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7/30/2019 CT151 - Sobretensiones y coordinacin de aislamiento.pdf

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Instituto

Schneider Electric

de Formacin

Sobretensiones y coordinacin de aislamiento

CT-151


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Cuaderno Tcnico Schneider n 151 / p. 2

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedadeselectrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen unainformacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto onoticias tcnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:

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Igualmente pueden solicitarse ejemplares en cualquier delegacin comercial de Schneider ElectricEspaa S.A., o bien dirigirse a:

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La coleccin de Cuadernos Tcnicos forma parte de la Biblioteca Tcnica del Grupo Schneider.

Advertencia

Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuenciasde la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edicin.

La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria:Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 151 de Schneider Electric.


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cuadernotcnico no 151

Sobretensiones ycoordinacin delaislamiento

Por: D. Fulchiron

Trad.: Dr. M. Cortes Cherta

Edicin francesa: diciembre 1992Versin espaola: febrero 1994

D. Fulchiron

Ingeniero de la E.S. d'Electricit en 1 980,ingres en Merlin Gerin en 1 981,trabajando en la Estacin de Ensayos deGran Potencia (Volta) hasta 1 987.Seguidamente se integr al ServicioTcnico de la Divisin Media Tensin, dela cual actualmente es el Jefe deProyectos.

Al haber estudiado los materiales dedistribucin secundaria, pas aprofundizar en el dominio de lacoordinacin del aislamiento.

El autor agradece a:

Florencio Bouchet

Estudiante de la Escuela Supelec, suparticipacin, en periodo de prcticas, enla realizacin de este documento.

Jean Pasteau

Miembro de la Direccin Tcnica que ha

aportado sus conocimientos de experto,participando en la revisin de la normaCEI 71.


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La coordinacin del aislamiento es

una disciplina que permite realizar elmejor compromiso tcnico-econmico en la proteccin de laspersonas y del material contra lassobretensiones que pueden apareceren las instalaciones elctricas,sobretensiones que pueden tener pororigen la red o el rayo.

Tiene un especial inters en laconsecucin de una mayordisponibilidad de la energa elctrica,siendo tanto ms importante cuantoms elevada es la tensin de la red.

Para dominar la coordinacin delaislamiento es necesario:

n conocer el nivel de sobretensionesque pueden existir en la red,

n utilizar las mejores proteccionescuando sea necesario,

n escoger el nivel de soporte a lassobretensiones, de los diversoscomponentes de la red, entre lastensiones de aislamiento quepermiten satisfacer las exigenciasque se han determinado.

Este Cuaderno Tcnico tiene porobjeto permitir conocer mejor lasperturbaciones de la tensin y losmedios para limitarlas, as como lasdisposiciones normativas parapermitir una distribucin segura yoptimizada de la energa elctrica,gracias a la coordinacin delaislamiento.

Trata esencialmente de las redes deMT y AT.

ndice

Sobretensiones y coordinacin del aislamiento

1 Sobretensiones Sobretensiones a frecuencia p. 5industrial

Sobretensiones de maniobra p. 7

Sobretensiones a tmosfricas p. 10

2 La coordinacin del aislamiento Definicin p. 13

Distancia de aislamiento p. 13y tensin soportada

Tensin soportada p. 14

Principio de la coordinacin p. 15del aislamiento

3 Los dispositivos de proteccin Los explosores p. 16contra las sobreintensidades Los pararrayos p. 17

4 Disposiciones normativas y La coordinacin del aislamiento p. 20coordinacin del aislamiento en AT segn CEI 71

5 Coordinacin aplicada al diseo Consecuencias de un cebado p. 24de instalaciones elctricas de arco

Reduccin de los riesgos y de p. 24los niveles de sobretensin

Sobretensin debida a la p. 24ferrorresonancia

6 Conclusin p. 25

Anexo 1: Propagacin de las sobretensiones p. 26

Anexo 2: Instalacin de pararrayos Distancia mxima de proteccin p. 27

Cableado de los pararrayos p. 28

Anexo 3: Las normas elctricas p. 28

Anexo 4: Bibliografa p. 29


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1 Sobretensiones

Se definen como tales lasperturbaciones que se superponen ala tensin nominal de un circuito.

Pueden aparecer:

n entre fases o entre circuitosdistintos, y son llamadas de mododiferencial,

n entre los conductores activos y unamasa, o la tierra, y son llamados demodo comn.

Su carcter variado y aleatorio lashace difcil de caracterizar y sloautoriza una aproximacin estadsticaen lo que concierne a su duracin,sus amplitudes y sus efectos. Latabla de la figura 1 presenta lasprincipales caractersticas de estasperturbaciones.

En realidad los riesgos se sitanesencialmente al nivel de losdisfuncionamientos, de ladestruccin del material y, comoconsecuencia en la no continuidaddel servicio. Sus efectos puedenpresentarse en las instalaciones delos usuarios.

Las perturbaciones pueden conducir a:

n interrupciones cortas(reenganche automtico en lasinstalaciones de distribucin pblicaMT por lneas areas),

n interrupciones largas(intervencin para el cambio de losaislantes destruidos; ver reemplazodel material).

Los aparatos de proteccin permitenlimitar los riesgos. Su puesta enservicio necesita la elaboracinreflexiva de los niveles coherentes deaislamiento y proteccin. Para ello,es indispensable una comprensinprevia de los diferentes tipos desobretensin, que es el objetivo deeste captulo.

