forma an!loga, que ED>/, entonces' ∞
P ( E > R1 )=∫ f ( E ) dE R 1
El trmino f%>/&.d> representa la probabilidad de falla para cualquier rigidez dielctrica especí-ca. >ealizando un procedimiento similar se tiene' ∞
f ( R ) . [¿ ∫ f ( E ) dE ] , dR R 1
+∞
P F =∫ ¿ −∞
Las relaciones anteriores se desarrollaron para una distribución .arbitraria, tanto de la rigidez dielctrica %>& como del esfuerzo %E& al que se somete la misma.
"étodo convencional El diseño convencional del aislamiento parte de valores normalizados para los equipos mayores que van a conformar el sistema, al igual que los m!"imos valores de sobretensiones que pueden ocurrir. La diferencia entre ambos valores %aislamiento contra sobretensión m!"ima& se suele denominar nivel de seguridad convencional, y la e"periencia e"ige que este nivel no sea inferior a ciertos valores veri-cados en la pr!ctica. (i se utilizan dispositivos de protección para limitar las sobretensiones, entonces el nivel de protección es igual a la sobretensión m!"ima que se observa en el borne de los mismos respecto a tierra. E8emplo' Fn transformador de potencia se encuentra a la entrada de una subestación y un rayo incide sobre las líneas que lo alimentan, no muy distante de la subestación. En la -gura que se muestra a continuación se indica el comportamiento de la tensión del pararrayos, en el punto de cone"ión de ste a la línea y en el transformador. 3ara una distancia m!"ima de /1m al sitio de incidencia del rayo, con una pendiente inicial de //** G75s, la sobretensión m!"ima en el transformador ascendió a 1?* G. Este valor se observa para una corriente del rayo de /* +$ y una tensión de disparo del pararrayos de /H6 +. En la misma -gura se muestra la onda cortada del rayo con un valor de cresta de
diseñado para una onda plena de 11* +. El nivel de seguridad sería en este caso de
Figura <. E'ecto protector de un pararrayos de 1(2=) sobre un trans'ormador de potencia de 12( =). 516 :epresenta la tensión en el punto de cone7ión del trans'ormador, 526 el comportamiento de la tensión en el pararrayos, 5(6 la tensión en el trans'ormador y 56 la onda de sobretensión %ue ingresa a la subestación. [$iegert] (i se considera que el pararrayos de /H6 + suministra un nivel de protección de H?1 + para un impulso atmosfrico de 11* +, el nivel de seguridad sería dado por 11*7H?14/,)?, lo que da un margen de protección de )?2. 3or lo tanto es necesario diferenciar los dos niveles de seguridad citados. El nivel de )?2 corresponde al nivel de seguridad estadístico, mientras que el de /*2 representa el nivel de seguridad real. $dem!s de considerar los niveles de seguridad, se debe tomar en cuenta la pendiente de la onda de la sobretensión que entra a la subestación. En la -gura /*, se muestra el efecto protector del pararrayos en función de la pendiente de la onda de impulso.
Figura 1!. >ensión m?7ima del trans'ormador en 'unción de la pendiente de la onda de sobretensión. [$iegert]
En la -gura que se muestra a continuación, se muestra el gr!-co cl!sico donde se indican los m!rgenes de seguridad entre el nivel de aislamiento y el descargador. Los autores por lo general di-eren en cuanto a los m!rgenes de seguridad que deben e"istir para asegurar la coordinación. Los valores m!s ampliamente aceptados son los de H*2 para las sobretensiones atmosfricas y /12 para sobretensiones de maniobra, aunque tambin se suele considerar un valor de 6*2 para las sobretensiones atmosfricas.
