OBJETIVOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA ELECTRNICA

OBJETIVOS

La coordinacin de aislamiento tiene por objeto comprobar si las mquinas estn en condiciones de soportar, sin inconvenientes, su tensin asignada, es decir, la tensin especificada en su placa de caractersticas.

Conocer el nivel de sobretensiones que pueden existir en la red para poder comprender su nivel de aislamiento.

Utilizar las mejores protecciones cuando sea necesario para un determinado equipo o circuito.

Escoger el nivel de soporte a las sobretensiones, de los diversos componentes de la red, entre las tensiones de aislamiento que permiten satisfacer las exigencias que se han determinado para dicho equipo o circuito.

Conocer el nivel de aislamiento de los equipos o circuitos para poderlos proteger de cualquier fenmeno ya sea transitorio o permanente.

OBJETIVOS La coordinacin de aislamiento tiene por objeto comprobar si las mquinas estn en condiciones de soportar, sin inconvenientes, su tensin asignada, es decir, la tensin especificada en su placa de caractersticas.

Conocer el nivel de sobretensiones que pueden existir en la red para poder comprender su nivel de aislamiento.

Utilizar las mejores protecciones cuando sea necesario para un determinado equipo o circuito.

Escoger el nivel de soporte a las sobretensiones, de los diversos componentes de la red, entre las tensiones de aislamiento que permiten satisfacer las exigencias que se han determinado para dicho equipo o circuito.

Conocer el nivel de aislamiento de los equipos o circuitos para poderlos proteger de cualquier fenmeno ya sea transitorio o permanente.

INTRODUCCIN

La coordinacin del aislamiento es una disciplina que permite realizar el mejor compromiso tcnico- econmico en la proteccin de las personas y del material contra las sobretensiones que pueden aparecer en las instalaciones elctricas, sobretensiones que pueden tener por origen la red o el rayo.

Tiene un especial inters en la consecucin de una mayor disponibilidad de la energa elctrica, siendo tanto ms importante cuanto ms elevada es la tensin de la red. Para dominar la coordinacin del aislamiento es necesario:

Conocer el nivel de sobretensiones que pueden existir en la red.

Utilizar las mejores protecciones cuando sea necesario.

Escoger el nivel de soporte a las sobretensiones, de los diversos componentes de la red, entre las tensiones de aislamiento que permiten satisfacer las exigencias que se han determinado.

Este trabajo tiene por objeto permitir conocer mejor las perturbaciones de la tensin y los medios para limitarlas, as como las disposiciones normativas para permitir una distribucin segura y optimizada de la energa elctrica, gracias a la coordinacin del aislamiento. Trata esencialmente de las redes de MT y AT.

La limitacin de las consecuencias de un defecto en las redes de

distribucin y en las mquinas (costos de la reposicin del servicio y prdidas en la explotacin) se obtiene por la utilizacin de dispositivos de vigilancia, denominados coordinacin de aislamiento .

1.-Sobretensiones

Se definen como tales las perturbaciones que se superponen a la tensin nominal de un circuito. Pueden aparecer:

Entre fases o entre circuitos distintos, y son llamadas de modo diferencial.

Entre los conductores activos y una masa, o la tierra, y son llamados de modo comn.

Su carcter variado y aleatorio las hace difcil de caracterizar y slo

autoriza una aproximacin estadstica en lo que concierne a su duracin, sus amplitudes y sus efectos.

En realidad los riesgos se sitan esencialmente al nivel de los disfuncionamientos, de la destruccin del material y, como consecuencia en la no continuidad del servicio. Sus efectos pueden presentarse en las instalaciones de los usuarios.

Las perturbaciones pueden conducir a:

Interrupciones cortas (reenganche automtico en las instalaciones de distribucin pblica MT por lneas areas).

Interrupciones largas (intervencin para el cambio de los aislantes destruidos; ver reemplazo del material).

Los aparatos de proteccin permiten limitar los riesgos. Su puesta en

servicio necesita la elaboracin reflexiva de los niveles coherentes de

aislamiento y proteccin. Para ello, es indispensable una comprensin

previa de los diferentes tipos de sobretensin.

1.1.-Sobretensiones a frecuencia industrial

Bajo esta denominacin de frecuencia industrial se reagrupan las sobretensiones de frecuencias inferiores a 500 Hz.

Se recuerda que las frecuencias industriales ms frecuentes son: 50,

60 y 400 Hz. Sobretensiones provocadas por un defecto de aislamiento

Una sobretensin debida a un defecto de aislamiento se manifiesta en una red trifsica, cuando el neutro est aislado, o es impedante.

En efecto, despus de un defecto de aislamiento entre una fase y la masa o la tierra (dao en un cable subterrneo, puesta a tierra de un tipo de coeficiente duracin pendiente amortiguamiento.

1.2.-Sobretensiones por ferrorresonancia

La sobretensin es entonces el resultado de una resonancia particular que se produce cuando un circuito comporta a la vez un condensador (voluntario o parsito) y una autoinduccin con circuito magntico saturable (por ejemplo, un transformador). Esta resonancia puede aparecer, sobre todo, cuando una maniobra (apertura o cierre de un

circuito) .

