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GUA DE APLICACIN DE LA ESPECIFACINDE COORDINACIN DE AISLAMIENTO

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0 INTRODUCCIN

Esta gua de aplicacin consta de dos partes: la primera trata los principios de coordinacin de aislamiento y lasegunda contiene ejemplos de aplicacin.

El contenido de la parte I sigue estrictamente el diagrama de flujo de coordinacin de aislamiento presentadocomo figura 9 en la especificacin CFE L0000-06, resaltando la necesidad de considerar todos los orgenes,todas las clases y todos los tipos de esfuerzos de tensin en servicio, independientemente del rango de tensinmximo para el que est diseado el equipo, hasta determinar las tensiones de aguante requeridas. Slo en elltimo paso de la coordinacin de aislamiento, para seleccionar las tensiones de aguante nominales, se aplica elprincipio de cubrir un esfuerzo de tensin de un servicio particular por una tensin de aguante nominal.

La parte ll contiene algunos ejemplos que explican los conceptos indicados en la parte l, para la seleccinadecuada de los niveles de aislamiento del equipo requerido por el Sector Elctrico.

1 OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIN

El objetivo de esta gua de aplicacin es dar un procedimiento para determinar las tensiones de aguantenominales para las categoras I y ll de la especificacin CFE L0000-06 y para justificar la asociacin de losvalores nominales con las tensiones mximas para el equipo normalizado en esta gua.

Adems, esta gua de aplicacin para la especificacin CFE L0000-06 se usa para la seleccin de los niveles deaislamiento del equipo o instalaciones de sistemas trifsicos con tensiones nominales de 1 kV en adelante.

Comprende el aislamiento de fase a tierra, entre fases y longitudinal. Los principios que se presentan se puedenaplicar a sistemas monofsicos o bifsicos; sin embargo, los valores son validos nicamente para sistemastrifsicos.

2 NORMAS QUE SE APLICAN

Para la correcta aplicacin de esta gua se deben utilizar las normas siguientes:

CFE L0000-06-1991 Coordinacin de Aislamiento.

CFE VA000-07-1982 Apartarrayos Autovalvulares para Tensiones de 12 a192 kV.

CFE VA400- 17- 1990 Apartarrayos, Tipo Estacin e Intermedios de xido deZinc para Sistemas de 13,8 a 400 kV.

3 PRINCIPIOS DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO (PARTE 1)3.1 Esfuerzos de Tensin Representativos en Servicio

3.1.1 Origen y clasificacin de los esfuerzos de tensin

En la especificacin CFE L0000-06 se clasifican los esfuerzos de tensin en funcin de los parmetros detiempo, tales como la duracin de la tensin a la frecuencia del sistema o la forma de onda de una sobretensinde acuerdo con su efecto en el aislamiento o en los dispositivos de proteccin. Los esfuerzos de tensin dentrode estas clases, tienen los orgenes siguientes:


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a) Tensin permanente a la frecuencia del sistema.

Originada por la operacin del sistema en condiciones normales de operacin.

b) Sobretensiones temporales.

Pueden originarse por fallas, operaciones de maniobra como rechazo de carga, resonancia,condiciones no lineales (ferrorresonancia); o una combinacin de estos.

c) Sobretensiones transitorias:

- sobretensiones de frente lento:

Pueden originarse por fallas y operaciones de maniobra (energizacin ore-energizacin de lneas).

- sobretensiones de frente rpido:

Pueden originarse por operaciones de maniobra (en lneas conectadas a motores), opor rayos directos a los conductores de lneas areas.

- sobretensiones de frente muy rpidos:

Se originan de fallas u operaciones de maniobra en subestaciones aisladas con gas(GIS).

- sobretensiones combinadas:

Ocurren entre las fases de un sistema (fase-fase) o entre sistemas separados en la

misma fase (longitudinal) y pueden tener cualquiera de los orgenes antesmencionados.

Generalmente todas las clases de sobretensiones pueden presentarse en toda lagama de tensiones. Cuando se determinan sus amplitudes y formas de onda debenconsiderarse las caractersticas de los dispositivos de proteccin.

3.1.2 Dispositivos de proteccin

3.1.2.1 Generalidades

Se consideran dos tipos de dispositivos de proteccin:

- apartarrayos autovalvulares del tipo resistencia no lineal con entrehierros en serie(actualmente en desuso),

- apartarrayos de xidos metlicos sin entrehierros:

Cuando se usen otros tipos de apartarrayos, su caracterstica de proteccin debe serproporcionada por el fabricante o determinarse por medio de pruebas.


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La seleccin entre estos dispositivos, los cuales no proporcionan el mismo grado deproteccin, depende de varios factores como por ejemplo la importancia del equipo aproteger, las consecuencias de una interrupcin del servicio, etctera.

Sus caractersticas se consideran ms adelante, desde el punto de vista de la coordinacinde aislamiento, y los efectos de los dispositivos de proteccin se consideran en las clusulasque traten con las diferentes clases de sobretensin.

Los dispositivos de proteccin deben disearse e instalarse para limitar las magnitudes delas sobretensiones, a fin de proteger los equipos, de manera que la tensin en losapartarrayos y la de sus cables de conexin durante la operacin no exceda los valoresindicados en la especificacin correspondiente.

Un punto importante es que la tensin producida a travs de las terminales del apartarrayosen cualquier instante, antes y durante su operacin, debe considerarse en la determinacinde sus caractersticas de proteccin.

3.1.2.2 Apartarrayos autovalvulares del tipo resistencia no lineal con entrehierros en serie.(Actualmente en desuso)

La definicin y caractersticas de estos apartarrayos se dan en la IEC 99-1, su seleccin se detalla en la IEC99-3. Las caractersticas que se incluyen en esta gua nicamente se aplican cuando el material de la resistenciaes carburo de silicio (SiC).

a) Caractersticas de proteccin contra sobretensiones de frente rpido.

La proteccin del apartarrayos se caracteriza por las tensiones siguientes:

- tensin de arqueo debida a un impulso por rayo normalizado (vase tabla Vl de la IEC

99-1),

- tensin residual (descarga) a corriente nominal seleccionada (vase tabla Vll de la IEC99-1),

- tensin de arqueo de frente de onda (vase tabla Vl de la IEC 99-1).

b) El nivel de proteccin de impulso por rayo que se toma es el mayor de los valores siguientes:

- tensin mxima de arqueo con forma de onda de impulso 1,2/50 s,

- tensin mxima residual a una corriente especfica.

La evaluacin del nivel de proteccin da un valor aproximado aceptable. Para mayorinformacin de la proteccin de frente de onda con apartarrayos vase la norma IEC99-1.

Nota: Tradicionalmente, fue incluida la tensin de descarga al frente de onda dividida por 1,15 para determinar el nivel deproteccin al impulso por rayo. Ya que el factor 1,15 se justifica tcnicamente slo para aislamiento de papelimpregnado en aceite, su aplicacin a otros equipos que no sean transformadores puede dar como resultado undiseo no conservador del aislamiento. Por lo tanto, se ha omitido esta alternativa.


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c) Caractersticas de proteccin relacionadas con sobretensiones de frente lento.

El nivel de proteccin de un apartarrayos para impulsos por maniobra es la tensin mximapor arqueo para las formas de impulso normalizadas en la publicacin IEC 99-1 subclusula8.3.5.

Si el apartarrayos contiene entrehierros activos, la tensin total del apartarrayos paradescargas por maniobra es proporcionada por el fabricante debido a que puede ser mayorque la tensin de arqueo.

3.1.2.3 Apartarrayos de xidos metlicos sin entrehierros

Las caractersticas y definiciones de estos apartarrayos se dan en IEC 99-4 y CFE VA400-17.

a) Caractersticas de proteccin contra sobretensiones de frente rpido.

La proteccin de los apartarrayos de xidos metlicos se caracteriza por las tensionessiguientes:

- tensin residual a la corriente nominal de descarga.

- tensin residual para el impulso de corriente de frente rpido.

Para propsitos de coordinacin, el nivel de proteccin de impulso por rayo est dado por latensin residual mxima a la corriente nominal de descarga.

b) Caractersticas de proteccin contra sobretensiones de frente lento.

La proteccin se caracteriza por la tensin residual para las corrientes de impulso por

maniobra especificadas. Para propsitos de coordinacin. el nivel de proteccin de impulsopor maniobra se toma como la tensin residual mxima para las corrientes de impulso pormaniobra especificadas.

La evaluacin de los niveles de proteccin da un valor representativo que generalmente esaceptable.

Una mejor definicin de la caracterstica de proteccin con apartarrayos de xidos metlicos,se da en la publicacin IEC 99-4 y en la especificacin CFE VA400-17.

3.1.3 Esfuerzos de tensin representativos

3.1.3.1 Tensin continua a la frecuencia del sistema

En condiciones de operacin normal puede esperarse que la tensin a la frecuencia del sistema vare enmagnitud y sea diferente en algn punto del sistema con respecto a otro. Para propsitos de diseo ycoordinacin de aislamiento, la tensin continua representativa debe considerarse constante e igual a la tensin

mxima del sistema, la cual casi no difiere de la tensin mxima del equipo con valores pico de Vm d/ 3 , de

fase a tierra y un 2 de fase a fase.


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3.1.3.2 Sobretensiones temporales

Se caracterizan por sus amplitudes, formas de onda y duracin. Todos los parmetros dependen del origen, lasamplitudes y formas de onda, an pueden variar incluso durante la sobretensin. Para propsitos decoordinacin de aislamiento la forma de onda puede considerarse igual a la de la tensin a la frecuencia delsistema. La sobretensin temporal representativa se describe generalmente por su amplitud y duracin de unminuto, correspondiendo a la tensin de corta duracin normalizada a la frecuencia del sistema. En aplicacionesespeciales la sobretensin representativa se describe por la caracterstica amplitud-duracin.

La distribucin de los esfuerzos de tensin en ciertos tipos de transformadores con frecuencia de resonanciabaja de los devanados, puede ser sensible a la frecuencia de las sobretensiones temporales. En estos casospuede no ser adecuado representar la sobretensin por una tensin a la frecuencia del sistema con duracin deun minuto. Para estos casos se deben realizar estudios especiales.

