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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 2166 2000-09-27

DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES DE RESISTENCIA VARIABLE CON EXPLOSORES PARA REDES DE CORRIENTE ALTERNA

E:

SURGE ARRESTERS. NON LINEAR RESISTOR TYPE GAPPED SURGE ARRESTERS FOR A.C. SYSTEMS

CORRESPONDENCIA: CORRESPONDENCIA:

esta norma es equivalente (EQV) a la IEC 60099-1

DESCRIPTO DESCR IPTORES: RES:

descargador descargador de sobretensión; sobretensión; pararrayos. pararrayos.

I.C.S.: 29.120.50 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435 Prohibida su reproducción

Primera actualización

PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.

ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 2166 (Primera actualización) actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2000-09-27 Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 383103 Aparatos para subestaciones de media y alta tensión. CHEC ELECTRIFICADORA ELECTRIFICADORA DE SANTANDER EMPRESA DE ENERGÍA DE CUNDINAMARCA SCHNEIDER Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración consideración de las siguientes empresas: AISLA LTDA. ALSTOM T Y D ASEA BROWN BOVERI CODENSA EMPRESAS MUNICIPALES DE CALI EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN FÁBRICA DE TABLEROS Y CONTROLES ELÉCTRICOS LTDA. INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S. A. LUMINEX

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA TECNA SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO UNIVERSIDAD DEL VALLE VELÁSQUEZ CELSA DISICO LTDA. MELEC

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.

ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 2166 (Primera actualización) actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2000-09-27 Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 383103 Aparatos para subestaciones de media y alta tensión. CHEC ELECTRIFICADORA ELECTRIFICADORA DE SANTANDER EMPRESA DE ENERGÍA DE CUNDINAMARCA SCHNEIDER Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración consideración de las siguientes empresas: AISLA LTDA. ALSTOM T Y D ASEA BROWN BOVERI CODENSA EMPRESAS MUNICIPALES DE CALI EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN FÁBRICA DE TABLEROS Y CONTROLES ELÉCTRICOS LTDA. INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S. A. LUMINEX

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA TECNA SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO UNIVERSIDAD DEL VALLE VELÁSQUEZ CELSA DISICO LTDA. MELEC

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA COLOMBIANA

NTC 2166 (Primera actualización)

DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES DE RESISTENCIA VARIABLE CON EXPLOSORES PARA REDES DE CORRIENTE ALTERNA

0.

INTRODUCCIÓN

Las principales modificaciones a la edición anterior de esta norma afectan a los temas siguientes: -

medida de la tensión residual

-

ensayo de funcionamiento

-

ensayo del limitador de presión

-

tensiones de cebado y residuales normalizadas;

-

adición de un anexo para las informaciones a suministrar en las peticiones de oferta y en las ofertas.

Los cambios efectuados se limitan a temas que han sido objeto de un acuerdo. Otros temas no han sido considerados debido a los cambios tecnológicos y al uso limitado actual de los descargadores descargadores de sobretensiones con explosores. El Anexo D de la segunda edición ha sido suprimido y es objeto de la norma IEC 99-3, que tiene estatus de informe. Los descargadores de sobretensiones sin explosores de resistencias de óxidos metálicos, cuyo uso está desarrollándose, es objeto de la NTC 4389 (IEC 99-4). Una guía de aplicación fue publicada como NTC 4616 (IEC 99-5), y reemplaza a la norma IEC 99-1A.

1



SECCIÓN 1: GENERALIDADES 1.1

ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN

Esta norma se aplica a los aparatos de protección contra sobretensiones previstos para un funcionamiento funcionamiento repetido y diseñados para limitar las sobretensiones en los circuitos de potencia de corriente alterna e interrumpir cada vez la corriente subsiguiente. En particular se aplica a los descargadores de sobretensiones constituidos por un explosor simple o múltiple en serie con una o varias resistencias variables. variables.

1.2

NORMAS DE REFERENCIA

Las normas siguientes contienen las disposiciones que, a través de las referencias que se hacen, constituyen las disposiciones válidas para la presente parte de esta norma internacional. En el momento de su publicación, las ediciones indicadas están en vigor. Toda norma está sujeta a revisión y se invita a los que tomen acuerdos basados en esta parte de esta norma internacional a investigar la posibilidad de aplicar las ediciones mas recientes de las normas indicadas a continuación. continuación. NTC 4591:1999, Técnicas de ensayo de alta tensión. Definiciones generales y requisitos de ensayo (IEC 60-1). NTC 3389:1999, Coordinación Coordinación de aislamiento. aislamiento. Guía de aplicación. (IEC 71-2). IEC 99-3:1990, Descargadores de sobretensiones Parte 3: ensayo de contaminación contaminación artificial de descargadores descargadores de sobretensiones.

SECCIÓN 2: DEFINICIONES Para las necesidades de esta norma, se aplicarán las siguientes definiciones: Descargadores de sobretensiones: aparato destinado a proteger el material eléctrico 2.1 contra las sobretensiones transitorias elevadas, a limitar su duración y, frecuentemente, a limitar la amplitud de la corriente subsiguiente. Se considera como parte del "descargador de sobretensión" todo explosor exterior en serie necesario para el buen funcionamiento del aparato cuando está en servicio, aunque el suministro incluya o no este explosor. Nota. Los descargadores de sobretensiones están habitualmente conectados entre los conductores de una red y tierra, si bien a veces pueden ser conectados a los bornes de los arrollamientos de aparatos o entre conductores.

Descargadores de sobretensiones de resistencia variable con explosores: 2.2 descargadores de sobretensiones que tiene un explosor simple o múltiple conectado en serie con una o varias resistencias variables. variables. Explosor serie de un descargador de sobretensiones: espacio o espaciados fijados 2.3 entre los electrodos situados en serie con la resistencia variable o resistencias variables del descargador de sobretensiones. sobretensiones.

2



Resistencia variable (no lineal) en serie de un descargador descargador de sobretensiones: sobretensiones: elemento 2.4 del descargador de sobretensiones que, por sus características tensión-corriente no lineales, funciona como una resistencia de valor bajo para dejar pasar las corrientes de descarga de gran amplitud, limitando así la tensión en los bornes del descargador de sobretensiones, y también como una resistencia de valor elevado a la tensión normal a frecuencia industrial, limitando así la amplitud de la corriente subsiguiente. Sección de descargador de sobretensiones: parte de un descargador de sobretensiones 2.5 contenida en una envolvente con todos sus elementos, particularmente con explosores serie y resistencias variables en la proporción adecuada para representar el comportamiento de un descargador de sobretensiones completo en el caso de un ensayo particular. Elemento de descargador de sobretensiones: parte de un descargador de 2.6 sobretensiones enteramente contenido en una envolvente y cuyo montaje en serie con otros elementos permite obtener un descargador de sobretensiones sobretensiones de tensión nominal más elevada. Un elemento de descargador de sobretensiones no es necesariamente una sección de descargador de sobretensiones. sobretensiones. Limitador de presión de un descargador de sobretensiones: dispositivo destinado a 2.7 limitar la presión interior de un descargador de sobretensiones y a evitar la rotura violenta de la envolvente como consecuencia del paso prolongado de la corriente subsiguiente, o de un cebado en el interior del descargador de sobretensiones. Tensión nominal de un descargador de sobretensiones: valor específico máximo de la 2.8 tensión eficaz a frecuencia industrial admisible entre sus bornes para la cual está previsto que el descargador de sobretensiones funcione correctamente. Esta tensión puede ser aplicada de manera continua a un descargador de sobretensiones sin modificar sus características de funcionamiento. Frecuencia nominal de un descargador de sobretensiones: frecuencia de la red para la 2.9 cual está previsto el descargador de sobretensiones.

2.10 Descarga disruptiva: fenómeno asociado a la falla del aislamiento sometido al efecto de un esfuerzo eléctrico, con caída de tensión y paso de una corriente; este término se aplica a las perforaciones eléctricas eléctricas de dieléctricos sólidos, líquidos y gaseosos, y a sus combinaciones. Nota. Una descarga disruptiva en un dieléctrico sólido conlleva una pérdida permanente de la rigidez dieléctrica; en un dieléctrico líquido o gaseoso, esta pérdida puede ser que temporal.

2.11

Perforación: descarga disruptiva a través de un sólido.

2.12

Flameo: descarga disruptiva a lo largo de una superficie sólida

2.13 Cebado de un descargador de sobretensiones: descarga disruptiva entre los electrodos del explosor de un descargador de sobretensiones. sobretensiones. t ensión o de corriente unidireccional unidireccional que, sin oscilaciones apreciables, apreciables, 2.14 Impulso: onda de tensión crece rápidamente hasta un valor máximo y cae generalmente, menos rápidamente rápidamente a cero, con inversiones eventuales de polaridad de pequeña amplitud. Los parámetros que definen una onda de tensión o de corriente son la polaridad, el valor de cresta, la duración del frente y la duración hasta la mitad del valor sobre la cola. 3



2.15 Impulso rectangular: impulso que crece rápidamente hasta un valor máximo, se mantiene casi constante durante un tiempo determinado y cae después rápidamente a cero. Los parámetros que definen un impulso rectangular son la polaridad, el valor de cresta, la duración convencional de la cresta y la duración convencional total.

2.16 Valor de cresta de un impulso: valor máximo de la tensión o de la corriente de impulso. Cuando las oscilaciones se superponen a la cresta, véanse los numerales 8.3.2, 8.5.2 e) y 8.5.3.2 c). 2.17

Frente de un impulso: parte de un impulso que precede a la cresta

2.18

Cola de un impulso: parte de un impulso posterior a la cresta.

2.19 Impulso de tensión plena: impulso de tensión que no es interrumpida por un cebado, un flameo o una perforación. 2.20 Impulso de tensión recortado: impulso de tensión que está interrumpido en el frente, la cresta o la cola por un cebado, un flameo o una perforación causando así una caída súbita de la tensión. 2.21 Valor de cresta espaciado de un impulso de tensión recortado: valor de cresta del impulso de tensión de onda plena del que deriva un impulso de tensión cortado. 2.22 Origen convencional de un impulso: punto de una curva tensión-tiempo o corrientetiempo determinado por la intersección del eje de abcisas y la línea recta que pasa por dos puntos de referencia sobre el frente de la onda. a)

Para los impulsos de tensión con una duración convencional del frente de onda inferior o igual a 30 µs, los puntos de referencia serán a 30 % y 90 % del valor de cresta

b)

Para los impulsos de tensión con una duración convencional de frente de onda superior a 30 µs, el origen está generalmente bien definido y no necesita una definición artificial

c)

Para los impulsos de corriente, los puntos de referencia serán a 10 % y 90 % del valor de cresta.

Nota. Esta definición se aplica solamente cuando las escalas de ambos ejes de ordenadas y de abcisas son lineales (véase la nota en el numeral 2.23).

2.23 Duración convencional del frente de un impulso (T 1): duración, expresada en microsegundos, igual a: a)

Para los impulsos de tensión con duración de frente de onda inferiores o iguales a 30 µs, es 1,67 veces el tiempo necesario para que la tensión se incremente del 30 %o al 90 % de su valor de cresta.

4



b)

Para los impulsos de tensión con duración de frente de onda superior a 30 µs, es 1,05 veces el tiempo necesario para que la tensión se incremente de 0 % a 95% de su valor de cresta.

c)

Para los impulsos de corriente, es 1,25 veces el tiempo necesario para que la corriente se incremente entre el 10 % y el 90 % de su valor de cresta.

Nota. Si se presentan oscilaciones sobre el frente, los puntos de referencia a 10 %, 30 %, 90 % y 95 % deben ser tomados sobre la curva media trazada a través de las oscilaciones.

2.24 Pendiente convencional del frente del impulso: cociente entre el valor de cresta por la duración convencional del frente del impulso. 2.25 Duración convencional hasta el valor medio sobre la cola de un impulso (T2): intervalo de tiempo entre el origen convencional y el instante en el que la tensión (o la corriente) ha disminuido hasta alcanzar sobre la cola la mitad del valor de cresta. Esta duración se expresa en microsegundos. 2.26 Designación de la forma de un impulso: combinación de dos valores, representando el primero la duración convencional del frente del impulso (T 1) y el segundo la duración convencional del impulso hasta el valor medio sobre la cola (T 2), ambos en microsegundos. El impulso se representa por T 1/T2 (el signo “/” no tiene ningún significado matemático). 2.27

Impulso tipo rayo normalizado: impulso de tensión cuya forma se expresa por 1,2/50.

2.28 Impulso tipo maniobra: impulso de tensión cuya duración convencional del frente es superior a 30 µs. 2.29 Duración convencional de la cresta de un impulso rectangular: tiempo durante el cual la amplitud de la onda es superior a 90 % de su valor de cresta. 2.30 Duración convencional total de un impulso rectangular: tiempo durante el cual la amplitud de la onda es superior al 10 % de su valor de cresta. Si hay pequeñas oscilaciones sobre el frente de la onda, debe trazarse una curva media para determinar el instante en el que se alcanza el valor del 10 %. 2.31 Valor de cresta de polaridad opuesta de un impulso: amplitud máxima de polaridad opuesta alcanzada por un impulso de tensión o corriente cuando el mismo oscila antes de alcanzar un valor cero permanente. 2.32 Corriente de descarga de un descargador de sobretensiones: onda de comente que fluye por el descargador de sobretensiones como consecuencia del cebado de los explosores en serie. 2.33 Corriente nominal de descarga de un descargador de sobretensiones: valor de cresta de la corriente de descarga de forma de onda 8/20 que se utiliza para designar un descargador de sobretensiones. Es, asimismo, la corriente de descarga utilizada para iniciar la corriente subsiguiente durante el ensayo de funcionamiento. 2.34 Corriente subsiguiente de un descargador de sobretensiones: corriente aportada por la red y que fluye por el descargador de sobretensiones después del paso de la corriente de descarga. 5



2.35 Tensión residual de un descargador de sobretensiones: tensión que aparece entre bornes de un descargador de sobretensiones durante el paso de la corriente de descarga. 2.36 Tensión de cebado a frecuencia industrial de un descargador de sobretensiones: valor de la tensión a frecuencia industrial medida en valor de cresta y dividida por 2 , que aplicada entre los bornes de un descargador de sobretensiones, provoca el cebado de todos los explosores en serie. 2.37 Tensión de cebado al impulso de un descargador de sobretensiones: valor más elevado de la tensión que se alcanza antes del cebado cuando un impulso de forma y polaridad dadas, se aplica entre los bornes del descargador de sobretensiones. 2.38 Tensión de cebado al impulso sobre el frente de onda de un descargador de sobretensiones: tensión de cebado al impulso obtenida sobre el frente de una onda cuya tensión crece linealmente con el tiempo. 2.39 Tensión de cebado al impulso tipo rayo normalizado de un descargador de sobretensiones: el menor valor de cresta de un impulso tipo rayo normalizado, cuya aplicación al descargador de sobretensiones provoca siempre el cebado. 2.40 Duración hasta el cebado de un descargador de sobretensiones: intervalo de tiempo entre el origen convencional y el instante del cebado del descargador de sobretensiones. Este tiempo se expresa en microsegundos. 2.41 Curva tensión/tiempo de cebado al impulso de un descargador de sobretensiones: curva que representa la variación de la tensión de cebado al impulso en función de la duración hasta el cebado. 2.42 Corriente esperada: corriente que circularía en un circuito, en un punto dado, si se establece un cortocircuito en este punto por medio de una conexión de impedancia despreciable. 2.43 Ensayos tipo: ensayos efectuados al completar el desarrollo de un nuevo diseño de un descargador de sobretensiones, para determinar sus características y comprobar que está conforme con esta norma. No es necesario repetir estos ensayos sobre un mismo tipo de aparato excepto si algunas modificaciones introdujesen cambios en sus características. 2.44 Ensayos de rutina: ensayos efectuados sobre cada aparato, o sobre elementos o materiales, para asegurarse de que responden a las especificaciones. 2.45 Ensayos de recepción: conjunto determinado de ensayos, que se efectúan cuando el fabricante y el usuario acuerdan que se ensayen los aparatos o las muestras de un suministro. 2.46 Características de protección de un descargador de sobretensiones: combinación de las características siguientes: a)

Curva tensión/tiempo de cebado a impulsos de tipo rayo normalizado obtenidas de acuerdo con el numeral 8.3.3.

b)

Curva de tensión residual en función de la corriente de descarga obtenida de acuerdo con el numeral 8.4.