1.3.-Sobretensiones de maniobra

La modificacin brusca de la estructura de una red elctrica provoca la manifestacin de fenmenos transitorios. stos se traducen, a menudo, por la aparicin de una onda de sobretensin o de un tren de ondas de alta frecuencia de tipo aperidico, u oscilatorio, de amortiguamiento rpido.

* Sobretensiones de conmutacin en carga normal

Una carga normal es esencial- mente resistiva, es decir, que su

factor de potencia es superior a 0,7. En este caso el corte o el

establecimiento de las corrientes de carga no plantea un problema mayor.

El coeficiente de sobretensin (relacin de las amplitudes de la tensin transitoria y de la tensin de servicio) vara entre 1,2 y 1,5. Sobretensiones provocadas por el establecimiento o la interrupcin de

pequeas corrientes inductivas. Este tipo de sobretensin tiene tres

fenmenos generadores: la supresin brusca de la corriente, el recebado y el precebado.

De este hecho, el arco se hace inestable y su tensin puede presentar variaciones relativas importantes, en tanto que su valor absoluto se mantiene muy por debajo de la tensin de la red (caso del SF 6 o del vaco). Estas variaciones de fuerza electromotriz pueden generar en las

capacidades vecinas, parsitas.

1.4.-Sobretensiones atmosfricas

Las tormentas son un fenmeno natural, conocido por todos, espectacular y peligroso. En el mundo se producen unas 1000 tormentas cada da. En Francia ocasionan cada ao un 10% de los incendios, la muerte de 40 personas y de 20 000 animales, y 50 000 cortes de corriente o de telfonos.

Las redes areas son las ms afectadas por las sobretensiones y

sobreintensidades de origen atmosfrico.

Una particularidad de los rayos es su polarizacin: generalmente son

negativos (nubes negativas y suelo positivo). Aproximadamente un 10%

son de polaridad inversa y estos rayos son los ms violentos. A observar que el frente de onda de la tensin del rayo, que las normas aplican, es de 1,2 s para la tensin y 8 s para la corriente.

Normalmente se distingue entre:

La cada directa del rayo sobre una lnea

La cada indirecta del rayo, si ste cae, en las proximidades de una lnea, sobre una torre metlica, o lo que viene a ser lo mismo, sobre el cable de guarda (puesto a tierra, este cable enlaza los vrtices de la torres, y est destinado a proteger los conductores activos de los rayos directos).

* El rayo directo

Se manifiesta por la inyeccin en la lnea de una onda de corriente de

varias decenas de kA. Esta onda de corriente que puede fundir los

conductores, al propagarse a una y otra parte del punto del impacto provoca un aumento de la tensin U dada por la frmula

2 iU = Zc .

siendo i la corriente inyectada y Zc la impedancia homopolar

caractersticas de la lnea (300 a 1000 ohms).

* El rayo indirecto

Cuando el rayo cae sobre una torre, o simplemente en las proximidades de una lnea, se generan en la red sobretensiones importantes. Este segundo caso, ms frecuente que el rayo directo, puede manifestarse tambin peligroso.

1.5.-Sobretensiones electrostticas

Hay otros tipos de descargas atmosfricas. En efecto, si la mayora

de sobretensiones inducidas son de origen electromagntico, algunas son de origen electrosttico e interesan particularmente a las redes aisladas de tierra.

Por ejemplo, durante los minutos que preceden a la cada del rayo, cuando una nube cargada a un cierto potencial se encuentra encima de

una lnea, sta toma una carga de sentido contrario. Antes de que se produzca la cada del rayo que ha de permitir la descarga de la nube, se tiene, pues, entre la lnea y el suelo un campo elctrico E.

Despus de la cada del rayo entre la nube y la tierra, al desaparecer el

campo elctrico, las capacidades se descargan.

2.- La coordinacin del aislamiento2.1.-REFERENCIAS

Las primeras redes elctricas (Grenoble-Jarrie 1 883) eran tecnolgicamente muy rudimentarias y a merced de las condiciones

atmosfricas, como el viento y la lluvia.

El viento, haciendo variar las distancias entre los conductores, era

el origen de cebado de arcos.

La lluvia favoreca las corrientes de fuga a tierra.

Estos problemas han conducido a:

Utilizar aisladores.

Determinar las distancias de aislamiento.

Unir las masas metlicas de los aparatos a tierra.2.2.-Definicin

La coordinacin del aislamiento tiene por objeto determinar las

caractersticas de aislamiento necesarias y suficientes de los diversos componentes de las redes con vistas a obtener una rigidez homognea a las tensiones normales, as como a las sobretensiones de origen diverso.

Su finalidad principal es la de permitir una distribucin segura y optimizada de la energa elctrica.

Para optimizar es necesario comprender y buscar la mejor relacin econmica entre los diferentes parmetros que dependen de esta coordinacin:

costo del aislamiento,

costo de las protecciones,

costo de las averas (prdida de la explotacin y coste de la reparacin), teniendo en cuenta sus probabilidades.

Emanciparse de los efectos nefastos de las sobretensiones supone un

primer paso. Para ello es necesario atacar sus fenmenos generadores,

labor que no siempre es simple. En efecto, si con la ayuda de tcnicas

apropiadas, las sobretensiones de maniobra de la aparamenta pueden

ser limitadas, en cambio, es imposible actuar sobre las del rayo.

