coordinacion de alislamiento_alta tension

7/29/2019 Coordinacion de alislamiento_alta tension

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CAPITULO VCOORDINACION DE AISLAMIENTO


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INDICE 5.1.- Introduccin.

5.2.- Tipos de solicitaciones de tensin durante el servicio

en corriente alterna

5.3.- Aislamientos elctricos.

5.4.- Condiciones de aterramiento del sistema.

5.5.- Niveles de aislamiento normalizado.

5.6.- Pruebas Disruptivas En Aislamientos Elctricos.

5.7.- Procedimiento para la Coordinacin del Aislamiento.

5.8.- Mtodos De Diseo Del Aislamiento.

5.9.- Proteccin Contra Sobretensiones Impulsionales.

5.10.-Aplicaciones.


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5.1.- Introduccin.

La coordinacin de aislamiento (COA) trata de la seleccin de los niveles y diseo

racional del aislamiento de entre los componentes de un sistema elctrico, en

funcin de los esfuerzos elctricos, de las caractersticas del medio y los

dispositivos de proteccin, con la finalidad de minimizar el riesgo de falla; se basa

-En la armonizacin de los sostenimientos del aislamiento respecto de las

solicitaciones de tensin previsibles durante el servicio.

-En la ubicacin fsica segn desempeo, en la jerarquizacin de los aislamientos y

en la proteccin necesaria de cada uno de los componentes.-En la incidencia razonable del costo de los aislamientos en el costo de los equipos

o instalaciones, que se hace mayor a mayores tensiones de servicio


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5.1.- Introduccin.


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5.2.- Tipos de solicitaciones de tensin durante el servicio en

corriente alterna.

Existen dos grupos, aquellos que ocurren a la Frecuencia de Servicio (F.I.) y

aquellos que ocurren en forma Transitoria o Impulsional (T.L.).a).- Tensiones Normales a Frecuencia Industrial (F.I.)

Son tensiones que se miden en valor eficaz (IEC 71-I); son aplicadas entre fases y

originan gradientes superficiales e internos permanentes en el aislamiento; son:

Tensin Nominal de una Red (Un) Valor aproximado solo nominativo

Tensin Mxima de una Red (U) Valor limite de funcionamiento normal Tensin Mxima para el material (Um) Valor limite aplicable al aislamiento

Para el diseo y la COA, la tensin a F.I. (U), debe ser considerada de valor

constante y hasta igual a la Tensin Mxima del Aislamiento (Um,Fase-Tierra)

en valor Pico 3/2mbase UU


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corriente alterna

b).- Sobre Tensiones a F.I. (STT)

Son elevaciones temporales a F.I. aplicadas entre Fases o entre Fase-Tierra, secaracterizan por su amplitud, forma y duracin que son dependientes de su

origen; su magnitud supera el valor de pico de (Um) y solicita el aislamiento

durante decenas de segundos, su amortiguacin es lenta y pueden tener una

frecuencia superior o inferior a la red; se les asigna una forma normalizada.

Fallas a Tierra y Operacin de Sincronizacin.

Perdidas de Carga.

Resonancia.

Constituye el parmetro principal para el diseo de los aislamientos externos que

se corrigen para las condiciones del sitio, y para el dimensionamiento de lospararrayos.


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corriente alterna

c).- Sobretensiones Transitorias o Impulsionales (STI)

Debido a la Cada de Rayos (STR)

Las descargas puras Nube-Suelo, Suelo-Nube que involucran elevadas energas

Elctricas, Magnticas y Trmicas producen sobretensiones de 50 a 100 s con

Frentes Rpidos de 0.1 s tf 20 s y colas de tc < 300 s de duracin,

segn el mecanismo de impacto; se les asigna una forma general Normalizada.

- Cada de Rayo Sobre Conductor de Fase.- Cada de Rayo Sobre Cable de Guarda.

- Cada de Rayo a Proximidad de las lneas.


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corriente alterna


Debido a la Ejecucin de Maniobras (STM)

El accionamiento de dispositivos de maniobra segn las condiciones Reactivas

(L,C) en el punto de maniobra, produce sobretensiones con Frentes Lentos de

20 s tf 5000 s y colas de tc < 20 ms de duracin oscilatorias y

fuertemente amortiguadas; se les asigna una forma Normalizada.

- Conexin de Interruptores.- Reconexion de Interruptores.

- Desconexion de Interruptores.