3.1.3.2.1 Fallas a tierra

La sobretensin temporal debida a fallas a tierra, es una sobretensin de fase a tierra que ocurre en dos de lasfases de un sistema trifsico. Las sobretensiones temporales entre fases o a travs del aislamiento longitudinalno se presentan. La forma de onda de la sobretensin representativa es la de la tensin a la frecuencia delsistema.

Las amplitudes dependen del sistema de aterrizamiento del neutro y de la localizacin de la falla. En el anexo Ase da una gua para su determinacin . En configuraciones normales del sistema se recomienda su poner laamplitud de la sobretensin igual a su mximo valor. En configuraciones anormales del sistema, por ejemplopartes del sistema con neutro no aterrizado dentro de un sistema con neutro normalmente aterrizado, se debetratar en forma separada tomando en cuenta su probabilidad de ocurrencia simultneamente con la falla a tierra.

La duracin de la sobretensin es igual al tiempo en el que se inicia la falla y su liberacin. En sistemas conneutro aterrizado, generalmente es menor de 1 s. Para sistemas con neutro es menor de 1 s. Para sistemas con

neutro aterrizado resonante, la liberacin de la falla, generalmente es menor de 10 s y en sistemas sinlibramiento de fallas a tierra, la duracin puede ser de hasta 8 h o ms.

Nota: Se debe poner atencin al hecho de que la tensin mxima a la frecuencia del sistema que puede aparecer en unade las fases sanas durante una falla a tierra particular, no depende slo del valor del factor de falla a tierra, sinotambin del valor de la tensin de fase a fase en el momento de la falla. Esta tensin fase-fase generalmente setoma como la tensin ms alta del sistema, pero en algunos casos puede ser necesario tomar en cuenta elincremento del valor de la tensin fase-fase.

3.1.3.2.2 Rechazo de carga

Las sobretensiones temporales debidas a rechazo de carga dependen de la carga rechazada en la configuracindel sistema despus de su desconexin y de las caractersticas de las fuentes (potencia de cortocircuito en lasubestacin, regulacin de tensin y velocidad de los generadores, etctera).

Esta elevacin de tensin puede ser importante en el caso de rechazo de carga al final de una lnea larga (efectoFerranti). Esto afecta principalmente a los equipos de la subestacin conectados por el lado de la fuente delinterruptor remoto abierto.

Nota: Desde el punto de vista de sobretensiones, debe hacerse una distincin entre los diversos tipos de configuracinde sistemas. Como casos extremos se tienen sistemas con lneas relativamente cortas y valores altos de potenciade cortocircuito en las subestaciones terminales, donde ocurren sobretensiones bajas y sistemas con lneas largasy valores bajos de potencia de cortocircuito en el sitio de generacin los cuales son usuales en la etapa inicial desistemas de extra alta tensin y en donde pueden presentarse sobretensiones muy altas cuando se desconectarepentinamente una gran carga.


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La sobretensin es una tensin trifsica simtrica a la frecuencia del sistema; por lo tanto, ocurren las mismassobretensiones relativas fase-tierra y fase-fase. Las sobretensiones temporales longitudinales dependen (si esposible) o no de la oposicin de fase.

Se recomienda considerar sus valores mximos para las amplitudes representativas. Como gua se puedenaplicar los valores siguientes:

- transformadores del sistema:

Para un rechazo de carga total la sobretensin temporal generalmente es menor de 1,2veces la tensin del sistema en sistemas moderadamente extendidos. La duracin dependedel control de la tensin en operacin y puede ser de hasta varios minutos. En sistemasextendidos las sobretensiones pueden alcanzar 1,5 veces la tensin del sistema o an mscuando ocurren en efectos de resonancia o Ferranti. Su duracin puede estar en el orden dealgunos segundos. La sobretensin longitudinal generalmente es igual a la de fase tierra a

menos que se haga intervenir a motores o generadores en el lado del rechazo y tiene queconsiderarse la oposicin de fases.

- transformador del generador:

Para un rechazo completo la sobretensin en el transformador puede alcanzar hasta 1,5veces la tensin del sistema. La duracin depende del control del generador y puede ser dehasta 3 s. La sobretensin temporal longitudinal est compuesta por la tensin de operacinfase-tierra en una de las terminales y la sobretensin temporal fase-tierra en oposicin defase en la otra terminal es decir 2,5 veces la tensin de operacin fase-tierra.

3.1.3.2.3 Resonancia y ferroresonancia

Las sobretensiones temporales debidas a estas causas generalmente se alcanzan cuando circuitos con grandeselementos capacitivos (Ineas, cables, lneas compensadas en serie) y elementos inductivos (transformadoresreactores derivadores) con caractersticas de magnetizacin no lineal se energizan, o como resultado derechazos de carga.

Estas sobretensiones pueden llegar a valores extremadamente altos y debern prevenirse o limitarse con losmtodos indicados en los puntos 3.1.3.2.5 o 3.1.3.2.6. Por lo tanto pueden no considerarse como base para laseleccin de apartarrayos o para el diseo de aislamientos internos.

3.1.3.2.4 Sobretensiones longitudinales durante la sincronizacin

Las sobretensiones temporales longitudinales representativas tienen una amplitud del doble de la tensin deoperacin de fase a tierra y una duracin de entre varios segundos hasta algunos minutos.

Ms an la probabilidad de una falla a tierra durante la sincronizacin puede ser suficientemente alta cuandodicho sincronizacin es frecuente. En tales casos las amplitudes de !a sobretensin representativa son lasobretensin representativa de falla a tierra en una terminal y la tensin de operacin normal en oposicin defase en la otra.


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3.1.3.2.5 Combinaciones de sobretensiones temporales de origen diferente

Las sobretensiones temporales de orgenes diferentes deben combinarse slo despus de un examencuidadoso en cuanto a su probabilidad de ocurrencia simultnea. Estas combinaciones conducen al empleo deapartarrayos, con caractersticas nominales ms altas, con la consecuente sobreproteccin y sobreaislamiento,los cuales se justifican solo tcnica y econmicamente si la probabilidad de ocurrencia es suficientemente alta.

a) Rechazo de carga con falla a tierra.

Esta combinacin puede existir cuando se desconecta una carga grande presentndose unasobretensin temporal y debido a sta se origina una falla a tierra en el resto del sistema. Laprobabilidad de este evento es pequea, ya que las sobretensiones debidas al cambio decarga son en s mismas pequeas y pueden causar fallas slo en condiciones extremas,tales como alta contaminacin. La combinacin puede existir, cuando durante una falla en lalnea, el interruptor del lado de la carga abre primero y la desconexin de la carga produceuna sobretensin por rechazo de carga en el sistema hasta que abre el interruptor del lado

del circuito de la fuente. La combinacin tambin puede ocurrir como resultado de una fallaen la lnea seguida por la falla de apertura de un interruptor. La probabilidad de talcombinacin, sin embargo es pequea pero no puede despreciarse ya que estos no soneventos estadsticamente independientes. Esto puede ocurrir como resultado de unasobretensin en las fases sanas y de tener un generador conectado a travs de untransformador a una lnea larga fallada. La sobretensin consta de un transitorio de frentelento y de una sobretensin temporal variable y prolongada la cual es funcin de lascaractersticas del generador y de las acciones del regulador de tensin del generador.

En cualquier caso la sobretensin resultante no debe obtenerse por la multiplicacin de dosfactores de sobretensin de los eventos separados debido a que:

- el factor de falla a tierra cambia cuando est relacionado con la sobretensin por

rechazo de carga,

- la configuracin del sistema se modifica despus del cambio de carga. Por ejemplo, elfactor de falla a tierra en los transformadores con neutro aterrizado del generador esmenor de 1, despus de desconectarse del sistema,

- para transformadores de sistema la prdida de toda la carga nominal no es usual,

- si algunas combinaciones se consideran suficientemente probables, se recomiendanestudios precisos del sistema.

b) Otras combinaciones.

Ya que el fenmeno de resonancia debe evitarse, su combinacin con otros orgenes slodebe considerarse como causa adicional de estas resonancias. En algunos sistemas, sinembargo, no es realmente posible evitar el fenmeno de resonancia, y por lo tanto esimportante realizar estudios detallados.


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3.1.3.2.6 Limitacin de sobretensiones temporales

a) Sobretensiones de falla a tierra.stas dependen de los parmetros del sistema y slo se pueden controlar seleccionandoestos parmetros durante el diseo del sistema; existe una excepcin en sistemas conneutro aterrizado, los cuales en situaciones no usuales pueden separarse por medio degrandes transformadores con neutro aislado. Las sobretensiones por fallas a tierra en laparte separada puede controlarse instalando cuchillas de puesta a tierra de operacin rpidapara aterrizar dichos neutros; o bien, por interruptores, o por una seleccin especial deapartarrayos de neutro, los cuales cortocircuitarn el neutro despus de la falla.

b) Cambios sbitos de carga.

Estas sobretensiones pueden controlarse por reactores de compensacin, capacitores enserie o compensadores estticos.

c) Resonancia y ferrorresonancia.

Estas sobretensiones deben evitarse desintonizando el sistema de la frecuencia deresonancia, cambiando la configuracin del sistema, o con resistores de amortiguamiento.

3.1.3.2.7 Proteccin con apartarrayos

Usualmente los apartarrayos deben seleccionarse con una tensin nominal igual o mayor que la sobretensinmxima temporal esperada; por lo tanto, protegern contra estas sobretensiones temporales, excepto cuandose trata de sobretensiones debidas a efectos resonantes; en estos casos los apartarrayos pueden aplicarse paralimitar o aun para prevenir tales sobretensiones. Si los apartarrayos se utilizan para este propsito, debenhacerse estudios de esfuerzos trmicos en ellos, para evitar que fallen trmicamente.

3.1.3.3 Sobretensiones de frente lento

stas tienen duraciones de frente y de cola desde algunos dcimos hasta miles de microsegundos;generalmente se originan por:

a) Causas de sobretensin:

- energizacin y reenergizacin de lneas.