Es pues, necesario localizar el punto de ms dbil tensin soportada por

el cual circular la corriente engendrada por la sobretensin, y dotar a todos los otros elementos de la red de un nivel de rigidez dielctrica superior.

Antes de abordar las diferentes soluciones tcnicas (mtodos y materiales) es importante recordar lo que es una distancia de aislamiento y una tensin soportada.

Distancia de aislamiento y tensin soportada

Distancia de aislamiento

Estas dos distancias estn directamente ligadas al afn de proteccin contra las sobretensiones, pero sus tensiones soportadas no son idnticas.

* Tensin soportada

Difiere, en particular, segn el tipo de sobretensin aplicada (nivel de

tensin, frente de onda, frecuencia, duracin). Adems, las lneas de

fuga pueden estar sujetas a fenmenos de envejecimiento,

propios del material aislante considerado, que implica una degradacin de sus caractersticas. Los factores influyentes son principalmente:

Las condiciones ambientales (humedad, polucin, radiaciones UV),

Las tensiones elctricas permanentes (valor local del campo elctrico).

La tensin soportada de distancia en el gas es funcin igualmente de la presin:

Variacin de la presin del aire con la altura,

Variacin de la presin de llenado de un aparato.

Tensin soportada a frecuencia industrial

En rgimen normal, la tensin de la red puede presentar sobretensiones

a frecuencia industrial de dbil duracin (fraccin de segundo a algunas horas, segn el modo de explotacin y de proteccin de la red).

La tensin soportada de ensayo a frecuencia industrial, recomendada

en los ensayos de rigidez dielctrica habituales, de un minuto, es

generalmente suficiente.

* Tensin soportada a las sobretensiones de maniobra

Las distancias sometidas a tensiones de choque de maniobra renen cuatro propiedades fundamentales siguientes:

La no linealidad, ya mencionada, de la relacin distancia/tiempo,

La dispersin, que hace que esta rigidez deba ser expresada en trminos estadsticos.

La asimetra (la rigidez puede ser distinta segn que la onda sea de polaridad positiva o negativa),

El paso por un mnimo de la curva de tensin soportada en funcin de la duracin del frente. Cuando la distancia entre los electrodos crece, este mnimo evoluciona segn las duraciones del frente ms y ms elevadas. Se sita, como media, alrededor de los 250 s, lo que explica la eleccin del frente de la onda de choque normalizada

* Tensin soportada a las sobretensiones atmosfricas

En la cada del rayo, la tensin soportada se caracteriza por una

mucho mayor linealidad que en los dems tipos de solicitaciones.

Principio de la coordinacin del aislamientoEstudiar la coordinacin del aislamiento de una instalacin elctrica es, pues, definir, a partir de los niveles de tensiones y sobretensiones susceptibles de presentarse en esta instalacin, uno o ms niveles de proteccin contra las sobretensiones.

Los materiales de la instalacin y los dispositivos de proteccin son

entonces elegidos en consecuencia. El nivel de proteccin se deduce de

las condiciones:

de la instalacin,

del ambiente,

y de la utilizacin del material.

El estudio de estas condiciones permite determinar el nivel de

sobretensin que podr solicitar el material durante su utilizacin. La

eleccin del nivel de aislamiento adoptado permitir asegurar que,

frente a la frecuencia industrial y frente a los choques de maniobra, al

menos, el nivel de aislamiento no ser nunca sobrepasado.

Frente a la cada del rayo deber realizarse generalmente un

compromiso entre el nivel de proteccin de los pararrayos

eventuales y el riesgo de fallos admisible. Para dominar bien los niveles de proteccin aportados por los limitadores de sobretensin, conviene conocer bien sus caractersticas y su comportamiento.

A) Los explosores

Utilizados en MT y AT se colocan en los puntos de la red particularmente

expuestos y a la entrada de los Centros de Transformacin MT/BT. Su papel es el de constituir un punto dbil en el aislamiento de la red, con

el fin de que un eventual cebado de arco se produzca sistemticamente

en l. El primero y ms antiguo de los aparatos de proteccin es el explosor de varillas. Estaba constituido por dos varillas enfrentadas frente a frente, llamadas electrodos, una unida al conductor a proteger y la otra

a tierra.

B).-Los pararrayos

Su ventaja es que no presentan corriente de fuga y evitan que la red quede sometida a un cortocircuito fase-tierra y sin tensin despus del

cebado.

Se han diseado diferentes modelos: pararrayos a chorro de agua, pararrayos a gas. En las lneas que siguen slo presentamos los tipos

ms usuales. Estos son utilizados en las redes AT y MT.

* Pararrayos a resistencia variable y explosores

Este tipo de pararrayos asocia en serie unos explosores y unas

resistencias no lineales (varistancias) capaces de limitar la corriente despus del paso de la onda de choque.

Despus del paso de la onda de corriente de descarga, el pararrayo queda slo sometido a la tensin de la red. sta mantiene un arco en el

explosor, pero la corriente correspondiente, llamada corriente de fuga pasa por las resistencias cuyo valor ahora es elevado. Esto hace que la corriente de fuga sea lo bastante reducida para no daar a los explosores y pueda ser cortada al primer paso por cero de la corriente (extincin natural del arco).