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corriente alterna


Debido a Fallas o Maniobras en Celdas GIS (STMr)Las Fallas o las Maniobras en las celdas de Aislamiento con gas SF6 de las

subestaciones GIS, producen sobretensiones de Frente muy Rpido con

tiempos hasta la cresta del orden tr 0.1 s y duracin total de tr < 3ms, dentro

del cual se producen oscilaciones superpuestas de 30 KHz < f < 100 MHz.


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corriente alterna

d).- Sobretensiones Combinadas.

Pueden darse bajo combinaciones de disturbios temporales, transitorios o mixtos;las dos componentes de tensin se aplican simultneamente en cada uno de

los bornes de fase de un aislamiento entre fases (o longitudinal) y tierra.

Tensin Normalizada de Impulso Tipo Maniobra Combinada.Tiene dos componentes de valores de cresta iguales y de polaridad opuesta, la

Positiva es una tensin de impulso de Maniobra Normalizada y la Negativa es

un impulso de Maniobra, cuyos tiempos hasta la cresta y tiempos de cola no

son inferiores a los de la componentes positiva, y ambas deben alcanzar su

valor de cresta en el mismo instante sumndose para el valor total.


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5.3.-Aislamientos elctricos.

Estn conformados segn el caso por sustancias solidas, liquidas o gaseosas, o

combinaciones de estas, se caracterizan por su rigidez dielctrica que es

constante en todas direcciones

Tienen caractersticas fsicas propias

Son independientes del campo elctrico y de la separacin entre electrodos

Su representacin elctrica comporta elevados valores de (R) y (C).


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a) Aislamientos Externos (Aire Ambiente)

Se dimensionan corrigiendo la tensin para las condiciones del sitio (altitud) debido

a que se hallan en contacto directo con la atmsfera, su sostenimiento depende

las condiciones ambientales (Atmosfricas metereolgicas y del entrono)

Aislamientos en Recintos Cerrados (Alto costo de la infraestructura)

Aislamiento al Aire Libre (Mnimo costo de la infraestructura)

b) Aislamientos Internos (Diferentes Gases, lquidos y slidos)

Se dimensionan con la tensin a condiciones normales (nivel del mar) se hallan

totalmente protegidos de la influencia de las condiciones atmosfricas y dems

agentes del entorno externo, ocupan un espacio cerrado y generalmente

reducidos: se presentan como espesores simples o compuestos


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c) Clasificacin oficial de los aislamientos

La Norma IEC-71-111 reconoce y agrupa a los aisladores segn su

comportamiento despus de una disrupcin ocurrida (bajo prueba), debido a

una solicitacin dielctrica superior a su tensin de sostenimiento, en:

Aislamientos Autorregenerativos (AR)

luego de sufrir la disrupcin recuperan completamente sus propiedades

aislantes que para el caso se consideran reversibles

Aislamientos No Autorregenerativos (NAR)

luego de sufrir la disrupcin no logran recuperar por si mismos sus propiedades

aislantes, los daos son irreversibles

Composicin de los aislamientos Mixtos

se estructura con pares autorregenerativos y pares no autorregenerativos; as

debido a la diferente caracterstica Tensin-Tiempo de ambos, la probabilidad

de descargas que es mnima para TI, se hace apreciable para mayores

tensiones alrededor de (U50%

)


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5.4.-Condiciones de aterramiento del sistema

La aparicin de las mayores sobretensiones temporales (STT) en una red, ocurre

principalmente debido a las fallas a tierra, y resonancias, como tal se relaciona a la

forma de conexin del punto neutro a la puesta a tierra, pudiendo darse diferentes

conexiones:

Red con neutro aislado

ningn punto neutro de la red tiene una conexin intencionada con la tierra, exceptoconexiones de alta impedancia para fines de medida y proteccin.

Red con neutro puesto a tierra mediante impedancia

El o los puntos neutros estn conectados a tierra mediante impedancia, para limitar

las corriente de falla a tierra

Red con Neutro puesto a tierra con bobina de extincinUno o varios puntos neutros se conectan a tierra mediante reactores (inductancias),

para compensar la componente capacitiva de la corriente de falla Fase-tierra y para

limitar la corriente de falla hasta producir la extincin del arco elctrico

Red con neutro directamente conectado a tierra

El o los puntos neutros de la red estn directamente y solidamente conectados atierra.


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5.5.-Niveles de aislamiento normalizado

Para definir la magnitud de un aislamiento, es necesario compararlo con un nivel

fijo preestablecido de tensin, ya sea el Nivel Bsico de Aislamiento contra

Rayos-UBIL (Basic Lightning Impulse Level), o bien el Nivel Bsico de

aislamiento contra maniobras- USIL; denominados (Tensiones de sostenimiento

Especificadas)

Los Niveles de Aislacin son magnitudes fijas, que se especifican por

recomendacin de las normas.

