SBRETENSIONES INTERNAS Y EXTERNAS.pdf

TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN

CONTENIDO iNTRODUCCION ............................................... .................................................................................................. ................................................................... ................ 4 SOBRETENSIONES.............................................................................................................. 6 SOBRETENSIÓN – DEFINICIÓN ................................................... .................................................................................... ................................. 6 ¿PORQUÉ SE PRODUCEN LAS SOBRETENSIONES?................................................. SOBRETENSIONES? ................................................. 6 CARACTERÍSTICAS. ......................................................................................... .............. 7 Sobretensiones generadas gener adas en el e l sistema eléctrico ................................................. ............................................................... .............. 7 Como afectan las Sobretensiones Externas Exte rnas o Atmosférica ................................................. 8 DESCARGA ATMOSFÉRICA (Sobretensión (Sobrete nsión de origen or igen externo) .................................. 11 SOBRETENSIONES EXTERNAS ................................................ ...................................................................................... ...................................... 13 DESCARGA ATMOSFÉRICA ATMOS FÉRICA .................................................. ........................................................................................ ...................................... 16 Tipos de descargas atmosféricas a tmosféricas ................................................. ....................................................................................... ...................................... 17 SEGÚN EL RETORNO DEL DE L RAYO. .................................................... .......................................................................... ...................... 17 SEGÚN EL DAÑO QUE OCASIONAN A LAS LÍNEAS. ............................................ 18 CARACTERÍSTICAS. ................................................................................................. 19 CAUSAS Y TIPOS DE DESCARGAS EXTERNAS ......................................................... ......... ................................................ 20 TEORÍA DE LA FORMACIÓN DE UN U N RAYO ................................................. ............................................................. ............ 21 SOBRETENSIONES INDUCIDAS EN E N CONDUCTORES DE FASE Y GUARDA ..... 24 Estas Descargas pueden influir de 3 Formas en una Línea Eléctrica ............................... 24 PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES .................................................... ................................................................ ............ 25 PRINCIPIO DE APANTALLAMIENTO EN LAS LINEAS DE TRANSMISIÓN ....... 26 Cables de Protección Pro tección ................................................ .................................................................................................... ......................................................... ..... 27 Dispositivos de Protección contra Sobretensiones. .......................................................... 29 Tipos de Conexión de los Dispositivos de Protección contra Sobretensiones.................. 29

INGENIERÍA ELÉCTRICA - UNSA

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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN SOBRETENSIONES INTERNAS ................................................. ....................................................................................... ...................................... 31 DEFINICION:................................................................................................................... 31 CLASIFICACION DE SOBRETENSIONES INTERNAS ............................................. 32 Sobretensiones de Maniobra (Transitorias) ...................................................................... 32 ENERGIZACIÓN DE UN A LÍNEA. .......................................................................... 33 RECIERRE DE UNA LÍNEA....................................................................................... 33 APERTURA DE UNA CORRIENTE CAPACITIVA. CAP ACITIVA. ................................................ 34 INTERRUPCIÓN DE UNA CORRIENTE INDUCTIVA. .......................................... 36 SOBRETENSIONES DE SERVICIO (TEMPORALES) ................................................ 37 Efecto Ferranti ............................................... ................................................................................................. ................................................................ .............. 37 Ferrorresonancia ................................................... ....................................................................................................... ......................................................... ..... 38 Resonancia .................................................................................................................... 39 Fallas a tierra tierr a ................................................ ................................................................................................... ................................................................. .............. 40 Sobretensiones de puesta a tierra. ..................................................................................... 41 ¿Dónde se instalan los explosores y los pararrayos para rrayos autovalvulares? ............................ 41 Explosores o pararrayos de "cuernos" ..................................................... ........................................................................... ...................... 42 PARARRAYOS AUTOVÁLVULARES AUTOVÁLVU LARES ................................................... ......................................................................... ...................... 45 Aplicaciones Más Usuales de las Autoválvulas................................................................ 46 SOBRETENSIONES POR EL ESTABLECIMIENTO

O INTERRUPCIÓN DE

CORRIENTES CAPACITIVAS E INDUCTIVAS (TRANSFORMADORES Y CAPACITORES) ............................................. ................................................................................................ ................................................................. .............. 49 INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES INDUCTIVAS ............................................... .................................................... ..... 52 MÉTODOS DE CONTROL DE LAS SOBRETENSIONES .......................................... .............................. ............ 54 Descargadores ............................................................................................... .................... 56 Explosores ............................................... ................................................................................................... .......................................................................... ...................... 59 Filtros y Supresores de Sobretensión.................................................................................... 60


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Estadística de los Fenómenos, frecuencia ................................................... ......................................................................... ...................... 60 CONCLUSIONES ................................................................................................ ............ 61 1.

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... ........................................................................................................... ............ 63

ANEXO 1 ............................................................................................................................. ............................................................................. ................................................ 64 Causa pequeña, peque ña, efecto grande: grande : daños causados causa dos por sobretensiones so bretensiones ..................................... 64 ANEXO 2 ............................................................................................................................. ............................................................................. ................................................ 68 Cómo hacer para proteger sus equipos e instalaciones de las sobretensiones debidas a transitorios ............................................................................................................................ ...................................................................................... ...................................... 68


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INTRODUCCION En toda industria moderna, donde toda la maquinaria se mueve mediante energía eléctrica, los sistemas de transmisión y distribución eléctrica que alimentan al conjunto se encuentran sujetos a tensiones mucho mayores que la normal de servicio. Por eso las líneas y los aparatos del sistema tienen que estar construidos de manera que puedan soportar éstas, sin perjuicio del funcionamiento normal, estas sobretensiones o tensiones anormales tienen diferentes causas de origen, sus orígenes pueden ser atmosféricos o internos, los internos se dan por las maniobras realizadas dentro del sistema. El enfoque de este informe es dar a conocer que es una sobretensión, cuales son las sobretensiones, sus respectivas clasificaciones, los efectos en el sistema, protecciones contra sobretensiones y la curva de sensibilidad. Se denomina sobretensión a todo aumento de tensión capaz de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica. Las sobretensiones pueden producir descargas que, además de destruir o averiar seriamente el material, también pueden ser la causa de nuevas sobretensiones. Muchas veces, los peligros de las sobretensiones no se deben solamente a su magnitud, sino también a la forma de onda. Si se realizan correctamente la instalación y las líneas de conexión están en buenas condiciones es poco probable que se produzcan sobretensiones. Si, a pesar de todas las precauciones, en una instalación se producen sobretensiones debe procurarse que descarguen a tierra lo más rápidamente posible, por medio de los correspondientes dispositivos de protección denominados, en general, descargadores de sobretensión. Estas protecciones deben regularse a un factor de sobretensión que sea menor que el grado de seguridad de la instalación pero que, por otra parte, no se aproxime demasiado al valor de la tensión de servicio ya que de lo contrario entraría muchas veces en funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la instalación. Las sobretensiones se producen tanto en instalaciones de baja como de alta tensión aunque, generalmente, en las primeras tienen menos importancia


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN que en las últimas, debido a que en las instalaciones de alta tensión las propias condiciones de funcionamiento y de aislamiento favorecen la aparición de sobretensiones.


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SOBRETENSIONES SOBRETENSIÓN – DEFINICIÓN

• Cualquier tensión entre un conductor de fase y tierra, o entre conductores de fases

diferentes, cuyo valor de cresta sobrepasa el valor de cresta correspondiente a la tensión máxima del equipamiento (IRAM 2 221 – Parte I: 2008). • Tensión máxima del equipamiento (Um), es el valor eficaz máximo de la tensión entre fases

para el cual está especificado el equipamiento en relación a su aislación (Advertir que usualmente Um K Unominal). • Es usual cuantificar las sobretensiones ‘por unidad’ de valor de cresta de esta tensión, razón

por la cual se suele denominar también como ‘de referencia’.

¿PORQUÉ SE PRODUCEN LAS SOBRETENSIONES? • Las sobretensiones se originan al producirse una redistribución no controlada de los

almacenamiento de energía asociados a los campos eléctricos y magnéticos en una red eléctrica.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN CARACTERÍSTICAS. 

Transitorias de poca duración.



Tienen a dañar el nivel de aislamiento de las líneas por lo que produce fallas e interrupción del servicio.



Alteran las frecuencias y amplitudes del sistema.

SOBRETENSIONES GENERADAS EN EL SISTEMA ELÉCTRICO 

Transitoria impulsiva



Transitoria oscilatoria de maniobras



Transitoria impulsiva de maniobras



De corta duración



De larga duración



Su transferencia



Ondas normalizadas


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COMO

AFECTAN

LAS

SOBRETENSIONES

EXTERNAS

O

ATMOSFÉRICA Estas son unas de las principales fallas y averías en redes de transporte y distribución de energía eléctrica, se originan debido a la incidencia directa de los rayos en las líneas de transmisión o de manera inducida a su vez estas generan ondas viajeras con magnitud superior a la línea que soporto ante los impulsos de un rayo generando fallas que interrumpen la continuidad del servicio.


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IRRUPCIÓN DE UNA CORRIENTE CAPACITIVA (Sobretensión de origen interno, de maniobra)


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN DESCARGA

ATMOSFÉRICA

(SOBRETENSIÓN

DE

ORIGEN

EXTERNO) Una descarga atmosférica, representada por una rampa de tensión de pendiente igual a 1000 kV/us y que crece indefinidamente, impacta sobre el extremo de una Línea y progresa a través de ésta hacia una Estación Transformadora.