C).-Los pararrayos de xido de Zinc (ZnO)

Estn constituidos nicamente por varistancias y reemplazan, cada vez ms, a los pararrayos a resistencias variables y explosores. La ausencia del explosor hace que el pararrayos a ZnO sea continuamente conductor, pero, bajo la tensin nominal de la red protegida, esta corriente de fuga a tierra es muy dbil (inferior a 10 mA).

Su principio de funcionamiento es muy simple y se apoya en la caracterstica fuertemente no lineal de las varistancias de ZnO.

SEGN LAS NORMAS:

Coordinacin aplicada al diseo de instalaciones elctricas

Este estudio es econmicamente tanto ms importante cuanto ms elevada es la tensin de servicio. Tres criterios justifican esta afirmacin:

El aumento del nmero de clientes o de la potencia distribuida.

El aumento del coste de los fallos (costo del material a reemplazar).

La parte, relativamente ms dbil del estudio de coordinacin en el costo total de la instalacin.

* Consecuencias de un cebado de arco

Un fallo dielctrico (perforacin o cebado de un arco) puede provocar:

El funcionamiento de las protecciones en el mejor de los casos.

La destruccin de materiales en el peor de los casos.

Una interrupcin de servicio por fallo.

En AT el corte de la alimentacin que entonces se tiene puede afectar a un pueblo entero, o una regin o a un centro siderrgico; ello ocasiona:

un riesgo de desestabilizacin de la red,

una prdida de facturacin de energa para el distribuidor de energa,

una prdida de produccin para los abonados industriales,

un peligro para las personas (por ejemplo en los hospitales) y para los datos informticos.

Para evitar estos accidentes deben efectuarse unos estudios en toda

nueva instalacin. stos permitirn realizaciones coherentes y optimizadas frente a los riesgos. Una solucin es aumentar el nivel de aislamiento de las instalaciones incrementando las distancias de aislamiento.

Pero ello se traduce en un importante aumento de los costes: doblar las distancias motiva multiplicar por ocho los volmenes y los costes. El

sobredimensionamiento es, pues, inadmisible en AT. De aqu la importancia de la optimizacin del equipamiento AT.

Los cortes elctricos que de ello resultan pueden, tambin, ser de

consecuencias graves para los distribuidores de energa (prdidas

de facturacin), para los abonados industriales (prdidas de produccin)

y para las personas (seguridad).

En BT En la prctica, cuando ms baja es la tensin de servicio ms limitadas son las consecuencias de una falta en el caso de distribucin de energa. Pero el desarrollo de los sistemas y equipamientos electrnicos est en el origen de numerosos incidentes consecutivos a las sobretensiones.

La coordinacin de las tensiones soportadas no es pues despreciable, an en BT y el empleo de pararrayos deber generalizarse.

Estos son hoy en da muy aconsejables para los abonados BT alimentados por una lnea area. Reduccin de los riesgos y de los niveles de sobretensin Frente a las diferentes sobretensiones.

Sobretensin debida a la ferrorresonancia

El nico medio de evitarla totalmente es que 1/C.sea superior a la

pendiente en el origen de L..i. Sin embargo, otras soluciones son a considerar y en particular en MT donde:

Puede producirse una discordancia entre las 3 fases en el caso de protecciones por interruptor de mando fase por fase; es necesario buscar la mayor simultaneidad posible en la conexin de las 3 fases de la red (aparato omnipolar).

La conexin de un transformador en vaco puede ser el fenmeno transitorio que provoque la ferrorresonancia; para evitarlo es necesario reducir las capacidades aproximando, por ejemplo, la aparamenta de puesta en tensin del transformador.

La conexin de una carga previamente a la puesta en tensin es beneficiosa. Ella interviene, en efecto, como una resistencia de

amortiguacin, pudiendo impedir la puesta en resonancia. Poner el neutro a tierra es tambin una solucin frente a las resonancias fase/tierra.

Proteccin de las mquinas y de las redes industriales de AT* Defectos principales que se pueden presentar en las redes y las mquinas

Antes de estudiar las causas, las consecuencias y los medios de

proteccin relativos a los principales defectos, juzgamos de inters

recordar que stos son muy variados y pueden determinar el corte de la

alimentacin elctrica o el disparo de una alarma.

A continuacin se resume en la tabla :

Rels de proteccin

Definicin

Los rels de proteccin son dispositivos, ms o menos complejos, que deciden una accin, generalmente la apertura de un interruptor automtico, si aparece un defecto en la red, en la alimentacin o en la mquina controlada.

Estos dispositivos se denominan rels, porque son unos intermediarios entre una magnitud fsica controlada y un disparador. En AT son del tipo indirecto, por cuanto toman la informacin a travs de captadores (TC, TT, toroides).

La utilizacin de rels directos en AT va disminuyendo porque son

rudimentarios, imprecisos y de difcil instalacin debido a las distancias de aislamiento que hay que respetar. Ante un defecto, los rels dan la

orden de apertura a los interruptores automticos.

Un rel puede ser:

de alimentacin propia (o autnomo): toma la energa de la red a travs de captadores.

de alimentacin auxiliar: toma la energa necesaria para su funcionamiento de una fuente auxiliar de tensin (continua o alterna).

Rels de corriente mxima para la deteccin de

cortocircuitos entre fases.

Un rel :

Un rel tiene:

un ajuste de intensidad.

una temporizacin, en la que el instante inicial corresponde al de rebase del umbral y el final a la orden de apertura del interruptor automtico.