6

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA c)


Para los descargadores de sobretensiones de 10 000 A, de tensión nominal igual o superior a 100 kV, es la curva de tensión/tiempo de cebado a los impulsos de maniobra, obtenida de acuerdo con el numeral 8.3.5.

2.47 Dispositivos de desconexión de un descargador de sobretensiones: dispositivo que permite desconectar un descargador de sobretensiones de la red en caso de falla de éste, con objeto de evitar una falla permanente sobre la red y señalar de manera visible el descargador de sobretensiones defectuoso. Nota. El dispositivo de desconexión no tiene como función interrumpir la corriente de falla durante su funcionamiento; cuando la corriente de falla es elevada el funcionamiento del dispositivo de desconexión puede no impedir la explosión de la envolvente como consecuencia de un cebado en el interior del descargador de sobretensiones.

SECCIÓN 3: IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN 3.1

IDENTIFICACIÓN DEL DESCARGADOR DE SOBRETENSIONES

Los descargadores de sobretensiones deben estar definidos al menos por medio de las indicaciones siguientes que deben figurar en su placa de características:

*

-

Tensión nominal.

-

Frecuencia nominal si difiere de una de las frecuencias normalizadas (véase el numeral 4.2.

-

Corriente nominal de descarga (especificando serie A o serie B * para los descargadores de sobretensiones de 5 000 A y trabajo pesado o ligero para los descargadores de sobretensiones de 10 000 A.

-

Clase de descarga de larga duración (para los descargadores de sobretensiones de 10 000 A de servicio pesado), véase el numeral 8.5.3.2.

-

La corriente de cortocircuito nominal soportable debe indicarse en kilo-amperios en la placa de características del descargador de sobretensiones. Cuando no se establezca capacidad de corriente de cortocircuito debe indicarse en la placa de características.

-

Nombre del fabricante o marca de fábrica, tipo y referencias de identificación.

-

Año de construcción.

Los descargadores de sobretensiones de la Serie A corresponden a las características requeridas en todos los países. Los descargadores de sobretensiones de la Serie B corresponden a las características requeridas en Canadá, Estados Unidos de América y en otros países.

7



Notas: 1)

El Anexo B puede servir de guía para elegir las informaciones que se suministren en las peticiones de oferta o en las ofertas.

2)

En algunos países es habitual designar los descargadores de sobretensiones por los términos siguientes:

3.2

-

Descargador de sobretensiones de subestación para aparatos de 10 000 A

-

Descargadores de sobretensiones intermedios (serie A) o de distribución (serie B) para los aparatos de 5 000 A

-

Descargadores de sobretensiones en circuitos secundarios para los aparatos de 1 500 A.

CLASIFICACIÓN DE LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES

Los descargadores de sobretensiones se clasifican por los valores normalizados de sus corrientes de descarga nominales y deben responder por lo menos a las condiciones de ensayo y características de funcionamiento prescritas en la Tabla 3. Los descargadores de sobretensiones que tengan características de funcionamiento más favorables o niveles de protección más bajos que los que están especificados en esta norma, se consideran como conformes con ella.

SECCIÓN 4:CARACTERÍSTICAS NOMINALES 4.1

TENSIONES NOMINALES NORMALIZADAS

Los valores normalizados de las tensiones nominales de los descargadores de sobretensiones deben ser elegidos de la Tabla 1. Tabla 1. Valores normalizados de las tensiones nominales (kV, valor eficaz) 0,175 0,280 0,500 0,660 3 4,5

6 7,5 9 10,5 12 15

18 21 24 27 30 33

36 39 42 51 54 60

75 84 96 102 108 120

126 138 150 174 186 198

Las tensiones nominales superiores a 198 kV deben ser divisibles por 6.

4.2

FRECUENCIAS NOMINALES NORMALIZADAS

Las frecuencias nominales normalizadas son 50 hz. y 60 Hz.

4.3

VALORES NORMALIZADOS DE LAS CORRIENTES DE DESCARGA NOMINALES

Los valores normalizados de las corrientes de descarga nominales (con impulsos de 8/20) son 10 000 A, 5 000 A, 2 500 A y 1500 A.

8



Nota. Para el descargador de sobretensiones de 10 000 A (véase el numeral 3.2) existen dos tipos, servicio ligero y servicio pesado, que difieren por la amplitud del impulso de corriente de larga duración que puedan soportar. Véase el numeral 8.5.3.

4.4

CONDICIONES DE SERVICIO

4.4.1 Condiciones normalizadas de servicio Los descargadores de sobretensiones conformes con esta norma deberán poder funcionar en las condiciones normalizadas de servicio siguientes: a)

Temperatura ambiente comprendida entre –40 °C y + 40 °C.

b)

Altitud no superior a 1 000 m

c)

Frecuencia de alimentación en corriente alterna comprendida entre 48 hz. y 62 Hz.

d)

Tensión a frecuencia industrial aplicada entre bornes del descargador de sobretensiones no superior a la tensión nominal.

4.4.2 Condiciones de servido anormales Los descargadores de sobretensiones destinados a utilizaciones diferentes o sometidas a otras condiciones de servicio pueden necesitar un estudio especial para su fabricación o su utilización y cada caso deberá ser consultado con el fabricante. Véase el Anexo A: Condiciones de servicio anormales, y el Anexo C: Elección de la clase de descarga de larga duración para los descargadores de sobretensiones de servicio pesado.

SECCIÓN 5: ESPECIFICACIONES 5.1

TENSIÓN DE CEBADO A FRECUENCIA INDUSTRIAL

Para todas las clases de descargadores de sobretensiones, excepto la clase 10 000 A para servicio pesado, el valor más bajo de la tensión de cebado a frecuencia industrial no debe ser inferior a 1,5 veces la tensión nominal del descargador de sobretensiones. Para los descargadores de sobretensiones de clase 10 000 A, para servicio pesado, el valor más bajo de la tensión de cebado a frecuencia industrial debe ser objeto de un acuerdo entre fabricante y usuario. Debe tenerse en cuenta que el ensayo de cebado a frecuencia industrial, en seco constituye una prescripción mínima para los ensayos de rutina que debe efectuar el fabricante, como se indica en el numeral 6.1.

5.2

TENSIÓN DE CEBADO AL IMPULSO DE TIPO RAYO NORMALIZADO

La tensión de impulso tipo rayo está definida como se indica en el numeral 8.3.2 y en la Tabla 8. El descargador de sobretensiones debe cebarse en cada uno de los impulsos de una serie de cinco impulsos positivos y de cinco impulsos negativos. 9



Si en una serie de cinco impulsos y en uno de ellos, los explosores no se ceban, se aplica una serie suplementaria de diez impulsos de la misma polaridad y, para estos últimos, los explosores deben cebarse en todos ellos.

5.3

TENSIÓN DE CEBADO AL IMPULSO EN EL FRENTE DE ONDA

Con impulsos de tensión cuya pendiente convencional del frente esté de acuerdo con la Tabla 8, la tensión de cebado no debe sobrepasar el valor indicado en esta misma tabla. Esto se ha de verificar, como se indica en el numeral 8.3.4, con un ensayo de cinco impulsos positivos y cinco negativos, o si se utiliza la curva de tensión de cebado a los impulsos de tipo rayo, en función del tiempo especificado en el numeral 8.3.3.

5.4

TENSIÓN DE CEBADO AL IMPULSO DE TIPO MANIOBRA

Esta tensión se determina sobre los descargadores de sobretensiones de 10 000 A de tensión nominal superior a 100 kV de acuerdo con el numeral 8.3.5. Los valores máximos se especifica únicamente para los descargadores de sobretensiones de servicio pesado con tensión nominal superior a 200 kV para estos descargadores de sobretensiones los valores de cebado a los impulsos se especifican en la Tabla 8 (Columna 7).

5.5

TENSIÓN RESIDUAL A LOS IMPULSOS TIPO RAYO

La tensión residual para la corriente nominal de descarga se determina a partir de las curvas trazadas según el método descrito en el numeral 8.4.1. Esta tensión no debe superar el valor residual máximo especificado para el descargador de sobretensiones, de conformidad con la Tabla 8.

5.6

TENSIÓN RESIDUAL AL IMPULSO TIPO MANIOBRA

Esta especificación se aplica a los descargadores de sobretensiones de 10 000 A, de servicio pesado o ligero, o de 5 000 A serie A, en los que la tensión nominal sea superior a 100 kV y provisto de explosores activos, es decir, explosor que engendren, durante el ensayo de impulsos tipo maniobra, una tensión residual de, al menos, 100 V por cada kV de tensión nominal. La tensión residual a los impulsos de tipo maniobra, determinada conforme al numeral 8.4.2, no debe superar el valor indicado en la Tabla 8.

5.7

RESISTENCIA O SOPORTE A LOS IMPULSOS DE CORRIENTE DE GRAN AMPLITUD

Los descargadores de sobretensiones deben soportar los ensayos a los impulsos de corriente de gran amplitud descritos en el numeral 8.5.2. El valor medio de la tensión de cebado en seco a frecuencia industrial (véase el numeral 8.2), medido antes y después del ensayo no debe variar en más del 10 %. El examen de la muestra ensayada no debe evidenciar ni perforación ni cebado de las resistencias variables ni deformación apreciable de los explosores ni del circuito de reparto de tensiones.

10

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 5.8


RESISTENCIA O SOPORTE A LOS IMPULSOS DE CORRIENTE DE LARGA DURACIÓN

Los descargadores de sobretensiones deben soportar los ensayos a los impulsos de corriente de larga duración descritos en el numeral 8.5.3, con los parámetros indicados en la Tabla 5 (servicio pesado) ó 6 (servicio ligero). Para los dos tipos de descargadores de sobretensiones la tensión residual a los impulsos tipo rayo (véase el numeral 8.4.1 medida antes y después de este ensayo no debe tener variación en más del 10 %. Para los descargadores de sobretensiones de servicio pesado la tensión de cebado a frecuencia industrial en seco (véase el numeral 8.2) medida antes y después el ensayo igualmente no debe tener variaciones de más del 10 %.

5.9

FUNCIONAMIENTO DE LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES

Los descargadores de sobretensiones deben soportar el ensayo de funcionamiento del numeral 8.6, durante el cual: -

La corriente subsiguiente debe aparecer también en cada impulso aplicado y la muestra objeto de ensayo debe interrumpir esta corriente en cada impulso.

-

El corte final de la corriente subsiguiente se debe producir, como mucho, al final del semiperíodo siguiente al de aplicación de cada impulso.

A continuación del ensayo de funcionamiento, y después de enfriada la muestra en ensayo hasta una temperatura próxima a la del ambiente, se repite el ensayo de cebado a frecuencia industrial y el de tensión residual que hayan sido efectuados antes del ensayo de funcionamiento. Los valores medios no deben variar en más del 10 %.

5.10

LIMITADOR DE PRESIÓN

Cuando el descargador de sobretensiones este provisto de un dispositivo limitador de presión, una falla del descargador de sobretensiones no debe provocar una rotura explosiva de la envolvente. Esto se debe comprobar mediante los ensayos descritos en el numeral 8.7 Se estima que la muestra en ensayo ha satisfecho las condiciones de los ensayos si la envolvente queda intacta o si se agrieta de una forma no brusca y si todos los elementos de la muestra ensayada permanecen en el interior de la envolvente cilíndrica.

5.11

DISPOSITIVO DE DESCONEXIÓN

5.11.1 Resistencia o soporte del dispositivo de desconexión Cuando un descargador de sobretensiones está provisto de un dispositivo de desconexión (integrado o separado), éste debe soportar, sin funcionar, cada uno de los ensayos siguientes: -

Ensayo de impulsos de corriente de gran amplitud (véase el numeral 8.8.2.1)

-

Ensayo de impulsos de corriente de larga duración (véase el numeral 8.8.2.2)

-

Ensayo de funcionamiento (véase el numeral 8.8.2.3)

11



5.11.2 Funcionamiento del dispositivo de desconexión Los tiempos de retardo del funcionamiento del desconectador se determinarán de acuerdo con el numeral 8.8.3, para tres valores de corriente: 20 A, 200 A y 800 A (valor eficaz, ± 10 %). El dispositivo debe asegurar claramente una desconexión efectiva y permanente.