Para el diseo de aislamientos la IEC recomienda niveles Estandarizados

segn las tensiones (Um) de los sistemas elctricos que as mismo clasifica en

dos grupos (I y II) con rangos propios

Para la asignacin de los parmetros bsicos del aislamiento, la eleccin se

hace considerando:

El grado de exposicin a las (STR), o las (STM)

El Rgimen del sistema de puesta a tierra de la red

Los dispositivos de proteccin previstos contra sobretensiones


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5.5.-Niveles de aislamiento normalizado5.5.1.- Niveles de aislamiento del grupo I (Um245kV)

a) Norma Vigente: comprende el rango de tensiones: 1.0kVUm245kV

Para las instalaciones de los rangos del Grupo (I), los niveles bsicos del

aislamiento y su coordinacin - COA estn definidos por el sostenimiento a

las siguientes solicitaciones

- La tensin de sostenimiento a impulsos del rayo (UBIL) mediante la aplicacin

de tensiones de prueba con impulsos de rayo (1.2/50s).

- La tensin de sostenimiento a FI (Corta duracin), mediante la aplicacin de

tensiones de prueba s frecuencia industrial (UFI) durante 1 minuto.

En estos casos las STM no plantean problemas importantes salvo la posibilidad de

reencebamiento del arco en los interruptores y la Resonancia entre redes de

alta y baja tensin, durante la energizacin


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a) Norma Anterior: comprende dos rangos de tensiones (actualmenteunificada)

Dado que actualmente existe material elctrico instalado bajo esta versinantigua hacemos la mencin del caso

Tablas de aislamiento

Aplicados a distribucin elctrica (superadas) 1.0kVUm 52kV

Tensiones Normalizadas para Europa por la IEC


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Tensiones Normalizadas para USA y Canad


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5.5.1.- Niveles de aislamiento del grupo I (Um245kV)

En sistemas de distribucin la eleccin se hace entre la lista I (casos normales) y la

Lista II (alto grado de seguridad), la proteccin suplementaria contra

sobretensiones transferidas depende de la experiencia de explotacin en

instalaciones anlogas.

En zonas con tormentas, cuando el equipo de SE recibe STR viajeras o sufre STRdirectas o indirectas, se elegirn niveles de aislamiento de la lista II; aparte de

equipos complementarios a este fin

Para zonas de bajo nivel de tormentas, se elige el nivel de aislamiento de la Lista I,

considerando optativa la proteccin local contra las sobretensiones.- cuando el neutro es aterrado directamente o a travs de pequea (R) se pueden

utilizar pararrayos o Explosores, normales


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5.5.2.- Niveles de aislamiento del Grupo II (Um>245kV)

La tensin disruptiva del aislamiento es mayormente superior a las solicitaciones

impulsionales de rayo que impactan en las LL.TT. Y SS.EE, por lo que las

fallas asociadas son espordicas, mientras que las fallas a FI son casi

inexistentes

Norma Vigente: comprende el rango de tensiones: Um>245 kV

Para las instalaciones de los rangos del Grupo (II), los niveles bsicos del

aislamiento y su coordinacin - COA estn definidos por el sostenimiento a

solicitaciones transitorias

- La tensin de sostenimiento a impulsos de maniobra (250/2500s)- La tensin de prueba con impulsos de rayo (1.2/50s)

- La importancia de las STM para la COA es determinante debido a que el nivel

de tensin de servicio es mayor.


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5.5.-Niveles de aislamiento normalizado5.5.2.- Niveles de aislamiento del Grupo II (Um>245kV)


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5.6.-Pruebas Disruptivas En Aislamientos Elctricos.

Las descargas ocurren bajo pruebas segn el caso, con Solicitaciones Elctricasde Tipo (FI) o (TI), se consideran siempre aislamientos con Lneas de Fuga no

contaminadas y/o intervalos de aire entre electrodos a Condiciones Normales.

5.6.1.- Tensiones Estadsticas de Sostenimiento a Impulsos en AislamientoAuto regenerativos.

La caracterstica Disruptiva ; puede ser determinada con un gran numero (n) de

pruebas con tensin Impulsional de diferente rango e idntica forma y polaridad.

Ejemplo: 20 impulsos por cada nivel de tensin.