MODO DE CONTROLAR DIGITALMENTE

A continuacin se muestra un grafico:

ESQUEMA DE CMO PROTEGER UN CIRCUITO

INTERVENCIN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS

El aislamiento del equipo elctrico de Media Tensin* Resistencia de aislamiento

Aislante elctrico es toda sustancia cuya conductividad es tan pequea, que el paso de la corriente a travs de ella es prcticamente despreciable. Esta pequea corriente se llama de fuga.

Un dielctrico es un medio que tiene la propiedad de que la energa requerida para establecer en l un campo elctrico (solicitacin dielctrica) es recuperable en su totalidad o en parte como energa elctrica.

El establecimiento del campo o la aplicacin de la tensin van acompaados por corrientes de desplazamiento o de carga. El vaco es el nico dielctrico perfecto conocido; los materiales aislantes son dielctricos imperfectos y cuando estn sometidos a una tensin presentan:

corrientes de desplazamiento,

absorcin de corriente,

paso de corriente de conduccin.

Es prcticamente imposible fabricar mquinas con aislantes absolutos. Todos son parcialmente conductores. Si se establece una diferencia de potencial constante entre dos electrodos que atraviesan el aislante, o situados sobre cada una de sus caras, se establecen corrientes, (en general muy dbiles), que atraviesan y contornean los aislantes,

designndose por resistencia total del aislamiento al cociente de la tensin aplicada por la corriente total.

Expresndose habitualmente en megaohmios.

* Rigidez dielctrica

Se define por el mximo gradiente de potencial que puede soportar un aislante sin que se produzca la descarga disruptiva (perforacin del dielctrico).

Si aumentamos progresivamente la tensin alterna aplicada entre electrodos que atraviesa un aislante, o aplicada entre sus caras, observaremos en principio fenmenos luminosos (efluvios, penachos), seguidamente y de repente, una ruptura, es decir, una descarga disruptiva de un electrodo a otro, a travs o a lo largo del

aislante.

* Factor de impulso

La forma caracterstica de las sobretensiones de origen atmosfrico (ondas unidireccionales de frente muy escarpado y cola relativamente larga) ha conducido a considerar una rigidez dielctrica de choque o de impulso que, segn la naturaleza del aislante y segn la forma de la onda, es netamente ms elevada que la rigidez dielctrica de un minuto.

Se ha definido un factor de impulso que es el cociente entre la rigidez dielctrica de choque (valor de cresta) por la rigidez dielctrica a frecuencia industrial (ensayo de un minuto; valor de cresta).

Recientemente se ha definido tambin un valor de correlacin, que es la relacin, no entre las tensiones de ruptura, sino entre las tensiones mantenidas.

* Constante dielctrica

La constante dielctrica de un aislante es la relacin de la capacidad del condensador construido con este aislante como dielctrico, a la que tendra este mismo condensador siendo el dielctrico reemplazado por el vaco.

* Prdidas dielctricas

Un aislante sometido a un campo elctrico alterno da lugar a prdidas. Estas prdidas dependen de la naturaleza del aislante, del campo especfico, de la temperatura y de la frecuencia.

Medidas de aislamiento

En un transformador de potencia, la medida de la resistencia de aislamiento tiene como fin dar una til informacin sobre su estado, con objeto de poner al descubierto posibles defectos de aislamiento y determinar por medio de mediciones peridicas la probable degeneracin del mismo.

En general, la resistencia de aislamiento:

Decrece con:

El aumento de tamao de la mquina,

La mayor longitud del cable.

El aumento de temperatura (la resistencia de aislamiento con el transformador fro es mayor que en caliente y asimismo mayor que cuando los bobinados estn sumergidos en aceite).

Aumenta con:

La mayor tensin de la mquina como consecuencia del mayor grosor del material aislante. Los valores obtenidos son siempre relativos, debido a que se ven influenciados por:

la humedad,

los deterioros en los aislantes,

-- la suciedad.

Medida de la resistencia de aislamiento en transformadores

un aumento apreciable de la resistencia de aislamiento durante el tiempo de aplicacin de la tensin denota un buen estado de los aislantes de devanados en caso de transformadores.

un aislamiento pobre denota humedad, suciedad y/o deterioros.

Es fundamental indicar por tanto, las condiciones de medicin, tanto del

transformador (si est totalmente desconectado o incluye parte del embarrado y cables) as como la de su temperatura, la del ambiente y humedad relativa.

a).- Mtodo de un minuto

Consiste en aplicar un voltaje de prueba al aislamiento mantenindolo constante durante un minuto. Se toma la resistencia de aislamiento al final de este periodo. Si la resistencia disminuye durante la aplicacin de la tensin, el aislamiento denota posible humedad o contaminacin superficial. Si por el contrario la resistencia de aislamiento aumenta constantemente durante este periodo, denota que el aislamiento est seco y sus superficies estn limpias, sin contaminacin.

b).- Mtodo tiempo-resistencia

Cuando se aplica un voltaje de prueba a un aislamiento y la intensidad disminuye durante la comprobacin, aumenta la resistencia aparente del aislamiento, este incremento puede ser bastante rpido al principio, pero pueden pasar varios minutos antes de que llegue a un valor constante,

particularmente s el aislamiento est seco.