DESCARGA ATMOSFÉRICA (Sobretensión de origen externo)

Este transitorio se asocia con: – La generación de una onda de corriente y otra de tensión, que a partir del lugar de impacto

progresan por la red. – La generación, a partir de éstas, de nuevas ondas reflejadas y refractadas en puntos de

discontinuidad de la red.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN -La posibilidad que estas distintas ondas se sumen de tal manera que se magnifique la tensión en algunos puntos de la red. – Que uno de tales puntos sea el borne del transformador, el cual experimente un valor de

tensión diferente al que impone la tensión residual del descargador, si éste no comparte el mismo nudo. – Y que éste sea de tal magnitud que perfore su aislamiento.

ONDAS PROGRESIVAS EN LÍNEAS MONOFÁSICAS SIN PÉRDIDAS


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SOBRETENSIONES EXTERNAS Como bien sabemos que las sobretensiones en una red eléctrica son producidas por efecto de un rayo que son las llamadas sobretensiones externas, ya que como su nombre lo indica son provenientes de la atmósfera y las llamadas sobretensión internas producidas por efecto del abrir y cerrar de una línea cuando se energiza o se desenergiza la misma, por inicio y despeje de fallas, rechazos de carga y establecimiento o interrupción de corrientes capacitivas o inductivas. Todo esto conlleva a la creación de sobretensiones en la red eléctrica. Las sobretensiones externas o atmosféricas se originan por la acción directa de un rayo en las líneas de transmisión, produciendo desequilibrio y alteraciones en el servicio eléctrico que aumentan el valor de tensión en las líneas ocasionado fallas o averías en la red. En relación a la formación de un rayo Según la Teoría de Simpson: explico que la acción de las fuertes corrientes de aire producidas en la atmosfera, originan la desintegración de las gotas de lluvia que estas a su vez vienen cargadas de forma positiva y el aire por la cual chocan contiene cargas negativas que son llevadas hacia la parte superior de la nube, donde se intercambian las partículas de agua. Las gotas positivas que han sido alteradas también son llevadas hacia la parte superior de la nube por la acción del viento, al alcanzar una altura determinada el viento cesa y por consiguiente la gotas unen entre sí; creando gotas grandes y caen de nuevo, al llegar otra vez a la zona de viento fuerte se desintegran y aumenta sus cargas positivas.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Según la teoria de Elster Y Geitel dice que cuando las gotas grandes se precipitan y las más

pequeñas son llevadas hacia arriba, donde por efecto de la polarización por la acción del campo eléctrico existente las cargas positivas quedan en la parte superior de la nube y las cargas negativas en la parte inferior de la misma y se dice que el roce de una gota grande con una gota pequeña, al caer trae un intercambio de carga y en general trae consecuencia o origina la formación de un rayo cuando hay gran concentración de cargas en las nubes. Estas cargas positivas y negativas contenidas en las nubes de forma no homogénea crean gradientes de voltajes que ionizan el medio en la cual se encuentran ocasionando intercambio de elementes que la final originan una descarga atmosférica de muy elevado valor de voltaje que caen en la corteza terrestre ya sea en forma de destello luminoso conocido como relámpago o por un sonido muy fuerte como lo que llamamos trueno estas descarga surgen de diferentes tipos como: Descarga directa sobre la línea (Descarga directa),Descargas entre nubes próximas a líneas (descarga inductiva) y Descarga entre líneas y tierra (descarga indirecta). Estas descargas ocurren en tiempos de lluvias en donde afectan una gran parte del sistema eléctrico, ocasionando desequilibrio e alteraciones en el mismo, pero por lo general hoy en día existen equipos o dispositivos de maniobras que interrumpen o despejan el paso de estos fenómenos atmosféricos. Como se planteó anteriormente en las sobretensiones externas la energía de las mismas es aportada por el campo eléctrico creado durante el proceso de acumulación de grandes cantidades de cargas eléctricas en la nube y las inducidas por ellas en la superficie de la tierra. En este tipo de sobretensión el elemento activo es la nube, mientras que la tierra se comporta como el elemento pasivo, por lo que la acumulación de cargas en su superficie, o en los objetos que están sobre ella, se debe exclusivamente a la inducción electrostática. Las principales formas de manifestarse las sobretensiones externas son: Descargas atmosféricas que impactan directamente en cualquier elemento del sistema. Tensiones inducidas por descargas atmosféricas cercanas a las líneas y subestaciones Tensiones electrostáticas inducidas en las líneas por las cargas almacenadas en las nubes.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN En todos los caso casos señalados se producen en el sistema ondas de tensión de corriente que se propagan por los mismos y que inciden sobre los aisladores, transformadores, interruptores, etc., pudiendo llegar a ocasionar daños de consideración en el aislamiento de los mismos. Las normas internacionales plantean que para estudiar el efecto de estas ondas sobre las componentes y aparatos de los sistemas eléctricos es necesario someter a los mismos a pruebas con ondas de tensión y corriente típicas. Las sobretensiones atmosféricas están caracterizadas por un frente de onda de algunos microsegundos a pocas decenas de microsegundos. Una sobretensión de cualquier otro origen, que tenga características de frente de onda similares a las utilizadas para definir las sobretensiones atmosféricas, también se clasifica como sobretensión atmosférica


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN DESCARGA ATMOSFÉRICA La descarga atmosférica conocida como rayo, es la igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes. Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en éstos se pueden encontrar 4 tipos: 2 iniciados en las nubes, y 2 iniciados en tierra, ya que pueden ser positivos o negativos. Los más comunes, siendo el 90 % de los rayos detectados, son de una nube negativa hacia tierra. Los rayos que inician en tierra son relativamente raros y ocurren normalmente en montañas o en estructuras altas, por lo que no los tomaremos en cuenta en lo subsiguiente. Los rayos iniciados en las nubes negativas, normalmente aparecen en nubes de tormenta del tipo cumulonimbus conectivas que usualmente miden de 3 a más de 50 km de largo, y son consecuencia de un rompimiento dieléctrico atmosférico. Este rompimiento una vez iniciado, avanza en zigzag a razón de unos 50 metros por microsegundo con descansos de 50 microsegundos. Una vez que el rompimiento creó una columna de plasma en el aire, la descarga eléctrica surgirá inmediatamente dentro de un hemisferio de unos 50 m de radio del punto de potencial más alto. Y, cualquier objeto puede ser el foco de esta descarga hacia arriba de partículas positivas, aún desde una parte metálica debajo de una torre.


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TIPOS DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS La clasificación es muy amplia, podemos citar las siguientes:

SEGÚN EL RETORNO DEL RAYO. NEGATIVA DESCENDENTE: la nube cargada negativamente se descarga con la tierra, descarga normal a 85 – 90%, Imedia = 33 kA

NEGATIVA ASCENDENTE: la tierra cargada negativamente se descarga con la nube, hay poco observaciones sobre este tipo de evento.

POSITIVA DESCENDENTE: la nube cargada positivamente se descargas con la tierra, esta superdescarga ocurre en invierno al inicio de las tormentas. La corriente es de 1.2 a 2.2 veces la negativa.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN POSITIVA ASCENDENTES: la tierra carga positivamente se descarga con la nube, sus observaciones son difícil de detectar.

SEGÚN EL DAÑO QUE OCASIONAN A LAS LÍNEAS.



EN LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN. Los daños causados por descargas atmosféricas en líneas de distribución, son debidos a: 1. Descargas directas sobre los conductores: es cuando el rayo impacta directamente sobre la línea de energía o neutro creando una onda de corriente que se propaga a lo largo de la misma por ambas parte del punto de impacto. 2. Descargas directas sobres conductores de guarda: es cuando el rayo impacta directamente en el conductor de guarda de las líneas creando un aumento del potencial de tierra, lo que produce efectos en las cargas conectados a esa misma tierra, ya que elevan también su potencial. 3. Descargas indirectas: es cuando el rayo no impacta en la línea de energía o de guarda pero altera el campo electromagnético de la misma.



EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. Los daños causados por descargas atmosféricas en líneas de transmisión, son debidos a: 1. Sobretensiones inducidas. al igual que las descargas indirectas en líneas de distribución es cuando el rayo no impacta sobre la línea activa o conductor de guarda. 2. Descargas retroactivas. al igual que las descargas directas en líneas de distribución es cuando el rayo impacta directamente sobre la línea activa o conductor de guarda.


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CARACTERÍSTICAS. 

Son impredecibles e incontrolables.



Son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos.



No existe un nivel constante de amperaje lo que dificulta a la hora de elegir los equipos de protección o los aislamientos necesarios y adecuados.



Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas eléctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas.



Al incidir ya sea directa o indirectamente en las líneas de energía son más críticas y prejudiciales en las líneas de distribución que en líneas de transmisión, debido a que el nivel de aislamiento en las líneas de distribución es mucho menor.



Los rayos se reflejan como cualquier onda de alta frecuencia,



La longitud media de un rayo es de 3 Km y la energía ene rgía media total por descargas es de 30 x 108 J. La duración media de una descarga se considera que es de aproximadamente 30 μs.