SECCIÓN 6: CONDICIONES GENERALES DE LOS ENSAYOS 6.1

MUESTRAS DESTINADAS A ENSAYOS Y MEDIDAS

Salvo indicación contraria, todos los ensayos deben ser efectuados sobre los mismos descargadores de sobretensiones, secciones o elementos de aparatos. Estos últimos deben de ser nuevos, limpios, completamente montados, instalados en las condiciones más aproximadas a las de servicio y provistos de anillos de guarda si éstos son normalmente utilizados. Los equipos de medida debe satisfacer las exigencias que figuran en la NTC, y se comprobará que la precisión de los valores obtenidos responde a las prescripciones relativas a los ensayos.

6.2

ENSAYOS DE TENSIÓN A FRECUENCIA INDUSTRIAL

Todos los ensayos a frecuencia industrial deben ser efectuados bajo una tensión alterna que tenga una frecuencia comprendida entre 48 Hz y 62 Hz y una forma de onda prácticamente sinusoidal.

6.3

ENSAYOS EN HÚMEDO

Este numeral concuerda con las recomendaciones relativas a los ensayos en húmedo que figuran en la NTC 4591 IEC 60-1). Está admitido que los ensayos bajo lluvia no tienen por objeto reproducir las condiciones reales de empleo, aunque evidencian, gracias a la experiencia adquirida, que el comportamiento en servicio será satisfactorio. Los ensayos deben dar resultados reproducibles tanto en un mismo laboratorio como en laboratorios diferentes. Estos ensayos no se efectuarán más que para descargadores de sobretensiones de tipo exterior. En el caso de realizarse estos ensayos, el objeto a ensayar debe someterse a una aspersión de agua con una resistividad prescrita, producida por uno o varios aspersores convenientemente dispuestos. El chorro formado por finas gotas, debe caer sobre el objeto a ensayar con una inclinación de aproximadamente 45°, determinados por observación visual o bien midiendo las componentes vertical y horizontal de la precipitación. La componente vertical de la aspersión debe comprobarse mediante un recipiente colector que presente una abertura horizontal de una superficie entre 100 cm² y 750 cm². Cuando se requiera la comprobación de ambas componentes vertical y horizontal simultáneamente, la componente horizontal se medirá con un recipiente que presente una abertura vertical análoga, orientada hacia los surtidores. El recipiente colector debe colocarse en el mismo lado que el objeto ensayado, de cara a los surtidores y lo más cerca posible del objeto pero de forma que no recoja las salpicaduras que procedan de él.

12



Cuando la altura del objeto en ensayo sobrepase los 50 cm, el caudal del chorro se medirá cerca de los extremos y en el punto medio, y los valores obtenidos para cualquiera de estas tres posiciones no debe diferir en más del 25 % del valor medio de ellas. Para objetos de una altura igual o inferior a 50 cm, la medida se hará en el punto medio solamente. La muestra a ensayar debe ser rociada, al menos, durante 1 min antes de aplicarse la tensión. (Por otra parte, se obtendrán resultados más fiables si el objeto ensayado está completamente mojado antes de la aplicación de la tensión, con un agua que tenga la resistividad y la temperatura prescritas). Las características y especificaciones para efectuar la aspersión se indican en la Tabla 2. Se establecen dos categorías, uno que corresponde a la práctica usual en la mayoría de los laboratorios europeos y otro a la de Canadá y los Estados Unidos de América. Se recomienda que cada Comité Nacional utilice solamente una de estas dos técnicas. Tabla 2. Características de ensayo bajo lluvia

Características 1 Aspersión (componente vertical) 2 Resistividad del agua 3 Temperatura del agua 4 Tipo de surtidor 5 Presión del agua

Práctica 3 mm/min ± 10 %

Canadá y Estados Unidos de América 5 mm/min ± 10 %

10 000 Ω ⋅ cm ± 10 % Temperatura ambiente ± 15 °C

17 800 Ω ⋅ cm ± 10 % Temperatura ambiente ± 15 °C

Véase la Figura 2ª, 2B y 2C* Véase la Figura 2ª, 2B y 2C*

Véase la Figura 2D* Véase la Figura 2D*

Europa

*

Los valores corresponden a la NTC 4591 (IEC 60-1).

6.4

ENSAYO BAJO CONTAMINACIÓN ARTIFICIAL

Los ensayos bajo contaminación artificial se describen en la norma IEC 99-3. Esta norma expone los principios fundamentales de los ensayos bajo contaminación artificial de los descargadores de sobretensiones de resistencia variable con explosores, e indica la composición de los contaminantes, la forma de aplicar la capa de contaminación y los procedimientos correspondientes a cada tipo de contaminación.

SECCIÓN 7: ENSAYOS DE RUTINA Y ENSAYOS DE RECEPCIÓN 7.1

ENSAYOS DE RUTINA

El fabricante debe efectuar como ensayo de rutina, al menos, la determinación de la tensión de cebado en seco a frecuencia industrial (véase el numeral 8.2). Si el descargador de sobretensiones está formado por muchos elementos que incluyen una envolvente individual, los ensayos se pueden efectuar sobre estos elementos.

7.2

ENSAYOS DE RECEPCIÓN NORMALIZADOS

Cuando los ensayos de recepción hayan sido especificados por el cliente en el pedido, los siguientes ensayos se deben efectuar sobre el número entero superior más próximo a la raíz cúbica del número de descargadores de sobretensiones de que conste el pedido: 13



a)

Determinación de la tensión de cebado en seco a frecuencia industrial sobre el descargador de sobretensiones completo (véase el numeral 8.2).

b)

Verificación del cebado con impulso tipo rayo normalizado sobre el descargador de sobretensiones completo (véase el numeral 8.3.2).

c)

Solamente si hay acuerdo entre fabricante y usuario, se medirá la tensión residual para una corriente de descarga que no sea inferior 0,25 veces la corriente nominal de descarga, bien sobre el descargador de sobretensiones completo, sobre cada elemento del descargador de sobretensiones o sobre las secciones (véase el numeral 8.4). Cuando estos ensayos se efectúen a sección de descargador de sobretensiones, los ensayos deben incluir todos los tipos de componentes del descargador de sobretensiones y los componentes de las reacciones ensayadas deben marcarse.

Toda modificación en el número de muestras o en el tipo de ensayo debe ser convenido caso por caso, entre fabricante y usuario.

SECCIÓN 8: ENSAYOS TIPO 8.1

GENERALIDADES

Los ensayos tipo siguientes deben efectuarse tal como se indica en la Tabla 3, es decir: 1)

Medida de la tensión de cebado a frecuencia industrial (véase el numeral 8.2).

2)

Verificación del cebado al impulso tipo rayo normalizado según el numeral 8.3.2.

3)

Ensayo orientado a determinar la curva tensión/tiempo de cebado al impulso tipo rayo (véase el numeral 8.3.3).

4)

Medida de la tensión de cebado al impulso en el frente de onda (véase el numeral 8.3.4).

5)

Ensayo orientado a determinar la curva tensión/tiempo de cebado al impulso tipo maniobra (véase el numeral 8.3.5).

6)

Medida de la o de las tensiones residuales (véase el numeral 8.4).

7)

Ensayo de resistencia a los impulsos de corriente (véase el numeral 8.5)

8)

Ensayos de funcionamiento (véase el numeral 8.6).

9)

Ensayos del limitador de presión (cuando el descargador de sobretensiones esté equipado de este dispositivo) (véase el numeral 8.7).

10)

Ensayos de los dispositivos de desconexión del descargador de sobretensiones (véase el numeral 8.8).

14



Tabla 3. Clasificación y ensayos Valores normalizados de la corriente de descarga nominal A 5 000

10 000 servicio pesado

10 000 Servicio ligero

Serie A

Serie B

3 o más

3 o más

3 a 138

2. Ensayo de tensión de cebado a frecuencia industrial

8.2

8.2

8.2

3. Ensayos de tensión de cebado al impulso tipo rayo normalizado

8.3.2, Tabla 8, columna 2

8.3.2, Tabla 8, columna 3

8.3.4

8.3.4

8.3.4

8.3.4

8.3.4

8.3.4

8.3.5 (menor de 100 kV)

8.3.5 (menor de 100 kV)

No exigido

No exigido

No exigido

No exigido

8.4 Tabla 8, columna 8

8.4 Tabla 8, columna 9

8.5.2 8.5.3.2

8.5.2 8.5.3.3

8.5.2 8.5.3.3

8.5.2 8.5.3.3

8.5.2 8.5.3.3

8.5.2 No exigido

8.6

8.6

8.6

8.6

8.6

8.7

8.7

Sin objeto

No exigido

No exigido

Sin objeto

8.8

8.8

8.8

8.8

1. Tensión (kV, valor eficaz)

4. Ensayo de tensión de cebado en el frente de onda 5. Ensayo orientado a determinar la curva de tensión/tiempo de cebado al impulso tipo maniobra 6. Ensayo de verificación de la tensión residual 7. Ensayo de resistencia o soporte a las corrientes de impulso: a) Impulso de gran amplitud b) Impulso de larga duración

8. Ensayos de funcionamiento 8.6 9. Ensayos de limitador de presión (si el descargador de sobreten8.7 siones está provisto de él) 10. Dispositivo de desconexión (si el descargador de sobretenSin objeto siones está provisto de él)

2500

1500

3 a 39

hasta 36

hasta 0,660

8.2

8.2

8.2

8.3.2, 8.3.2, 8.3.2, Tabla 8, Tabla 8, Tabla 8, columna 3 columna 3 columna 3

8.4 8.4 8.4 Tabla 8, Tabla 8, Tabla 8, columna 9 columna 9 columna 9

No exigido

8.4

La cantidad de muestras para ensayar se especifica en cada numeral. Los descargadores de sobretensiones que difieren entre sí solamente por las modalidades de montaje o por la disposición de la estructura de soporte pero que están constituidos por los mismos elementos de construcción con características de funcionamiento similares, se considerarán como del mismo tipo. Los ensayos 1,2,3,4 y 5 de la lista precedente se deben efectuar sobre las mismas muestras. Estas mismas muestras se pueden utilizar para el ensayo 6 con la consideración de que han sido efectuados sobre los descargadores de sobretensiones nuevos. Para los ensayos 7, 8, 9 y 10, véanse las indicaciones que figuran en los numerales respectivos,

8.2

ENSAYO DE CEBADO BAJO TENSIÓN A FRECUENCIA INDUSTRIAL

Los ensayos en seco y húmedo se deben efectuar conforme a los numerales 7.1, 7.2, 7.3 y 8.1 sobre tres muestras de descargadores de sobretensiones completos de cada tensión nominal en prueba. El funcionamiento de otros descargadores de sobretensiones de la misma construcción (conforme al numeral 8.1), pero en los que las tensiones nominales no se desvíen en más de ± 25 % (o de 6 kV, la que resulte más elevada de estos valores) de la tensión nominal de la muestra a ensayar, puede determinarse admitiendo que las tensiones son 15



proporcionales a las tensiones nominales. La tensión aplicada al descargador de sobretensiones debe tener un valor lo suficientemente bajo para evitar los cebados del descargador de sobretensiones en el curso del régimen transitorio subsiguiente a la puesta en tensión. Después se debe aumentar rápida y regularmente hasta que se produzca el cebado del explosor serie. El tiempo durante el cual la tensión puede sobrepasar la tensión nominal del descargador de sobretensiones debe estar comprendido entre 2 s y 5 s. Cuando se ensayan descargadores de sobretensiones que contienen resistencias de repartición de la tensión, estas puedan deteriorarse por un calentamiento excesivo si la tensión aplicada sobrepasa durante mucho tiempo la tensión nominal. Después del cebado, la tensión de ensayo se debe cortar lo más rápidamente posible, preferentemente por desconexión automática y, en todo caso, en menos de 0,5 s. Si hubiera dificultad para medir el ascenso rápido de la tensión por utilizar un aparato del tipo indicador, se debe usar un registrador de gran velocidad o un oscilógrafo. Se recomienda consultar al fabricante acerca de las condiciones de ensayo admisibles. La carga a que se somete el circuito de ensayo al intercalar un descargador de sobretensiones equipado con resistencias variables de alta conductividad para la repartición de la tensión, da lugar a armónicos por lo que el circuito de ensayo debe tener una impedancia lo suficientemente baja para mantener la forma de onda de la tensión aplicada en los bornes del aparato a ensayar dentro de los límites especificados en la edición vigente de la NTC 4591 (IEC 60-1). La tensión se debe aplicar, al menos, cinco veces con un intervalo de alrededor de 10 s entre dos aplicaciones consecutivas. El valor medio de los cebados obtenidos en el curso de cinco ensayos se adopta como tensión de cebado a frecuencia industrial, con el fin de comparar los ensayos efectuados antes y después de otros ensayos tipo.

8.3

ENSAYOS DE CEBADO BAJO IMPULSOS DE TENSIÓN

8.3.1 Generalidades Estos ensayos deben efectuarse conforme a los numerales 7.1 y 8.1 sobre las mismas muestras de descargadores de sobretensiones completos que los utilizados para los ensayos de cebado a frecuencia industrial descritos en el numeral 8.2. Para los descargadores de sobretensiones de otras tensiones pero de la misma construcción, como se indica en el numeral 8.1 y con el límite de ± 25 % (o 6 kV, el que resulte más elevado de estos valores) de la tensión de la muestra en ensayo, los valores de las tensiones de cebado y las curvas de tensión/tiempo se pueden determinar admitiendo que las tensiones son proporcionales a las tensiones.

8.3.2 Ensayo de cebado al Impulso tipo rayo normalizados Estando el descargador de sobretensiones conectado en el circuito, se efectúa el ajuste del generador para que proporcione un impulso de tensión de forma 1,2/50 y de valor de cresta igual al valor especificado en la Tabla 8. Con este ajuste, se aplican al descargador de sobretensiones cinco impulsos positivos y cinco negativos de manera que todos provoquen el cebado de los explosores en serie. Si en una de las series de cinco impulsos, los explosores no se ceban en todos ellos, se debe aplicar otra serie suplementaria de diez impulsos de la misma polaridad, de manera que en este caso los explosores deben de cebarse siempre.

16



No se tendrá en cuenta en este ensayo el intervalo de tiempo entre el inicio de la onda y el instante del cebado. La tolerancia en el ajuste del equipo de ensayo será tal que los valores medidos se mantengan dentro de los siguientes límites: a)

entre 97 % y 100 % para los valores de cresta especificados.

b)

desde 0, 85 µs a 1, 6 µs para la duración convencional del frente de onda.

c)

desde 40 µs a 60 µs para alcanzar el valor medio sobre la cola.

Las oscilaciones de la primera parte del frente de onda (por debajo del 50 %) no deben exceder del 10 % del valor de cresta. Las pequeñas oscilaciones próximas a la cresta del impulso pueden admitirse siempre que su amplitud no sobrepase el 5 % del valor de cresta. Las medidas se harán sobre la cresta de las oscilaciones.