Por otra parte, si el devanado est hmedo o sucio, la corriente de conduccin ser alta y la corriente de absorcin ser comparativamente baja (vase curva tpica tiempo-resistencia).

Es evidente que la curva tiempo-resistencia puede servir como indicacin del estado del aislamiento. No ser necesario trazar toda la curva, sino anotar la lectura un minuto despus de la aplicacin de la tensin de prueba y a los diez minutos posteriores. A veces, a este mtodo, se le ha dado el nombre de prueba de absorcin dielctrica por estar basado en el efecto de la absorcin de un buen aislamiento comparado con otro contaminado por suciedad, grasa, etc. tomando el nombre de ndice de absorcin dielctrica, la relacin de dos lecturas tiempo-resistencia.

c).- Mtodo de las dos tensiones

Es la aplicacin de un voltaje de prueba durante un tiempo conocido, por ejemplo, un minuto, midindose la resistencia de aislamiento aparente una vez finalizado este tiempo. Se eleva posteriormente el voltaje hasta un nivel determinado, midindose la resistencia de aislamiento al final del mismo.

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Ensayos dielctricos normalizados

En la prctica industrial sobre transformadores, su aislamiento se ha previsto desde antiguo, para poder soportar, durante un minuto, dos veces la tensin nominal a la frecuencia industrial.

Esta regla, a pesar de su origen emprico, ha resultado satisfactoria en su empleo y no ha sufrido ms que ligeras modificaciones (para las muy bajas y muy altas tensiones). Corresponde al ensayo dielctrico llamado de tensin aplicada.

Consiste en poner sucesivamente cada devanado a un potencial uniforme de frecuencia industrial estando los otros devanados unidos entre ellos y a masa, as como una tierra. Este ensayo dura un minuto.

CONDICIONES QUE INFLUYEN EN EL AISLAMIENTOEfectos por el medio ambientea).- Efectos de las condiciones atmosfricas Las caractersticas de la tensin de ruptura del aislamiento en el aire vara con las condiciones atmosfricas, la tensin de ruptura vara en forma inversa con la temperatura, pero directamente con la presin baromtrica y de igual forma con la humedad absoluta.Densidad del aire=17.95*Presin Baromtrica / (4600 + Temperatura)b).- Efectos de las condiciones metereolgicasPrcticamente no se toman en cuenta directamente a excepcin de precipitaciones que humedecen las superficies aislantes, la cual se prev con pruebas de impulso de bajo humedad; tambin los vientos influyen indirectamente debido al transporte y deposicin de los contaminantes, siendo los ms nocivos los vientos sostenidos suaves de velocidades de velocidades entre 2 y 5 m/s y las rfagas de torbellinos de ms de 10 m/s.c).- Efectos de las condiciones de ensuciamiento Por diversas causas existen en la naturaleza slidos en suspensin, lquidos atomizados, gases estables libres, etc., que pueden ser transportados fcilmente por el viento y gracias al campo elctrico y gravitacional se depositan en las superficies aislantes, todo ello con ayuda de la humedad las lneas de fuga disminuyen producindose flash over, esto no es muy notorio en atmsfera seca pero si en presencia de la humedad.Efectos fsicos por serviciosa).- Esfuerzos electromecnicos Los principales esfuerzos que soportan el aislante son debidos al peso, viento, electrodinmicos que aparecen por intervalos de tiempo debidos a fallas en el aislamiento o fallas por cortocircuitos.b).- Por abrasivos o impactos Tambin son afectados por erosin natural causados por el viento, polvo que ocasionan porosidad en las superficies aislantes facilitando la contencin de la humedad y contaminacin, por ello la seleccin del material se basa en la garanta que ofrecen los proveedores.c).- Por temperatura Los materiales dielctricos slidos, generalmente son malos conductores de calor, por lo tanto no les afecta la temperatura, pero si los accesorios metlicos de anclaje y ensamblaje que necesita el aislamiento para su fijacin estos se dilatan contraen por calor, las cuales en alta tensin llevan juntas de dilatacin.Para el caso de aislamiento externo que usan pelculas semiconductoras de estabilizacin de potencial se debe tener en cuenta que para temperaturas de operacin por encima de los 25oC, se pueden producir un empalamiento trmico acompaado de corrientes progresivas que destruyen el aislamiento y derivan en fallas francas.d).- Envejecimiento por descargas parciales Afectan principalmente a los aislamientos internos en son cuales los puntos calientes van hacindose ms fuertes en funcin al gradiente de fuente de descargas, con el consecutivo debilitamiento y predisposicin a la falla franca.Caractersticas de la tensin de ruptura en los aisladores de los portabarras La suspensin y aparatos aisladores juegan un papel importante en la coordinacin de aislamiento enana subestacin, no solo estableciendo el nivel de aislamiento sino tambin determinando la magnitud de sobretensiones que soporta toda la subestacin.Impulso caracterstico para aislamiento de transformadoresEl transformador es el equipo ms caro en una subestacin por ello es importante proteger adecuadamente para las condiciones ms crticas. El nivel de aislamiento puede determinarse con una tensin de ruptura de el mayor aislamiento interno (aislamiento a tierra), la tensin de ruptura de del menor aislamiento (aislamiento entre espiras y arrollamientos), la tensin de flash over en los bushings o la combinacin de estos.Los bushings representan una parte vital del aislamiento del transformador, estos impulsos de flash over pueden ser cuidadosamente considerados al establecer el nivel de aislamiento en un transformador.Las caractersticas voltaje-tiempo de los bushings de un transformador difieren de las caractersticas de voltaje-tiempo de la aislamiento interna del transformador en general, el bushings tendr un mas alto flash over y el tiempo de falla ms reducido que el aislamiento interno del transformador.Para sobretensiones externas las precauciones consisten en dimensionar las tensiones de carga y de ruptura de los diversos conjunto de de instalaciones, tambin los tensiones de ignicin y residual de pararrayos.La coordinacin es el primer anlisis como funcin de proteger la instalaciones ms importantes del sistema tales como transformadores, de modo que las sobretensiones externas sean desviadas a tierra sin causar dao al sistema, los dems elementos del sistema deben ser aislados con valores ms elevados, es por ello que loa aislamientos de dos elementos de la instalacin tiene que ser coordinados.A causa de la coordinacin de aislamiento los diversos aislantes de una instalacin son divididas en grupos para las cuales se designan valores diferentes de rigidez dielctrica. El conjunto de valores de tensin de un grupo forman un nivel de aislamiento tambin llamado nivel de tensin.Los aisladores se dividirn en tres niveles: Aislamiento interno; comprende todo aislamiento slido, lquido y gaseoso, puntos de interrupcin abiertos con separadores, puntos de difcil acceso separados por ejemplo con aceite, gas, etc.