La Probabilidad de Descarga en un Nivel de Tensin Aplicada (U)

Para cada nivel de Tensin, la relacin entre el numero de Descargas Obtenidas(n) y el numero (n) de pruebas aplicadas da la probabilidad de descarga (p) o

Probabilidad en Falla.

n

n

bp

'

sasAplicadaPrueN

nesDisrrupcioN


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Grafica de la Probabilidad de Descarga.La Grafica promedio de la Probabilidad de Descarga con respecto a la tensin

aplicada, da la curva de Distribucin de Frecuencias que tiene forma Gaussiana o

Normal.


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Probabilidad de descarga a una Tensin Aplicada (U)Puede ser representada por la ecuacin general de (p) en la cual la variable (U)

ha sido transformada en una Variable Normalizada (Z)

donde:

El punto (p=0.50 , Z=0) fija la Tensin Disruptiva , tambin denominada,

Tensin Critica de Contorneo

Pruebas con Tensiones en CA (FI) y CC.Solo el procedimiento de Pruebas cambia: la Tensin aplicada se incrementa

despacio hasta obtener la descarga; en este caso se tendr idnticamente:

Z

dZZ

p

2

exp

2

12

UUZ

CDAUU

n

UU %50

2/1

2

n

UU

%50U

CDAU


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-La Tensin Critica de Contorneo:

-La Desviacin Tpica:

O bien si (n) es pequeo:

%50/ UnUUUCDA

2/12 / nUU

2/12 1/ nUU


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5.6.2.- Aplicacin de la Grafica de la Probabilidad de Descarga.La Distribucin Normal permite Inferir la Probabilidad de Descarga para Cualquier

Tensin aplicada (U).

Ej. Si la Sobretensin aplicada se ubica en (Z=-2.0), se tiene:- Probabilidad de Falla (Disrupcin): p=0.023, (2.3%)

-Probabilidad de Sostenimiento: (1-p)=0.977, (97.7%)

Ej. La IEC define la Probabilidad Referencial de Sostenimiento, en 90%, es decir

para Zs = -1.28, conociendo el coeficiente de variacin

donde para =0.03=3%

UR /

%50%90

%50%90

%50%90

%50

%50%90

%50%90

%1.96

)03.0*28.11(

),1(

1

.

deUU

UU

ZUU

UZUU

ZUU

S

S

RSS

SS

SS

R


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Se recomienda verificar la (Us) probando hallar la tensin Critica Disruptiva (UCDA)

para =0.03=3%

Coeficientes de Variacin segn las Solicitaciones de Tensin.

3% Para STR y STT (En Seco y Bajo Lluvia)

6% Para STM y STT (En Seco y Bajo Lluvia)

9% Para ST en Aislantes Slidos (Resinas Papeles)

10% Para ST en Aislantes Lquidos (Aceites)

5.6.3.- Tensin Estadstica de Sostenimiento a ImpulsosLas Tensiones de Sostenimiento a Impulsos (Ust), segn IEC (U90%), se pueden

establecer para las solicitaciones impulsionales, considerando sus derivaciones

tpicas de 3% y 6% respectivamente a C.N.:

%50

%50

%9.103

,)*1(

deUU

Z

UU

CDA

RS

CDA

R


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5.6.4.- Tensin Estadstica de Sostenimiento a Impulsos en Aislamiento NoAutorregenerativos.

No son practicables Pruebas Disruptivas con fines estadsticos en equipos

costosos (Ej. Transform.). Es Imposible establecer la tensin Estadstica de

Sostenimiento y atribuirle una Probabilidad de Falla.

Solo se puede especificar un Pequeo numero de Aplicaciones de Tensiones

Impulsionales tipo Rayo o Maniobra hasta el NBA.

Las Pruebas de Aceptacin no dan indicaciones cuantitativas de la probabilidadde Sostenimiento; la aceptacin se basa en el pase de las Pruebas Normalizadas

y el curriculum de fabricacin satisfactoria.


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5.6.5.- Caractersticas Tensin Disruptiva-Distancia en el Aire.

se realiza con un arreglo vertical de electrodos (barra-barra) en seco; siendo la

longitud de Brecha (D) y la altura de la Barra Inferior (H). La disrupcin es

proporcional a la brecha, bajo campo elctrico no uniforme esta dominada porprocesos de efluvios positivos.

Pruebas con electrodo superior con polaridad positiva (+)

Pruebas con electrodo superior con polaridad negativa (-)

Influencia de la Presencia del Suelo (Tierra)

Influencia del tipo de Tensin Aplicada.


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5.7.-Procedimiento para la Coordinacin del Aislamiento.