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CAUSAS Y TIPOS DE DESCARGAS EXTERNAS Como afectan las Sobretensiones Externas o Atmosférica Estas son unas de las principales fallas y averías en redes de transporte y distribución de energía eléctrica, se originan debido a la incidencia directa de los rayos en las líneas de transmisión o de manera inducida a su vez estas generan ondas viajeras con magnitud superior a la línea que soporto ante los impulsos de un rayo generando fallas que interrumpen la continuidad del servicio. Descarga atmosférica Son fenómenos meteorológicos, los cuales poseen cargas positivas y cargas negativas distribuidas en las nubes de forma no homogéneo y al crear un gradiente de voltaje, ionizado el medio origina un intercambio de elementos produciendo una descar ga de gran magnitud de voltaje, esta descarga se precipitan a la corteza terrestre a través de la ionización del medio debido al campo eléctrico provocado, ALTA TENSIÓN. Tipos de descargas atmosféricas: 

Descarga directa sobre la linea



Descarga entre las nubes próximas a lineas



Descarga entre lineas y tierra



Sobretensiones Inducidas en Conductores de Fase y Guarda


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Las sobretensiones inducidas en conductores debido a un impacto directo o remoto depende básicamente de la velocidad del incremento de la corriente y de la inductancia que presentan los bucles conductores. Estas Descargas pueden influir de 3 Formas en una Linea Eléctrica: 

Que la descarga impacte directamente sobre el conductor de fase



Que la descarga incida sobre el conductor de guarda



Que la descarga pueda incidir directamente a tierra en la cercanía de una línea eléctrica aérea entre 2 y 3 kilómetros.

TEORÍA DE LA FORMACIÓN DE UN RAYO Las causas que dan lugar a los rayo sigue siendo tema de discusión, existen varias teorías que explican pero ninguna ha sido aceptada universalmente no obstante, es un hecho innegable que el rayo representa una descarga o arco entre dos centro de distinta carga eléctrica. Todas estas teorías tratan de explicar cómo se crean estos centros de carga, ciertos científicos argumentan que requiere de la presencia de cristalinos de hielo y precipitación mientras que otros dicen que no es necesario. Veamos a continuación algunas teorías con mayor aceptación: Las descargas atmosféricas se presentan cuando se forman grandes concentraciones de cargas eléctricas en las capas de la atmosfera y que esto ocurre cuando en el interior de la nube, las cargas eléctricas son recogidas por fuertes corriente de aire ascendente. Estas cargas eléctricas se forman al separar las fuertes corriente de aire, las partículas de agua y hielo en partículas ionizadas. Las cargas se concentran en un disco de un diámetro de 10 km y una altura de aproximada de 5 km. Esta carga es en la mayoría de los caso son negativas. A medida que empieza a incrementar la carga y el voltaje en las cercanías de las nubes, se empieza a rebasar el gradiente crítico. La separación de cargas y la acumulación continua hasta que el potencial eléctrico se vuelve suficiente para iniciar una descarga eléctrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.


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Teoría de Simpson : Esta teoría se baso en la desintegración de gotas de lluvia por la acción de la corriente de aire, cuando se desintegran las gotas de lluvia por una fuerte corriente de aire, las partículas así formadas se denota una carga positiva, y el aire a su vez, acusa la presencia de una gran cantidad de cargas negativas de muy poca masa, y por consiguiente de mayor movilidad.

Teoría de Wilson: Conocida también como la ionización de la gota de lluvia, esta teoría se basa en el intercambio de cargas entre las gotas, y explico que en la gota al caer se separan las cargas eléctrica por la acción de un campo eléctrico de por si existente. En la gota la parte superior tiene carga negativa y la parte inferior tiene carga positiva.

Teoría de Elster y Geitel: Esta teoría se baso en la influencia eléctrica, explicando la influencia del campo eléctrico existente en las gotas, asumiendo que las nubes están cargadas de gotas grandes y pequeñas, las gotas grandes se precipitan donde predominan las cargas


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN negativas y las pequeñas son llevadas por el viento hacia arriba donde predominan las cargas positivas, el roce entre una gota grande y pequeña trae como consecuencia un intercambio de cargas.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN SOBRETENSIONES INDUCIDAS EN CONDUCTORES DE FASE Y GUARDA Una nube que, supongamos, tenga una carga negativa, actúa de tal manera que va separando las cargas positivas y negativas en los conductores de fase. Las cargas positivas se concentrarán en la zona cercana a la nube, mientras que las negativas libre de atracción, seguirán su recorrido por toda la línea. Cuando la nube se descargue repentinamente por medio de un relámpago o un rayo, las cargas positivas concentradas se liberarán porque ya no son atraídas por las nubes. Esta circunstancia provoca en la línea la aparición de sobretensiones proporcionales a las cargas, que se propagan a ambos lados de la línea en forma de ondas viajeras. La protección contra este tipo de sobretensiones consiste en la construcción de jaula de Faraday alrededor de los conductores de fase lo que técnicamente es imposible y muy costoso pero la presencia de cable de guarda en las líneas ha demostrado actuar como jaula de Faraday rediciendo así las fallas provocadas por estas sobretensiones. ESTAS DESCARGAS PUEDEN INFLUIR DE 3 FORMAS EN UNA LÍNEA ELÉCTRICA 

Que la descarga impacte directamente sobre el conductor de fase



Que la descarga incida sobre el conductor de guarda



Que la descarga pueda incidir directamente a tierra en la cercanía de una línea eléctrica aérea entre 2 y 3 kilómetros.


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PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES Para las protecciones contra las sobretensiones existen 2 dispositivos que son los pararrayos y los descargadores.Un pararrayos es un dispositivo de capaz de captar una descargaca atmosferica o aumentar la posibilidad de que en ese lugar caiga el rayo, que posiblemente va a aumentar la tension del sistema.Un descargador se emplean para la protección de la aislación de transformadores, capacitores, y otros aparatos , frente a sobretensiones (externas) de origen atmosférico e internas (de maniobra), que podrían afectarlos irreversiblemente, para lo cual deberán instalarse lo más cerca posible del dispositivo a proteger. La función del descargador es derivar a tierra las tensiones que alcancen un nivel peligroso para la aislación del equipamiento protegido. Por otro lado no deben operar cuando las sobretensiones no son peligrosas.


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En condiciones normales, cuando está aplicada entre sus bornes la tensión fase - tierra, adoptan un alto valor de resistencia interna, que da lugar a una circulación de corriente de unos pocos mA. En ocasión de una sobretensión como las mencionadas anteriormente, su característica no lineal hace que su resistencia descienda a valores muy bajos, limitando el valor de la sobretensión a un valor conocido como tensión residual.

PRINCIPIO DE APANTALLAMIENTO EN LAS LINEAS DE TRANSMISIÓN El principio de apantallamiento consiste reduce el riesgo de caída directa del rayo sobre los conductores de fase, mediante la colocación de otro conductor llamado cable de guarda o hilo de guarda, el cual para que sea efectiva debe de estar en una ubicación efectiva (normalmente en la parte más alta de la torre; por encima de los conductores de fase) y considerar un ángulo llamado ángulo de apantallamiento que es el ángulo que forma la perpendicular trazada desde el cable de guarda a tierra y la recta entre cable de guarda y el conductor de fase superior .


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Además de engañar al rayo también actúa como jaula de Faraday protegiendo así contra cargas indirectas.

CABLES DE PROTECCIÓN Cable de guarda: Un cable de Guarda es utilizado para proteger las torres contra las descargas eléctricas y consta de siete hilos. Cada uno posee una matriz o núcleo de acero y están recubiertos con aluminio.


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Pararrayo: Aparato para proteger un edificio de los rayos que consiste en una o más barras metálicas terminadas en punta y unidas por un extremo con la tierra por medio de conductores metálicos; se coloca verticalmente en lo alto de los edificios para atraer los rayos y facilitarles un paso directo a la tierra sin que dañen el edificio.

Descargaderos: Circuitos eléctricos que sirven para el rápido descargue de sobretensiones. Descargas directas: El flameo entre conductores es más intenso por el factor de acople inductivo

Descargas indirectas: Se presentan comúnmente en líneas de trasmisión

Apantallamiento: El apantallamiento (screening en inglés) es fruto del solapamiento producido por los campos eléctricos de partículas en movimiento siempre y cuando la velocidad sea menor de 50 kilómetros por hora si es mayor, será similar a la de un cohete que viaje a la luna con cargas opuestas. Permite garantizar condiciones de seguridad en edificios ante una descarga atmosférica directa o indirecta

Cable de guarda: Conductor contra sobretensiones internas o externas


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DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES. En las instalaciones eléctricas a menudo se presentan perturbaciones tales como las sobretensiones temporales o transitorias, originadas en los sistemas de energía por fuentes externas e internas. Entre las fuentes externas podem os mencionar las maniobras de conexión o desconexión en la red de distribución, fallas, daños de transformadores y descargas atmosféricas, siendo estas últimas, las que producen las sobretensiones transitorias más severas con resultados destructivos inmediatos en los equipos y aparatos de protección. Estas representan cerca de un 20% de los transitorios en las instalaciones eléctricas. El 80% restante de transitorios es generado por fuentes internas siendo estos por lo regular de bajo nivel, más frecuentes y producen daños al pasar el tiempo. Como ejemplos de fuentes internas de transitorios podemos mencionar los compresores, cargas inductivas (motores y bombas), variadores de velocidad y equipos de limpieza. Estos transitorios han ocurrido por mucho tiempo en los sistemas de energía sin ocasionar daño a las cargas convencionales, pero las cargas sensibles utilizadas en hospitales, centros de datos, y controles industriales entre otras, son más susceptibles a estas perturbaciones. De ahí surge la necesidad del uso de los dispositivos de protección contra sobretensiones. Estos están diseñados para proteger equipos electrónicos sensibles ayudando a mitigar los efectos potencialmente perjudiciales de estos eventos aleatorios. La instalación de dispositivos de protección es muy importante ya que podrían representar un gran ahorro en los costos de inactividad y en la reparación prematura o la sustitución de componentes electrónicos que pueden ser dañados por uno de estos eventos.