8.3.3 Ensayo para determinar la curva tensión/tiempo de cebado al impulso tipo rayo Este ensayo debe efectuarse utilizando impulsos cuya polaridad produzca tensión de cebado más elevada. Los valores para determinar los puntos de la curva se obtienen por aplicación de impulsos de tensión 1,2/50 cuya amplitud se va incrementando gradualmente, comenzando a una tensión inferior a la de cebado e incrementando la tensión del generador (y, por consiguiente, la tensión de cresta) hasta que la pendiente del frente de onda sea igual a la especificada en la Tabla 8. Alternativamente, para tiempos de cebado menores de 1,2 µs, los datos se pueden obtener mediante la reducción del tiempo de duración del frente de onda. Para tiempos de cebado menores de 1,2 µs, el ensayo de impulsos se efectuará a un ritmo uniforme hasta conseguir el cebado del descargador de sobretensiones. Se registrará para cada cebado, la máxima tensión alcanzada un instante antes de producirse dicho cebado, en función del tiempo hasta el cebado que se medirá desde el origen convencional. Se debe obtener el número suficiente de puntos que permitan determinar claramente la curva correspondiente a los valores máximos de la tensión de cebado.

8.3.4 Determinación de la tensión de cebado al impulsos en el frente de onda Utilizando un impulso de tensión con una pendiente convencional del frente de onda igual a lo especificado en la Tabla 8. Se aplicarán al descargador de sobretensiones cinco impulsos positivos y cinco negativos, determinándose la tensión de cebado a partir de los oscilogramas tensión/tiempo del ensayo. En ninguno caso, la tensión de cebado deberá superar los valores especificados en la Tabla 8. Se puede utilizar el punto de intersección de la curva especificada en el numeral 8.3.3 con la recta que represente la pendiente del frente de onda indicado en la Tabla 8, para determinar la tensión máxima de cebado al frente de onda de la muestra, y así compararlo con el valor máximo admisible de la Tabla 8. Será necesario conseguir como mínimo, cinco cebados positivos y cinco negativos comprendidos en un entorno de ± 0,1 µs alrededor de la recta que representa la pendiente prescrita, como se ilustra en la Figura 1.

17



Pendiente convencional del frente según la columna 4 de la tabla 8 Valor máximo de la tensión de cebado sobre el frente (no debe superar el valor de la columna de la tabla 8)

Curva tensión / tiempo de cebado al impulso tipo rayo especificado en el numeral 8.3.3

0,1 s ) V k ( o d a b e c e d n ó i s n e T

0,1 s Ensayo con la polaridad correspondiente a la tensión de cebado más elevada Ensayo con la polaridad opuesta

Tiempos

s

Figura 1. Determinación de la tensión de cebado sobre el frente de onda

8.3.5 Ensayo para determinar la curva de tensión/tiempo de cebado al Impulso tipo maniobra Este ensayo sólo es aplicable a descargadores de sobretensiones de 10 000 A de servicio pesado y para servicio ligero, de tensión nominal superior a 100 kV. Se especifican valores máximos únicamente para los descargadores de sobretensiones de servicio pesado con tensión nominal superior a 200 kV. Para estos descargadores de sobretensiones los valores se indican en la Tabla 8 columna 7. No se ha fijado ningún límite para las tensiones de cebado a los impulsos tipo maniobra. La especificación de las condiciones del ensayo tiene por finalidad suministrar un método uniforme de ejecución de los ensayos tal que permita comparar los datos suministrados por los fabricantes. Los ensayos de cebado se deben efectuar utilizando diferentes impulsos de tensión con duraciones convencionales del frente de onda de: a)

de 30 µs a 60 µs

b)

de 150 µs a 300 µs

c)

de 1000 µs a 2 000 µs.

Se recomienda que la duración hasta el valor medio sobre la cola sea sensiblemente superior al doble de la duración del frente, pero el valor exacto tiene poca importancia. Se determina en primer lugar, por cada forma de onda y para las dos polaridades, la tensión al 50 % de los cebados (U 50 % ), aplicando un impulso en el que el valor de cresta sea inferior al valor probable de la tensión del 50 % de los cebados del descargador de sobretensiones en ensayo y elevando después la tensión de carga del generador de impulsos en escalones del 5 % 18



hasta provocar el cebado. Este cebado constituye el primero de los cinco impulsos que se han de registrar como los valores más elevados de la tensión. Se aplican los cuatro impulsos siguientes disminuyendo la tensión de carga del generador (y, por consiguiente, el valor de cresta) alrededor del 5 % cada vez que el descargador de sobretensiones se cebe y elevándola ese 5 % cada vez que no se cebe. Se determina la tensión U 50.% como la medida de los valores más elevados de la tensión, registrados en el curso de cada uno de los cinco ensayos. Se aplica entonces, al aparato a ensayar, diez impulsos suplementarios después de haber aumentado la tensión de carga del generador de manera que se alcance un valor de cresta esperado superior en aproximadamente un 40 % a U 50 %. Los resultados correspondientes a todos los cebados, obtenidos durante la serie de ensayos permiten la determinación de U50 %, lo mismo que la serie posterior a 1,4 (U 50 %), son utilizados para determinar la curva de tensión/tiempo de cebado al impulso tipo maniobra. Para cada ensayo, en el que se produzca un cebado, se traza el punto correspondiente a la tensión más alta obtenida antes del cebado y a la duración real desde el origen de tiempos hasta el cebado. la curva tensión/tiempo de cebado es una curva aplanada que pasa por los valores máximos de la tensión registrada para las dos polaridades y es prolongación de la curva de tensión/tiempo de cebado al impulso tipo rayo normal obtenida según el numeral 8.3.3. Se recomienda utilizar papel gráfico con la escala vertical lineal para la tensión en valores lineales y escala horizontal logarítmica para el tiempo.

8.4

MEDIDA DE LA TENSIÓN RESIDUAL

El ensayo se debe efectuar conforme a los numerales 7.1 y 8.1 sobre tres muestras de descargadores de sobretensiones completas o de secciones de descargadores de sobretensiones. Las muestras pueden ser las mismas que las utilizadas en los ensayos de los numerales 8.2 y 8.3 si así se desea. La tensión nominal de estas muestras debe ser, al menos, igual a 3 kV (excepto si la tensión nominal del descargador de sobretensiones es inferior a este valor), pero sin exceder necesariamente los 12 kV. Cuando el ensayo se efectúa sobre una sección de descargador de sobretensiones, la tensión residual del descargador de sobretensiones completo se determina mediante el producto del valor rnedido por la relación entre la tensión nominal del descargador de sobretensiones completo y la tensión nominal de la sección.

8.4.1 Tensión residual al impulso tipo rayo El ensayo debe efectuarse con un impulso de corriente de forma 8/20. Las tolerancias de regulación deben estar entre 7 µs y 9 µs para el tiempo del frente y entre 18 µs y 22 µs para el tiempo hasta el valor medio sobre la cola. Se someterá cada una de estas muestras, por lo menos a cuatro impulsos de corriente, en que los valores de cresta serán, aproximadamente de 0,25 - 0,5 - 1 y 2 veces la corriente nominal de descarga del descargador de sobretensiones. El tiempo transcurrido entre las descargas debe ser suficiente para permitir que la muestra regrese a una temperatura aproximadamente igual a la del ambiente. Trazando la envolvente superior de los resultados de los ensayos, se obtiene la curva de la tensión residual en función de la corriente de descarga. Esta curva permite determinar el valor de la tensión residual correspondiente a la corriente nominal de descarga del descargador de sobretensiones. La mejor manera para obtener este valor es efectuar ensayos con valores de aproximadamente 0,8, 1,0 y 1,2 de la corriente nominal de descarga. La finalidad del ensayo propuesto de 0,25 veces la corriente nominal, es el de permitir el ensayo de recepción sobre el descargador de sobretensiones completo como se especifica en el numeral 6.2.

19



8.4.2 Tensión residual al impulso tipo maniobra El ensayo se efectuará sobre los modelos representativos de la producción para cada diseño de los descargadores de sobretensiones, significativamente diferentes, ya sean de 10 kA de servicio pesado o ligero o bien de los de 5 kA de la serie A en los que la tensión nominal sea superior a 100 kV. Los resultados de los ensayos, obtenidos por el fabricante, conforme al numeral 8.4.2.3 deben permitir determinar el valor máximo de la tensión residual al impulsos tipo maniobra o probar que este valor máximo no supera el valor límite especificado. La tensión nominal de las muestras ensayadas debe ser, por lo menos, igual a 3 kV, pero sin superar necesariamente los 6 kV. Estos ensayos se pueden repetir sobre una misma muestra con la condición de que el dispositivo de reparto de las tensiones no se haya deteriorado por el ensayo precedente. La muestra ensayada debe estar a la temperatura ambiente antes de cada medida. 8.4.2.1 Circuito de ensayo. Se debe utilizar un generador de constantes repartidas compuesto de N etapas de inductancias serie Li y de capacitancia paralela C i tales que : La impedancia de onda del generador de tensión nominal de la muestra.

Z G =

Li / C i

esté comprendida entre 0,75 y 1,5

Ω por

kV

i = N

La duración de la onda de corriente

T D =

2

∑ i =

Li C i

sea superior a 2 000 µs.

1

El número de etapas del generador debe ser igual o superior a 10. Se conecta en serie entre el generador y la muestra una inductancia LT cuyo valor esté comprendido entre 3 mH y 3,5 mH por kV de la tensión nominal de la muestra. La tensión de carga del generador E G, referido al valor de cresta de la tensión nominal de la muestra, debe ser igual a la tensión U C de la Tabla 5. 8.4.2.2 Medidas. Se debe medir el valor de cresta máximo de la tensión residual con un divisor de tensión de alta impedancia una vez transcurridos los 100 primeros microsegundos de conducción a través de la muestra anotándose la tensión de carga del generador. Nota. La medida de la corriente es aconsejable pero no obligatoria, para interpretar este ensayo. La relación entre los valores máximos de la tensión residual y de la corriente de descarga, medidos en la muestra es influenciada más por el tipo de circuito y sus componentes que por el diseño de la muestra.

8.4.2.3 Procedimiento de ensayo. La primera etapa es la determinación del valor máximo de cresta de la tensión residual de la muestra, que se mide para diferentes valores crecientes de la tensión de carga del generador a partir del valor de cresta de la tensión nominal de la muestra ensayada y por escalones distantes en más de 0,25 veces este valor, hasta una tensión que no supere necesariamente 2,5 veces este valor. Se deben aplicar dos descargas por cada nivel de tensión, cambiándose la muestra, por lo menos en cada nivel de tensión. Las medidas se efectuarán sobre al menos, seis muestras nuevas a las que se debe aplicar dos descargas a cada una para tres niveles de carga: dos muestras serán ensayadas a una tensión de carga del generador, próxima a la que produzca el mayor valor de la tensión residual 20



del ensayo descrito más arriba, y dos muestras para cada uno de los valores de carga que se diferencien de los precedentes en un ± 25 %. La tensión residual al impulso tipo maniobra, determinada gracias a este ensayo, será el promedio de los tres valores medidos más elevados.

8.5

ENSAYOS DE RESISTENCIA O SOPORTE A LOS IMPULSOS DE CORRIENTE

8.5.1 Generalidades Cada uno de estos ensayos debe efectuarse, conforme a los numerales 7.1 y 8.1, sobre tres muestras nuevas de descargadores de sobretensiones completos, de secciones de descargadores de sobretensiones o (cuando esto sea especificado en el numeral 8.5.3.3), solamente sobre elementos de resistencias variables que no hayan sometido a ningún ensayo anteriormente con excepción de aquellos especificados para las medidas preliminares. La tensión nominal de estas muestras debe ser, por lo menos, igual a 3 kV sin sobrepasar necesariamente los 6 kV. Si el descargador de sobretensiones considerado está equipado de un dispositivo de desconexión, este ensayo se debe efectuar con tal dispositivo en estado de funcionamiento.

8.5.2 Ensayo a los impulsos de corriente de gran amplitud Antes de los ensayos, se determinará para cada muestra, el valor medio de la tensión de cebado a frecuencia industrial en seco, conforme al numeral 8.2. El ensayo comprende la aplicación a cada muestra de dos impulsos de corriente de forma 4/10 cuyos valores de cresta se indican en la Tabla 4. Tabla 4. Ensayo a los impulsos de corriente de gran amplitud Clase de descargador de sobretensiones (corriente nominal de descarga) A 10 000 servicio ligero y pesado 5 000 series A y B 2 500 1 500

Valor de cresta de impulso de corriente de gran amplitud kA 100 65 25 10

Entre la aplicación de los impulsos, se debe dejar enfriar las muestras hasta aproximadamente la temperatura ambiente. En cada impulso debe registrarse, simultáneamente, la tensión y la corriente y los valores de la tensión, correspondientes a una misma muestra no deben presentar diferencias significativas. Las tolerancias admitidas sobre la regulación de los equipos de ensayo deben ser tales que las características de los impulsos de corriente estén comprendidas dentro de los límites siguientes: a)

Valor de cresta comprendido entre 90 % y 100 % del valor especificado

b)

Duración convencional del frente comprendido entre 3,5 µs y 4,5 µs

c)

Duración convencional hasta el valor medio sobre la cola comprendido entre 9 µs y 11 µs 21



d)

El valor de cresta de toda onda de corriente de polaridad opuesta debe ser inferior al 20 % del valor de cresta de la corriente

e)

Se admiten pequeñas oscilaciones de la onda, siempre y cuando su amplitud en las proximidades de la cresta del impulso no exceda del 5 % del valor de cresta. En estas condiciones y con el propósito de la medida debe ser aceptada una curva promedio para la determinación del valor de cresta.

A continuación del segundo impulso de corriente de gran amplitud y una vez enfriada la muestra del descargador de sobretensiones en ensayo, hasta una temperatura próxima a la del ambiente, es recomendable efectuar los ensayos de cebado a frecuencia industrial antes del ensayo de los impulsos de corriente de gran amplitud a fin de comparar estos valores.