Esta orientado a la eleccin de un conjunto de Tensiones de Sostenimiento

Normalizadas (US) para los componentes de la Instalacin, a partir de ladeterminacin de los Esfuerzos Elctricos aplicados, y de la Rigidez Dielctrica

especificada, basada en los niveles de Aislamiento Normalizado y en Mrgenes

de Proteccin aceptables.


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5.7.1.-Determinacion de las Sobretensiones Representativas (URE)

Constituyen parmetros de solicitacin del aislamiento, que se deben caracterizaren amplitud, forma y duracin, mediante el anlisis de la red que incluye la

eleccin y localizacin de los dispositivos limitadores de Sobretensin,

obtenindose:

Un valor estimado o un conjunto de valores de crestaSobretensin Temporal: de corta duracin a FI. De valor igual al valor mximo

estimado.Sobretensin de Frente Lento: Impulso de Maniobra de valor igual al de crestamximo estimado.

Sobretensin de Frente Rpido: Impulso de Rayo de valor igual al de crestamximo estimado.

Sobretensin de Frente Muy Rpido: Segn especificacin para el material.

Sobretensin de Frente Lento entre Fases: Impulso de Maniobra combinadade valor de cresta igual al valor de cresta mximo previsto con frente lento entre

fases.

Sobretensin Longitudinal de Frente Lento: Tensin Combinada de Impulsode Maniobra o de Rayo con una FI de valores de cresta iguales a los valores

mximos previstos, coincidiendo las crestas de polaridad opuesta.


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5.7.2.- Determinacin de las Tensiones de Sostenimiento de Coordinacin

(USCO).Consiste en hallar los valores mnimos de las tensiones soportadas por el

aislamiento, que satisfacen el criterio de tasa de fallas aceptable cuando este se

somete a sobretensiones representativas de funcionamiento real; dichos

parmetros tienen la forma de las sobretensiones de la categora considerada


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Se obtienen multiplicando los valores de las sobretensiones representativas por

el factor de coordinacin (KCO) que depende de la estimacin emprica oestadstica de la distribucin de las sobretensiones y de las caractersticas del

aislamiento, as como de la precisin de la evaluacin de las sobretensiones

representativas.

5.7.3.- Determinacin de las Tensiones de Sostenimiento Especificadas

(USE).Dichas tensiones que deben ser soportadas por el aislamiento bajo prueba

normalizada, se hallan convirtiendo las tensiones de sostenimiento de

coordinacin (USCO), multiplicndolas por factores compensatorios de las

diferencias entre las condiciones reales del servicio del aislamiento y aquellas de

pruebas de tensin de sostenimiento normalizado.


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5.7.4.- Eleccin del Nivel de Aislamiento Asignado (US).Consiste en relacionar el conjunto de Tensiones de Sostenimiento Normalizado

del aislamiento mas econmico, que asimismo satisfacen a las tensiones de

sostenimiento especificadas para las condiciones reales de funcionamiento.

La tensin soportada en permanencia por el aislamiento a FI, se elige como la

tensin mas prxima al valor Normalizado para el Material (Um).

La Normalizacin y Tensiones de Pruebas para demostrar la conformidad con

(Um) la efectan los comits de Pruebas. Ej. Bajo contaminacin, descargas

parciales, etc.

El valor de la Tensin de Sostenimiento se elige de la lista que figura en los

grupos (I y II) de niveles de Aislamiento, en calidad de valor mas prximo, igual o

superior.

Eleccin de Niveles de Aislamiento Normalizados (US), se asocian a las

tensiones mximas para el material (Um), sin cruzar las lneas horizontales en las

tablas.


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5.7.5.- Consideraciones Para la Coordinacin del Aislamiento Para LneasElctricas.

El procedimiento sigue el criterio general, no obstante se deben tener en cuentalas siguientes consideraciones especiales.

-Cuando se utilizan cadena de aisladores de suspensin, conviene determinar la

rigidez dielctrica de las distancias de aire mnimas debido al balanceo.

-Como las especificaciones dimensionales de los aisladores individuales no

hacen referencia a la (Um), en este caso la COA termina al determinar la Tensin

de Sostenimiento Especificada (USE), no es aplicable la Tabla de Niveles Bsicos.-El desempeo del aislamiento de las lneas areas tiene gran impacto en las

Subestaciones, la tasa de fallas determina la frecuencia de los reenganches, y la

tasa de descargas de Rayo prximos a la SE determina las STI de frente rpido

que llegan.