- fallas y libramiento de fallas,

- rechazos de carga,

- desconexin de corrientes inductivas pequeas y capacitivas,

- incidencia de rayos en la cercana de conductores de lneas areas.


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b) Caractersticas de identificacin.

Los esfuerzos de tensin representativos se caracterizan por:

- una forma de onda de la tensin representativa,

- una tensin mxima supuesta o una distribucin probabilstica de la amplitud de lasobretensin .

La forma de onda de la tensin representativa se caracteriza por su tiempo de cresta. Parapropsitos de coordinacin de aislamiento se considera igual al tiempo de cresta normalizadode 250 s, debido a que el aislamiento del equipo no es sensible a una desviacin de estevalor. nicamente pueden considerarse diferentes valores del tiempo de cresta paraaislamientos en aire en la categora ll (vase inciso 3.2.1.4).

La distribucin de probabilidad de la sobretensin prospectiva sin la operacin del

apartarrayo se caracteriza por su valor 2%, su desviacin y su valor de truncacin. Aunque,ello no es perfectamente vlido, la distribucin de probabilidad se puede aproximar a unadistribucin gaussiana entre el valor 50% y el de truncacin despus del cual se supone queno existen valores. Alternativamente se puede utilizar una distribucin modificada de Weibull.

El valor mximo supuesto de la sobretensin representativa es igual al valor de truncacin delas sobretensiones prospectivas (vase 3.1.3.3.1 al 3.1.3.3.6) o igual al nivel de proteccin aimpulso de maniobra del apartarrayo (vase 3.1.3.3.7), cualquiera que sea el valor menor.

3.1.3.3.1 Sobretensiones debidas a energizacin y reenergizacin de lneas

La energizacin o reenergizacin de una lnea trifsica produce sobretensiones de maniobra en las tres fases dela lnea. Por lo tanto, cada operacin de conexin o desconexin produce tres sobretensiones fase-tierra y

correspondientemente tres sobretensiones fase-fase (vase Electra No. 64 1979, pp. 138-158).

a) Determinacin de sobretensiones.

En la evaluacin de sobretensin para aplicacin prctica, se han introducido algunassimplificaciones; con relacin al nmero de sobretensiones por operaciones de conexin odesconexin, se dispone de dos mtodos.

Las amplitudes de la sobretensin debidas a energizacin de lneas dependen de variosfactores, incluyendo el tipo de interruptor (si tiene o no resistencia de preinsersin),naturaleza y potencia de cortocircuito de la barra a la cual est conectada la lnea, lanaturaleza de la compensacin utilizada, la longitud de la lnea energizada y el tipo determinacin de la lnea (abierta, con transformador, con apartarrayos, etctera).

Las reenergizaciones trifsicas pueden generar sobretensiones de frente lento altas debido acargas atrapadas en el lado de reenergizacin. Esta carga depende de la causa de lareenergizacin y puede ser tan alta como la sobretensin temporal pico. La descarga de estacarga atrapada depende del equipo que permanezca conectado a la lnea, las condicionesambientales o el efecto corona en los conductores y de la duracin del recierre. Lareenergizacin monofsica (recierre) no genera sobretensiones mayores que las de laenergizacin.


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La distribucin de probabilidad correcta de las amplitudes de las sobretensiones se puedeobtener slo de simulaciones cuidadosas de operaciones de conexin y desconexin pormedio de programas digitales, analizador de transitorios. etc., y los valores que se darnenseguida tienen que ser considerados como una gua aproximada. Todas lasconsideraciones concernientes a las sobretensiones en el extremo abierto (lado receptor) dela lnea y las sobretensiones en el lado de envo pueden ser substancialmente menores.

- mtodo fase-pico:

De cada operacin de conexin o desconexin se incluye en la distribucin deprobabilidad de sobretensiones el valor pico ms alto de la sobretensin a tierra encada fase o entre cada combinacin de fases, es decir cada operacin contribuye con3 valores pico a la distribucin de probabilidad de la sobretensin representativa.Entonces esta distribucin tiene que suponerse igual para cada uno de los tresaislamientos involucrados en cada parte del aislamiento, fase-tierra, fase-fase o

longitudinal.

- mtodo pico-envolvente:

De cada operacin de conexin o desconexin se incluye en la distribucin deprobabilidad de sobretensiones el valor pico ms alto de las sobretensiones de las tresfases a tierra o entre las tres fases, es decir, cada operacin contribuye con un valor ala distribucin de la sobretensin representativa. Esta distribucin entonces esaplicable a un aislamiento dentro de cada tipo.

b) Sobretensiones fase-tierra.

Como una gua aproximada la figura 1 muestra la gama de los valores de sobretensin 2%

en p.u. que se pueden esperar entre fases y a tierra sin proteccin con apartarrayos (vaseElectra No. 30, 1973, p.p. 70-122). Debido a la gran gama de valores para una alternativaespecfica, se pueden usar para la evaluacin con ambos mtodos.

La figura 1 debe ser usada corno una indicacin de s o no las sobretensiones para unasituacin dada pueden ser lo suficientemente altas como para causar problemas. Si es as, lagama de valores indica que tanto puede limitarse la sobretensin. Podran ser requeridosestudios detallados.

De los valores 2% de la sobretensin fase-tierra se puede estimar la distribucin deprobabilidad representativa:

- mtodo fase-pico

valor 2 % Ve2 : Ve2(fig. 1 en p.u.)

desviacin Se : Se= 0,25 (Ve2-1) p.u.

valor de truncacin Vet : Vet = 1,25 Ve2 -0.25 p.u.


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- mtodo pico-envolvente

valor 2% : Ve2(fig. 1 en p.u.)

desviacin : Se= 0,25 (Ve2-1) p.u.

valor de truncacin : Vet = 1,13 Ve2 -0.13 p.u.

Nota: Los datos de la figura 1 estn basados en varios resultados de campo y estudios e incluyen los efectos de lamayora de los factores que determinan la sobretensin.

Nota: Ya que para un tipo dado de operacin de conexin o desconexin los valores de truncacin para los dos mtodosdeben ser los mismos, los valores 2% deben ser diferentes, ya que tambin es evidente a partir del principio deevaluacin. Cuando se comparan los dos mtodos deber aplicarse la siguiente relacin:

Ve2(pico-envolvente) = 1,1 Ve2(fase-pico) -0,1

c) Sobretensiones fase-fase.

En la evaluacin de las sobretensiones de maniobra deber agregarse un parmetroadicional. Ya que el aislamiento es sensible a la subdivisin de un valor dado de sobretensinde fase-fase en dos componentes de fase a tierra, la seleccin de un instante especficotiene que tomar en cuenta las caractersticas del aislamiento. Se han seleccionado dosinstantes (vase Electra 64, 1979, pp. 138-157).

- sobretensin pico fase-fase:

Este instante da el valor de sobretensin fase-fase ms alto. Representa el esfuerzo

mayor para todas las configuraciones del aislamiento para el cual la rigidez dielctricaentre fases no es susceptible a la subdivisin en componentes. Ejemplos tpicos son elaislamiento entre devanados o las distancias cortas en aire.

- sobretensin fase-fase en el instante de la sobretensin pico fase-tierra.

Aunque este instante da sobretensiones de valores menores que el instante de lasobretensin pico fase-fase, puede ser ms severo en configuraciones de aislamientopara los cuales la rigidez dielctrica entre fases es influenciada por la subdivisin encomponentes. Ejemplos tpicos son las distancias grandes en aire para las cuales elinstante del pico positivo fase-tierra es el ms severo, o las S.E. en SF6 trifsicasencapsuladas para las cuales el pico negativo es el ms severo.

Las caractersticas estadsticas de las sobretensiones fase-fase y la relacin entre losvalores pertenecientes a los dos instantes se describe en el anexo C. Se concluye quepara todos los tipos de aislamiento, excepto para distancias en aire en la gama ll, lasobretensin representativa entre fases es igual a la sobretensin pico fase-fase. Paradistancias en aire en la gama ll la sobretensin representativa fase-fase puede serdeterminada de las sobretensiones pico fase-tierra y fase-fase.


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El valor de sobretensin 2% fase-fase se puede determinar aproximadamente de la sobretensin fase tierra. Lafigura 2 muestra la gama de posibles relaciones entre los valores 2% fase-fase y fase-tierra El lmite superior deesta gama se aplica a sobretensiones por reenergizaciones trifsicas rpidas y el lmite inferior a sobretensionespor energizacin trifsica.

La distribucin de probabilidad de la sobretensin fase-fase se puede estimar como:

- mtodo fase-pico

valor 2% : Vp2(figs. 1 y 2)

desviacin : Sp= 0,25 (Vp2-1,73) p.u.

valor de truncacin : Vpt= 1,25 Vp2-043 p.u.

- mtodo pico envolvente.

valor 2% : Vp2(figs. 1 y 2)

desviacin : Sp= 0,17 (Vp2-1.73) p.u.

valor de truncacin : Vpt= 1,14 Vp2, -0.24 p.u.

d) Sobretensiones longitudinales.

Las sobretensiones longitudinales entre terminales durante la energizacin o reenergizacinestn compuestas por la tensin de operacin continua en una de las terminales y lasobretensin de maniobra en la otra. En sistemas sincronizados la sobretensin pico demaniobras ms altas y la tensin de operacin tienen la misma polaridad y el aislamiento

longitudinal tiene una sobretensin menor que el aislamiento fase-tierra.El aislamiento longitudinal entre sistemas no sincronizados puede sin embargo estar sujeto asobretensiones de energizacin en una de las terminales y a la tensin pico de operacincontinua en la otra.

Para la componente de la sobretensin de frente lento se aplican los mismos principios quepara el aislamiento fase tierra.

e) Sobretensiones mximas supuestas.

Si no se aplica proteccin con apartarrayos la sobretensin mxima supuesta porenergizacin o reenergizaciones:

- para la sobretensin fase tierra, el valor de truncacin Vet,

- para la sobretensin fase-fase, el valor de truncacin Vpt, o para el aislamiento externoen la gama II, el valor determinado de acuerdo al anexo C ambos subdivididos en doscomponentes iguales de polaridad opuesta,


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- para la sobretensin longitudinal, el valor de truncacin Vet de la sobretensinfase-tierra debido a la energizacin en una de las terminales la tensin pico deoperacin continua de polaridad opuesta en la otra.