8.5.3 Ensayo a los impulsos de corriente de larga duración 8.5.3.1 Generalidades. Antes del ensayo a los impulsos de corriente de larga duración se medirá sobre cada muestra a ensayar el valor medio de la tensión de cebado a frecuencia industrial en seco (salvo si se utilizan solamente resistencias variables, como se especifica en el numeral 8.5.3.3) y la tensión residual a la corriente nominal de descarga, de acuerdo con los numerales 8.2 y 8.4 respectivamente. Todos los ensayos se efectúan con un generador de constantes repartidas según el principio general descrito en el Anexo D. No es necesario que los elementos del circuito del generador tengan valores idénticos en todas las etapas del generador. Si se utiliza un generador de impulsos auxiliar para provocar la descarga del generador de constantes repartidas, la energía almacenada en el primero no debe superar el 0,5 % de la energía almacenada en el segundo. Cada ensayo a los impulsos de corriente de larga duración consiste en la aplicación de 20 descargas repartidas en cuatro series de cinco descargas. Los intervalos entre descargas deben ser de 50 s a 60 s y los intervalos entre las series serán de 25 min a 30 min. Se deben efectuar los registros oscilográficos de la tensión en bornes de la muestra en ensayo y de la corriente que la atraviese en el curso de la primera y de la vigésima descarga de cada ensayo. A continuación del ensayo de impulsos de corriente de larga duración y después del enfriamiento de la muestra en ensayo a una temperatura próxima a la del ambiente, se repiten los ensayos de cebado a frecuencia industrial y la determinación de la tensión residual que haya sido efectuada antes del ensayo de impulsos de corriente de larga duración con el fin de comparar ambos valores. 8.5.3.2 Descargadores de sobretensiones de 10 000 A de servicio pesado. Los descargadores de sobretensiones de esta clase podrán incorporar descargadores limitadores de corriente que no permitan mantener un impulso de corriente rectangular completo. Por esto, las características del generador, tales como el número de etapas, las capacidades e inductancias de los elementos del generador, así como las pérdidas deben responder a ciertas exigencias. La verificación de estas características debe efectuarse por medio de procesos escalonados antes de acometer los ensayos de impulsos de corriente de larga duración sobre las muestras de descargadores de sobretensiones o secciones. El generador se carga a una tensión U d, por lo menos igual al 50 % de la tensión de carga específica Uc, y seguidamente se descarga a través de una resistencia de carga de pequeña inductancia cuyo valor óhmico R sea aproximadamente igual a R 1. Los valores de Uc y de R1 figuran en la Tabla 5 para cinco clases diferentes de descargador de sobretensiones correspondientes a los diferentes niveles de resistencia o soporte a las descargas. 22



Tabla 5. Parámetros para los ensayos de impulso de corriente de larga duración a descargadores de sobretensiones de 10 000 A, servicio pesado Valores de la Duración convencional Clase de descarga de resistencia de carga R Tensión de carga U c, de la cresta 1 larga duración kV (corriente continua) µs Ω 1 3,3 Ur * 2 000 3,0 Ur * 2 1,8 Ur 2 000 2,6 Ur 3 1,2 Ur 2 400 2,6 Ur 4 0,8 Ur 2 800 2,4 Ur 5 0,5 Ur 3 200 2,2 Ur *

Ur = tensión nominal de la muestra ensayada, en kilovoltios

Nota. Las clases 1 a 5 de esta tabla corresponden a las tensiones crecientes y a los niveles crecientes de resistencia o soporte a las descargas. La elección de la clase de descarga apropiada es función de las exigencias de la red y constituye el objeto del Anexo C.

Se considera que las características del generador son las adecuadas si el valor de cresta de la corriente de descarga I d es tal que la relación:

k =

U d 2

x Id x R

esté comprendida entre 0,95 U d y 1,05 U d está expresado en kilovoltios, I d en kiloamperios y R en ohmios. El impulso de corriente debe ser prácticamente rectangular, es decir, debe responder a lo siguiente: a)

La duración convencional de la cresta debe estar comprendida entre 100 % y 120 % del valor especificado en la Tabla 5.

b)

La duración convencional total del impulso no debe sobrepasar el 150 % de la duración convencional de la cresta.

e)

Las oscilaciones o el decrecimiento inicial no deben sobrepasar el 10 % del valor de cresta de corriente. Si existen oscilaciones, se debe determinar el valor de cresta trazando una curva media.

d)

Si la onda de corriente está seguida de un breve impulso de polaridad opuesta, el valor de cresta de este último no debe superar el 10 % del valor de cresta de la onda inicial.

Después de concluido el proceso de calibración precedente, se efectúa el ensayo de impulsos de corriente de larga duración sobre el descargador de sobretensiones muestra, colocándolo en lugar de la resistencia de carga y aumentando la tensión de carga hasta U c, si el valor de k no pasa de 1,0 o hasta kU c si k pasa de 1,0.

23



Notas: 1)

Los límites admisibles para el valor de k comprenden las tolerancias de fabricación de la resistencia de carga y la desviación entre la impedancia real del generador y su valor teórico, es decir R1.

2)

El pequeño incremento previsto a la tensión de carga tiene por objeto hacer coincidir la corriente esperada con el valor prescrito cuando la suma del valor óhmico de la resistencia de carga y de la impedancia del generador sobrepase 2 R1.

3)

El valor óhmico de la resistencia de carga debe ser, aproximadamente igual a la impedancia de onda del generador, con el fin de obtener la onda de corriente especificada, prácticamente rectangular y de asegurarse de que la corriente inversa, si existe, no sobrepasa del límite especificado del 10 % de impulso de la corriente principal.

8.5.3.3 Descargadores de sobretensiones de 10 000 A servicio ligero, 5 000 A y 2 500 A. El ensayo de impulso de corriente de larga duración se efectúa solamente sobre las resistencias variables. No es necesaria ninguna verificación preliminar de regulación del generador. Las resistencias variables de la muestra en ensayo se ponen en paralelo o en serie paralela con otras resistencias (lineales o variables) y sometidas a una cantidad especificada de descargas del generador. Se elegirá la cantidad y la resistencia de las resistencias adicionales así como la tensión de carga de tal forma que la onda de corriente que atraviese la muestra en ensayo tenga la forma prácticamente rectangular definida en el numeral 8.5.3.2 y una duración convencional de la cresta así como un valor de la cresta de corriente, al menos igual a las especificadas en la Tabla 6. Tabla 6. Prescripciones para el ensayo de impulsos de corriente de larga duración sobre descargadores de sobretensiones de 10 000 A servicio ligero, 5 000 A y 2 500 A Clase de descargadores de sobretensiones A 10 000 servicio ligero 5 000 serie A ó B 2 500

8.6

Valor de cresta de la corriente A 150 75 50

Duración convencional de la cresta µs 2 000 1 000 500

ENSAYO DE FUNCIONAMIENTO

En este ensayo se reproducen las condiciones de servicio aplicando simultáneamente al descargador de sobretensiones una cantidad fijada de impulsos de corriente especificados y de una alimentación a frecuencia industrial de frecuencia, tensión e impedancias especificados. El Anexo E describe un circuito de ensayo tipo que puede ser utilizado. El ensayo se debe efectuar conforme a los numerales 7.1 y 8.1, sobre tres muestras nuevas de descargadores de sobretensiones completos o de secciones de descargadores de sobretensiones que no haya sido sometido a ningún ensayo anterior salvo para los que se elijan para comprobaciones posteriores. La tensión nominal de estas muestras debe ser por lo menos igual a 3 kV (salvo si la tensión nominal del descargador de sobretensiones es inferior a este valor) pero sin sobrepasar necesariamente los 12 kV. Si el descargador de sobretensiones considerado incorpora, por construcción, un dispositivo de desconexión, estos ensayos deben efectuarse con este dispositivo en estado de funcionamiento (véase el numeral 8.8).

24



Para los descargadores de sobretensiones de tensión nominal superior a 12 kV, es normalmente necesario, en razón de las limitaciones de las instalaciones de ensayo existentes, el efectuar este ensayo sobre una sección del descargador de sobretensiones. Es importante que la tensión sobre los explosores de la muestra y la corriente subsiguiente que le atraviese representen, lo más fielmente posible, las condiciones del descargador de sobretensiones completo. Para los descargadores de sobretensiones con reparto uniforme de la tensión, la tensión de ensayo a frecuencia industrial a aplicar a la sección de descargador de sobretensiones en ensayo, se obtiene dividiendo la tensión nominal del descargador de sobretensiones completo por el número total n, de secciones semejantes. El reparto de la tensión se puede considerar como uniforme si n veces la tensión de cebado a frecuencia industrial de dicha sección no sobrepasa 1,2 veces la tensión de cebado a frecuencia industrial del descargador de sobretensiones completo. Nota. La experiencia ha demostrado que el reparto de la tensión, debida al paso de la corriente subsiguiente es generalmente más uniforme que en el momento del cebado.

Para los descargadores de sobretensiones de reparto no uniforme de la tensión, la tensión de ensayo a frecuencia industrial debe ser tal que la tensión por explosor en la sección del descargador de sobretensiones ensayado corresponde al valor más grande de la tensión por explosor, en el descargador de sobretensiones completo. Esta tensión debe ser objeto de acuerdo entre fabricante y el comprador. Su elección estará condicionada por la relación entre la tensión de cebado de la sección del descargador de sobretensiones y la del descargador de sobretensiones completo. Con objeto de mantener el valor exacto de la corriente subsiguiente es necesario que la relación entre las resistencias variables de la sección y el valor total de las del descargador de sobretensiones completo sea idéntica a la relación de la tensión de ensayo y la nominal del descargador de sobretensiones completo. Con objeto de cumplir esta relación puede ser necesario elegir una combinación de explosores y elementos de resistencia diferente de la que normalmente se emplea en el descargador de sobretensiones completo. Si los explosores no son todos de la misma construcción puede ser necesario ensayar muchas disposiciones, utilizando para cada diseño la tensión máxima por explosor. Antes del ensayo de funcionamiento, se mide sobre cada muestra, conforme a los numerales 8.2 y 8.4, respectivamente, el valor promedio de la tensión de cebado a frecuencia industrial en seco y la tensión residual a la corriente de descarga nominal. La muestra, y elementos de reparto de la tensión comprendidos debe ser o bien montada en una envolvente del mismo diseño que el de antes de ser utilizado en servicio, o bien montada en un recinto estanco concebido para reproducir la misma capacidad calorífica, y las mismas pérdidas térmicas (en particular en lo que concierne a la transferencia axial del calor) que aquellas que existan en el interior del descargador de sobretensiones real. Deben proporcionarse los detalles del diseño del recinto de ensayo y de los dispositivos de montaje y de conexión así como los resultados de los ensayos eventualmente realizados para demostrar la equivalencia térmica entre las disposiciones de ensayo y las de servicio. El descargador de sobretensiones o la sección de descargador de sobretensiones se conecta a una fuente de energía cuya frecuencia esté comprendida entre 48 Hz y 62 Hz. La impedancia de la fuente debe ser tal que, durante el paso de la corriente subsiguiente, el valor de cresta de la tensión alterna, medida en los bornes del descargador de sobretensiones, no descienda por debajo del valor de cresta de la tensión nominal del descargador de sobretensiones ensayado. Después del corte de la corriente subsiguiente, el valor de cresta de la tensión no debe exceder del valor de cresta de la tensión nominal en más de un 10 %. 25



Nota. Este aumento se autoriza solamente para permitir la utilización de instalaciones de ensayo, de potencia razonable y no debe ser tomado como justificación para exceder a la tensión nominal del descargador de sobretensiones en servicio.

El generador de impulsos se conecta al descargador de sobretensiones a través de un explosor. Se calibrará para producir una corriente de 8/20, con un valor de cresta igual a la corriente nominal de descarga del descargador de sobretensiones. En el primer ensayo, el cebado del generador debe producirse a 60° eléctricos, aproximadamente, antes de que la tensión alterna alcance su valor de cresta. Si la corriente subsiguiente se ceba evidentemente, el ensayo se hará mediante esta regulación. Si la corriente subsiguiente no se ceba claramente con esta regulación, el tiempo de cebado se retarda en pasos de 10° eléctricos hacia la cresta de la tensión hasta que la corriente subsiguiente se cebe consistentemente. El ensayo debe hacerse con esta última regulación. La polaridad del impulso que origina este cebado debe ser la misma que la del semiperíodo de la onda de tensión a frecuencia industrial en la que se produzca el impulso. Se aplicarán veinte impulsos repartidos en cuatro grupos de cinco impulsos. El intervalo entre los impulsos de un mismo grupo debe ser de 50 s a 60 s. El intervalo entre los grupos debe ser de 25 min a 30 min, de forma que se enfríe la muestra hasta una temperatura próxima a la del ambiente, a menos que sean especificados por el fabricante períodos de enfriamiento más largos. La tensión nominal se debe mantener sobre la muestra en ensayo, durante al menos, un período de la tensión a frecuencia industrial antes de la aplicación de cada impulso de corriente y durante 10 s después de este último. Estas duraciones se pueden aumentar para permitir disponer de un tiempo suficiente para la estabilización de la tensión, para medir la dispersión de los tiempos de conmutación, etc. En el caso de descargador de sobretensiones presentados por el fabricante como capaces de soportar la tensión nominal, mientras dura el ensayo de funcionamiento, la muestra ensayada debe permanecer sometida a la tensión nominal entre los impulsos, entre los grupos de impulsos y, durante, al menos, 10 s, después de la última descarga del último grupo de impulsos. En el caso de explosores de alta tensión de arco (limitadores de corriente), la regulación antes descrita no representa necesariamente las condiciones más severas. En este caso se debe modificar de forma apropiada el momento del cebado para obtener el valor más elevado de la corriente subsiguiente. Las tolerancias admitidas sobre la regulación del equipo de ensayo debe ser tal que los valores medidos de las características del impulso de corriente estén comprendidos entre los límites siguientes: a)

Valor de cresta comprendido entre el 90 % y 110 % del valor especificado

b)

Duración convencional del frente comprendido entre 7 µs y 9 µs

c)

Duración convencional hasta el valor medio sobre la cola comprendido entre 18 µs y 22 µs.