Figura 11. @r?Aco cl?sico de la coordinación de aislamientos en los %ue se indican los m?rgenes de seguridad entre los nieles de aislamiento de los e%uipos y los descargadores de sobretensiones. [$iegert] endencias actuales Los mtodos modernos se basan en el comportamiento estadístico de las sobretensiones a las que se #abía denominado anteriormente como esfuerzo, y a la capacidad del aislamiento de soportar los esfuerzos, se le convino en llamar rigidez. La probabilidad de falla del aislamiento que se ve afectado por una sobretensión es el resultado de que el esfuerzo sea mayor que la rigidez. En la -gura /6. (e muestra nuevamente la relación que e"iste entre el esfuerzo rigidez
Figura 12. Funciones de probabilidad del es'uer&o y la rigide&. [$iegert] Batos del esfuerzo Los datos del esfuerzo por lo general proceden de simulaciones realizadas en analizadores de redes transitorios %I$&. En estos se llevan a cabo diferentes operaciones de maniobra de los interruptores, por e8emplo, energizando un sector de la línea o cualquier otro tramos de inters que contenga reactores, transformadores, etc. 3ara cada operación del interruptor se mide la tensión de fase a tierra de cada una de las fases. (e utilizan adem!s, en el caso de las fallas debidas a sobretensiones causadas por el efecto de descargas atmosfricas, estudios del nivel ceraunico de la zona, para obtener una medida de la cantidad de rayos o descargas atmosfricas de la zona y la magnitud de las sobretensiones que se esperan. Batos de la rigidez (e obtienen en los laboratorios de alta tensión fundament!ndose en los procedimientos de pruebas recomendados por las normas, y generalmente son proporcionadas por los fabricantes de los equipos. Fso de los mtodos convencional y estadístico El enfoque cl!sico de la coordinación de aislamiento se vio revolucionado con los nuevos niveles de tensión sobre los )** G, en los que las sobretensiones de maniobra desempeña un papel m!s importante, desplazando al :0L y al impulso atmosfrico en altos niveles de tensión. 3or esto fue necesario establecer una nueva forma de onda para poder simular sobretensiones de maniobra y se comenzaron a realizar adem!s pruebas a frecuencia industrial. La tendencia actual es que el aislamiento debe ser concebido en función
de trminos y contingencias probabilísticas, como de por si lo son la rigidez del medio aislante y el esfuerzo elctrico. El mtodo convencional se puede e"poner a travs de la -gura que se muestra a continuación, en la que el concepto de coordinación se establece determinando la posible sobretensión m!"ima que se puede presentar en el sistema y se selecciona un cierto margen de seguridad., de manera que el aislamiento pueda soportar un esfuerzo m!"imo. Bada la naturaleza probabilística de los eventos, no es posible decir que el aislamiento seleccionado es capaz de soportar los esfuerzos a los que se ve sometido, por lo que este criterio es inaceptable para los niveles de e"tra alta tensión, debido a la importancia y al costo que estos representan en un sistema de potencia.
Figura 1(. Concepto de la coordinación de aislamiento conencional. [$iegert] El mtodo estadístico se fundamenta en el conocimiento de las funciones de probabilidad del esfuerzo y la rígidez. (i dentro de un sistema se produce una sobretensión originada, ya sea por la incidencia de un rayo o la energización de una línea en vacio, no es posible determinar con e"actitud la amplitud de la sobretensión originada. (in embargo, es posible predecir la probabilidad de que la amplitud de la sobretensión se encuentre dentro de un intervalo de valores, por lo que puede determinarse la función de probabilidad de la sobretensión ya que se conocen las características del sistema y las posibles desviaciones que puedan ocurrir. (i se le aplica una sobretensión a un aislamiento, no es posible tener seguridad plena de que esta cause una ruptura o no, sólo es posible de-nir la probabilidad de que ocurra. Be esta forma, es posible tener una idea m!s clara del nivel b!sico de aislamiento necesario para
soportar la contingencia, lo que es muy importante para el ingeniero en plani-cación que se encarga de coordinar el aislamiento.
Figura 1. )ariación de la probabilidad de riesgo de 'alla al incrementar el niel b?sico de aislamiento 5:igide&6. [$iegert] =todo estadístico simpli-cado Con la intención de adaptar los mtodos probabilísticos a las pr!cticas de ingeniería, se #a acordado de-nir las sobretensiones en trminos de valores sencillos, al igual que la rigidez del aislamiento. Be esta manera no es necesario apelar a la función de probabilidad. El valor señalado, sin embargo, debe estar estrec#amente relacionado con la función respectiva.
La sobretensión que tiene sólo 62 de probabilidad de ser e"cedida se denomina sobretensión estadística, y la tensión que con J*2 de probabilidad de ser soportada por el aislamiento, rigidez, dielctrica estadística. Estos valores se denominan probabilidades de referencia y pueden ser tomados como magnitudes m!"imas en el diseño del aislamiento.