TIPOS DE CONEXIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES.

Los dispositivos de protección se pueden clasificar de acuerdo a la conexión con la carga que protegen. Esta puede ser en paralelo o en serie.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN En la conexión en paralelo el tamaño de los dispositivos de protección no depende del tamaño de la carga, sino de su cercanía a la acometida y de la corriente que pueden resistir, siendo esta la más común. Estos dispositivos se pueden clasificar en dos tipos: 

Sujetadores de voltaje: Drenan corriente cuando el voltaje aumenta por arriba del valor de ruptura, recuperando el estado de circuito abierto una vez el voltaje disminuye por debajo del nivel de ruptura. En esta clasificación tenemos los siguientes dispositivos:



MOV (varistores de óxido metálico), Celdas de Selenio y Diodos de avalancha, protectores zener.



Dispositivos de Arco: Tienen la capacidad de manejar grandes corrientes ya que el voltaje en sus terminales (arriba del voltaje de arco) disminuye en forma importante cuando están en estado de conducción. Se utilizan frecuentemente para proteger líneas de datos y telefónicas. En esta clasificación tenemos los siguientes dispositivos: Tubos de gas, Puntas Metálicas con separación pequeñas (entrehierros), Puntas de Carbón con separación pequeña y Tiristores.

Los dispositivos de protección conectados en paralelo y el pararrayo tienen el mismo principio de operación, cuando el voltaje en los terminales de estos aumenta, la resistencia del elemento de protección disminuye, dejando pasar más corriente. Los dispositivos de protección conectados en serie básicamente utilizan los mismos elementos que los paralelos, pero a diferencia de estos, incorporan un inductor o un resistor serie, dándoles un excelente desempeño en su función de limitar las sobretensiones transitorias. Este tipo de conexión implica que los elementos en serie deben ser capaces de conducir la misma corriente que la carga, lo que significa que las dimensiones y el costo de estos son dependientes de la carga.


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SOBRETENSIONES INTERNAS DEFINICION: Se forman como consecuencia de las oscilaciones entre las energías de los campos magnético y eléctrico producidas por un arco intermitente, es decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna por cero, pero se vuelven a encender cuando la sinusoide de la tensión toma mayores valores. Son las producidas al variar las propias condiciones de servicio de la instalación.


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CLASIFICACION DE SOBRETENSIONES INTERNAS Se forman como consecuencia de las oscilaciones entre las energías de los campos magnético y eléctrico producidas por un arco intermitente, es decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna por cero, pero se vuelven a encender cuando la sinusoide de la tensión toma mayores valores. Son las producidas al variar las propias condiciones de servicio de la instalación. Las sobretensiones de origen interno pueden, a su vez, clasificarse en dos categorías:

SOBRETENSIONES DE MANIOBRA (TRANSITORIAS) Están producidas por los bruscos cambios de estado de una red, a causa de maniobras normales de acoplamiento de redes, conexión y desconexión de disyuntores, entre otros. Estando la instalación a plena marcha. La amplitud y duración de las sobretensiones transitorias dependen de la configuración del sistema, de sus parámetros eléctricos, de la condición del sistema previo al cambio, etc., pero por lo común son de corta duración y altamente amortiguados. Aunque desde el punto de vista del aislamiento su forma y duración son los aspectos más importantes los mismos se clasifican según su origen, siendo los más comunes los debido a:


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN ENERGIZACIÓN DE UN A LÍNEA. Se origina por la discrepancia de polos en el cierre del interruptor de potencia (disyuntor), esto es, la no simultaneidad del cierre de sus contactos. Al cerrar la primera fase se genera ondas de tensión en las otras dos fases producto de su acoplamiento. Estas ondas se propagan a lo largo de las líneas hasta alcanzar su otro extremo, en donde al chocar con otra impedancia del circuito abierto se refleja para superponerse con las ondas que continúan propagándose produciendo así las sobretensiones.

RECIERRE DE UNA LÍNEA. Tiene por objeto despejar la falla transitoria y por tanto tiene involucrado los procesos de apertura y cierre de los interruptores de potencia. Considerando el caso de que el interruptor de potencia tenga que desconectar una línea en vacío, debido a la naturaleza capacitiva del circuito al momento de interrumpir la corriente por su paso por cero, la tensión estará pasando por su valor máximo provocando así que las tres fases queden con una tensión aproximadamente iguales a la tensión fase tierra de la fuente de alimentación por consiguiente como producto de esta maniobra se genera la “carga atrapada.”

Posteriormente se ejecuta el recierre que es donde se produce las altas sobretensiones. Esto ocurre como producto de las altas diferencias de potencial que se pueden generar en caso de que el cierre ocurra antes de haber drenado la carga residual o si los polos del disyuntor cierran cuando la tensión del sistema tenga polaridad opuesta a la línea. Las sobretensiones originadas durante el recierre son de mayor amplitud que las originadas en la energización debido principalmente a la carga atrapada


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APERTURA DE UNA CORRIENTE CAPACITIVA. El caso de interrupción de una corriente capacitiva se puede representar en el circuito de la Fig. (a). El proceso de interrupción de la corriente por un interruptor, como es conocido, ocurre cuando la corriente pasa por cero y como en el caso analizado se trata de una corriente capacitiva existirá un desfasaje entre la tensión y la corriente de 90º tal como se muestra en la Fig. (b). Como se aprecia en la Fig. (b) ser interrumpida la corriente la tensión está en su valor máximo, por lo que el capacitor queda cargado al potencial máximo de la fuente. A medida que transcurre el tiempo la tensión que queda aplicada a los extremos del interruptor va aumentando; si la razón de crecimiento de la tensión entre los polos del interruptor es menor que la correspondiente al proceso de recobrado de las propiedades aislantes del medio que separa los contactos, el proceso de interrupción será completo y la energía almacenada en el capacitor se disipará debido a las pérdidas en el aislamiento. En caso contrario se reiniciará el arco entre los contactos del interruptor tal como se muestra en la Fig. (c), Fig. (d) y Fig. (e). En el caso de la Fig. (c), el reinicio del arco se efectúa antes de que la tensión haya cambiado de polaridad, condición para la cual se restablece la corriente de frecuencia de potencia, no produciéndose sobretensiones en el sistema, sólo una pequeña perturbación de frecuencia superior a la de potencia. En el caso de la Fig. (d) el arco se reinicia cuando la diferencia de potencial entre los contactos la máxima posible, pues la tensión ya ha invertido su polaridad y está en su valor negativo máximo, habiendo entre los contactos una tensión de 2 Umax: al reiniciarse el arco,


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN si se establece de nuevo la corriente de frecuencia de potencia como es el caso de esta figura, el potencial de Cb tenderá a la tensión Ua después de un proceso oscilatorio el cual se propaga por la línea. Si por el contrario al pasar la corriente transitoria por su primer cero se extingue el arco eléctrico el condensador Cb quedará cargado a una tensión de -2 Umax tal como se muestra en la Fig. (e). En este último caso de nuevo la tensión entre los seguirá aumentando lo que puede producir otra reiniciación del arco entre los contactos, siendo la condición peor cuando la misma se presenta después que la tensión a invertido de nuevo su sentido y está en su valor máximo positivo, lo que puede en dicho caso producir una oscilación que va desde -2 Umax hasta 4 Umax produciéndose ya sobretensiones muy peligrosas para el aislamiento.


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INTERRUPCIÓN DE UNA CORRIENTE INDUCTIVA. Aunque se interrumpa bruscamente en cualquier punto un circuito que contenga inductancia la corriente no puede dejar de circular por la inductancia hasta tanto la energía almacenada en el campo no se haya disipada totalmente en forma de pérdidas o haya pasado a almacenarse en el campo electrostático del sistema de que se trate. De interrumpirse bruscamente la corriente la energía total almacenada en el campo magnético tiene que pasar a almacenarse en el capacitor, para lo cual la tensión en él tiene que aumentar. La tensión que alcanza está dada por:


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Como se puede ver la magnitud de la sobretensión dependerá básicamente de la magnitud de la corriente en el momento de la interrupción y de la relación entre la inductancia y la capacitancia del sistema.

SOBRETENSIONES DE SERVICIO (TEMPORALES) Comprenden los estados estacionarios que pueden resultar durante la puesta en servicio o fuera de servicio de una carga, sobre todo, cuando la red comprende líneas de gran longitud; también se incluyen en este grupo las sobretensiones permanentes provocadas por variaciones repentinas de la tensión, descargas atmosféricas, cortocircuitos o defectos a tierra. Sus son las siguientes:

EFECTO FERRANTI Este efecto es debido a la capacitancia distribuida de la línea. El efecto Ferranti será más acentuado cuanto más larga sea la línea, y mayor el voltaje aplicado. La sobretensión es proporcional al cuadrado de la longitud de la línea. Debido a su alta capacitancia, éste efecto es mucho más pronunciado en cables subterráneos, incluso en líneas cortas. Cuando la línea está en vacío o con muy poca carga, al no circular una cantidad significativa de corriente a través de las inductancias serie distribuidas la absorción de reactivos por parte de la línea será mínima en comparación con la inyección de reactivos por parte de las capacitancias distribuidas. La frecuencia de las sobretensiones internas está definida por la frecuencia natural del sistema siendo:


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Donde Csis y Lsis , indican la capacitancia correspondiente a la inductancia de todo el sistema de transmisión, y fsis, resulta del orden de 103 Hz. La amplitud de las oscilaciones depende principalmente de la conexión del punto neutro del sistema y también de la distribución de las inductancias y capacitancias. En sistemas con punto neutro, aislado se midieron, según Lewis, sobretensiones internas hasta cinco veces mayores que la tensión normal, mientras en sistemas con punto neutro conectado directamente a tierra no se registraron valores mayores de dos hasta tres veces la tensión normal.