La corriente subsiguiente debe establecerse a cada aplicación de un impulso y la muestra en ensayo debe interrumpir la corriente subsiguiente siempre. Se deben efectuar registros permanentes de la tensión a frecuencia industrial y de la corriente subsiguiente correspondiente a cada descarga de cada grupo. Estos oscilogramas deben indicar la tensión en los bornes de la muestra ensayada y la corriente que la atraviesa durante el período que comprende un ciclo completo de la tensión a frecuencia industrial antes de la aplicación del impulso y hasta 10 ciclos 26



completos después de la interrupción final de la corriente subsiguiente. Esta interrupción final de la corriente subsiguiente debe producirse, a más tardar, al final del semiperíodo siguiente a aquél durante el que se aplica el impulso. No se debe de producir ningún cebado de la muestra ensayada en el semiperíodo siguiente a la interrupción final. El valor de cresta y la forma del impulso de la onda de corriente se puede determinar, bien durante el ensayo de funcionamiento, o bien durante un ensayo preliminar, sin necesidad de aplicar la tensión a frecuencia industrial al descargador de sobretensiones; no se deben aplicar más de tres impulsos a la muestra en el curso de esta calibración o ajuste. A continuación del ensayo de funcionamiento, y después de enfriada la muestra en ensayo hasta una temperatura próxima a la del ambiente, se vuelven a efectuar las medidas de la tensión de cebado a frecuencia industrial y de la tensión residual que hayan sido realizadas antes del ensayo de funcionamiento con el fin de comparar ambos valores.

8.7

ENSAYOS DE CORTOCIRCUITO

8.7.1 Generalidades Cuando el fabricante declara que el descargador de sobretensiones es resistente al cortocircuito, éste debe ensayarse de acuerdo con el presente numeral. Se realiza el ensayo para demostrar que no existe probabilidad de que una falla en el descargador de sobretensiones cause un problema de explosión. Se ensaya cada tipo de descargador de sobretensiones en tres diferentes valores de corrientes de cortocircuito; la corriente de cortocircuito nominal y dos corrientes de cortocircuito reducidas. Se emplea otro ensayo para verificar la capacidad del dispositivo limitador de presión o de la resistencia del descargador de sobretensiones para una corriente de falla de baja magnitud. Si el descargador de sobretensiones se encuentra equipado con alguna otra disposición, como un substituto para un dispositivo convencional limitador de presión, se debe incluir dicha disposición en el ensayo. La frecuencia de corriente del ensayo de cortocircuito no debe ser inferior a 48 Hz ni superior a 62 Hz. Además, se pueden realizar algunos ciclos de recierre después de llegar a un acuerdo entre el fabricante y el comprador. Para este ensayo especial, se deben acordar los criterios de procedimiento y aceptación entre el fabricante y el comprador.

8.7.2 Preparación de las muestras de ensayo Para los ensayos de corriente alta, la muestra de ensayo debe ser el elemento de mayor longitud, con la más alta tensión nominal de cada diseño diferente de descargador de sobretensiones. Para el ensayo de corriente baja, la muestra de ensayo puede ser una unidad de descargador de sobretensiones de cualquier longitud de cada diseño diferente. La muestra de ensayo debe ser de la tensión nominal más alta empleada para la longitud ensayada. Las muestras deben prepararse con un alambre fusible que conduzca la corriente de cortocircuito requerida. El alambre fusible externo debe colocarse a lo largo de la superficie de la parte activa (resistencia variable y explosores) en el interior del alojamiento del descargador de sobretensiones, de modo que toda la parte activa sea cortocircuitada. Si el espacio entre la parte activa y el alojamiento del descargador de sobretensiones está relleno con una combinación de material sólido y un canal de gas o líquido, se debe ubicar el alambre fusible tan lejos como sea posible de este canal de gas o líquido. La Figura 2 muestra algunos ejemplos de dichos casos. Debe indicarse la ubicación real del alambre fusible. 27



Se debe seleccionar el material y calibre del alambre fusible de modo que el alambre se derrita dentro de los primeros 30 grados eléctricos después del inicio del paso de la corriente de ensayo. De acuerdo con la Tabla 9, se requiere un total de cuatro muestras de ensayo para el ensayo de la corriente de cortocircuito nominal, una para el ensayo de corriente alta, una para cada uno de los dos ensayos de corriente de cortocircuito reducida y una para el ensayo de corriente baja.

Alojamiento

Alojamiento Alambre para fusible

Alambre para fusible

Material de relleno Gas o líquido

Parte activa

Parte activa Gas o líquido Alojamiento Alambre para fusible

Material de relleno

Parte activa Gas o líquido

Alojamiento

Alojamiento Alambre para fusible

Gas o líquido

Alambre para fusible

Material de relleno

Material de relleno Parte activa Gas o líquido

Figura 2. Posición del alambre para fusible en diferentes casos

28

Parte activa



Tabla 9. Corrientes requeridas para ensayos de cortocircuito Clase de descargador de sobretensiones = corriente de descarga nominal A

Corriente de cortocircuito nominal A

20 000 o 10 000 20 000 o 10 000 20 000 o 10 000 20 000 o 10 000 20 000 o 10 000 20 000, 10 000 o 5 000 10 000 o 5 000 10 000, 5 000, 2 500 o 1 500 10 000, 5 000, 2 500 o 1 500

80 000 63 000 50 000 40 000 31 500 20 000 16 000 10 000 5 000

*

Corrientes de cortocircuito reducidas A 50 000 25 000 25 000 25 000 12 000 12 000 6 000 6 000 3 000

25 000 12 000 12 000 12 000 6 000 6 000 3 000 3 000 1 500

Corriente de cortocircuito baja con una duración de 1 s* A 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200 600 ± 200

Para descargadores de sobretensiones que se vayan a instalar en red resonante con neutro aterrizado o no aterrizado, se puede permitir el incremento de la duración del ensayo a más de 1 s., hasta 30 min., previo acuerdo entre el fabricante y el comprador. Entonces se puede reducir la corriente de cortocircuito baja a 50 A + 20 A. Para este ensayo específico, se deben acordar los criterios de muestra y aceptación entre el fabricante y el comprador.

Notas: 1)

Si un tipo existente de descargador de sobretensiones, ya calificado para una de las corrientes nominales de la Tabla 9, se está calificando para un valor de corriente nominal superior a los disponibles en esta tabla, se debe ensayar solo en el nuevo valor nominal. Cualquier extrapolación puede extenderse solo hasta un máximo de 2 niveles por encima de la corriente de cortocircuito nominal.

2)

Si se va a calificar un nuevo tipo de descargador de sobretensiones para un valor de corriente nominal superior a los disponibles en esta tabla, se debe ensayar a la corriente nominal propuesta, al 50 % y al 25 % de esta corriente nominal.

3)

Si se califica un descargador de sobretensiones existente para una de las corrientes de cortocircuito nominales de esta tabla, se considera que ha aprobado el ensayo para cualquier valor de corriente nominal inferior a esta.

8.7.3 Montaje de la muestra de ensayo Deben montarse las muestras de ensayo con el fin de simular fácilmente las condiciones de instalación. En las Figuras 3a y 3b se muestra una disposición de montaje para descargadores de sobretensiones montados sobre una base. La distancia de tierra a la plataforma de aislamiento y los conductores debe ser como se en indica dichas figuras. Para descargadores de sobretensiones destinados a otro tipo de montaje (por ejemplo, descargadores de sobretensiones montados en poste), la muestra de ensayo debe montarse sobre un poste no metálico empleando piezas de montaje y accesorios comúnmente usados para instalación. Para los propósitos de este ensayo, se debe considerar la abrazadera y los accesorios de montaje como parte de la base del descargador de sobretensiones. En casos donde lo anterior difiera de las instrucciones del fabricante, se debe montar el descargador de sobretensiones de acuerdo con las recomendaciones de instalación de este último. El conductor completo entre la base y el sensor de corriente debe aislarse para al menos 1 000 V. El extremo superior de la muestra de ensayo debe acondicionarse con el ensamble de base del mismo diseño que el de todo el descargador de sobretensiones o con la cubierta superior.

29



Para descargadores de sobretensiones montados sobre base, se debe montar la parte inferior de la muestra sobre un soporte aislante que tenga la misma altura que el conjunto de apoyo circular. El soporte aislante y la envolvente deben colocarse sobre una plataforma aislante como se muestra en las Figuras 3a y 3b. Para descargadores de sobretensiones destinados a otro tipo de montaje, se aplican los mismos requisitos en la parte inferior de ellos. La distancia entre la tapa superior y cualquier otro objeto metálico (puesto a tierra o no), excepto la base del descargador de sobretensiones, debe ser mínimo 1,6 veces la altura del descargador de sobretensiones de muestra, pero no inferior a 0,9 m debe elaborarse de material no metálico y colocarse simétricamente con respecto conjunto de apoyo de la muestra de ensayo. La altura debe ser de 40 cm ± 10 cm. y su diámetro (o lado, en caso de un conjunto de apoyo cuadrada) debe ser igual al diámetro de la muestra de ensayo más dos veces la altura de la muestra de ensayo sin que sea inferior a 1,8 m. No se debe permitir la apertura o el desplazamiento de la envolvente durante el ensayo. Por razones prácticas, se puede utilizar opcionalmente una envolvente cuadrada hecha de madera, por ejemplo, en la cual el lado sea igual al diámetro de la envolvente circular. Las muestras de ensayo deben montarse en forma vertical, a menos que se haya acordado de otra manera entre el fabricante y el comprador. Nota. El montaje del descargador de sobretensiones durante el ensayo de cortocircuito y, más precisamente, la disposición de los conductores debe representar la condición más desfavorable en el servicio. La disposición que se muestra en la Figura 3a representa la disposición más desfavorable que se puede emplear durante la fase inicial del ensayo antes de que ocurra el alivio de presión (en especial en el caso del descargador de sobretensiones equipado con un dispositivo limitador de presión). No obstante, durante el tiempo de arco, esta disposición obliga al arco a separarse del descargador de sobretensiones, reduciendo así el riesgo de que el descargador de sobretensiones se incendie. Para descargador de sobretensiones sin dispositivo limitador de presión, se propone como alternativa que la dirección de los conductos de alivio (si existen) sea en la forma indicada en la Figura 3a, pero se orienta el conductor a tierra hacia la derecha, de la manera descrita en la Figura3b. De este modo, el arco permanecerá cerca del descargador de sobretensiones durante todo el tiempo que dure la corriente de cortocircuito, reproduciendo así las condiciones más desfavorables respecto al riesgo de incendio.

30


0,50 m - 2 m


Cable flexible vertical Descargador de sobretensiones

Sistema de ventilación si existe

H Soporte aislante

Conjunto de apoyo

0,4 m ± 0,1 m

0m-2m

Plataforma aislante

Figura 3a. Disposición del circuito para descargadores de sobretensiones con un dispositivo limitador de presión

0,50 m - 2 m

Cable flexible vertical Descargador de sobretensiones

H Soporte aislante Conjunto de apoyo

0,4 m ± 0,1 m

0m-2m

Plataforma aislante

Figura 3b. Disposición del circuito para descargadores de sobretensiones sin dispositivo limitador de presión Figura 3. Ensayos de cortocircuito

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8.7.4 Evaluación de resultados de ensayo Se permite el defecto estructural de la muestra en tanto no exista fragmentación severa; excepto en la forma permitida a continuación, no debe caer ningún fragmento de la muestra de ensayo por fuera del conjunto de apoyo. •

•

Se acepta la caída de los siguientes tipos de fragmentos por fuera del conjunto de apoyo: -

fragmentos, de menos de 10 g cada uno, de material cerámico tales como porcelana o resistencias no lineales.

-

tales como conductos, cubiertas y diafragmas del limitador de presión pedazos delgados y livianos de metal o plástico.

Durante el ensayo, el descargador de sobretensiones debe tener la capacidad de auto extinguir llamas que se produzcan dentro en un período de 2 min posteriores a la finalización del ensayo. Cualquier parte eyectada (dentro o fuera del conjunto de apoyo) también debe autoextinguirse o menos con base a un acuerdo entre el comprador y el fabricante.

Para descargadores de sobretensiones que se vayan a emplear en aplicaciones donde se requiera integridad y resistencia mecánica después de una falla, se pueden establecer diferentes procedimientos de ensayo y evaluaciones entre el fabricante y el comprador (como ejemplo, se puede requerir que luego de los ensayos el descargador de sobretensiones se halle aún en capacidad de ser levantado y removido por su extremo superior). Notas: 1)

La posición de la muestra como se indica en la Figura 3a, con los conductos de alivio hacia el lado de la fuente de alimentación, puede hacer que el arco externo, que se creó durante la operación de alivio, se forme y sea barrido en cercana proximidad a la envolvente del descargador de sobretensiones. Como consecuencia, el efecto de choque térmico puede causar fisuras y fragmentación excesivas de las aletas, en otras orientaciones posibles de los conductos de ventilación.

2)

Si la presión no ha sido manifiestamente aliviada al finalizar el ensayo, se debe tener precaución puesto que la envolvente puede estar presurizada después del ensayo. Esta nota es aplicable a todos los niveles de corriente, pero resulta de especial importancia para los ensayos de baja corriente de cortocircuito.

8.7.5 Ensayos de cortocircuito de corriente alta Se debe ensayar una muestra a un valor de corriente de cortocircuito nominal seleccionada de la Tabla 9. Se deben ensayar una segunda y tercera muestras, respectivamente a corrientes de cortocircuito reducida inferior y superior correspondientes a la corriente nominal seleccionada. Se deben preparar todas las tres muestras de acuerdo con el numeral 8.7.2 y se deben montar de acuerdo con el numeral 8.7.3. Se deben realizar los ensayos con un circuito de ensayo monofásico, a una tensión de ensayo en vacío del 107 % al 77 % de la tensión nominal del descargador de sobretensiones de muestra, tal como se establece en el numeral 8.7.5.1. No obstante, se espera que los ensayos en descargadores de sobretensiones de alta tensión tengan que realizarse en una estación de ensayo que probablemente no cuente con la suficiente capacidad de potencia de cortocircuito para la realización de estos ensayos al 77 % ó más de la tensión nominal de la muestra. 32



Consecuentemente, en el numeral 8.7.5.2 se ofrece un procedimiento alterno para realizar los ensayos de cortocircuito de corriente alta a una tensión reducida. La duración total medida de la corriente de ensayo que fluye a través del circuito, tal como la detectó el sensor de corriente cuya instalación se describe en el numeral 8.7.1 debe ser igual o superior a 0,2 s. Nota. La experiencia ha demostrado que los ensayos a la corriente nominal no necesariamente garantizan un comportamiento aceptable a corrientes inferiores.