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a. Coordinacin para Tensiones de Servicio y STTLa tensin de servicio y las STT determinan la longitud de la cadena de

aisladores y la forma de los elementos de la cadena, segn el grado de

contaminacin del sitio.

b. Coordinacin para Sobretensiones de Frente Lentolas Sobretensiones de frente lento a considerar, son las que provienen de falla a

tierra, conexin y reenganche.

c. Coordinacin Para Sobretensiones de Rayo.El desempeo de las lneas elctricas frente al Rayo depende principalmente de

la densidad de impacto de Rayo as como de la propia Instalacin; alturamedia, configuracin, cable de guarda, puesta a tierra, tensin de

sostenimiento del aislamiento.


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5.7.6.- Consideraciones Para la Coordinacin del Aislamiento de SSEE.

a.- Coordinacin para Tensiones de Servicio y STT.Las fallas a tierra en el lado de la carga ocasionan idnticas solicitaciones de

Sobretensin en todos los componentes de una fase.

Pueden aparecer en toda la SE sobretensiones por perdidas de la carga debido

a una falla en otra SE distante.

Si el transformador esta en contacto a un generador , puede aparecersobretensiones longitudinales en el interruptor de conexin a barra, durante la

sincronizacin.

Cuando las barras estn conectadas a distintas redes, el aislamiento longitudinal

de los seccionadores de barra es sometido en un lado a la tensin y en el otro a

la sobretensin por perdida de carga, ambas en oposicin de fase.

b.- Coordinacin para Sobretensiones Frente Lento.Sobretensiones de Conexin y reenganche de lneas, solo presentan amplitudes

elevadas del extremo receptor hasta el interruptor, al interior de la SE las

sobretensiones son del extremo emisor.

Las sobretensiones debido a fallas y a eliminacin de fallas pueden afectar a

todos los componentes de la SE.


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c.- Coordinacin Para Sobretensiones Frente Rpido.Todos los componentes de la Se pueden ser sometidos a sobretensiones de

Rayo, con amplitudes distintas dependientes de la distancia del pararrayoprotector.

Las Sobretensiones de Maniobra pueden afectar al aparecer en las partes

conectadas de la SE, o en los lados conectados de los seccionadores.

d.- Coordinacin del Aislamiento en Subestaciones de Distribucin

(Um


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5.8.-Mtodos de diseo de aislamiento

5.8.1.- Mtodo Convencional o Determinstico.

Es aplicable para tensiones Um 245KV, se basa en la eleccin del aislamiento

cubriendo las incertidumbres de modo que haya un margen suficiente para el

escalamiento entre la mnima Tensin de Sostenimiento y la mxima

Sobretensin, esta ultima impone la rigidez dielctrica mnima.

a. Sobretensiones Representativas de Frente Lento.

Para equipos protegidos con pararrayos la sobretensin representativa mxima

prevista es igual al nivel de proteccin a impulsos tipo Maniobra del pararrayo.

No se excluye el incremento del riesgo de falla por una asimetra severa de la

distribucin estadstica de las sobretensiones tanto mas pronunciadas cuanto

menor es el nivel de proteccin comparado con las amplitudes de frente lento.

Para cubrir este efecto se evala el factor de coordinacin que depende de la

relacin entre el nivel de proteccin a impulsos de maniobra del pararrayo y el

valor a 2% de las sobretensiones Fase-Tierra.


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Para equipo no protegido por pararrayos, la sobretensin Representativa mximaprevista, es igual al valor de truncamiento Fase-Tierra y Fase-Fase, basado en

el mtodo del valor de cresta por Fase (cada maniobra contribuye con tres

valores de cresta en la distribucin de probabilidad de las Sobretensiones

Representativas).

b. Sobretensiones Representativas de Frente Rpido.

Las Sobretensiones Representativas de Rayo en las Subestaciones, dependen de

la frecuencia de impacto en las lneas de la amplitud y la forma de ondas que

llegan y de la manera como se propagan al interior.


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Teniendo en consideracin el numero (n) de Lneas conectadas a la SE y ladistancia al punto de Impacto del Rayo Distante (Lx) que es como mnimo 1

vano, as como la longitud del tramo (Lt) donde la tasa de fallas directas e

inversas coinciden, la pendiente representativa (Sr) con la constante de

Amortiguamiento (Kam) por Corona:

Luego la Amplitud de la Sobretensin Representativa del Rayo (Urp) se podr

determinar con el Factor de Comportamiento (A) de la lnea que llega a la SE

con la expresin.