FERRORRESONANCIA La ferroresonancia es un fenómeno de resonancia no lineal, es decir cuando se tiene por ejemplo una inductancia variable lo cual ocasionara que se puedan presentar varios puntos de resosnacia y por ende una mayor posibilidad de ocurrencia. Este tipo de fenómeno puede afectar a las redes eléctrica puesto que provoca la presencia de armónicos anormales y sobretensiones transitorias o permanentes que ponen e peligro al material eléctrico Esta puede ser iniciada por sobretensiones de origen atmosférico, conexión o desconexión de transformadores o de cargas, aparición o eliminación de defectos, trabajos bajo tensión, entre otros. Existe la posibilidad de trasicion brusca de un estado estable normal a otro estado estable ferrorresonantes caracterizados por fuertes sobretensiones y por importantes tasas de


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN armónicos peligrosas para los equipos. Las ferrorresonancias se pueden manifestar por varios de los siguientes síntomas: - Sobretensiones permanentes elevadas de modo diferencial o de modo común.- Desplazamiento de la tensión punto neutro - Calentamiento de los transformadores (en funcionamiento sin carga). - Destrucción de materiales eléctricos por efectos térmicos o por roturas eléctricas.

RESONANCIA Como es conocido en los sistemas eléctricos se puede presentar un aumento considerable en la corriente al ocurrir un fenómeno de resonancia. Esta condición se presenta al neutralizarse las reactancias inductivas y capacitivas entre sí, pasando el sistema a ser resistivo. El aumento de la corriente que ello conlleva, hace que al circular esta corriente por cada equipo en particular, provocan los mismos una caída de tensión que dependerá de la impedancia del mismo, puesto que la corriente está determinada por el circuito en su conjunto. Los fenómenos de resonancia comúnmente no provocan sobretensiones muy grandes debido a la magnitud tan considerable d las pérdidas en los circuitos comerciales, es decir, debido a que la corriente es limitada por la magnitud de la resistencia total del circuito; sin embargo, en algunos casos especiales en que las pérdidas sean pequeñas se pueden presentar sobretensiones de gran magnitud, como por ejemplo en el caso de pruebas de cables. Los sistemas eléctricos más factibles de confrontar estos problemas son aquellos que alimentan extensas redes basado en cables soterrados, condición esta que sólo se presentan


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los sistemas de distribución. En los sistemas de transmisión lo más común es la ferroresonancia.

FALLAS A TIERRA Es el tipo de falla que produce normalmente las máximas sobretensiones además de ser el tipo de fallas más usuales una falla a tierra en una línea produce una sobretensión en las fases sanas que dependen de la disposición del neutro a tierra, si el neutro está unido rígidamente a tierra, la tensión en las fases sanas permanecen entre la tensión simple y compuesta. Si la opuesta a tierra es con reactancia la sobretensión no excede del factor 1.5; los sistemas puesto a tierra a través de resistencia las sobretensiones pueden superar la tensión compuesta. Por último los sistemas puesto a tierra con bobina permanente (con la que se busca la resonancia con la capacidad a tierra del sistema) las tensiones en las fases sanas no sobrepasan el valor de la tensión compuesta. Es de resaltar que las fallas a tierra son mayores para sistemas con neutro a tierra a través de resistencias que a través de reactancia para el mismo valor óhmico de ambas; las oscilaciones transitorias son mayores a con reactancia.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN SOBRETENSIONES DE PUESTA A TIERRA. Se consideran solo las que forman parte de fenómenos transitorios producidos durante la puesta a tierra e interrupción de la misma. Los arcos que se producen son muy peligrosos y las sobretensiones pueden alcanzar valores de 3,1 veces la tensión nominal entre fases. Onda a frecuencia industrial (en Europa 50 Hz en América 60 Hz), debidas normalmente a variaciones bruscas de la carga, corrientes inductivas, conexiones y desconexiones de líneas en vacío, magnetización de núcleos de transformadores, maniobras realizadas incorrectamente, etc. En alta tensión (AT) y media tensión (MT) los elementos que se utilizan para poder reducir los efectos de las sobretensiones transitorias de gran amplitud son los explosores (pararrayos de cuernos) y los pararrayos auto valvulares.

¿DÓNDE SE INSTALAN LOS EXPLOSORES Y LOS PARARRAYOS AUTOVALVULARES? En el punto de la instalación donde la probabilidad de sufrir una sobretensión es mayor, así como en las entradas de los centros de transformación (CT) intemperie, estos dispositivos se presentan como la parte más débil en el aislamiento de la instalación con el objetivo que se produzca un arco o descarga de la sobretensión en el explosor o pararrayos valvular antes que en otras partes de la instalación. Como hemos comentado los explosores se instalan en: - líneas aéreas de AT. - líneas aéreas (catenarias) de tracción eléctrica, trenes, tranvías, troles, etc. Los pararrayos autovalvulares se instalan en: En la entrada de los CT de intemperie para proteger al transformador de sobretensiones. En entradas y salidas de subestaciones. Protegiendo transformadores en subestaciones. Paso de una línea aérea a subterránea. Líneas aéreas de tracción para tranvias, trenes, etc. En ciertas instalaciones de tracción las autoválvulas también se utilizan en estructuras metálicas que por sus proximidades pasan líneas aéreas de tracción eléctrica (llamadas


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catenarias), se instalan para que en caso de que exista una derivación de la línea eléctrica de tracción a la estructura metálica se produzcan tensiones peligrosas para la instalación y las personas. Dicha autoválvula se conecta entre la estructura metálica y tierra, en caso de defecto unirá ambas poniéndolas al mismo potencial. Un ejemplo clásico de este tipo son los puentes metálicos que cruzan las vías que por debajo pasan catenarias.

EXPLOSORES O PARARRAYOS DE "CUERNOS" El explosor sería el sistema de protección más sencillo y económico que existe, consiste en dos varillas (también conocidas como electrodos) de las cuales una se conecta a la catenaria o conductor a proteger de las sobretensiones y la otra varilla se conecta a tierra. Otros tipos de explosores llevan una varilla central, llamada varilla antipájaros, justo en medio como protección de la avifauna ya que si se quedase un ave entre las dos varillas no solamente crearía un cortotcircuito electrocutando al ave sino que además si se quedase la misma enganchada tendríamos con cortocircuito permanente que nos haría disparar la protección pertinente de esa línea o catenaria. Las dos varillas están dispuestas de tal forma que al aparecer el arco como consecuencia de la evacuación de una sobretensión alargan el arco consiguiendo que se reestablezcan rápidamente las condiciones de rigidez dieléctrica, aun siendo así de sencillo los explosores tienen una serie de inconvenientes, entre ellos que deja pasar ciertas sobretensiones, en redes de AT se han ido sustituyendo por los pararrayos autovalvulares. Las catenarias de RENFE emplean explosores.


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Explosor típico. Foto sacada del Cuardeno Técnico 151 de Schneider Electric.


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Explosores de las catenarias de Renfe (Red española nacional de ferrocarriles) a Sant Adrià de Besòs. Fotos: Viatger.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN PARARRAYOS AUTOVÁLVULARES Existen diferentes tipos pero los más utilizados en AT y MT son: De óxido de zinc (ZnO). Varistancias y explosores. Los de varistancias y explosores constan de varios explosores en serie y unas resistencias ( de carbono de silicio, SiC) no lineales que limitan la corriente tras el paso de la onda de choque de la sobretensión. Según el país del que se trate se les denomina de una u otra forma, en España son conocidos por pararrayos PE, las características a tener en cuenta para definir un pararrayos PE son: Tensión de extinción o tensión asignada: Voltaje más elevado a la frecuencia industrial que el pararrayos puede descebar expontáneamente o por si mismo. Tensión de cebado: Irá en relación dependiendo si se refiere a sobretensiones por rayo, a frecuencia industrial, etc. Poder de descarga: de la corriente de choque. Es la capacidad de disipación de energía. Los de óxidos de zinc (ZnO) se les denomina también pararrayos de óxidos metálicos (POM), este tipo no presenta explosores por tanto la autoválvula es conductora de forma permanente para el voltaje nominal de la red que protege, si bien que la corriente es de 10 mA que como es obvio no proporciona problema alguno, es decir, este tipo de autoválvulas solamente está formada por varistancias, además, son más fiables que los anteriores.


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Partes de un tipo pararrayos de ZnO utilizado por las compañías francesas de electricidad en redes de 20 Kv. Imagen sacada del Cuaderno Técnico 151 de Schneider Electric. Las características esenciales de este tipo de autoválvula son: Tensión máxima de servicio permanente. Tensión asignada. Nivel de protección. Corriente nominal de descarga. Capacidad de soportar la energía disipada.

APLICACIONES MÁS USUALES DE LAS AUTOVÁLVULAS Seguidamente mostramos unas fotos de las aplicaciones más frecuentes de este tipo de autoválvulas, existen autoválvulas que con una descarga se tienen que cambiar, existen modelos que se debe tomar la resistencia eléctrica sin servicio y si está por debajo de unos valores prefijados se deberá cambiar y por último existen fabricantes que dan un número de descargas que puede efectuar la autoválvula, en redes de MT suelen ser 500 descargas, y como no puede ser de otra forma nos preguntaremos, ¿cómo sabremos que ha realizado el


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN número de descargas? Muy sencillo se recomienda instalar un contador de descargas para saberlo, como he comentado muchas veces lo mejor es la consulta al fabricante para poder realizar una instalación y mantenimiento adecuado.