8.7.5.1 Ensayos de corriente alta a tensión plena (107 % a 77 % de la tensión nominal). El valor de la corriente esperada debe medirse primero realizando un ensayo con el descargador de sobretensiones cortocircuitado o reemplazándolo por una conexión rígida de impedancia despreciable. La duración de dicho ensayo puede limitarse al tiempo mínimo requerido para medir el valor pico y la componente simétrica de la onda de corriente esperada. Para el ensayo la corriente de cortocircuito nominal, el valor de pico del primer semiciclo de corriente esperada debe ser al menos de 2,5 veces el valor eficaz a su componente simétrica. El valor eficaz de la componente simétrica debe ser igual o superior a la corriente de cortocircuito nominal. El valor eficaz real de la corriente esperada debe tomarse como la corriente de ensayo para el descargador de sobretensiones. Para las corrientes de cortocircuito reducidas el valor eficaz. debe ser ±10 % de los niveles de corriente requeridos de acuerdo con la Tabla 9. No existe requisito de asimetría para el primer pico. Cuando el descargador de sobretensiones no está conectado, la proporción X/R de la impedancia del circuito de ensayo, debe ser preferiblemente de al menos 15. En los casos donde la proporción X/R de la impedancia del circuito de ensayo es inferior a 15, se puede incrementar la tensión del ensayo, o reducir la impedancia, de manera que: -

para la corriente de cortocircuito nominal, el valor pico del primer semiciclo de la corriente esperada sea igual o superior a 2,5 veces el nivel de corriente de ensayo requerido;

-

para los ensayos en el ámbito de corriente reducido, se deben cumplir las anteriores tolerancias.

El valor pico real de la corriente esperada, dividido por 2,5, debe tomarse como la corriente de ensayo, inclusive si el valor eficaz del componente simétrico superior. En razón de una corriente esperada superior, el descargador de sobretensiones de muestra puede ser sometido a exigencias más severas y, por consiguiente, los ensayos a proporción X/R inferior a 15 sólo podrán realizarse con el consentimiento del fabricante. La conexión rígida debe retirarse a continuación y el descargador de sobretensiones de muestra debe ser ensayado conservando los mismos parámetros. Nota. La resistencia del arco en el interior del descargador de sobretensiones puede reducir el valor eficaz de la componente simétrica así como la asimetría de la corriente medida. Lo anterior no invalida el ensayo, ya que se realiza el ensayo con mínimo una tensión de servicio normal y el efecto sobre la corriente de ensayo es el mismo que se podría experimentar durante una falla en el servicio.

33



8.7.5.2 Ensayo de corriente alta a menos del 77 % de la tensión nominal. Cuando se realizan los ensayos con una tensión de circuito de ensayo inferior al 77 % de la tensión nominal de las muestras de ensayo, se deben ajustar los parámetros del circuito de ensayo de modo que el valor eficaz de la componente simétrica de la corriente real de ensayo del descargador de sobretensiones sea igual o exceda el nivel de corriente de ensayo requerido en el numeral 8.7.5. Para la corriente de cortocircuito nominal, el valor pico de la corriente real de ensayo del descargador de sobretensiones en el primer semiciclo debe ser mínimo de 2,5 veces el nivel de corriente nominal requerida. Para las corrientes de cortocircuito reducidas el valor eficaz debe ser de ± 10 % de los niveles de corriente de acuerdo con la Tabla 9. No existe requisito de asimetría en el primer pico. La proporción X/R de la impedancia del circuito de ensayo, sin conectar el descargador de sobretensiones, preferiblemente debe ser mínimo de 15. En los casos donde la proporción X/R de la impedancia del circuito de ensayo es inferior a 15, se puede incrementar la tensión del ensayo, o reducir la impedancia, de forma que, para la corriente de cortocircuito nominal, el valor pico del primer semiciclo de la corriente esperada sea igual o superior a 2,5 veces el nivel de corriente nominal requerida. Nota. Si el circuito que produce la corriente asimétrica requerida origina un valor de la componente simétrica superior al requerido, se puede reducir la corriente hasta el valor simétrico requerido, en no menos de 2,5 ciclos después de la iniciación.

8.7.6 Ensayo de cortocircuito de corriente baja El ensayo debe realizarse con cualquier circuito de ensayo que produzca una corriente a través del descargador de sobretensiones de muestra de ensayo de 600 A ± 200 A de valor eficaz, medida en aproximadamente 0,1 s luego del inicio del paso de corriente. La corriente debe circular durante 1 s. En el caso del descargador de sobretensiones equipado con un dispositivo limitador de presión, se debe considerar que el diseño no cumple este ensayo si no ocurre alivio de presión durante el mismo. Refiérase a la nota 2 del numeral 8.7.4 con respecto al manejo del descargador de sobretensiones que no alivie la presión.

8.8

ENSAYOS DE LOS DISPOSITIVOS DE DESCONEXIÓN DEL DESCARGADOR DE SOBRETENSIONES

8.8.1 Generalidades Estos ensayos se deben efectuar sobre los descargadores de sobretensiones provistos de los dispositivos de desconexión o sobre los dispositivos de desconexión separados si la disposición de éstos es tal que no sean afectados por el calentamiento de otros elementos adyacentes del descargador de sobretensiones en la posición normal de instalación. La muestra ensayada debe instalarse conforme a las recomendaciones escritas por el fabricante, utilizando para la pieza de conexión la sección y el rigidez máximos y la longitud más corta que hayan sido recomendados. En ausencia de recomendaciones escritas, se tomará como conductor conexión de cobre duro desnudo trefilado, de alrededor de 5 mm de diámetro y 30 cm de longitud, dispuesta de forma que permita la libertad de movimiento del dispositivo de desconexión durante su funcionamiento.

34



8.8.2 Ensayos de resistencia o soporte a la corriente de impulso y durante el funcionamiento Como se indica en los numerales 8.5 y 8.6, estos ensayos se efectúan al mismo tiempo que los ensayos del descargador de sobretensiones cuando el dispositivo de desconexión constituya una parte integral del descargador de sobretensiones. Cuando los dispositivos de desconexión estén previstos para fijarse sobre un descargador de sobretensiones o como accesorios intercalados entre éste y el conductor de línea o en el de tierra, estos ensayos se pueden efectuar separadamente o con los ensayos de nuestras de descargador de sobretensiones. Se utilizarán tres muestras nuevas para cada uno de los diferentes ensayos. El dispositivo de desconexión debe soportar sin funcionar, cada uno de los ensayos siguientes: 8.8.2.1 Ensayos de impulso de corriente de gran amplitud. Este ensayo se efectúa conforme a los numerales 8.5.1 y 8.5.2 con un valor de cresta de corriente correspondiente a la clase más elevada de los descargadores de sobretensiones a los que se les pueda asociar el dispositivo de desconexión. 8.8.2.2 Ensayo de impulso de corriente de larga duración. Este ensayo se efectúa de acuerdo con los numerales 8.5.1, 8.5.3.1 y 8.5.3.3, con un valor de cresta de corriente y una duración correspondientes a la clase más elevada (véase la Tabla 6) de los descargadores de sobretensiones a los que se les pueda acoplar el dispositivo de desconexión. 8.8.2.3 Ensayo de funcionamiento. Este ensayo se efectúa conforme al numeral 8.6, colocando a la muestra el dispositivo de desconexión en serie con la sección de la muestra del descargador de sobretensiones en ensayo que posea la corriente subsiguiente más elevada de todos aquellos a los que se les pueda acoplar este dispositivo.

8.8.3 Funcionamiento del dispositivo de desconexión 8.8.3.1 Determinación de la curva tiempo/corriente. Se determinan tres puntos de esta curva haciendo pasar en el dispositivo de desconexión, con o sin descargador de sobretensiones (véase el numeral 8.8.1), tres valores diferentes de una corriente simétrica de valor eficaz 20 A, 200 A y 800 A (± 10 %). Cuando los ensayos se efectúen sobre dispositivos de desconexión que puedan estar afectados por calentamientos internos de los descargadores de sobretensiones asociados, las resistencias variables y los explosores serie deben estar cortocircuitados por un hilo de cobre desnudo de 0,08 mm a 0,13 mm de diámetro con objeto de provocar el cebado interno. Cuando los ensayos se efectúen a dispositivos de desconexión que no estén afectados por el funcionamiento del descargador de sobretensiones asociado, y si el dispositivo de desconexión está colocado en el descargador de sobretensiones, las resistencias variables y los explosores de este último deben ser cortocircuitados o reemplazados por un conductor de sección suficiente para evitar su fusión durante el ensayo. La tensión de ensayo puede tener cualquier valor conveniente que permita asegurar el paso de la plena corriente en el arco, que flamee los elementos del descargador de sobretensiones y que permita cebar y mantener el arco en todos los explosores de los cuales dependa el funcionamiento del desconectador. La tensión de ensayo puede no sobrepasar el valor de la tensión nominal más pequeña de los descargadores de sobretensiones a los que se les puede acoplar el dispositivo de desconexión.

35



Se ajustan primero las características del circuito de ensayo, cortocircuitando la muestra en ensayo con un conductor de impedancia despreciable, con el fin de obtener el valor prescrito de la corriente. La temporización del interruptor de cierre debe asegurar el cierre del circuito, dentro del límite de algunos grados eléctricos, en las proximidades de la cresta de la tensión, de forma que se origine una corriente sensiblemente simétrica. Se puede ajustar la duración del paso de la corriente a través de la muestra en ensayo con la ayuda de un interruptor de apertura. Este interruptor se puede suprimir si no se necesita fijar con precisión la duración de la corriente. Después del ajuste de las características del circuito de ensayo, se retira el conductor que cortocircuita la muestra en ensayo. La corriente se debe mantener en el nivel previsto hasta el funcionamiento del dispositivo de desconexión. El ensayo se debe efectuar sobre, al menos, cinco muestras nuevas para cada tres valores de la corriente. Para todas las muestras ensayadas, se traza la curva del valor eficaz de la corriente que atraviesa el aparato en función de la duración de ésta hasta que comience a moverse el dispositivo de desconexión. La característica tiempo/corriente del dispositivo de desconexión es una curva aplanada que pasa por los puntos correspondientes a las duraciones máximas. Como variante, para los dispositivos de desconexión que actúen con mucho retardo, se puede trazar la característica tiempo/corriente haciendo pasar la corriente por las muestras en ensayo con una determinada duración. Se determina entonces, para cada uno de los tres niveles de corriente, la duración mínima que provoque sistemáticamente el funcionamiento satisfactorio del dispositivo de desconexión. Los valores a considerar para el trazado de la característica tiempo/corriente deben corresponder a cinco actuaciones satisfactorias del dispositivo de desconexión en el curso de cinco ensayos. Si en el curso de estos cinco ensayos el funcionamiento en uno de ellos no fuese satisfactorio, se repetirán hasta obtener cinco funcionamientos satisfactorios mediante cinco ensayos complementarios, efectuados con el mismo nivel de corriente y con la misma duración. 8.8.3.2 Evaluación de las características de funcionamiento de los dispositivos de desconexión El dispositivo debe asegurar inequívocamente una separación efectiva y permanente. Si existiera alguna duda al respecto, se aplicará, durante 1 min, una tensión a frecuencia industrial igual a 1,2 veces el valor más elevado de las tensiones nominales de los descargadores de sobretensiones a los que pueda estar asociado el dispositivo de desconexión. La corriente en este caso no debe entonces sobrepasar a 1 mA (valor eficaz).

36

NORMA T CNICA COLOMBIANA


Tabla 8. Tensiones máximas de cebado al impulso (véase el numeral 8.3) y residual (véase el numeral 8.4) Valores de referencia a la tensión nominal Ur Tensión nominal del descargador de sobretensiones Ur

Tensión máxima de cebado a los impulsos tipo rayo normalizados

Impulso tipo rayo para ensayo sobre el frente de onda Valor nominal de la pendiente del frente de onda kV/ms

kV, valor eficaz

0,15 < Ur ≤ 0,3

kV, valor de cresta Descargadores Descargadores de de sobretensiones sobretensiones 10 000 A 2 500 A, 5 000 A servicio y 10 000 A pesado servicio ligero 8,0 Ur

Tensión máxima de cebado

kV, valor de cresta

10

Tensión máxima de cebado a los impulsos de tipo maniobra

Tensión residual máxima para la corriente nominal de descarga

kV, valor de cresta

Descargadores Descargadores Descargadores de de de sobretensiones sobretensiones sobretensiones 10 000 A 10 000 A 2 500 A, 5 000 A servicio servicio y 10 000 A pesado pesado servicio ligero 12,0 Ur -

kV, valor de cresta Descargadores Descargadores de sobretensiones de 2 500 A, 5 000 A y 10 000 A servicio ligero sobretensiones 10 000 A servicio pesado 8,0 Ur

0,3 < U r ≤ 0,6

-

6.0 Ur

10

-

7,5 Ur

-

-

6,0 Ur

0,6 < U r ≤ 1,2

-

5,0 Ur

10

-

6,0 Ur

-

-

5,0 Ur

1,2 < Ur ≤ 10

-

3,6 Ur

8,3 Ur

-

4,15 Ur

-

-

3,60 Ur

10 < Ur ≤ 120

2,80 Ur

3,33 Ur

7,0 Ur

3,20 Ur

3,85 Ur

-

2,80 Ur

3,33 Ur

120 < Ur ≤ 200

2,60 Ur

3,00 Ur

6,0 Ur

3,00 Ur

3,45 Ur

-

2,60 Ur

3,0 Ur

200 < Ur ≤ 300

2,60 Ur

-

1 300

3,00 Ur

-

2,75 Ur

2,60 Ur

-

300 < Ur ≤ 420

2,50 Ur

1 500

2,90 Ur

2,45 Ur

2,50 Ur

Superior a 420

2,50 Ur

2 000

2,90 Ur

2,45 Ur

2,50 Ur

37



Anexo A (Normativo) Condiciones de servicio anormales Las condiciones de servicio anormales siguientes constituyen casos característicos que pueden exigir un estudio especial para la fabricación o utilización de los descargadores de sobretensiones y deben ser indicados al fabricante: 1.

Temperatura superior a + 40 °C o inferior a -40 °C.

2.

Utilización en altitudes superiores a 1 000 m

3.

Los gases o vapores que puedan causar el deterioro de las superficies aislantes o de los soportes metálicos.

4.

Una contaminación excesiva por humos, suciedad, unidad u otros materiales conductores.

5.

Exposición excesiva a las nieblas, humedad, gotas de agua o al vapor de agua.

6.

Mezclas explosivas de polvos, gases o vapores.

7.

Vibración anormal o impactos mecánicos.

8.

Transporte almacenaje inusual.



Anexo A (Normativo) Condiciones de servicio anormales Las condiciones de servicio anormales siguientes constituyen casos característicos que pueden exigir un estudio especial para la fabricación o utilización de los descargadores de sobretensiones y deben ser indicados al fabricante: 1.

