coordinacion de aislamientos

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA

Programa de Ingeniería Eléctrica

Diseño Eléctrico 2

Selección de pararrayos

Los pararrayos tienen la función de proteger los equipos de la S/E ante ondas de sobretensión que viajan a través de las líneas de transmisión.

Tomado de “Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensi ón”. Carlos Felipe Ramírez.


Los siguientes son los pasos que se deben seguir para seleccionar un pararrayos de ZnO:

– Determinar la tensión máxima que soportaría el equipo a proteger Um (Tablas 2 y 3 de la IEC 60071-1).

Tomado de la norma IEC 60071-1 (2006)


– Determinar el factor de puesta a tierra, dependiendo del tipo de aterrizamiento del sistema.

• Sistema con neutro aislado (Ke = √3 ).• Sistema sólidamente aterrizado (Ke ≤ 1,4). Un valor

típico es 0,8.• Sistema aterrizado a través de una impedancia (1,4

< Ke ≤ 1,8).• Sistema de aterrizamiento resonante (Ke = √3 a

1,85).


– Determinar la tensión asignada a frecuencia industrial del pararrayos.La tensión asignada de los pararrayos de ZnO, R, se encuentra teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

• Sobretensión Continua de Operación (COV):

3

UmCOV =


• Sobretensión Temporal (TOV):

• La tensión nominal del pararrayos R, se elige seleccionando el mayor valor entre Ro y Re.

Donde Ko es un factor de diseño especificado por el fabricante. Un valor de Ko normalmente encontrado es 0,8.

COVKeTOV ×=

Ko

COVRo =


Donde Kt es la capacidad del pararrayos contra sobretensiones temporales el cual depende del tiempo de duración de la sobretensión.

Kt = 1.15 para 1 segundo.Kt = 1.10 para 10 segundos.Kt = 0.95 para 2 horas.

Kt

TOV=Re


El mayor entre Ro y Re, se multiplica por un factor de seguridad igual a 1,05.

A partir del resultado se elige el pararrayos con tensión asignada inmediatamente superior.

– Determinar el nivel de protección para impulso tipo atmosférico (NPR o LIPL).

( ) 05,10 ×= eRyRentreMayorR


El NPR de un pararrayos ZnO se obtiene a partir de la característica de tensión máxima residual para impulsos atmosféricos a la corriente nominal de descarga 8/20ms.

10 kA (Um ≤ 420kV)15 kA (420kV <Um ≤ 550kV)20 kA (Um > 550kV)


– Determinar el nivel de protección para impulso tipo maniobra (NPM o SIPL).

El NPM para un pararrayos de ZnO se obtiene así:• En sistemas con tensión máxima menor de 145kV,

máximo voltaje residual con impulso de corriente de maniobra (30/60ms) de 0.5 kA.

• En sistemas con tensiones entre 145kV y 362kV el impulso de corriente de maniobra debe ser de 1kA.

• En sistemas con tensiones superiores, el impulso de corriente de maniobra debe ser de 2kA.


– Determinar el margen de protección del pararrayos.

Para que el pararrayos ofrezca una protección efectiva, su característica de limitación de la tensión en el tiempo, debe ser inferior que las tensiones que soportan los aislamientos. En la figura se muestra un ejemplo de ello.


Tomado de Coordinación de “Aislamiento en Redes Elé ctricas de Alta Tensión”. Juan A. Martínez Velasco.


Así pues, debe existir un margen de seguridad entre la curva del aislamiento y la curva del pararrayos, que debe ser superior al 20% y se calcula a partir de la siguiente expresión.

Uw es la tensión soportada por el aislamiento (BIL) y Up es el nivel de protección brindado por el pararrayos (NPR).

p

pwP U

UUM

−=


– Determinar la corriente asignada del pararrayos .

El valor de la corriente de descarga del pararrayos debe ser mayor que la máxima corriente que se presente en el sitio de instalación, y se calcula a partir de la siguiente expresión:

cZ

VCFOI

2=


Donde, VCFO es el nivel de aislamiento de la línea de transmisión donde se instala el pararrayos y Zc, es la impedancia característica de la línea, que se puede calcular con la siguiente expresión:

ó

==r

h

C

LZc

2ln60

Y

ZZc =


Los valores típicos de impedancia característica según el valor de tensión asignada del sistema, se presentan en la siguiente tabla:

Tomado de “Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensi ón”. Carlos Felipe Ramírez.


Para determinar el valor del VCFO de la línea, se puede seguir el procedimiento indicado en el apartado 9.13.3 del libro:

“Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión”. Carlos Felipe Ramírez.621.3126 / R173s

Coordinación de aislamientos

Existen dos metodologías que se pueden aplicar para realizar la coordinación de aislamientos.

• El método tradicional o determinístico, utilizado hasta ahora para los cálculos de coordinación de aislamientos.

• El método estadístico planteado en la norma IEC 60071.


Método tradicional o determin ístico .Lo que se busca es determinar los niveles de aislamiento de los equipos que se instalan en la subestación.

Para ello, se aplica un factor de seguridad (Ki) para relacionar el NPR y el BIL.

• 1.2 ≤ Ki ≤ 1.4 Valor típico, Ki = 1.25. • Para Um ≤ 52kV, el valor Ki más utilizado es 1.4.


Método tradicional o determin ístico .También se aplica un factor de seguridad Km para relacionar el NPM y el BSL. Donde Km = 1.15.

Existe adicionalmente otro factor de seguridad que relaciona el BSL y el BIL y que depende del medio aislante así:

• Para equipos sumergidos en aceite, K = 0.83.• Para equipos aislados al aire, K = 0.6 a 0.75. El

valor mas utilizado es 0,75.


Método tradicional o determin ístico .

Los pasos que se siguen en la coordinación de aislamientos son los siguientes.

1. Obtener el NPR y el NPM del pararrayos.2. Determinar el Ki y el Km deseados.3. Obtener el nivel mínimo de aislamiento al

impulso atmosférico: BIL = Ki*NPR.4. Elegir el BIL normalizado (BILn) por encima del

BIL encontrado.


5. Obtener el nivel minimo de aislamiento al impulso de maniobra: BSL = K*BILn.

6. Obtener la relacion entre BSL y NPM: Kb = BSL/NPM.

7. El valor determinado en el paso anterior debe ser mayor o igual a Km.

8. Si no se cumple, incrementar el BIL encontrado en el paso 4 y con este nuevo valor, repetir los pasos 5 y 6. Repetir hasta obtener el Kb ≥ Km.


• Es suficiente con especificar el BIL del equipo ya que el BSL esta directamente relacionado.


Método estad ístico (IEC 60071) .El método se puede resumir en cuatro grandes pasos:

1. Determinación de las sobretensiones representativas (Urp).

2. Determinación de las tensiones admisibles de coordinacion(Ucw).

3. Determinación de las tensiones admisibles requeridas (Urw).

4. Determinación de las tensiones admisibles normalizadas (Uw).

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