Aislamiento externo; comprende las diversas separaciones de las fases a tierra, para instalaciones de seguridad, un nivel mnimo es establecido por medio de interruptores de sobretensiones o protegidos por disipadores de seguridad.Se puede coordinar aislamiento para dos niveles, soportados y de proteccin el primero se3 refiere a un exceso de aislamiento en aisladores, cable y dispositivos de proteccin siendo u nivel soportado, descarga cero; el nivel de proteccin formados por los dispositivos de seguridad representa un nivel de descarga mxima a cien por ciento. Designaremos al nivel superior como S y al inferior como P. Como la proteccin no debe responder a sobretensiones internas, la amplitud de la proteccin se determina por el lmite superior de las sobretensiones internas. La amplitud del aislamiento se determina por la seguridad con que se despeja incursiones de rayos en el sistema.MTODOS PARA EL DISEO DE COORDINACIN DE AISLAMIENTOS

La determinacin de los valores de coordinacin consiste en establecer los valores ms bajos de tensiones soportadas por el aislamiento, que satisfaga los criterios de comportamiento del aislamiento, cuando estas aislaciones son sometidas a sobretensiones representativas de las condiciones de servicio.Los inconvenientes que ocasionan las sobretensiones ya sea interna o externa han obligado a una mejor aplicacin de las prcticas de coordinacin de aislamientos a partir de las siguientes premisas. La definicin de una onda normalizada de impulsos por sobretensiones internas .

Un modelo que defina el comportamiento del aislamiento durante ciertos impulsos .

La definicin de pruebas de impulso normalizadas.a).-Mtodo convencionalSe adopta un margen de seguridad entre la sobretensin mxima y la mnima tensin soportada por el aislamiento, ste mtodo adolece de tcnica debido a que la margen de seguridad es arbitrario, adems que la mxima sobretensin y la mnima tensin de sostenimiento del aislamiento son magnitudes aleatorias lo cual no es aceptable para el diseo de costosos aislamientos en extra y ultra altas tensiones, pero se puede aplicar en alta tensin.b).- Mtodo estadsticoEs una funcin probabilstica de la naturaleza aleatoria de las sobretensiones y del sostenimiento del aislamiento ,debida a una sobretensin previsible con cierta frecuencia de aparicin ,lo cual tambin puede permitir calcular el costo anual capitalizado de las fallas a partir del costo de una falla; para evaluar el riesgo falla se debe considerar todas las causas de las sobretensiones importantes ,y para cada una de las causas consideradas (frecuencia de aparicin anual ,distribucin estadstica de amplitudes ) ,incluyendo sobretensiones internas ,con todos estos datos se puede calcular el riesgo falla con los siguientes pasos:1. Se determina la densidad e probabilidad de falla del aislamiento como un producto de las ordenadas de ambas caractersticas.

2. por integracin de dicha funcin se obtiene el riesgo falla, el cual podr reducirse al incrementar el aislamiento(a mayor costo).

3. El aislamiento podr elegirse en el punto ptimo del costo por aislamiento y costo derivativo del riesgo de falla. Donde: Probabilidad de disrupcin. : Sobretensin. Densidad de probabilidad. : Densidad de probabilidad de falla debida a una sobretensin U. Riesgo de falla. El clculo de R se aplica a elementos de aislamiento monofsico, para ms elementos en paralelo con la misma fase se multiplicar por el nmero de elementos en paralelo.c).- Mtodo estadstico simplificadoSe necesita definir a las sobretensiones y los valores de sostenimiento como simples valores o probabilidades en lugar de buscar las funciones enteras de probabilidad admitiendo que estas leyes son gausianas con una desviacin tpica de valor conocido.

d).-Mtodo determinstico

Este mtodo se utiliza generalmente cuando no se dispone de informacin estadstica proveniente de ensayos para determinar el ndice de fallas del equipamiento en servicio.