3.1.3.3.2 Sobretensiones por falla y liberacin de fallas

Estas se generan al inicio y en la liberacin de fallas, debido al cambio en la tensin en las fases sanas desde latensin de operacin hasta una sobretensin temporal e igualmente en la fase fallada desde una tensincercana a cero hasta recobrar la tensin de operacin. En forma conservadora los valores mximos supuestospara las sobretensiones representativas son:

- inicio de falla: Vt= 2 Ke-1 p.u.

ke= Factor de falla a tierra,

- liberacin de falla: Vt= 2 p.u.

Ambos orgenes causan slo sobretensiones de fase atierra por lo que lassobretensiones entre fases pueden despreciarse. Para los sistemas de la categora Itienen que considerarse las sobretensiones causadas por fallas a tierra en sistemascon transformadores con neutros aislados o con neutros aterrizados resonantes, en los

que el factor de falla a tierra es aproximadamente 3 . Para estos sistemas lacoordinacin de aislamiento puede basarse en la sobretensin mxima y no necesitaconsiderarse la probabilidad de sus amplitudes.

Sin embargo, cuando en sistemas de la categora ll, las sobretensiones debidas aenergizacin y reenergizacin de lneas se controlan a valores menores de 2 p.u., Iassobretensiones por falla y liberacin de falla requieren un examen cuidadoso. En

particular esto es necesario ya que las sobretensiones no slo ocurren en interruptoresdel extremo de lnea abierto, sino en una gran parte del sistema.

3.1.3.3.3 Sobretensiones debidas a rechazo de carga

stas slo son de importancia si las sobretensiones originadas son altas, por lo que slo se consideran enequipos de los sistemas de la categora ll, en los que las sobretensiones por energizacin y reenergizacin secontrolan a valores menores de 2 p.u.

En este caso es necesario realizar un estudio, especialmente cuando se tengan transformadores conectados algenerador o lneas de transmisin largas.

3.1.3.3.4 Sobretensiones debidas a maniobras de corrientes inductivas y capacitivas

Estas corrientes pueden originar sobretensiones que requieren especial atencin; en particular deben tomarseen cuenta las operaciones por maniobra siguientes:

a) Interrupcin de corrientes de arranque de motores.

b) Interrupcin de corrientes inductivas, por ejemplo cuando se interrumpe la corrientemagnetizante de un transformador o reactor.


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c) Maniobra y operacin de hornos de arco y sus transformadores que pueden producir ondascortadas de corriente.

d) Maniobra de cables en vaco y de bancos de capacitores.

e) Interrupcin de corrientes por fusibles de alta tensin.

Las sobretensiones debidas a la interrupcin de corrientes capacitivas (maniobras de lneaen vaco, cables o bancos de capacitores) pueden ser particularmente peligrosas, si ocurrenrecierres de interruptores. Cuando se energizan bancos de capacitores, en particular bancosno conectados a tierra, se debe tener cuidado para evaluar las sobretensiones fase-fase.

3.1.3.3.5 Sobretensiones por rayo de frente lento

stas se originan por la incidencia de descargas lejanas al conductor de fase, cuando la corriente del rayo es losuficientemente pequea como para no causar flameo en el aislamiento de la lnea y cuando la distancia es

suficientemente grande como para tener un frente lento. El valor mximo supuesto considerado para estasobretensin representativa es igual a la tensin con probabilidad 50% de flameo de polaridad negativa delaislamiento de la lnea area.

Ya que los valores del tiempo de cola de la corriente por rayo raramente exceden de los 200 s, lassobretensiones con amplitudes altas y tiempos de cresta crticos no se presentan en el aislamiento. Por ello, lassobretensiones por rayo de frente lento son de menor importancia para la coordinacin de aislamiento ygeneralmente se desprecian.

3.1.3.3.6 Limitacin de las sobretensiones de frente lento

Las sobretensiones de frente lento debidas a energizacin o reenergizacin de lneas pueden limitarse con losequipos indicados en la figura 1. Para la proteccin con apartarrayos, vase la clusula 3.1.3.3.7.

3.1.3.3.7 Proteccin con apartarrayos contra sobretensiones de frente lento

Los apartarrayos de xidos metlicos sin entrehierros son adecuados para proteger contra sobretensiones defrente lento en los sistemas con sobretensiones temporales moderadas, mientras que los apartarrayosautovalvulares operan con sobretensiones de frente lento slo en casos extremos, debido a las caractersticasde descarga de los entrehierros en serie, a menos que se adopte un diseo especial. Como regla general sepuede suponer que la amplitud de la sobretensin fase-tierra es aproximadamente el doble de la tensin nominal(valor rmc) del apartarrayos cuando este esta instalado al final de una lnea de transmisin larga. Lasobretensin a la mitad de la lnea puede ser substancialmente mayor que al final de sta.

Esto significa que los apartarrayos de xidos metlicos son adecuados para limitar sobretensiones de frentelento debidas a energizacin y reenergizacin de lneas, as como de conexin de corrientes inductivas y

capacitivas, pero en general no lo son para sobretensiones causadas por fallas a tierra o liberacin de fallas yaque las amplitudes esperadas son demasiado bajas. Las sobretensiones debidas a energizacin yreenergizacin de lneas originan corrientes menores entre 0,5 y 2 kA en los apartarrayos.

En esta gama de corrientes no es tan importante conocer la amplitud exacta de corriente debido a la nolinealidad del material de xido metlico.


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La poca dependencia del tiempo de frente de la corriente en los apartarrayos de xidos metlicos es tambindespreciable en las sobretensiones de frente lento y por lo tanto se puede despreciar. Tampoco es necesarioconsiderar los efectos de separacin dentro de subestaciones; sin embargo los aislamientos de lneas areasalejados de los apartarrayos pueden sufrir esfuerzos por sobretensiones sustancialmente mayores que el nivelde proteccin.

Generalmente, los apartarrayos se instalan de fase a tierra y debe observarse que si los apartarrayos de xidosmetlicos se usan para limitar sobretensiones de frente lento a un valor menor del 70% del valor 2% de lassobretensiones esperadas fase-tierra, las sobretensiones de fase a fase alcanzarn aproximadamente el dobledel nivel de proteccin del apartarrayos de fase a tierra. La sobretensin de fase a fase consiste de doscomponentes de fase a tierra con la subdivisin ms frecuente 1: 1 (vase Electra 133, 1990, pp. 132-144).

El valor mximo supuesto de la sobretensin representativa de fase a tierra es igual al nivel de proteccin delapartarrayos. Las sobretensiones de fase-fase sern el doble del nivel de proteccin o el valor de truncacin delas sobretensiones esperadas de fase-fase determinado en las clusulas anteriores, el que resulte menor. Si serequieren niveles menores de sobretensin fase-fase, deben instalarse apartarrayos adicionales fase-fase.

3.1.3.4 Sobretensiones de frente rpido

3.1.3.4.1 Sobretensiones por rayo

stas son causadas ya sea por rayos directos a los conductores de fase, flameos inversos o descargas a tierracercanas a las lneas, que producen disturbios inducidos. Estas ltimas generalmente causan sobretensionesmenores de 400 kV en lneas areas y slo se consideran en sistemas con tensiones nominales menores asta.

Las descargas por rayo que producen sobretensiones significativas con valores mayores se confinan adescargas directas a los conductores de fase, a las torres o a los hilos de guarda con el consiguiente flameoinverso. Debido al aguante elevado del aislamiento, los flameos inversos son menos importantes en la categora

ll que en la I. La sobretensin representativa tiene la forma de onda de la sobretensin por rayo normalizada (1,2x 50 s) y su amplitud corresponde a un ndice de ocurrencia deseado por ao. stas dependen fuertemente dela severidad de rayos en la regin, de la construccin de la lnea area y, para subestaciones, de suconstruccin y la configuracin de su operacin. Generalmente no pueden establecerse parmetros deesfuerzos vlidos y se debe examinar caso por caso como lo indica la clusula 3.1.3.4.4.

Adems, en la categora de tensiones menores deben considerarse los disturbios transferidos a travs de lostransformadores, especialmente con relaciones elevadas cuando estn conectados a mquinas rotatorias(vase anexo D).

Las sobretensiones por rayo entre fases tienen aproximadamente las mismas amplitudes que las de fase atierra, debido a que se considera que el efecto de la tensin de operacin y el acoplamiento entre conductoresse cancelan entre s.

En relacin con las sobretensiones por rayo longitudinales de flameo inverso, estas comnmente ocurren en lafase que tiene el valor instantneo ms alto de la tensin de operacin continua. En sistemas en los cuales losflameos inversos son el origen principal de las sobretensiones por rayo (usualmente en la gama I), lasobretensin longitudinal representativa es la sobretensin por rayo en una terminal y la tensin pico deoperacin con polaridad opuesta en la otra. Para fallas de blindaje, el valor instantneo de la tensin deoperacin en la fase que recibe la descarga es aleatoria y no se puede establecer un valor mximo supuestopara la componente a la frecuencia del sistema.


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Una estimacin adecuada para caracterizar las amplitudes representativas es considerar la sobretensin porrayo de fase a tierra en una terminal y en la otra 0,7 veces la tensin pico de operacin de fase a tierra de laotra.

3.1.3.4.2 Sobretensiones debidas a operaciones por maniobra

Son sobretensiones de maniobra de frente rpido que ocurren cuando el equipo se conecta o desconecta delsistema a travs de conexiones cortas, principalmente dentro de subestaciones. Aunque generalmente sonoscilatorias, para propsitos de coordinacin de aislamiento la forma de onda de sobretensin representativapuede considerarse que corresponde a la de impulso por rayo normalizada (1,2/50 s).

Las amplitudes de la sobretensin representativa dependen del tipo y comportamiento del equipo de maniobra.Como las amplitudes de sobretensin por maniobra generalmente son ms pequeas que las que causan losrayos, su importancia se restringe a casos especiales. Por tanto, se justifica tcnicamente caracterizar laamplitud de la sobretensin representativa por los valores mximos dados ms adelante.