Autotransformador en subestación, a la izquierda se pueden ver las autoválvulas que lo protegen contra sobretensiones.


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Autoválvulas a la entrada de un CT tipo "caseta"a Pessonada. Fotos: Viatger.


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En esta foto se puede apreciar el paso de línea aérea a suberránea con sus autoválvulas correspondientes. Fotos: Viatger.

SOBRETENSIONES

POR

EL

ESTABLECIMIENTO

O

INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES CAPACITIVAS E INDUCTIVAS (TRANSFORMADORES Y CAPACITORES) Operaciones de interrupción de corrientes inductivas o capacitivas, pueden dar lugar a sobretensiones de frente lento. Esto se debe fundamentalmente a que este tipo de corrientes están desfasadas alrededor de 90º con respecto a la tensión. Por lo tanto, al momento en el que se interrumpe la corriente por su paso por cero, la tensión estará en su valor máximo, lo cual ocasiona incrementos o transitorios en la tensión que aparece entre los contactos del disyuntor luego de haber sido interrumpida la corriente. Esta tensión se denomina tensión de reestablecimiento del disyuntor. Sobretensiones de mayor magnitud se pueden generar en caso de ocurrir una reignición del arco en los contactos del disyuntor. -

A continuación se expone una breve explicación de estos fenómenos.

Interrupción de una corriente capacitiva.- para analizar esta maniobra se considerará un circuito de carga capacitiva alimentado a través de una fuente inductiva. La Figura muestra


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN el circuito de carga capacitiva y el comportamiento de las ondas de corriente y tensión asociadas.

Tal como se muestra en la figura, previo a la apertura de los contactos del disyuntor la corriente adelanta 90º a la tensión, ya que es predominantemente capacitiva. Con el fin de interrumpir la corriente, los contactos del disyuntor se abren pero la corriente continua fluyendo hasta su siguiente paso por cero donde el arco pierde conductividad y la corriente se interrumpe, en este instante la tensión está en su valor máximo. La corriente se ha interrumpido y el capacitor de carga C2 queda cargado a la tensión máxima de la fuente +1 p.u. Conforme la tensión de la fuente cambia de polaridad, la tensión de restablecimiento en el disyuntor aumenta hasta que la tensión de la fuente alcanza su valor máximo y la de restablecimiento un valor de 2 p.u. En este punto del proceso, si entre los contactos del disyuntor no hay una rigidez dieléctrica suficiente se producirá el reencendido del arco, como es el caso de la figura.


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Una vez que ha ocurrido la re ignición, la corriente vuelve a ser interrumpida a su paso por cero, dejando al capacitor cargado a una tensión superior, de incluso 3 p.u. Una segunda re ignición podría ocurrir cuando la tensión de restablecimiento alcance su nuevo valor máximo de hasta 4 p.u. Si nuevas re-igniciones ocurren este proceso podría ser recurrente y la tensión podría ir incrementándose cada vez más, en la práctica la falla del aislamiento interrumpiría el proceso. En sistemas de potencia, este tipo de corrientes aparecen ante la apertura de líneas de gran longitud en vacío, o bancos de condensadores.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES INDUCTIVAS Para analizar esta maniobra se considera el circuito mostrado en la Figura 2.11 (a) cuya corriente de carga es predominantemente inductiva. Las Figuras 2.11 (b) y (c) muestran el comportamiento transitorio de la tensión.

Análogo al caso anterior, previo a la apertura de los contactos del disyuntor la corriente retrasa 90º a la tensión, debido a su naturaleza inductiva. Con el fin de interrumpir la corriente, los contactos abren y la corriente continúa fluyendo a través del arco formado entre los contactos hasta su paso por cero, donde el arco se extingue, en este instante la tensión está en su valor máximo. Si el arco se extingue sin que ocurra re ignición como se muestra en la Figura 2.11 (b), la tensión del lado de la carga oscilará a una frecuencia mayor que la fundamental debido al efecto de las capacitancias parásitas representadas en C2 y la inductancia de carga L2, en este instante la tensión de restablecimiento crece instantáneamente hasta su valor máximo para luego amortiguarse.


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Debido a que la tensión de restablecimiento se aplica entre los contactos del disyuntor, pueden existir condiciones de re ignición, en cuyo caso la corriente vuelve a circular y la tensión del lado de la carga trata de seguir a la tensión del lado de la fuente. Luego, una vez que la corriente pase por cero y se extinga el arco la tensión de restablecimiento vuelve a alcanzar su valor máximo que debido a estas condiciones es mucho mayor que en caso de no tener re ignición, alcanzando incluso valores mayores que la tensión de fuente. Este proceso se ilustra en la Figura y puede repetirse varias veces en función del número de reencendidos, provocando que la tensión del lado de la carga aumente considerablemente. Cabe notar que el arco se extingue cuando la corriente del inductor de carga pasa por cero y por lo tanto la energía será inicialmente almacenada en el capacitor. -

Por lo tanto, la razón por la cual la tensión tiende a incrementarse es un fenómeno capacitivo.


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En sistemas de potencia, este tipo de sobretensiones aparecen ante la interrupción de corrientes de magnetización de transformadores o reactores y ante la interrupción de corrientes de arranque en motores. Para evitar la presencia de sobretensiones tanto de origen capacitivo como inductivo se deberá seleccionar disyuntores adecuados, con el fin de evitar la reignición del arco, que es la peor condición para la generación de sobretensiones de esta naturaleza.

MÉTODOS DE CONTROL DE LAS SOBRETENSIONES Los equipamientos son solicitados por las sobretensiones durante todo el funcionamiento de un sistema eléctrico y en efecto estas solicitaciones del aislamiento de los equipamientos deben ser minimizadas, para permitir una gran confiabilidad aceptable para la operación del sistema. Las sobretensiones tienen una naturaleza intrínsecamente estadística, debido a una serie de variables aleatorias, tales como: dispersión del instante de cierre de los contactos de los interruptores, instante de ocurrencia de una falla del sistema, amplitud y relación de crecimiento de las descargas atmosféricas, condiciones operativas del sistema en el instante de ocurrencia, etc. y son, prácticamente, imposibles de ser eliminadas o mantenidas bajo riguroso control. Como objetivo para evitar que el riesgo de falla del aislamiento de los equipamientos perjudique la operación del sistema y que los equipos se dañen con frecuencia, se adoptan dispositivos, o medidas especiales, para permitir un control de las sobretensiones,


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN de manera de reducir sus amplitudes máximas y probabilidad de ocurrencia. La utilización de métodos de control de las sobretensiones depende del tipo de solicitación que se pretende controlar, de las características del sistema eléctrico, de factores climatológicos asociados con la región donde el sistema se extiende, etc. La adopción de un determinado tipo de mecanismo, para el control de las sobretensiones debe tener en consideración aspectos relacionados con su eficacia, costos y simplicidad de implementación, y otros. En principio, los sistemas de tensión más elevada son aquellos que necesitan de un mayor control en cuanto se refiere a las solicitaciones de los equipamientos. Los métodos o dispositivos más utilizados para controlar las sobretensiones son las resistencias de preinserción, los descargadores, las modificaciones de la configuración del sistema y el blindaje de líneas de transmisión y de subestaciones contra descargas atmosféricas. Las resistencias de preinserción se conectan por un breve tiempo antes de que se produzca el cierre del contacto principal de los interruptores que ponen en tensión líneas de una cierta longitud que se considera importante. Algunos interruptores que por su principio de interrupción generan sobretensiones, se diseñan para hacer la interrupción en dos etapas, primero insertando una resistencia de apertura y luego interrumpiendo la corriente reducida.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN DESCARGADORES Los descargadores son aparatos destinados a proteger el material eléctrico contra las sobretensiones transitorias elevadas, drenándolas y limitando su duración, y eventualmente la amplitud de la corriente subsiguiente. Estos aparatos comenzaron con formas de cuernos entre los cuales bajo una sobretensión se iniciaba una descarga, evolucionaron con resistencias no lineales (de carburo de silicio) en serie a un explosor, y luego apareció el óxido de cinc. Los descargadores de óxido de zinc son los más modernos, comenzaron a penetrar en el mercado en la década de los años 70, y su efecto puede ser comparado al de los diodos zenner utilizados en electrónica. La característica u = f(i) del óxido de zinc se muestra en la figura 7.1 donde se la compara con la de carburo de silicio y con una resistencia lineal. Las intensidades de corriente que circulan a través de estas resistencias para un determinado valor de tensión no requieren explicación, y se destaca el comportamiento del óxido de zinc. El bajo valor de la corriente, que se observa al utilizar resistencias no lineales a base de óxido de zinc, facilita la extinción de la corriente de fuga, habiéndose podido suprimir el explosor de disparo (gapless arressters), eliminándose de este modo el comportamiento errático, desde un punto de vista probabilístico, de este dispositivo. Este tipo de descargadores queda conectado galvánicamente a la red, drenan corriente permanentemente y su comportamiento térmico requiere mayor cuidado. La corriente que demandan de la red es pequeña, igualmente que las pérdidas que resultan del orden de 0,15 W/kV. Habitualmente se conectan entre los conductores de la red y tierra (en Y), en esta forma protegen de sobretensiones fase tierra. Las sobretensiones fase tierra son características de las descargas atmosféricas, las sobretensiones llegan a una fase y quizás por acoplamiento capacitivo inducen en otras fases también una sobretensión, pero de igual polaridad, por lo que las sobretensiones entre fases no pueden ser mayores. Las maniobras (interrupciones especialmente) generan sobretensiones distintas en las fases, y en consecuencia aparecen sobretensiones entre fases que pueden superar los valores que se presentan a tierra. Estas situaciones se presentan en los generadores (por accionamiento del interruptor de máquina) y en los transformadores (por su interruptor de maniobra) y en algunos casos, en que se justifica por su importancia (valor de sobretensión o frecuencia con que se presenta, maniobra) se requiere limitar las