Figura 1. $obretensión m?7ima estad*stica y rigide& diel+ctrica estad*stica. [$iegert] Es importante #acer notar que las funciones de densidad probabilística no siempre tienen la misma forma, por eso no es f!cil
predecir un determinado comportamiento o establecer un margen de seguridad especí-co. Bependiendo de la categoría de sobretensión o esfuerzos elctricos %tensión nominal, sobretensiones atmosfricas, de maniobra o a freuencia industrial&, se debe analizar cada caso por separado para poder establecer los m!rgenes de seguridad apropiados. (elección del aislamiento El punto de partida es la tensión nominal de operación %/&, la cual 8unto a la con-guración del sistema %6&, de-nen el nivel de las sobretensiones temporales %H& y de maniobra %)&, luego se #ace un dimensionamiento del aislamiento, est o no protegido por pararrayos. Como elemento de protección se selecciona a#ora el pararrayos, tomando en cuenta las sobretensiones temporales %<&. Luego de seleccionar el pararrayos, el nivel de protección ante sobretensiones atmosfricas y de maniobra queda bien establecido %?&. (i el nivel de protección acordado resulta ser muy costoso, es necesario entonces limitar las sobretensiones temporales que se pueden presentar en el sistema %realimentación del bloque ? al /6&. Luego es necesario de-nir el aislamiento de los equipos no protegidos por pararrayos tanto ante sobretensiones atmosfricas como las de maniobra. (e veri-ca el comportamiento de las sobretensiones de maniobra %K&, ya que su efecto es el que predomina en los sistemas de muy altas tensiones. El lazo de realimentación del K al /6, indica que de ser el sistema muy costoso, es necesario revisar de nuevo las características del sistema. 3or último, se consideran las sobretensiones atmosfricas %// y /6& y se veri-ca si el aislamiento las soporta. 3ara ello es necesario tener conocimiento del nivel isocer!unico de la zona, la intensidad de la corriente del rayo, etc. %J, datos de la descarga atmosfrica&, así como el apantallamiento y cone"ión a tierra de la línea %/*&. (i el aislamiento no puede soportarlo, es necesario reconsiderar los par!metros citados %/* a /6&. Es importante #acer notar que el nivel b!sico de aislamiento de los equipos protegidos por pararrayos y los no protegidos no guardan relación entre si. El margen de protección de los equipos protegidos est! relacionado con las sobretensiones temporales y con el
pararrayos seleccionado, mientras que los equipos no protegidos dependen de las sobretensiones de maniobra y del tipo de dispositivo utilizado.
Figura 18. :ecomendación de la IEC para el procedimiento de coordinación de aislamiento según el m+todo conencional. [IEC 8!!B1] Selección del nivel de aislamiento $método convencional% 3ara la selección del nivel de aislamiento se utilizar! la metodología descrita por la 0EC <**?/9/, ?/96 y ?/9H. $ continuación los pasos a seguir para determinar los niveles b!sicos de aislamiento considerando los resultados de las pruebas y ensayos realizados a los distintos equipos.
&. 'e(nir la tensión m)xima del sitema de acuerdo a los niveles
m!"imos aplicados
*. +btener el !, el !" del descarador , donde' I3>' Iivel m!"imo de tensión pico que debe aparecer en los terminales de un descargador de sobretensión contra impulso del tipo rayo. I3=' Iivel m!"imo de tensión pico que debe aparecer en los terminales de un descargador de sobretensión contra impulso del tipo maniobra.
/. 'eterminar el 0I el 0" deseados , donde' Gm' ;actor de seguridad que relaciona el I3= con el :(L. Como valor común se toma /./1 %/12 de margen de seguridad&. Gl' ;actor de seguridad que relaciona el I3> con el :0L. aría entre /.6 y /.), siendo /.61 un valor común. 3ara niveles menores a 16G, /.) es un factor comunmente utilizado.
1. +btener el atmos2erico: :0L4 G0I3>.
nivel
minimo
de
aislamiento
al
impulso
3. Eleir el valor normali4ado por encima del 5I6 encontrado7 obteniendose asi el 5I6 normali4ado del e8uipo en consideracion. (e determina mediante las tablas mostradas a continuación' 3ara tensiones de 16 a 6)1G %tensiones fase9tierra&'
%tensiones fase9fase&
(ólo se tiene en cuenta cuando se tengan protecciones apropiadas de sobretensiones a tierra. alores mínimos.
3ara tensiones %fase9fase& entre H**G y ?<1G
9. 'eterminar el 5S6 como: 5S60;5I6. 93ara equipos sumergidos en aceite, G4*.KH 93ara equipos aislados en aire, G oscila entre *.< y *.?1.