Temperatura superior a + 40 °C o inferior a -40 °C.

2.

Utilización en altitudes superiores a 1 000 m

3.

Los gases o vapores que puedan causar el deterioro de las superficies aislantes o de los soportes metálicos.

4.

Una contaminación excesiva por humos, suciedad, unidad u otros materiales conductores.

5.

Exposición excesiva a las nieblas, humedad, gotas de agua o al vapor de agua.

6.

Mezclas explosivas de polvos, gases o vapores.

7.

Vibración anormal o impactos mecánicos.

8.

Transporte o almacenaje inusual.

9.

Lavado del descargador de sobretensiones bajo tensión.

10.

Frecuencia nominal de la red inferior a 48 Hz o superior 62 Hz.

38


NTC 2166 (Primera actualización) Anexo B (Informativo)

Especificaciones suministradas en las peticiones de ofertas y en las ofertas B.1

ESPECIFICACIONES SUMINISTRADAS EN LAS PETICIONES DE OFERTAS

B.1.1 Características de la red -

Tensión más elevada de la red.

-

Frecuencia.

-

Tensión máxima respecto a tierra en caso de falla de la red (factor de defecto a tierra o sistema de puesta a tierra del neutro).

-

Duración máxima de las fallas a tierra.

-

Valor y duración máxima de las sobretensiones temporales (falla a tierra, pérdida de carga, ferrorresonancia).

-

Nivel de aislamiento del material a proteger.

-

Corriente de cortocircuito de la red en el sitio del descargador de sobretensiones.

B.1.2 Condiciones de servicio a)

Condiciones normales (véase el numeral 4.4).

b)

Condiciones anormales: -

Condiciones ambientales (véase el numeral 4.4.2 y Anexo A).

-

Nivel de contaminación natural (véase la NTC 3389 (IEC 71-2)).

-

Posibilidad de funcionamiento de alternadores en sobrevelocidad (características de tensión en función del tiempo).

-

Frecuencia nominal de la red no comprendida entre 48 Hz y 62 Hz.

-

Rechazo de carga y falla a tierra simultáneos.

-

Aislamiento, debido a una falla del neutro, en una parte de la red, en la cual el neutro esté normalmente puesto a tierra.

-

Compensación defectuosa de la corriente de falla a tierra.

39



B.1.3 Utilización del descargador de sobretensiones a)

b)

c)

Conexión a la red: -

Fase-tierra.

-

Neutro-tierra.

-

Fase-fase

Tipos de equipos a proteger: -

Transformadores (unidos a la línea directamente o por medio de cables).

-

Máquinas rotativas (conectados a la línea directamente o por medio de transformadores).

-

Bobinas de inducción.

-

Bobinas de inducción AF.

-

Otros equipos de subestaciones.

-

Subestaciones con aislamiento gaseoso (GIS).

-

Bancos de condensadores.

-

Cables (tipo y longitud), etc.

Longitud máxima del conductor de alta tensión entre el descargador de sobretensiones y el equipo a proteger (distancia de protección).

B.1.4 Características del descargador de sobretensiones -

Tensión nominal

-

Tensión de cebado a frecuencia industrial (valor mínimo).

-

Tensión de cebado al impulso tipo rayo (valor máximo).

-

Tensión de cebado sobre el frente de onda (valor máximo).

-

Tensión de cebado al impulsos tipo maniobra (valores máximo y mínimo).

-

Corriente nominal de descarga del rayo y tensión residual.

-

Para los descargadores de sobretensiones de 5 000 A: Series A o B.

-

Para los descargadores de sobretensiones de 10 000 A: Servicio pesado o ligero.

40



-

Para los descargadores de sobretensiones de servicio pesado: clase de la descarga de larga duración.

-

Clase de limitador de presión (corriente de cortocircuito máxima admisible).

-

Longitud y forma de la distancia de fuga del encerramiento del descargador de sobretensiones, elegida a partir de la experiencia de funcionamiento del descargador de sobretensiones y/o de otros tipos de equipos en la zona de utilización.

B.1.5 Equipos e instalaciones complementarias -

Descargador de sobretensiones bajo encerramiento metálico.

-

Tipo de montaje: sobre zócalo, consola, suspendido (indicar en qué posición), etc. Indicar si es necesaria una base aislante para conectar los contadores de descargas. Para los descargadores de sobretensiones montados en consola, indicar si ésta debe estar puesta a tierra o no.

-

Orientación del montaje si no es vertical.

-

Eventualmente, desconectador del conductor de puesta a tierra

-

Sección transversal de las conexiones.

B.1.6 Condiciones anormales particulares -

B.2

Por ejemplo si el funcionamiento es muy frecuente.

REFERENCIAS INDICADAS EN LAS OFERTAS

Todos los puntos mencionados en los numerales B.1.4 y B.1.5, más los siguientes: -

Distancias de aislamiento

-

Especificaciones de montaje

-

Función del limitador de presión

-

Tipo de bornes del descargador de sobretensiones y sección de los conductores a los que se pueden conectar

-

Longitud máxima admisible del conductor conectado entre el descargador de sobretensiones y el contador de descargas, y entre éste y la puesta a tierra.

-

Dimensiones y peso

-

Resistencia a la flexión

-

Tensión residual a los impulsos tipo maniobra 41


NTC 2166 (Primera actualización) Anexo C (Informativo)

Selección de la clase de descarga de larga duración de los descargadores de sobretensiones de servicio pesado Normalmente se utilizan descargadores de sobretensiones de servicio pesado cuando se requiere una determinada capacidad de descarga de línea. Nota. Ya ha sido publicada una guía de aplicación de descargador de sobretensiones correspondiente a la NTC 4591 (IEC 99-5)

Las prescripciones del ensayo que figuran en la Tabla 5 del numeral 8.5.3.2 están determinadas por las necesidades impuestas en la descarga de las líneas de transporte con las características indicadas a continuación (Tabla C.1) que se considera que contemplan la mayoría de las aplicaciones: Tabla C.1 Características de las líneas de transporte

Clase de descarga de larga duración

Gama aproximada de tensiones de redes kV

Longitud aproximada de la línea km

Valor aproximado de la impedancia de onda de la línea

Factor de sobretensión aproximado (p.u.)*

Ω

1 2 3 4 5 *

hasta 245 hasta 300 hasta 420 hasta 525 hasta 765

300 300 360 420 480

450 400 350 325 300

3,0 2,6 2,6 2,4 2,2

El denominador de los valores p. u. es el valor de cresta de la tensión máxima de la red entre fase y neutro.

Normalmente, la clase de descarga de larga duración se corresponde con la tensión de la red conforme a la Tabla C.1. Sin embargo, cuando las características de la red se apartan sensiblemente de las de la tabla, los descargadores de sobretensiones de una clase de descarga dada se pueden utilizar para las tensiones de red que corresponden a las clases superiores o inferiores. En tal caso, se recomienda efectuar un estudio de las condiciones particulares. De forma general, no es aconsejable utilizar descargadores de sobretensiones en condiciones tales que sus explosores o sus resistencias no lineales estén sometidos a una energía o a una corriente que aparezca en el transcurso de descargas consecutivas a las sobretensiones de maniobra y que sean superiores a los valores correspondientes obtenidos en el curso de ensayos de impulsos de larga duración efectuados sobre estos elementos. La energía puede ser el principal requerimiento a las tensiones bajas y la corriente a las tensiones elevadas. Como se indica en la Tabla C.1, las características de la red que necesitan un examen para evaluar la severidad de las exigencias debidas a las descargas consecutivas de las sobretensiones de maniobra son: 42



-

Longitud de la línea

-

Impedancia de onda de la línea

-

Nivel de sobretensión producido (factor de sobretensión).

Es preciso tener en cuenta una característica complementaria: La relación entre la tensión nominal del descargador de sobretensiones y la de la red. Otras características y condiciones de la red tienen asimismo bastante relevancia pero por razones prácticas no se estudian aquí, las prescripciones de ensayo no las mencionan.

43


NTC 2166 (Primera actualización) Anexo D (Informativo)

Circuito del generador de impulsos a constantes repartidas para el ensayo a los impulsos de corriente de larga duración (según el numeral 8.5.3) La finalidad de este anexo es proponer el principio de un circuito de ensayo apropiado para el ensayo de impulsos de corriente de larga duración e indicar el papel de los diferentes elementos del circuito, más que de especificar un circuito de ensayo normalizado que convendría utilizar en todos ellos. Las especificaciones de los ensayos indican las especificaciones que corresponden a la forma de onda, la duración, la tensión de carga, la resistencia de carga, el intervalo entre impulsos, etc. La manera exacta de cómo se cumplen estos requisitos carece de importancia. Existen numerosas variantes posibles simultáneas, en la disposición del circuito y en las elecciones de los valores de los diferentes elementos. La Figura D.1 representa un diagrama simplificado del generador de impulso a constantes repartidas. La impedancia de onda del generador corresponde a:

Z =

L C

despreciando la resistencia

El número de etapas LC del generador debe ser, normalmente, alrededor de diez, con el fin de obtener una forma de onda aceptable. La limitación de las oscilaciones, al principio y al fin de la cresta de la onda pueden exigir un aumento de las inductancias en los dos extremos del generador así como la adición de resistencias en paralelo, R, destinadas a compensar la reducción de la pendiente del frente que proviene del aumento de las inductancias. El explosor de disparo puede ser en un simple interruptor. Sin embargo, si la tensión de carga del generador no es suficiente para provocar el cebado en la muestra, puede ser necesario la utilización de un pequeño generador de impulsos auxiliar. En este caso, el generador de impulsos a constantes repartidas y el auxiliar deben estar separados de la muestra a ensayar mediante explosores de disparo.

44


C

L

L

R

R C

L

C

C


L

L

L

R

R

L

C

C

Explosores de disparo

s o a r y t a s l e r r e d a u r M a p

Shunt

Al generador de impulso auxiliar Divisor de tensión

A los registradores

Circuito de carga en corriente continua

Figura. D.1. Circuito tipo de generador de impulsos de constantes repetidas para el ensayo a los impulsos de larga duración

Se recomienda registrar la corriente que atraviesa la muestra ensayada y la tensión en sus bornes. En el numeral 8.5.3 se exige, el control de la forma de onda con la ayuda de un procedimiento de calibración utilizando una resistencia de carga de valor muy próximo a la impedancia de onda del generador. En caso contrario, no se cumplirían las prescripciones concernientes a la forma de onda. Es deseable que el diseño del generador de impulsos constantes repartidas permita un cambio fácil de las inductancias y de los condensadores. Además, un generador de tensión adecuado permite regular correctamente la impedancia de onda, adaptando la tensión nominal de la muestra a ensayar. Hay que tener en cuenta que no se puede modificar la tensión nominal de la muestra más que por escalones que correspondan a la tensión nominal más baja de las secciones del descargador de sobretensiones utilizada en la construcción.

45



Anexo E (Informativo) Circuito tipo para el ensayo de funcionamiento (según el numeral 8.6) La finalidad de este anexo es de proponer un circuito apropiado para los ensayos de funcionamiento (Figura E.1) e indicar el papel de los diferentes elementos del circuito en lugar de especificar un circuito de ensayo normalizado que convendría utilizar en todos ellos. Las prescripciones para los ensayos de funcionamiento, tales como la tensión a frecuencia industrial, las características de impulso de corriente dispasadora y la regulación de este impulso con relación a la onda tensión la frecuencia industrial se indican en el numeral 8.6. La manera exacta de cómo se cumplen estas condiciones es irrelevante. Existen numerosas variantes posibles simultáneas, en la disposición del circuito y en las elecciones de los valores de los diferentes elementos. La muestra en ensayo se conecta directamente a la fuente de alimentación a frecuencia industrial, que es generalmente un transformador, aunque esto no es esencial. Un generador de impulsos, representado bajo la forma de un circuito de dos etapas, aunque podría ser suficiente con una sola, se conecta al descargador de sobretensiones a través de una resistencia R , una inductancia L y de los descargadores G1 y G2 . La forma de onda del impulso de corriente se obtiene eligiendo valores convenientes para C, R y L Para la medida de la corriente y de la tensión se utiliza una derivación no inductiva, de pequeña resistencia R 3 y un reductor de tensión D.T. Para el registro de la corriente subsiguiente, se utiliza resistencia en derivación R 4, intercalada en la conexión a tierra del transformador de potencia.

R

C

G1

L

G2 D.T.

C

R1

Circuito de carga en corriente continua

Muestra a ensayar R4 R3

A los registradores

R2 Pulsador

Dispositivo de disparo D.T. = Reductor de tensión

Dispositivo de sincronización sobre el periodo

Alimentación a frecuencia industrial

Figura. E.1. Diagrama típico del circuito para ensayos de funcionamiento

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El explosor que aisla el generador de impulsos del circuito de potencia puede tener formas diversas. En el modelo indicado, la resistencia R 1, si se utiliza, puede ser del orden de megahomios y sirve para mantener el explosor múltiple a potencial de tierra cuando no pase ninguna corriente. La parte G1 del explosor no está, por consiguiente, sometida a ninguna tensión a frecuencia industrial y puede cebarse en cualquier instante del ciclo. La parte G2 es tan pequeña que puede soportar la tensión a frecuencia industrial. La parte G1 tiene por objeto interrumpir la corriente a frecuencia industrial que circula por el generador de impulsos después de la descarga, siendo esta la razón por la que se ha previsto un explosor dividido. Si el explosor permanece conduciendo después de la descarga, un intercambio de energía entre la capacitancia del generador de impulsos y la fuente a frecuencia industrial y perturbar el desarrollo del ensayo. El paso permanente de la corriente a frecuencia industrial puede, igualmente, dañar el generador de impulsos. Se puede registrar la tensión a frecuencia industrial por intermedio de un divisor de tensión o de un transformador de tensión. El generador de impulsos se deberá desconectar en el instante elegido del período de la tensión a frecuencia industrial. Esto se puede conseguir con la ayuda de un explosor sincrónico o de un dispositivo de sincronización como se indica en Figura E.1, activado por medio de un dispositivo de disparo. Este último aplica un impulso de alta tensión al electrodo intermedio de un explosor triple del generador de impulsos. Una resistencia elevada R 2 impide el paso de una corriente de impulso apreciable por el circuito de disparo. El disparo del generador de impulsos puede ser provocado por un pulsador o cualquier otro medio que ponga en marcha el sistema de registro y dispare el generador de impulsos en el instante elegido sobre la onda de tensión a frecuencia industrial.

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NTC2166.pdf

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