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN sobretensiones entre fases. Para estos casos se conectan descargadores entre bornes de los aparatos protegidos (en delta, entre los conductores), es así que se tiene 6 descargadores tres fase-tierra y tres entre fases. Una alternativa que permite realizarse con solo 4 descargadores es la disposición llamada candelabro o tridente que tienen tres descargadores conectados a cada fase y a un punto intermedio, y un descargador entre este último punto y tierra. En este caso siempre habrá dos pararrayos conectados (en serie) entre cada una de las fases y tierra, lo que permite su diseño para menos de la tensión nominal del sistema, y también dos descargadores en serie entre dos fases también de tensión nominal menor a la que requiere el sistema. Una falla o daño permanente en uno de los pararrayos superiores (entre fases) podría conducir a un severo cortocircuito en bornes del equipo protegido (motor o generador). Es conveniente que estos pararrayos tengan una tensión nominal superior (en 50% o más) a la del equipo que debe proteger. Las características de los descargadores son: Tensión nominal, que es el valor máximo especificado de tensión eficaz a frecuencia industrial admisible entre bornes para la cual el descargador funciona correctamente. Esta tensión puede ser aplicada en forma continua sin modificar sus características de funcionamiento. Como generalmente el descargador se instala entre fases y tierra, la elección de su tensión nominal debe tener en cuenta el grado de puesta a tierra de la red en el punto en que el descargador se instala. Cuando la puesta a tierra está asegurada, los descargadores pueden ser para el 80 % de la tensión compuesta del sistema, a medida que la puesta a tierra es menos efectiva, este valor aumenta pudiendo llegar a ser necesario 100 % o más. Frecuencia nominal, no requiere explicaciones. Las ondas de impulso (tensiones o corrientes) se caracterizan por ser unidireccionales, sin oscilaciones apreciables, que crecen rápidamente hasta el valor máximo y caen luego a cero con eventuales pequeñas ondas de polaridad opuesta. Los parámetros que definen una onda de impulso son los siguientes:



Polaridad



Valor de cresta (máximo)



Duración del frente (que precede a la cresta) T1



Duración de la cola hasta el hemivalor T2


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Las ondas rectangulares de impulso en cambio crecen rápidamente, se mantienen en un valor prácticamente constante durante un tiempo largo y caen rápidamente a cero. Los parámetros que definen esta onda son:



Polaridad



Valor de cresta



Duración convencional de la cresta



Duración convencional total.

Se dice que una onda de tensión de impulso es plena cuando no es interrumpida (cortada) por una descarga, contorneo o perforación, la onda cortada puede serlo en el frente, en la cresta, o en la cola, y a partir del instante de corte la tensión cae bruscamente. La onda de sobretensión normalizada que simula la descarga atmosférica es 1.2/50 microsegundos. La onda de sobretensión cuyo tiempo de frente convencional es superior a 30 microsegundos se clasifica como sobretensión de maniobra. Una vez comenzada la descarga, por una falla del descargador debida a sobretensiones anormales, corriente de descarga elevada o instalaciones equivocadas, puede no ser interrumpida la corriente subsiguiente; para evitar la explosión del descargador se prevén elementos de desconexión o dispositivos de alivio de presión, cuya función es evitar que permanezca la falla o al menos impedir la explosión. Los ensayos tratan de representar en forma normalizada las solicitaciones que el descargador sufrirá en su vida, y permiten controlar la calidad del diseño y uniformidad de la producción. Ensayo de estabilidad térmica a la tensión máxima que les corresponde soportar (descargadores de óxido de cinc). Ensayo de descarga a impulso, con impulsos de valor creciente se determina la curva tensióntiempo, tanto para ondas de impulso atmosférico, como para maniobras si corresponde. Ensayo de verificación de tensión residual, con corrientes de forma 8/20 microsegundos, entre 0,5 y 2veces la corriente nominal del descargador se obtienen valores representativos. Ensayos de resistencia a corrientes de impulso de gran amplitud, se aplica un impulso de corriente 4/10 microsegundos del orden de 10 veces la corriente nominal del descargador.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Ensayos con corrientes de larga duración (2000 microsegundos), se aplican 20 descargas, y las condiciones finales deben ser como para el ensayo anterior. Ensayo de funcionamiento, éste trata de representar condiciones reales de funcionamiento aplicando simultáneamente una tensión de impulso y una tensión de frecuencia industrial sincronizada de tal manera de que las solicitaciones que se presentan sean las máximas. La tensión que se tiene en bornes del descargador difiere de la que se presenta en bornes del aparato protegido, por las caídas de tensión que se producen en los conductores de conexión del descargador a la línea y a la tierra y por las condiciones de propagación de la onda. En consecuencia es de gran importancia que estas conexiones sean lo más cortas posibles, y que la red de tierra sea un punto común entre el descargador y el elemento protegido; en la medida en que la realización constructiva se aleje de esta condición la tensión sobre el elemento protegido sea mayor. Asimismo es importante que el descargador esté próximo al elemento que debe proteger para que la protección tenga máxima eficiencia; en la medida que la distancia entre descargador y elemento protegido aumente, la protección resultará menos eficiente.

EXPLOSORES Dos electrodos en aire, con forma adecuada son llamados explosores, y también realizan cierta protección contra sobretensiones, limitando el valor máximo de la tensión que puede haber. El comportamiento posterior del explosor, depende de sus características, y particularmente de la potencia de cortocircuito en el punto en que el explosor se encuentra. Por acción de estos elementos la onda de sobretensión se trunca, lo que produce otra solicitación que sigue a las que corresponden al frente. Con potencias de cortocircuito elevadas el arco en el explosor implica la actuación de las protecciones, por ser un arco a tierra (cortocircuito monofásico).


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FILTROS Y SUPRESORES DE SOBRETENSIÓN Una onda de sobretensión que se propaga en una línea, se desplaza sin cambiar su forma (suponemos no hay efecto corona), si la línea finaliza, se produce la reflexión de la onda, y se duplica su valor. Los descargadores se ponen precisamente en ese punto para limitar el efecto de reflexión de la sobretensión. Un capacitor en el extremo de la línea crea un efecto parecido, particularmente reduce la pendiente del crecimiento de la sobretensión, influyendo de manera importante. Este efecto beneficioso se presenta también cuando la línea prosigue, con la misma o distinta impedancia, y es muy utilizado cuando la línea es seguida por un equipo más sensible a las sobretensiones (protección de generadores, por ejemplo). Cuando los fenómenos que se presentan son oscilatorios, el capacitor esta combinado con un resistor, que cumple la función de disipar energía de las oscilaciones de manera de eliminarlas (reducir su amplitud) en menor tiempo. Esta protección es particularmente importante cuando se presentan sobretensiones debidas a maniobras (interrupción de corrientes inductivas, por ejemplo, transformadores que se desconectan frecuentemente como es el caso de alimentación de hornos de arco).

ESTADÍSTICA DE LOS FENÓMENOS, FRECUENCIA

Los fenómenos de sobretensiones tienen características aleatorias, no siempre se presentan con el mismo valor, por lo que es difícil razonar sobre el valor máximo que alcanzan. Esto es intuitivo, al observar fenómenos debidos a descargas atmosféricas. Al observar sobretensiones de maniobra, también se adopta el enfoque estadístico, el interruptor hace muchas maniobras, y se obtiene cierta distribución estadística de sobretensiones, los distintos interruptores a su vez producen distintos valores de sobretensión en un punto determinado. La presencia de descargadores de óxido de Zinc, autoválvula o cuernos modifica los valores de las sobretensiones. En particular los descargadores deben drenar las sobretensiones atmosféricas. En ciertos casos se desea que drenen y limiten las sobretensiones de maniobra; lógicamente deben ser adecuados para soportar la solicitación consiguiente. Es importante


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN tratar de lograr una relación entre el valor de la sobretensión y la frecuencia con que se presenta. En la práctica, además de los valores posibles de sobretensiones en los terminales de los equipamientos, resulta de interés también, la determinación de los valores de corrie nte y energía en los descargadores.

CONCLUSIONES 

Las sobretensiones temporales pueden resultar durante la puesta en servicio o fuera de servicio de una carga, sobre todo, cuando la red comprende líneas de gran longitud; también se incluyen en este grupo las sobretensiones permanentes provocadas por variaciones repentinas de la tensión, descargas atmosféricas, cortocircuitos o defectos a tierra. Y se generan por los fenómenos siguientes:

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Fallas en el sistema

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Rechazo de carga

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Ferroresonancia en LT

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La pérdida de carga de un sistema eléctrico de transmisión, puede dar origen también a sobretensiones internas, capaces de producir daños a los componentes eléctricos de la red.

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Cuando se conecta una línea a una red, se origina una onda de tensión cuyo valor depende de la impedancia característica de la red y de la línea. Si la energización se hace con el extremo en vacío y en el instante más desfavorables, es decir, cuando el generador denota su tensión máxima, se propagan ondas viajeras a lo largo de la línea reflejándose ondas de tensión igual a la incidente, pudiendo alcanzar valores de tensión arriba de los 2.0 p.u.