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Finalmente la Tensin de Sostenimiento de Coordinacin (Usco) a impulsostipo Rayo, se obtiene reemplazando el tramo (Lt) de coincidencia de fallas

directas e inversas, por el tramo (La) de coincidencia de la Tasas propias de

Falla que es el resultado de la relacin entre la Tasa aceptable de Falla del

equipo (Ta) y la Tasa de Fallas de la Lnea (Tb) en el 1er. Km. Desde la SE

(1Falla/100 Km/ao); unidad Aconsejable (1 Falla/m/ao)

donde:

5.8.2.- Mtodo Estadstico.

Se basa en la adopcin de un Riesgo de Falla aceptable, a partir de la experiencia

de operacin y del anlisis tcnico econmico, dicho indicador da la

probabilidad de falla del aislamiento expresada en forma de una tasa anual,

segn el tipo de sucesos de Sobretensin.

Tasa de Falla de Aparamenta: De 0.001 hasta 0.004 Fallas/ao.

Tasa de Falla, Lneas areas de AT: De 0.1 hasta 0.2 Fallas/100Km/ao.

)a

(LLx

L

n

AUU PSCO

bT

TL

a

a


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Tasa de Falla, Lneas areas de Distrib: De 0.1 hasta 0.2 Fallas/100Km/ao.

Tasa de Falla, Sobretensin Maniobra: De 0.01 hasta 0.001 Fallas/Maniobra.

Se requiere el conocimiento de las funciones de Distribucin de Frecuencia de las

Sobretensiones Fase-Tierra en valor cresta, forma de onda normalizada, la de

mayor amplitud, y de la probabilidad de Sostenimiento del aislamiento, con locual se obtiene el parmetro de evaluacin comparativa Riesgo de Falla entre

Fase-Tierra de un Aislamiento para cualquier tipo previsible de sobretensin en

una Red.


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5.8.3.- Mtodo Estadstico Simplificado.

Se basa en la amplitud de las ondas de sobretensin de Frente Lento, la

simplificacin asume la definicin de la distribucin de Sobretensiones y la

Probabilidad de sostenimiento del Aislamiento mediante un punto de cada una

de dichas caractersticas.

La distribucin de Sobretensin se identifica con la Sobretensin Estadsticacon 2% de Probabilidad de ser excedida.

La Probabilidad de Sostenimiento del Aislamiento se identifica con la Tensin

de Sostenimiento Estadstica (USE), con PS = 90%.

El factor de coordinacin Estadstico (USE), resulta entonces de la relacin entre

la tensin de sostenimiento estadstico (USE), y la sobretensin estadstica

(US2%).

La correlacin entre el Factor de Coordinacin (KCO) y el Riesgo de Falla (R),

se afecta solo ligeramente por los cambios en la distribucin de

Sobretensiones.


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Consiste en establecer una correlacin entre el Riesgo de Falla (R) y el Factor deCoordinacin (KCO), es decir el margen entre la tensin de Contorneo o

Sostenimiento de Coordinacin (USCO), y un valor de Sobretensin.


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Esta destinada a evitar las fallas, limitando las sobretensiones (STI) por debajo

del (UNBA) del Aislamiento, en tiempos muy cortos.

Los Rayos (directos e indirectos) ocasionan en Lneas AT fallas puntuales, y en

lneas de MT fallas simultaneas, los aparatos no pueden evitar todas las fallas,

tampoco evitan el funcionamiento de los Interruptores.

Los apartarrayos cuya principal ventaja es la interrupcin de la corriente

consecutiva a veces sufren deterioro y/o destruccin debido a las elevadas

corrientes de descarga, segn lo cual no es posible la proteccin total.

El 90% de las fallas son Autoextingibles (50s), el resto son temporales (0.6 a1.0 seg), y semitemporales (0.8 a 10 seg), se eliminan con interruptores de

Recierre Rpido o Lento que desplazan a los fusibles (alto costo mantenimiento),

a favor del uso de Explosores de Brecha de Aire.

5 9 - Proteccin Contra Sobretensiones Impulsionales


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Los dispositivos de proteccin contra STI requieren de un tiempo de actuacin del

orden de los microsegundos, lo cual constituye una de las exigencias especiales,

aparte la canalizacin de la energa involucrada hacia tierra y otros que deben

cumplir, se conocen:

Descargadores de Explosor de Brecha de Aire.

Supresores de Sobretensin a Expulsin.

Supresores Valvulares con Descargador.

Supresores de Carburo de Silicio (SiC) con Explosor.

Supresores a Varistor de Oxido Metalico (MOV).