Como la ocurrencia simultnea de sobretensin de maniobra de frente rpido en ms de una fase es altamenteimprobable, no existen sobretensiones de fase a fase mayores que la de fase a tierra. Por lo anterior, se puedesuponer que las amplitudes mximas siguientes determinan la importancia de tales sobretensiones. Si estasdeterminan la tensin de aguante por rayo del aislamiento, se recomiendan investigaciones ms cuidadosas.

- maniobra del interruptor, sin reencendido: 2 p.u.

- maniobra del interruptor, con reencendido: 3 p.u.

Nota: Cuando hay maniobras de cargas reactivas algunos tipos de interruptores tienden a producir interrupcionesmltiples de corrientes transitorias resultando sobretensiones hasta de 6 p.u., a menos que se tomen medidas deproteccin adecuadas.

- maniobra de cuchillas desconectadoras: 3 p.u.

3.1.3.4.3 Limitacin de sobretensiones de frente rpido

a) Tipo de construccin de la lnea.

Las sobretensiones por rayo pueden limitarse por el tipo de construccin de las lneasareas. Para los tres orgenes los medios adecuados son:

- para sobretensiones inducidas:

La reduccin de la altura del conductor de fase respecto a tierra puede influir, pero noes una prctica usual,

- para descargas directas en conductores:

Diseo apropiado del blindaje por medio de hilos de guarda.

- para flameos inversos.


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b) Reduccin de la impedancia al pie de la torre.

La tensin de flameo de las lneas de llegada en la vecindad de la subestacin se usa enalgunos casos para limitar sobretensiones por rayo que entran a la subestacin. Sinembargo, tal reduccin puede incrementar el ndice de flameo inverso, lo cual tambin puedeconducir a riesgos mayores en la subestacin. Se debe tener cuidado al considerar laimpedancia del aterrizado de la torre.

Las sobretensiones por maniobra de frente rpido, si es necesario, pueden ser limitadasnicamente por la seleccin de equipo de interrupcin adecuado.

3.1.3.4.4 Proteccin contra sobretensiones de frente rpido por apartarrayos

Esta proteccin depende de:

- forma de onda y amplitud esperadas de la sobretensin,

- caractersticas de proteccin del apartarrayos,

- amplitud y forma de onda de la corriente a travs del apartarrayos,

- impedancia caracterstica y/o capacitancia del equipo protegido,

- distancia entre el apartarrayos y equipo protegido incluyendo conexiones de tierra(vase figura 3),

- nmero de las lneas conectadas y su impedancia caracterstica.

3.1.3.4.4.1 Proteccin con apartarrayos de acuerdo a la tensin

Para la proteccin contra sobretensiones por rayo, generalmente se aplican apartarrayos con las corrientes dedescarga nominal siguientes:

a) Sistemas con tensiones mximas de hasta 52,5 kV 5 kA o 10 kA.

b) Sistemas con tensiones entre 72,5 kV y 420 kV 10 kA o 20 kA.

Cuando las corrientes que pasan por los apartarrayos son mayores que la corriente dedescarga nominal esperada, tiene que asegurarse que la tensin residual correspondientetodava proporcione un lmite de sobretensin adecuada.

Las caractersticas de proteccin del apartarrayos dependen de la forma de onda de lasobretensin real en sus terminales.

Para apartarrayos tipo resistencia no lineal con entrehierros en serie, la caracterstica dedescarga se debe tomar en cuenta, y despus de la descarga, la longitud del apartarrayos (IAen la figura 3) tiene que agregarse a la longitud de las conexiones. En apartarrayos de xidode metal el tiempo de reaccin del material por s mismo puede ser despreciable y la longituddel apartarrayos puede agregarse a las conexiones.


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La tensin en el equipo a proteger depende fuertemente de la forma de onda y amplitud de ladescarga incidente y de la configuracin de la subestacin y equipo. La distancia deseparacin entre el equipo a proteger y el apartarrayos reduce la eficiencia de este ltimo. Dehecho, cuando el apartarrayos est separado del objeto a proteger, est sujeto a unasobretensin que excede el nivel de proteccin del apartarrayos. Para subestacionesconvencionales como las de la figura 3 y para capacitancias totales de equipo, menores de0,5 nF, la sobretensin del equipo puede estimarse por:

V = Vpl+ 2 ST (Vp> 2 ST)

Vpl : Nivel de proteccin al impulso por rayo del apartarrayos.

S : Pendiente de la sobretensin incidente.

El tiempo de viaje T, se determina a partir de la longitud de las conexiones:

T = I + a1+ a2+ l

C

C = Velocidad de la luz.

El valor de la pendiente debe seleccionarse de acuerdo al comportamiento del rayo de lalnea conectada a la subestacin y al riesgo de falla adoptado en la subestacin (vaseseccin 3).

Cuando se conecta ms de una lnea area a la subestacin la frmula puede usarsedividiendo la pendiente de la sobretensin incidente entre el nmero de lneas. Sin embargo,se enfatiza que el nmero de lneas debe corresponder al nmero mnimo querazonablemente permanece en servicio tomando en cuenta las salidas durante las tormentasde rayos.

La estimacin obtenida con esta frmula puede no ser conservadora, cuando las limitacionesdadas antes no se observan; su aplicacin debe hacerse con cuidado.

Para subestaciones nuevas y cuando se conoce el comportamiento del aislamiento a lasdescargas atmosfricas de subestaciones existentes, el valor mximo supuesto de lasobretensin representativa se puede estimar con:

Vrp2

Vpl2

1n1

n2

L2

L1

Vpl1

Vpl2

= + [VV

rp

pl

1

1

1 ]

Vrp : Sobretensin mxima representativa supuesta.

Vpl : Nivel de proteccin al impulso de rayo del apartarrayos.

n : Nmero mnimo de lneas areas en servicio conectadas a la subestacin.

L: I + a1+ a2+ la(de la figura 3)

El subndice 1 se refiere a la situacin para la cual la experiencia en servicio ha sidosatisfactoria y el subndice 2 para la nueva subestacin.


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3.1.3.5 Sobretensiones de frente muy rpido

Se originan por operaciones de desconectadores o fallas dentro de subestaciones en SF6debidas a la ruptura

dielctrica rpida del gas entre los entrehierros y a la propagacin prcticamente amortiguada de la onda dentrode la subestacin.

Sus amplitudes se amortiguan rpidamente a la salida de la subestacin, por ejemplo en una boquilla, y eltiempo de frente de onda se incrementa hacia la gama de las sobretensiones de frente rpido.

La forma de onda de la sobretensin es un incremento rpido de la tensin casi a su amplitud resultante en untiempo de frente menor de 0,1 s. Para operaciones de desconexin este frente es tpicamente seguido por unaoscilacin de frecuencia mayor de 1 MHz. La duracin de las sobretensiones de frente muy rpido es menor de3 ms, pero puede ocurrir varias veces. La amplitud de la sobretensin depende de la construccin del interruptory de la configuracin de la subestacin y se puede suponer que se alcanzan amplitudes mximas de 2,5 p.u. Lassobretensiones pueden, sin embargo, crear sobretensiones altas locales, en transformadores conectadosdirectamente a la subestacin.

Debido a los cambios de tensin rpidos, el equipo no puede ser protegido por apartarrayos.

La sobretensin representativa no puede establecerse ya que no se dispone en la actualidad de unanormalizacin adecuada; sin embargo, se espera que estas sobretensiones no influyan en la seleccin de lastensiones de aguante.

3.2 Tensin de Aguante para Coordinacin

3.2.1 Caracterstica dielctrica en el aislamiento

Varios factores influyen en la rigidez dielctrica del aislamiento. Tales factores son por ejemplo la magnitud,forma, duracin y polaridad de la tensin aplicada, el tipo de aislamiento (gaseoso, lquido, slido o una

combinacin de stos), la distribucin de campo en el aislante, la simetra y no homogeneidad del campoelctrico, electrodos adyacentes al entrehierro considerando la distancia y su potencial, las impurezas y nohomogeneidades locales, el estado fsico del aislante (temperatura, presin y otras condiciones ambientales,esfuerzos mecnicos), la historia del aislante, la extincin del aislante bajo esfuerzos, efectos qumicos, efectosen la superficie de conductor, etctera.

La ruptura en aire depende fuertemente de la configuracin del electrodo y de las condiciones ambientales. Paraaisladores intemperie tambin el efecto de humedad, lluvia y contaminacin sobre la superficie del aislamientollega a ser importante. Para los sistemas aislados en gas en recipientes metlicos el efecto de la presin internay de la temperatura as como la no homogeneidad local y las impurezas juegan un papel importante.

En aislamientos lquidos las partculas impuras y las burbujas causadas por efectos qumicos y fsicos o pordescargas locales pueden reducir drsticamente la rigidez del aislamiento. Un aspecto muy importante estambin que la cantidad de degradacin qumica del aislamiento podra incrementarse con el tiempo. Lo anteriores valido tambin en el caso de aislamientos slidos. Su rigidez dielctrica adems podra ser afectada poresfuerzos mecnicos.

El proceso de ruptura es de naturaleza estadstica debiendo tomarse esto en cuenta; por lo tanto, aislamientosautorrecuperables son descritos por la tensin de aguante estadstica, correspondiente a una probabilidad deaguante del 90% y la tensin de aguante supuesta debe corresponder a una probabilidad de aguante de 100% lacual se aplicar. Para equipo con aislamiento no autorrecuperable, la naturaleza estadstica de la rigidez nopuede encontrarse usualmente mediante pruebas y por lo tanto se aplican tensiones de aguante que se suponercorresponden a una probabilidad de aguante del 100%.


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NOTA: La parte superior indica el intervalo que puede ser aplicado a la reenergizacin trifsica; o la parte inferior,a la energizacin.

Figura 2 - Relacin entre las sobretensiones de frente lento de valores 2% fase-fase

y fase-tierra


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a) Instalacin sin malla de tierra (sistemas de distribucin).

b) Instalaciones con malla de tierra (subestaciones).