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Para eliminar los problemas de sobretensión transferida a BT, deben instalarse para/rayos entre cada fase de BT y el hilo neutro y mejorar la puesta a tierra del neutro

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La protección del transformador de poste mediante pararrayos en el lado de AT y tierras separadas para la cuba y el neutro del lado de BT, puede dar lugar a fallos en el aislamiento del devanado de BT para rayos de intensidad elevada o frente de onda escarpado. Para/rayos de frente de onda e intensidad moderada este aislamiento soporta la sobretensión atmosférica.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN 

La configuración de tierras separadas para la cuba y el neutro mejora sensiblemente el nivel de sobretensión transferida a BT (en comparación con la conexión del neutro directamente a la cuba); sin embargo, para rayos desfavorables (de elevada cresta de intensidad o frente de onda muy escarpado), los niveles de sobretensión transferidos pueden llegar a ser inadmisibles.

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Para disminuir las sobretensiones transferidas a baja tensión por debajo de los niveles recomendados por el IEEE, deben instalarse pararrayos entre las fases de BT y el hilo neutro. Asimismo, es necesario mejorar la puesta a tierra del hilo neutro.

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Para proteger el aislamiento del devanado de BT con el esquema de tierras separadas, es necesario disminuir la inductancia del conductor de unión entre la cuba y la puesta a tierra. Igualmente, es necesario mejorar la puesta a tierra de la cuba.

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El deterioro del aislamiento está relacionado con la pérdida de su resistencia a esfuerzos y dieléctricos, mecánicos y a pruebas de impulso.

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Si se ha realizado una prueba de voltaje de CA y si quieren usar una prueba de CD alternativa, para determinar resultados equivalentes, se necesitará elevar al máximo al voltajes debe de la prueba.

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Con las pruebas de CA mientras más se aumente el voltaje el costo se incrementa mucho más rápido que el equipo necesario para pruebas en CD. Ello se debe a que el equipo de pruebas desean debe suministrar la corriente de carga, quien máquinas grandes es permanentemente alta. En pruebas de CD esta corriente cae rápidamente después del período inicial de carga.

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La Prueba de Comprobación, es una prueba relativamente rápida y barata que sirve para probar equipos de cualquier capacitancia.

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La prueba de Resistencia de aislamiento, debido a que no hay aislamiento perfecto siempre existirá una corriente de fuga.


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BIBLIOGRAFIA

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ANEXO 1

CAUSA PEQUEÑA, EFECTO GRANDE: DAÑOS CAUSADOS POR SOBRETENSIONES


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Nuestra dependencia de los aparatos eléctricos y electrónicos continúa aumentando tanto en la vida profesional como en la privada. Las redes de datos en las empresas o de los equipos auxiliares de hospitales o cuerpos de bomberos son vitales para contar con un intercambio de información en tiempo real. Los bases de datos delicadas, por ejemplo bancos o de editoriales de medios, necesitan medios de transmisión con un funcionamiento seguro. No solamente los impactos de rayo suponen una amenaza latente para estas instalaciones. con cada vez más frecuencia, las ayudas electrónicas actuales resultan dañadas por sobretensiones causadas por descargas de rayos remotas o por procesos de conmutación en grandes instalaciones eléctricas. También durante las tormentas se liberan grandes cantidades de energía en poco tiempo. Estos picos de tensión pueden penetrar en un edificio a través de todo tipo de conexiones conductoras de electricidad y provocar daños importantes.


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN ¿Qué consecuencias tienen los daños producidos por sobretensiones en nuestra vida cotidiana? La más obvia es la destrucción de los aparatos eléctricos. En el ámbito privado, éstos son: • Televisión/equipo de vídeo • Teléfonos • Ordenadores, equipos de música • Electrodomésticos • Sistemas de vigilancia • Sistemas de alarma antiincendio

La avería de estos aparatos supone unos gastos importantes.

¿Qué ocurre cuando se producen tiempos de inactividad/ daños consecuenciales en los siguientes equipos?: • Ordenadores (perdida de datos); • Instalaciones de calefacción/agua caliente sanitaria; • Ascensor, accionamientos de la puerta del garaje y de las persianas; • Disparo o avería de las instalaciones antiincendio o de robo (costes causados por una falsa

alarma). Particularmente para las oficinas puede tratarse de un tema "vital", pues: • ¿puede seguir funcionando su empresa sin el ordenador central o servidor?; • ¿se han hecho copias de seguridad de todos los datos importantes?

Sumas crecientes de daños Las estadísticas actuales y las estimaciones de las aseguradoras revelan que la cuota de los daños por sobretensiones, sin contar los costes consecuenciales y de inactividad, ha adquirido desde hace tiempo una dimensión crítica a causa de la creciente dependencia de los "asistentes" electrónicos. Por tanto, no es de extrañar que las aseguradoras comprueben más a menudo los siniestros y que prescriban el uso de dispositivos de protección contra las sobretensiones. La directiva VdS 2010 incluye, por ejemplo, información sobre las medidas de protección. Cargas negativas y positivas Mediante ciertos estudios se ha demostrado que las piedrasde granizo de pequeño tamaño que descienden (zona con temperatura superior a -15 °C) poseen cargas negativas, mientras que los cristales de hielo arrastrados hacia arriba (zona con temperaturas inferiores a los -15 °C) poseen cargas positivas. Los cristales de hielo, de poco peso, son arrastrados por el viento ascendente hasta las zonas superiores de la nube y las pequeñas piedras de granizo caen hasta las zonas centrales de la misma. Así, la nube se divide en tres zonas: • Zona superior: positivamente cargada • Zona central: con poca carga negativa


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN • Zona inferior: con carga negativa débil

Esta separación de las cargas genera en el interior de la nube una tensión.

Distribución de las cargas Distribución típica de las cargas • En la parte superior, cargas

positivas, en el centro cargas negativas y en la parte inferior cargas débiles positivas. • En cambio, en las zonas próximas al suelo se encuentran cargas positivas. • La intensidad de campo necesaria para crear un rayo depende de la capacidad aislante del

aire y se encuentra ente los 0,5 y los 10 kV/cm.


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ANEXO 2

CÓMO HACER PARA PROTEGER SUS EQUIPOS E INSTALACIONES DE LAS SOBRETENSIONES DEBIDAS A TRANSITORIOS


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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN Las descargas atmosféricas son un fenómeno de la naturaleza, de hecho un relámpago es una exteriorización de energía que puede ocurrir comúnmente en el desarrollo de una tormenta. No existe ninguna manera de evitar con absoluta certeza que ocurran sobretensiones, pero si hay una manera de ofrecer protección para el equipamiento usado en las instalaciones, mediante el empleo de descargadores. Un descargador protector de ondas de sobretensión es exactamente eso, su nombre implica: un dispositivo que ofrece protección para su equipo eléctrico y electrónico limitando las sobretensiones transitorias que circulan a través de la red, a valores tolerados por los equipos conectados a la misma. Los descargadores tipo “D” de BAW son protectores contra sobretensiones (DPS) que cubren la gama de alta y media energía brindando protección en circuitos secundarios o terminales. Básicamente, los protectores suprimen los picos en su origen antes de que los mismos alcancen a los equipos. Descargador Clase B dispositivo basado en un explosor con una tensión de cebado ó actuación predeterminada en función de la geometría de y entre sus electrodos, permite evacuar gran ca ntidad de energía con un nivel de protección lento pero aceptable (p/valores de la corriente cresta de forma de onda 10/350μs

que corresponden al impulso de corriente de un rayo directo). Descargador de la Clase C, consiste en un resistor no lineal denominado varistor, dicho dispositivo es una válvula que maneja energía pudiendo absorber y disipar varios cientos de joules de energía (p/valores de la corriente cresta de forma de onda 8/20μs que corresponden

al impulso de corriente de un rayo indirecto).

Así es cómo los protectores trabajan: Imagine una tormenta eléctrica, en la cual se produce una descarga en una línea de distribución. El protector responderá a la sobretensión transitoria producida por la descarga atmosférica cambiando su valor normal de alta resistencia a un valor de resistencia baja producto de la alta tensión producida por la descarga, y dirigiendo y derivando a tierra dicha energía resultante. Esta corriente, y la resistencia del protector provocan una descarga y una tensión residual sobre el mismo. Esta misma tensión es "vista" por el equipo protegido y define la protección y capacidad del protector contra sobretensiones. La capacidad de un protector para manejar una cantidad dada de energía determina no solo el nivel de protección, sino su vida útil o "sobrevida" para continuar protegiendo el equipamiento. La capacidad relativa al nivel de energía que puede derivar y su tensión residual son las magnitudes más importantes al momento de determinar el descargador mas apropiado. Dado que se trata de un resistor no lineal de oxido de Zinc, la tensión nominal a frecuencia industrial de la red donde este colocado el descargador también será una aspecto importante a considerar dado que si bien la corriente de fuga a dicha tensión es del orden de los microamperes, la misma producirá un calentamiento sobre dicho dispositivo que deberá estar conforme con su nivel de disipación térmica. Tampoco será conveniente el empleo de protectores en una tensión nominal muy inferior a la de diseño, dado que si bien su condición térmica permanente sería más favorable, la tensión residual del mismo será más alta, dado que habrá sido establecida para el nivel de aislamiento correspondiente a la nominal.


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SBRETENSIONES INTERNAS Y EXTERNAS.pdf

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