5 9 Proteccin Contra Sobretensiones Impulsionales


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5.9.1.-Requisitos y Condiciones de los Dispositivos de Proteccin Contra STI

Son diferentes a los Rels de Proteccin a (FI) debido al muy corto tiempo deactuacin y a las elevadas Corrientes y Tensiones que estn llamados a

soportar.

Ser insensibles a las (STT), y no encebarse (iniciar su funcionamiento) con

dichos Esfuerzos Elctricos.

Soportar sin deterioro las elevadas corrientes de descarga Impulsional y la

corriente Consecutiva a Frecuencia Industrial.

Desensebarse (finalizar su funcionamiento) sin reencendidos y predisponerse

inmediatamente para nuevo funcionamiento.

Presentar durante su funcionamiento una Tensin Residual (entre sus bornes)

inferior al (UBIL) del aparato protegido.


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a. Los Pararrayos de Carburo de Silicio (SiC).Este tipo de supresor tiene como limitador de corriente un bloque de (SiC) de

resistencia no lineal, producto de la resistencia contra la temperatura de unin

entre los cristales del material base que se hallan dispersos en un aglutinante

aislante.

Su funcionamiento esta sujeto al encebamiento de sus Explosores en serie

significando un encendido con retardo, aparte que con altas energas admite

corrientes consecutivas.

b. Los Pararrayos de Oxido Metlico (MOV).

estos supresores tienen como limitador de corriente un Varistor de Oxido Metlico

de resistencia no lineal, producto de las partculas conductoras del oxido,

suspendidas en un aglutinante semiconductor, equivalente a un montajeespaldaespalda de Diodos Zener.

Su funcionamiento es permanente y el encendido ante una Sobretensin ocurre sin

retardo, intensificndose la corriente de descarga con el escalamiento de la

tensin; para usos en AT y EAT pueden incluir Explosores cuando las

corrientes de descargas son (>10KA)


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5.9.2.-Proteccin con descargadores o explosores.

Son dispositivos poco precisos y de eficacia limitada que brindan una proteccinrudimentaria bajo ciertas condiciones de la red, mediante el encebamiento de la

brecha de aire que subdividen.

- Tienen diversas formas e inclusive electrodos intermedios, tambin contribuyen

a la proteccin fsica de los aislamientos externos y a la reparticin del

potencial.

- Su funcionamiento por encebamiento con extincin retardada puede derivar en

una falla fase-tierra ocasionando la desconexin del suministro.

- El encendido del explosor ocasiona una onda cortada que impone esfuerzos

elctricos mas severos que la onda de tensin normal a los aparatos prximos

sobretodo si estos tienen arrollamientos


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a.- Caractersticas de funcionamiento tensin-corriente de los explosores

El uso de explosores de brecha de aire es muy eficaz en lneas elctricas hasta dealta tensin, no obstante requiera para su optimo aprovechamiento, de

elementos de respaldo tales como:

- Cable de guarda

- Recierre monofsico o trifsico

- Rel de sobrecorriente de respaldo- Puestas a tierra de baja resistencia

5 9 P t i C t S b t i I l i l


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b.- Dimensionamiento de las brechas de los explosores

Se hace a partir del Nivel Bsico de Aislamiento (UNBA=UBIL), con las corrientesnecesarias debido a las condiciones del sitio

Se toma la norma IEC el valor del (UNBA) correspondiente a la tensin mxima para el

aislamiento del aparato a ser protegido.

Se asume un margen de proteccin 20% menor al del (UNBA), esta ser la tensin de

encebamiento (Ua), 20% menos que el (UNBA)

Se determina la longitud de la brecha (d), a partir de las caractersticas experimentales

(electrodos barra-barra) a las que se entra con tensin corregida respecto de las

condiciones del sitio (C.S.)

5 9 P t i C t S b t i I l i l


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c.- Aplicacin de los explosores de brecha de aire

Su aplicacin se hace coordinando su caracterstica Tensin Tiempo con la delos aparatos a ser protegidos, segn condiciones preestablecidas.

Cuando la pendiente del frente de onda no sea escarpada o lineal, lo cual se

asegura con cables de guarda en las lneas

No se deben instalar en barras de una S.E, para evitar un cero de tensin quedesconectara todas las salida y llegadas de las lneas.

Las lneas deben estar provistas en lo posible de recierre automtico

Las puestas a tierra de los soportes de las lneas deben presentar en lo posible

bajas resistencias de dispersin (


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Tensin de contorneo de cadenas aisladores de suspensin dotados deexplosores (cuernos de arco) en ambas extremidades


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5.10.-Aplicaciones

coordinacion de alislamiento_alta tension

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