: distancia entre la terminal de alta tensin del equipo protegido y el punto de conexindel conductor de alta tensin del apartarrayos.

a1 : longitud del conductor de alta tensin del apartarrayos

a2 : longitud del conductor de tierra del apartarrayos

AR:longitud del apartarrayos

Ze:impedancia del aterrizamiento

TF :objeto protegido

V : onda de sobretensin incidente

AR :Apartarrayo

Figura 3 - Diagrama esquemtico para la conexin del apartarrayos al objeto protegido.


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El viento tiene influencia en el diseo del aislamiento especialmente en el caso de lneas areas que usancadenas de aisladores verticales. Usualmente el efecto debe tomarse en cuenta slo en el caso de seleccin dedistancias en aire en base a los valores de impulsos por maniobra y a la frecuencia del sistema.

3.2.1.1 Comportamiento del aislamiento con tensiones a la frecuencia del sistema

En general, las descargas bajo condiciones de operacin normal de la tensin a la frecuencia del sistema y bajosobretensiones temporales podrn ser causadas por reducciones excepcionales en el aguante del aislamientodebido a severas condiciones ambientales o por el envejecimiento de las propiedades del aislamiento delequipo.

La lluvia reduce la rigidez dielctrica externa de los aisladores pero prcticamente no reduce la rigidez de losentrehierros en aire. Se pueden esperar reducciones mayores para tensiones a frecuencia del sistema o paraimpulsos por maniobra. Adems de la intensidad de la lluvia, la configuracin del aislador y la conductividad delagua tienen influencia en la reduccin de la rigidez dielctrica.

La lluvia, junto con la contaminacin, puede reducir drsticamente la rigidez del aislamiento. La peor condicin

es usualmente causada por la neblina o llovizna en aislamientos contaminados.

La descripcin estadstica de las condiciones ambientales requiere usualmente una gran cantidad de datos. Ladescripcin estadstica del envejecimiento es an ms difcil. Por lo tanto, los procedimientos estadsticos noson recomendados en esta gua para la estimacin del comportamiento del aislamiento en tensiones afrecuencias del sistema y sobretensiones temporales (vanse tambin las clusulas 3.2.1.3, 3.2.3.1.1 y3.2.3.1.2).

3.2.1.2 Influencia de las condiciones ambientales sobre el aislamiento externo

Las tensiones de flameo para distancias en aire, dependen del contenido de humedad y de la densidad del aire;la rigidez dielctrica del aislamiento se incrementa con la humedad absoluta hasta el punto donde se forma lacondensacin sobre la superficie del aislador. La rigidez del aislamiento decrece con la disminucin de la

densidad del aire. Una descripcin detallada de los efectos de la densidad del aire y de la humedad absolutaest dada en la IEC 60 para diferentes tipos de electrodos y esfuerzos de tensin.

En la determinacin de la rigidez dielctrica mnima deber tenerse presente las condiciones ms adversasdesde el punto de vista de rigidez, es decir, baja humedad absoluta, baja presin de aire y alta temperatura loscuales no se presentan simultneamente. Adems, la correccin por humedad y por densidad prcticamente secancelan entre s.

Por lo tanto, la estimacin de la rigidez dielctrica puede basarse en el promedio de las condiciones ambientalesen el sitio.

Para aisladores, deber evaluarse la posible reduccin de la tensin de aguante debida a nieve, hielo, roco oniebla.

3.2.1.3 Probabilidad de descarga disruptiva del aislamiento

Ningn mtodo es hasta el momento apropiado para la determinacin de la probabilidad de descarga disruptivaen una sola pieza de aislamiento no autorrecuperable. Por lo tanto, se considera que la probabilidad de aguantecambie de 0 a 100% en la tensin de aguante.

Para el aislamiento autorrecuperable, la capacidad de aguantar esfuerzos dielctricos causados por la aplicacinde un impulso de una forma de onda dada puede ser descrita en trminos estadsticos. Los mtodos a seguir enla determinacin de la curva de la probabilidad de aguante se presentan en la publicacin IEC 60.


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Para impulsos de una forma de onda dada y diferentes valores de pico "V" una probabilidad de descarga "F"puede ser asociada a todos los valores posibles de "V", estableciendo una relacin P = P (V) para un aislamientoy forma de impulsos dados; usualmente la funcin p = p (V) crece monotnicamente con los valores de "V".

La curva resultante puede definirse por tres parmetros; uno es asociado con la posicin de la curva y da unaindicacin del nivel de aguante. Este parmetro es llamado V50 y corresponde a la tensin bajo la cual elaislamiento tiene un 50% de probabilidad para flameo o aguante.

El segundo parmetro se asocia con la dispersin de las tensiones de flameo, esto es la desviacin estndarconvencional () y se define como la diferencia entre las tensiones correspondientes al 50% y al 16% de latensin de flameo o aguante.

El tercer parmetro es la tensin de truncacin (VO) bajo la cual una descarga disruptiva ya no es posible. Ladeterminacin de este valor, sin embargo, no es posible en pruebas prcticas.

Z = V50 - V16

Usualmente la funcin P = P (V) esta dada por una funcin matemtica (distribucin de probabilidad acumulada)la cual se describe totalmente por los parmetros V50, z y VO. En la distribucin de Gauss el valor V50 es lamedia, y la desviacin estndar se obtiene directamente de la ecuacin anterior.

Para la aplicacin del mtodo estadstico para la coordinacin del aislamiento en sobretensiones por maniobra,esta norma recomienda el uso de la distribucin de probabilidad acumulada modificada de Weibull dada en elanexo B. Esta ecuacin representa la funcin de probabilidad acumulada de Weibull con parmetrosseleccionados para adecuar una funcin de probabilidad acumulada gaussiana en un 50 y 16% de probabilidadde flameo y truncando la distribucin a V50 - NZ(vase anexo B).

P(V) = 1 - 0,5q

donde: q 1+

Z

N

( )Z

V V

z=

50

N = punto de truncacin

con los parmetros = 5, N = 4. La figura 4 ilustra esta distribucin de Weibull modificada junto con ladistribucin gaussiana para la cual es confrontada. La figura 4b muestra la misma distribucin en escala deprobabilidad gaussiana.

- 0,03 V50para sobretensiones por rayo,

- 0,06 V50para sobretensiones por maniobra.

En un sitio dado las variaciones de temperatura y de humedad absoluta son tales que sus efectos sobre laprobabilidad de flameo, de acuerdo a los factores de correccin dados en la IEC 60, se anulan mutuamente. Porlo tanto, las condiciones ambientales influyen principalmente en el valor promedio anual de V50. Sus efectossobre la desviacin se incluyen en los valores anteriormente dados.


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En la norma IEC 71-1 el parmetro Vw correspondiente a la probabilidad de aguante del 90% se usa paradescribir la distribucin de la probabilidad de aguante junto con la desviacin estndar z. Esta tensin deaguante es obtenida de la ecuacin:

Vw= V50 - 1,3 z

3.2.1.4 Influencia de polaridad y formas de onda de sobretensin

Cuando el conductor en aire ms altamente esforzado es positivo, la tensin de ruptura es menor si fueranegativa. Para la mayora de los entrehierros el conductor de alta tensin es ms esforzado a medida que laforma del electrodo sea ms irregular; por esta razn los impulsos de polaridad positiva son ms severos. Si ellado aterrizado de entrehierros es ms altamente esforzado, el entrehierro presentar una baja rigidez dielctricaa los impulsos de polaridad negativa.

Si es claro que polaridad ser la ms severa, el diseo debe ser realizado sobre esa polaridad; de otro modoambas polaridades debern considerarse.

La tensin de ruptura de un entrehierro tambin depende de la forma de onda del impulso. La rigidez delaislamiento externo y de los entrehierros en aire depende ms del tiempo de frente del impulso y menos de sutiempo de cola. Solamente en el caso de contaminacin el tiempo de cola llega a ser importante para elaislamiento externo. La rigidez del aislamiento interno depende ms de la cola que del frente.

Para el aislamiento externo es tpico que para cada distancia de los entrehierros exista un tiempo de frente en elimpulso para el cual la tensin de ruptura es mnima (tiempo de frente de onda crtico).

Usualmente el valor mnimo cae en el tiempo de frente, lo cual es tpico para impulsos por maniobra. El mnimoes el ms pronunciado a medida que se incrementa la distancia. Para distancias en la categora I el mnimo esplano y puede no tomarse en cuenta. Para distancias en aire a usarse en la categora ll la tensin mnima deruptura es prcticamente igual a la tensin de ruptura en el tiempo de cresta normalizado de 250 s.

Esto significa que el uso de tensiones de aguante del aislamiento a la forma de tensin normalizada 250/2500ms resulta en un diseo conservador del aislamiento para sobretensiones de frente lento. Para algunossistemas, en los cuales las sobretensiones de frente lento tienen diversos frentes largos, se debe utilizar larigidez del aislamiento ms alta para esos frentes.

La tensin de ruptura de aislamiento externo para sobretensiones de frente rpido, decrecen con el incrementode duracin de la cola. Para tensiones de aguante este decremento es despreciable y la tensin de ruptura seconsidera igual a las sobretensiones de impulso por rayo normalizadas (1,2/50 s).

Sin embargo, una reduccin sustancial del aislamiento puede lograrse por ejemplo en subestaciones tipointemperie protegidas por apartarrayos, cuando las formas de las sobretensiones por descarga atmosfrica y suefecto en la rigidez del aislamiento se toman en cuenta.

La rigidez del aislamiento interno (gas, lquido o slido) esta influenciada por la duracin de la tensin arriba deun cierto valor debido a los tiempos de retardo inherentes a los procesos de ruptura implicados. Se supone quelas tensiones de aguante en las sobretensiones de frente rpido y lento se pueden describir por las tensiones deaguante correspondientes a las normalizadas (1,2/50 ms por rayo y 250/2500 ms por maniobra,respectivamente) .