<. +btener la relacion entre 5S6 !": 0=5S6>!". . El valor determinado en el paso anterior debe ser maor o iual a 0". @. Si no se cumple la anterior relacion se debe incrementar el 5I6
encontrado en el paso 3 en un nivel superior repetir7 con este nuevo valor7 los pasos 9 <. Este incremento del 5I6 se debe e2ectuar de modo iterativo Aasta obtener el Bm sea menor o iual al valor determinado en el paso <. . Es su(ciente con especi(car solamente el 5I6 del e8uipo a 8ue el 5S6 esta directamente relacionado al 5I6.
E8emplo' $ continuación, se aplicar! el procedimiento convencional para determinar el :0L necesario para el aislamiento de una subestación de 1**G, ubicada a menos de /***m sobre el nivel del mar. Los datos de la subestación se presentan en la siguiente tabla'
&: 'e(nir la tensión m)xima del sistema. 3ara ello nos referimos a la tabla siguiente con los valores m!"imos del sistema recomendados por la 0EC' bteniendose como tensión m!"ima del sitema' ma"4161G
*: +btener el !, el !" del descarador a utilizar. Iecesitaremos en primer lugar, conocer el valor nominal pico necesario del descargador nom4 )6).61G
Luego seleccionamos el descargador de los cat!logos de los fabricantes. El descargador seleccionado es un descargador marca (iemens, cuya nom4)H6G. Las características se muestran a continuación.
3ara la elección del I3> del descargador, se utiliza el mayor valor entre la tensión ma"ima de cebado al frente de onda dividida por /./1 %/**JG&, la tensión ma"ima de cebado al impulso %J?1G& y la tensión ma"ima residual %/*H1G&. Be los datos del decargador, se obtuvo' I3>4 /*H1G I3=4 /*H1G
/: 'eterminar el 0l 0m deseados . La norma 0EC ?/9/, recomienda que los valores de Gl y Gm sean /./1 y /.61 respectivamente.
1: +btener el atmos2érico.
nivel
m#nimo
de
aislamiento
al
impulso
:0L4 GlI3>4 *./9;*&190D 4/6)J G
3: Eleir el valor normali4ado por encima del 5I6 encontrado. :0L4/H**G
9: 'eterminar el 5S6 como 5S60;5I6 a& 3ara equipos sumergidos en aceite %transformadores&' El factor G para equipos sumergidos en aceite, de acuerdo a la norma 0EC <**?/9
/ es G4 *.KH. :(L4G:0L :(L4 /*?JG a#ora es necesario determinar la relación G;4:(L7I3= %paso <&, el valor determinado debe ser igual o mayor a el valor de Gm %paso ?&. :(L7I3=4 /*?JG7/*H1G4/.*) GfDGm, por lo que es necesario incrementar el :0L obtenido en el paso ). Be la tabla obtenemos un nuevo :0L. :0L4/)61G :(L4*.KH:0L4//KHG :(L7I3=4 /./) Como GfDGm, es necesario seleccionar otro valor del :0L :0L4/11*G :(L4*.KH:0L 4 /6K?G :(L7I3=4 /.6) Como GfMGm, El :0L seleccionado ser! /11*G b& 3ara equipos aislados en aire' El factor G para equipos aislados al aire, de acuerdo a la norma, oscila entre *.< y *.?1. (e selecciona el valor de G4*.?1 para permitir una mayor #olgura del sistema. :(L4G:0L :(L4 J?1G a#ora es necesario determinar la relación G;4:(L7I3=, el valor determinado debe ser igual o mayor a el valor de Gm. Gf4:(L7I3=4 J?1G7/*1*G4*.JH Como GfDGm, se escoge un :0L normalizado mayor. (iguiendo este procedimiento de iteraciones, se determina que' :0L4 /K**G :(L4*.?1:0L4/H1*G
Gf4:(L7I3=4 /.6J (iendo Gf mayor al valor de Gm, se determina que el :0L del sistema aislado con aire es de /K**G. Como se menciona en el procedimiento, sólo es necesario especi-car el :0L del sistema.
:ibliografía' Luis $. (iegert C. /lta >ensión y $istemas de >ransmisión . Caracas, enezuela' Editorial L0=F($ (.$, 6**6. C.L.Nad#Oa. -ig )oltage Engineering. (egunda Edición. IeO Bel#i' IeO $ge 0nternational, 6**?. :.=. Needy, :.P. Cory, I. Pen+ins, P.:. E+anaya+e, Q. (trbac,. Electric PoDer $ystems. 1ta Edición. 0ndia' Niley, 6*/6.