Con este mtodo, no se hace referencia al ndice de falla eventual del equipamiento en servicio.

e).-Mtodo estadstico

Este mtodo est basado en la frecuencia de ocurrencia de una causa dada, la distribucin de probabilidad de sobrentensiones relativa a esta causa y la probabilidad de descarga de la aislacin.

Igualmente se puede determinar el riesgo de falla combinando simultneamente, para cada aplicacin de tensin, las probabilidades de descarga y de sobretensin teniendo en cuenta la naturaleza estadstica de las sobretensiones y de la descarga mediante procedimientos adecuados, por ejemplo utilizando los mtodos de Monte-Carlo.

Se puede obtener el ndice de indisponibilidad del sistema debido a fallas del aislamiento repitiendo los clculos para diferentes tipos de aislamientos y diferentes configuraciones del sistema.

f).-Mtodo estocstico.

g).-Mtodo analtico.

Este mtodo est basado en el anlisis cientfico de ocurrencia de una causa dada, la distribucin de probabilidad de sobrentensiones relativa a esta causa y la probabilidad de descarga de la aislacin.CONCLUSIONES

La coordinacin del aislamiento intenta encontrar un justo equilibrio entre la fiabilidad de los materiales, desde el punto de vista dielctrico, por una parte y de su dimensionamiento, y por tanto su costo, por la otra parte.

La explicacin que se ha hecho en este documento muestra la complejidad de los parmetros que intervienen en este tipo de anlisis.

Los progresos realizados en el conocimiento de los fenmenos permiten hoy en da conseguir una acrecentada fiabilidad en las instalaciones, autorizando una optimizacin en el plano econmico y en el de los esfuerzos en servicio.

La continuidad de la explotacin y la limitacin al mnimo estricto de las

consecuencias de todos los tipos de defectos, se consiguen con una

eleccin adecuada de los dispositivos de proteccin y su correcta regulacin.

El equipo elctrico de una instalacin deber estar aislado entre s y con respecto a tierra. Esta caracterstica de aislamiento no es constante y puede deteriorarse con el paso del tiempo por razones de humedad, por la accin de inclemencias atmosfricas, contaminacin, etc.

Es aconsejable el estudio del aislamiento a lo largo de la vida de los equipos, para poder prevenir su envejecimiento prematuro y sus averas.

Los equipos de proteccin de las redes MT y AT garantizan una funcin

de seguridad primordial. Deben de garantizar la proteccin de materiales

y personas asegurando a la vez la disponibilidad de la energa. Sus

disfunciones pueden producir a los usuarios prdidas econmicas

importantes. Es, por tanto, esencial que respondan a altas exigencias de

fiabilidad, seguridad, disponibilidad y mantenibilidad. Para esto, los equipos de proteccin deben de tener ciertas caractersticas tcnicas e

industriales, de las que, las ms significativas, son:

Proteger bien las redes y equipos MT y AT, gracias a algoritmos adaptados a las diversas funciones de proteccin.

Ser fciles de instalar, de utilizar y mantener.

Ser fiables en un entorno severo.

Ser capaces de autovigilarse,

Tener una posicin de repliegue.

La utilizacin cada vez ms frecuente de pararrayos coadyuva a un mejor

dominio del nivel de proteccin, especialmente por la mejora de sus

caractersticas y su fiabilidad.

Actualmente, teniendo en cuenta el desarrollo de las comunicaciones digitales (bus) y de la supervisin, la funcionalidad de los equipos de proteccin llega hasta el dominio del mando y control para una gestin ptima de la distribucin elctrica.BIBLIOGRAFA

Cuadernos Tcnicos Merlin Gerin La proteccin de los cableados de

BT contra las perturbaciones electromagnticas en los centros de alta tensin y muy alta tensin.

F. VAILLANT.

*Sobretensiones y coordinacin del aislamiento. CT n 151. D.

FULCHIRON.

*Clculo de las corrientes de cortocircuito. CT n 158.

Proteccin de redes por el sistema

de selectividad lgica. R. CALVAS

y SAUTRIAU. Cuaderno Tcnico

Schneider n 2.

Puesta a tierra del neutro en una

red industrial AT. MM. SAUTRIAU y

TOUCHET. Cuaderno Tcnico

Schneider n 62.

Control, mando y proteccin de

motores MT. J.Y.BLANC. Cuaderno

Tcnico Schneider n 165.

Normas:

CEI 60: Tcnica de los ensayos en alta tensin.

CEI 71-1: Coordinacin del aislamiento: definiciones, principios y reglas.

CEI 71-2: Coordinacin del aislamiento: gua de aplicacin.

CEI 99: Pararrayos.

CEI 56: Interruptores automticos de corriente alterna de alta tensin.

CEI 60-1: Tcnicas de los ensayos en alta tensin - 1 parte.

CEI 71: Coordinacin de aislamiento.

CEI 76-1: Transformadores de potencia - 1 parte: Niveles de aislamiento y ensayos dielctricos.

CEI 99-1: Pararrayos - 1 parte.

NF C 17100: Proteccin contra el rayo - Instalacin de pararrayos: reglas.

ING MsC. PERCY CUEVA RIOS.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA.

ALTA TENSIN

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