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3.2.1.5 Aislamiento de fase a fase y longitudinal

La rigidez dielctrica del aislamiento de fase a fase depende de la relacin de las dos componentes de tensinen las dos terminales. Esta dependencia es notable para aislamientos externos en la categora ll o ensubestaciones trifsicas encapsuladas. La especificacin CFE L0000-06 "Coordinacin de Aislamiento" se haadoptado para el diseo de todo el equipo por igual de acuerdo a los valores instantneos ms altos desobretensin de fase a fase, con iguales componentes en las dos terminales, en vez de especificar tensiones ycomponentes diferentes dependiendo del tipo de equipo probado. Por tanto, la influencia de la caracterstica delaislamiento est as misma incluida en la sobretensin representativa (vase 3.1.3.3.1 y anexo C).

Para aislamientos longitudinales las componentes de tensin quedan especificadas por las sobretensionesrepresentativas.

Los valores de la desviacin estndar para el aislamiento de fase a tierra dados en la clusula 3.2.1.3 se puedenaplicar tambin para el esfuerzo en el aislamiento longitudinal externo de fase a fase, cuando la tensin deflameo al 50% se toma como la suma de las componentes aplicadas a las terminales.

3.2.2 Criterios de comportamiento

De acuerdo a la especificacin CFE L0000-06, el criterio de comportamiento requerido a partir del aislamiento enservicio es el ndice de fallas aceptable. El comportamiento del aislamiento en un sistema se juzga en base alnmero de fallas del aislamiento durante el servicio. Las fallas en diferentes puntos de la red pueden traerdiferentes consecuencias. Por ejemplo, en una red mallada una falla de lnea permanente o un recierreinfructuoso del interruptor de lnea debido a disturbios de frente lento no es tan severa como una falla en la barrao fallas correspondientes en una red radial. Por lo tanto, los ndices de falla aceptables pueden variar de unpunto a otro.

Ejemplos de aplicacin de fallas estimadas se pueden mostrar a partir de fallas estadsticas cubriendo lossistemas existentes y desde los diseos de proyectos donde las estadsticas se han tomado en cuenta. Paraequipo, el ndice de fallas usual debido a sobretensiones es de 1/250 a 1/1000 dependiendo de los tiempos de

mantenimiento. En lneas areas el ndice de fallas a tierra debido a rayos varan en el intervalo de 0,1/100km/ao a 2,5/100 km/ao. El ndice de fallas usual correspondiente a sobretensiones por maniobra cae en elintervalo de 0,01 a 0,001 por operacin.

3.2.3 Procedimientos de coordinacin de aislamiento

3.2.3.1 Coordinacin de aislamiento para tensin permanente a la frecuencia del sistema ysobretensiones temporales

La tensin de aguante para coordinacin de tensiones permanentes a la frecuencia del sistema deber ser almenos igual a la tensin mxima del sistema de fase a fase dividido entre 3 para aislamientos de fase a tierracon una duracin igual al valor mximo supuesto para las tensiones mximas representativas dadas en laclusula 3.1.3.1.

La tensin de aguante para coordinacin de corta duracin deber ser al menos igual a la sobretensin temporalrepresentativa o ser obtenida a partir de las caractersticas de duracin de amplitud.

3.2.3.1.1 Contaminacin

Cuando la contaminacin est presente, la respuesta de los aislamientos externos para tensiones a lafrecuencia del sistema se hace importante y puede dictaminar el diseo de aislamiento externo. El flameo delaislamiento generalmente ocurre cuando la superficie est contaminada y llega a estar hmeda debido a lluvialigera, nieve, roco o niebla sin que stas hagan un lavado efectivo.


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La publicacin IEC 815 (1986) define cualitativamente para propsitos de normalizacin cuatro niveles decontaminacin. En la tabla 1 se da para cada nivel de contaminacin; una descripcin aproximada del medioambiente tpico. Los aisladores deben aguantar la tensin mxima (Vm) a la frecuencia del sistema encondiciones de contaminacin continua con un riesgo aceptable de flameo. Por lo tanto la tensin de aguantepara coordinacin de larga duracin a la frecuencia del sistema es igual a Vm/ 3 para aisladores entre fase ytierra y Vmpara stos entre fases.

La determinacin del nivel de contaminacin en el sitio se puede hacer de acuerdo a la tabla 1. Para unaevaluacin cuantitativa de nivel de contaminacin en el sitio por mediciones, la informacin est disponible enIEC 815.

Diferentes tipos de aisladores y diferentes posiciones del mismo tipo de aisladores, pueden acumular diferentesndices de contaminacin en un mismo medio ambiente. Adems, para igual grado de contaminacin puedenpresentarse diferentes caractersticas de flameo. Adicionalmente, variaciones en la naturaleza del contaminantepueden hacer unas formas de aislador ms efectivas que otras.

Sin embargo, para propsitos de coordinacin deber determinarse una contaminacin severa medida para

cada tipo de aislador utilizado.

En el caso de sitios con alto grado de contaminacin, pueden considerarse medidas mitigantes tales comoengrasado o lavado de las superficies aislantes.

Para mejor informacin, la tabla 1 incluye distancias de fuga especficas necesarias para aguantar lacontaminacin en cada uno de los cuatro casos; sin embargo, esas distancias tienen ms que ver con el diseodel aislamiento que con la coordinacin del aislamiento. Los valores estn tomados de la IEC-815, 1986, ypuede cambiar en las ltimas ediciones.

3.2.3.1.2 Envejecimiento

Cualquier sistema de aislamiento se puede debilitar y su rigidez dielctrica reducir como resultado de los efectos

elctricos, qumicos, trmicos y mecnicos. Es difcil proporcionar una medida cuantitativa para esta reduccinen la rigidez dielctrica pero los aislamientos de sistemas que proporcionan una vida satisfactoria se puedendisearse en base a la experiencia y pruebas de envejecimiento acelerado.

3.2.3.2 Procedimiento de coordinacin de aislamiento para sobretensiones transitorias

Dos mtodos para coordinar el aislamiento en relacin con los esfuerzos de tensin son los siguientes: unmtodo determinstico y un mtodo estadstico.

El mtodo determinstico compara la tensin mxima representativa supuesta con la tensin de aguante mnimadel equipo. Ninguna informacin disponible de posibles ndices de falla en el equipo puede esperarse enservicio. Ejemplos tpicos son:

- la coordinacin de aislamiento en aislamientos internos contra sobretensiones de frente

lento, cuando el aislamiento esta protegido por apartarrayos,

- la proteccin por apartarrayos contra las sobretensiones por rayo para equipos conectados alneas areas, para la cual experiencias con equipos similares estn disponibles.

El mtodo estadstico est basado en la frecuencia de ocurrencia de un origen especfico; la distribucin deprobabilidad de sobretensiones pertenece a este origen as como la probabilidad de flameo del aislamiento.

Alternativamente, el riesgo de falla se puede determinar combinando clculos de sobretensiones y deprobabilidad de flameo simultneamente, disparo por disparo, tomando en cuenta la naturaleza estadstica delas sobretensiones y el flameo, por procedimientos apropiados, por ejemplo usando el mtodo Monte Carlo.


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TABLA 1 - Distancia de fuga para diferentes niveles de contaminacin

Nivel decontaminacin

Caractersticas ambientales Distanciamnimaespecficacm/kV (3)

I Ligero - reas sin industrias y con baja densidad de casas con equipo decalefaccin

- reas con baja densidad de industrias o de casas pero sujetas avientos frecuentes o aguaceros

- reas agrcolas 1)

- reas montaosas

Todas estas reas debern estar situadas entre 10 y 20 km del mar yno debern estar expuestas a los vientos directos del mar. 2)

1,6

II Medio - reas con industrias que no produzcan particularmente

humo contaminante y/o con un promedio alto - bajo de

densidad de casas equipadas con calefaccin

- reas con alta densidad de casas y/o industrias pero

sujetas a frecuentes vientos y/o aguaceros

- reas expuestas a vientos del mar pero no cercanas a la

costa (al menos varios kilmetros de distancia) 2)

2,0

lll Alto - reas con alta densidad de industrias y suburbios de

grandes ciudades con alta densidad de equipos de

calefaccin que producen contaminacin

- reas cercanas al mar o en algn caso expuestas a vientos

del mar relativamente fuertes 2)

2,5

IV Muy Alto - reas generalmente de extensin moderada, sujetas a

polvos conductivos y a humo industrial que producen

particularmente depsitos conductivos densos.

- reas generalmente de extensin moderada, muy cercanas

a la costa y expuestas a la brisa del mar o a vientos

provenientes del mar muy fuertes y contaminados.

- reas desrticas, caracterizadas por largos periodos sin

lluvia, expuestos a vientos fuertes que llevan arena y sal y

sujetos a condensacin regular.

3,1

1) El uso de fertilizantes por rociado o la quema de caa pueden llevar a niveles altos de contaminacin debido a ladispersin por vientos.

2) Distancias del mar dependiendo de la topografa de la costa y de las condiciones extremas del viento.3) De acuerdo a IEC 815-1986, la distancia mnima de fuga de aisladores entre fase-tierra, respecto a la tensin mxima del

sistema (fase-fase).

La tabla no cubre algunas situaciones ambientales tales como nieve y hielo en altas contaminaciones, tormentas, zonas ridas,etctera.


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Repitiendo los clculos para los diferentes tipos de aislamiento y para diferentes estados de la red se puedenobtener los ndices de salidas del sistema debidos a fallas en el aislamiento.

Por lo tanto, la aplicacin de la coordinacin de aislamiento estadstico da la posibilidad para estimar lafrecuencia de falla directamente como una funcin de los factores de diseo del sistema seleccionado. Enprincipio, la optimacin del aislamiento podra ser posible, si los costos pudieran relacionarse con los diferentestipos de fallas. Esto es en la prctica muy difcil debido a la dificultad de evaluar las consecuencias de una falladel aislamiento ptimo en diferentes estados de operacin de la red y debido a la incertidumbre del costo de laenerga no entregada.

Por lo tanto, es generalmente ms adecuado sobredimensionar ligeramente el aislamiento del sistema queoptimizarlo. El diseo del aislamiento del sistema est entonces basado en la comparacin de los riesgoscorrespondientes a las diferentes alternativas del diseo. Muchos de los procedimientos aplicados, sin embargo,son una mezcla de ambos mtodos. Por ejemplo, algunos de los factores usados en el mtodo determinsticohan sido derivados de consideraciones estadsticas o algunas variaciones estadsticas han sido despreciadas en

los mtodos estadsticos.

3.2.3.2.1 Coordinacin de aislamiento para sobretensiones de frente lento

a) Mtodo determinstico.

El mtodo determinstico implica determinar la mxima tensin que esfuerza al equipo yluego elegir la rigidez dielctrica mnima de este equipo con un margen que cubra lasincertidumbres inherentes en la determinacin de esos valores para el aislamiento interno ola diferencia entre el valor mnimo y el valor de aguante del aislamiento externo (90%).

La tensin de aguante de coordinacin se obtiene multiplicando el valor mximo supuesto dela tensin representativa correspondiente por el factor de coordinacin determinstico Kcd.

Para el equipo protegido por apartarrayos la sobretensin mxima supuesta es igual al nivelde proteccin al impulso por maniobra Vpsdel apartarrayos.

En el caso de proteccin con apartarrayos de disturbios por sobretensiones de maniobra, sepresenta una severa variacin en la distribucin estadstica de las sobretensiones,particularmente cuando Vps alcanza valores bajos.

En esas situaciones, variaciones pequeas en el aguante de la rigidez del aislamientopueden tener un gran impacto en el riesgo de falla (vase Electra No. 133, 1990, pp.132-134). Para cubrir este efecto el factor de coordinacin determinstico recomendado es:

Vps < 2,1 p.u.; Kcd= 1,1

2,1 < Vps < 2,6 p.u.; Kcd= 1,52 - 0,2 Vps

2,6 < Vps: Kcd= 1,0

donde: Vps = Nivel de proteccin al impulso por maniobra del apartarrayos en p.u.


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Estos factores se aplican a las tensiones de aguante de coordinacin para impulso demaniobra y a la componente longitudinal al impulso de maniobra. Para la tensin de aguantede coordinacin fase-fase, los factores de coordinacin son:

Vps < 1,6 p.u.; Kcd= 1,1

1,6 < Vps < 2,0 p.u.; Kcd= 1,5 - 0,25 Vps

2,0 < Vps: Kcd= 1,0

Para equipo no protegido por apartarrayos el factor de coordinacin determinstico es Kcd= 1

b) Mtodo estadstico.

El riesgo de falla da la probabilidad de falla de aislamiento. El ndice de falla se expresa entrminos del nmero promedio esperado de fallas de un aislamiento como un resultado de

eventos que causan esfuerzos de sobretensin. Para evaluar este ndice se tiene queestudiar los eventos que dan lugar a esas sobretensiones y su nmero. Afortunadamente lostipos de eventos que son significativos en el diseo de aislamiento son pocos en nmero detal manera que el mtodo es prctico.

El mtodo estadstico recomendado en esta norma est basado en la amplitud de lassobretensiones. La frecuencia de distribucin de las sobretensiones entre fase y tierra paraun evento particular se determina con las suposiciones siguientes:

- se considera la forma de onda del mayor pico y se desechan las dems ondas desobretensin,

- se toma la forma de onda del pico ms alto que ser igual a la de impulso por

maniobra con el frente crtico,- los picos ms altos de sobretensin se toman todos con la misma polaridad, es decir lo

ms severo para el aislamiento.

Una vez que la distribucin de frecuencia de las sobretensiones y la distribucin deprobabilidad de la descarga correspondiente del aislamiento estn dadas, el riesgo de falladel aislamiento entre fase y tierra puede ser calculado por esta ecuacin:

donde F (V) es la densidad de probabilidad de las sobretensiones y P(V) es la probabilidadde flameo del aislamiento bajo el impulso de valor V (vase figura 5).

Si la misma sobretensin est esforzando simultneamente varios aislamientos en paralelo,el riesgo de falla de los aislamientos paralelos resultante se puede obtener de la ecuacinanterior, reemplazando la funcin F (V) por la funcin P (V) la cual esta dada en la ecuacinsiguiente, (vase figura 6).


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P (V) = 1 - [1 - P (V) M ]donde M = Nmero de aislamientos paralelos simultneamente esforzados.

P' (V) = Esfuerzo resultante de los aislamientos paralelos bajo la tensin V.

Para la distribucin recomendada de Weibull la frmula es:

P(V) = 1 - 0,5q

donde: q = ( 1 +ZM

4) S

ZV V M

ZZ

z

MM

MM=

=

(;

( / )

50

1 5

V50M = V0+ 4 ZM

donde V0 es la tensin de truncacin. En el anexo B se detalla el procedimiento paradeterminar la ecuacin anterior.

Si ms de un pico independiente ocurre, el riesgo total para una fase se puede calculartomando en cuenta los riesgos de falla de todos los picos. Por ejemplo, si una sobretensinpor maniobra de la fase "A" comprende tres picos positivos los que originan riesgos de fallade R

1R

2Y R

3, el riesgo de falla de fase a tierra por la operacin de maniobra es:

R = 1 - (1 - R1) (1 - R2) (1 - R3)

Si la distribucin de sobretensin esta basada en el mtodo fase-pico (vase 3.1.3.3.1) y losaislamientos en las tres fases son los mismos, el riesgo de falla total es:

Rtotal= 1 - (1 - R)3

Si se usa el mtodo pico-envolvente el riesgo total es:

Rtotal= R

Nota: Si una de las polaridades de la sobretensin es sustancialmente ms severa para el aguante del

aislamiento, los valores de riesgo se pueden dividir en dos.

El riesgo de falla para los aislamientos fase-tierra y fase-fase se puede determinar por separado solamente silas distancias entre los dos son lo suficientemente grandes de manera que el flameo a tierra y entre fases noeste basado en el mismo evento fsico. Esto es vlido si los aislamientos fase-tierra y fase-fase no tienenelectrodo comn. Si lo tienen, los valores de riesgos de falla para cada aislamiento debern ser mayores que sise calcularan por separado (vase Electra No. 64, 1979 pp. 195).


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El mtodo estadstico basado en las amplitudes de las sobretensiones se puede simplificar, si se supone queuno puede definir las distribuciones de sobretensiones y esfuerzo dielctrico en un punto sobre cada una deestas curvas. La distribucin de sobretensin esta identificada por la sobretensin estadstica, la cual es lasobretensin que tiene un 2% de probabilidad de ser excedida. La distribucin del esfuerzo elctrico se identificapor la tensin de aguante estadstica a la que el aislamiento muestra un 90% de probabilidad de aguante. Elfactor de coordinacin estadstico es entonces la relacin de tensin estadstica de aguante a la sobretensinestadstica.

La correlacin del factor de coordinacin estadstico y el riesgo de falla parece ser ligeramente afectada porcambios en la forma de la distribucin de sobretensin. Esto es debido al hecho que el valor escogido del 2%como una sobretensin probabilidad de referencia cae en aquella parte de la distribucin de sobretensin la cualle da mayor contribucin para el riesgo de falla en el intervalo del riesgo considerado.

Las figura 7 (a) para el mtodo fase-pico y 7 (b) para el mtodo pico-envolvente muestran un ejemplo de larelacin entre el riesgo de falla y el factor de coordinacin estadstico cuando las distribuciones gaussianas seaplican para distribuciones de esfuerzo y la distribucin modificada de Weibull se aplica para la rigidez.

Las curvas toman en cuenta el hecho que la desviacin estndar es una funcin del valor de sobretensin 2%(valores dados en 3.1.3.3.1). Las variaciones extremas en la desviacin de la rigidez dielctrica, , sonmarcadamente distribuciones no gaussianas de sobretensin y en la mayora ellas, la forma de la sobretensinpuede causar un error en la curva en un orden de magnitud. Por otro lado, la curva muestra que la variacin deun orden de magnitud en el riesgo corresponde a solamente una variacin del 5% en la rigidez dielctrica. Estopuede aceptarse para una planeacin preliminar.

En vista de esas imprecisiones implcitas en la determinacin del riesgo de falla, el procedimiento tradicional elcual se basaba en funciones gaussianas no truncadas para sobretensiones y rigidez, puede todava usarsecomo una estimacin. Esto es, el riesgo se determina con la expresin:

R MV V

s z

e=

+

502 2

M = Nmero de aislamientos esforzados simultneamente

= Funcin de integracin gaussiana

Ve = Valor promedio de la distribucin de sobretensiones obtenido como Ve2- 2sede acuerdo a 3.1.3.3.1

V50 = Tensin de flameo 50%, determinada como la tensin de aguante dividida entre (1 - 1, 3z)

s = Desviacin de la distribucin de probabilidad de sobretensiones

z = Desviacin convencional de la probabilidad de flameo

Para valores de riesgos bajos, el uso de esta frmula puede resultar muy conservador.

3.2.3.2.2 Coordinacin del aislamiento para sobretensiones de frente rpido

Mtodo determinstico.

Para sobretensiones de frente rpido el factor de coordinacin determinstico es Kcd= 1.


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Ntese que para sobretensiones por descargas atmosfricas el mtodo determinstico es solamente aplicable siel valor mximo supuesto de la sobretensin representativa puede ser determinado a partir de la experiencia conequipos similares (vase 3.1.3.4.1).

3.2.3.2.3 Mtodo estadstico para sobretensiones por rayo

Las sobretensiones por rayo en las subestaciones y sus ndices de ocurrencia dependen de:

- el comportamiento del rayo en las lneas areas conectadas a stas,

- el arreglo de la subestacin, sus dimensiones y en particular el nmero de lneasconectadas a sta,

- la proteccin por apartarrayos adoptada en la subestacin,

- el valor instantneo de la tensin de operacin.

La severidad del rayo para el equipo de la subestacin se determina de la combinacin de tres factores ydiferentes etapas para asegurar una adecuada proteccin, por lo que los conceptos recomendados implican trespasos:

a) Determinacin de una distancia lmite. Solamente descargas por rayo dentro de estadistancia desde la entrada de la lnea a la subestacin pueden causar sobretensionespeligrosas dentro de la subestacin debido al amortiguamiento de las sobretensiones a lolargo de la lnea; las sobretensiones por descarga atmosfrica, originadas a partir dedistancias alejadas, reducen las

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