Sobretensiones afrecuencia industrial

Bajo esta denominacin defrecuencia industrial se reagrupanlas sobretensiones de frecuenciasinferiores a 500 Hz.

Se recuerda que las frecuenciasindustriales ms frecuentes son: 50,60 y 400 Hz.

Sobretensiones provocadas por undefecto de aislamiento (figura 2)

Una sobretensin debida a undefecto de aislamiento se manifiestaen una red trifsica, cuando el neutroest aislado, o es impedante.

En efecto, despus de un defecto deaislamiento entre una fase y la masao la tierra (dao en un cablesubterrneo, puesta a tierra de un

tipo de coeficiente duracin pendiente amortiguamientosobretensin sobretensin del frente(causa) MT-AT frecuencia

a frecuencia 3 larga frecuencia dbilindustrial > 1 s industial(defecto aislamiento)

de maniobra 2 a 4 corta media medio(interrupcin de 1 ms 1 a 200 kHzcortocircuito)

atmosfrica > 4 muy corta muy elevada fuerte(cada directa del rayo) 1 a 10 s 1000 kV/s

Fig. 1: Caractersticas de los diferentes tipos de sobretensiones.

Fig. 2: Sobretensin temporal en una red a neutro aislado de la red, al presentarse un

defecto de aislamiento.

VCT

VBT

VAT

CBA

defecto a tierra

T

la tensin fase-tierrade las fases sanas es

llevada al valor de latensin compuesta:VBT = 3 . VBNVCT = 3 . VCN

VC

VC

N

VB

T


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conductor areo por una rama,defectos en el equipamiento, ) lafase afectada se pone al potencial detierra y las otras dos fases quedan

entonces, con respecto a tierrasometidas a la tensin compuesta

U = V . 3 .

De forma ms exacta, despus de undefecto de aislamiento en la fase A,se define como factor Sd de defecto atierra la relacin de la tensin defases B y C con relacin a tierra, a latensin simple de la red.

La siguiente ecuacin permitecalcular este factor Sd:

Sd =3 (k2 + k + 1)

k + 2

cond

0

X

Xk =

siendo X0 la reactancia homopolar yXd la reactancia directa de la red vistadesde el defecto.

A sealar que

n si el neutro est perfectamente

aislado (o sea, X0 = ): Sd = 31/2 = 3 .

n si la puesta a tierra del neutro es

perfecta (o sea, X0 = Xd): Sd = 1.n si, como se tiene en general,X0 3 Xd : Sd 1,25.

Sobretensiones en una lnea largaen vaco (efecto Ferranti)

Se puede producir una sobretensincuando una lnea de gran longitud esalimentada por una de susextremidades y sin carga en la otra.Ello se debe a un fenmeno deresonancia que se manifiesta poruna onda de tensin de crecimientolineal a lo largo de la lnea.

En efecto, conn L y C designando respectivamentela inductancia y la capacidad total dela lnea;

n Us y Ue las tensiones en laextremidad abierta y en la entrada dela lnea, el factor de sobretensin esigual a:

=Us

Ue1_

1

1.L.C. 22

Este factor de sobretensin es delorden de 1,05 para una lnea de 300km y de 1,16 para una lnea de 500km. Estos valores son sensiblementelos mismos para las lneas de AT yMAT.

Este fenmeno se produce, enparticular, cuando una lnea larga esdescargada bruscamente.

Sobretensiones porferrorresonancia

La sobretensin es entonces el

resultado de una resonanciaparticular que se produce cuando uncircuito comporta a la vez uncondensador (voluntario o parsito) yuna autoinduccin con circuitomagntico saturable (por ejemplo, untransformador). Esta resonanciapuede aparecer, sobre todo, cuandouna maniobra (apertura o cierre de uncircuito) se realiza en la red con un

Fig. 3: Principio de la ferrorresonancia.

u

B

e

O

M N P

i

iC.

- L'. .i

UL = L'. .i

E

ic.

Uc =

L

C

ei

C.L. .i

i

e

esquema diagrama


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aparato de polos separados, o defuncionamiento no simultneo.

El circuito representado por elesquema de la figura 3, con unainductancia saturable L y unacapacidad C en serie, facilita lacomprensin del fenmeno. Es ahoraposible dibujar las tres curvas:Uc = f (i), UL = f (i) y(UL - 1/C..i) = f (i);

n la primera es una recta dependiente 1/ C.,

n la segunda, una curva quepresenta un codo de saturacin,

n y la tercera permite visualizar dospuntos de funcionamiento (O y B)para los cuales la tensin en los

bornes del conjunto LC es nula, yotros dos M y P de funcionamientoestable; N es un punto defuncionamiento inestable.

Las tensiones en los bornes de L yde C (punto P) son elevadas. El pasodel punto M al punto P puede serdebido a un transitorio que aumentamomentneamente la tensin a unvalor superior a E.

Estas sobretensiones (figura 3)hacen aparecer un riesgo deperforacin dielctrica as como un

peligro para los eventualesreceptores en paralelo con C. Perogeneralmente las potencias puestasen juego son bastante reducidas (1/2C.V2, siendo C pequea) y no sonsusceptibles de daar ms que a losmateriales frgiles. Es el fabricantedel material el que puede evaluar ylimitar este riesgo.

Notas:

La ferrorresonancia, al depender dela variabilidad de L, puede producirseen una banda ancha de frecuencia.

Una demostracin anloga puedetenerse en el caso de resonanciaparalelo.

Una carga conectada al circuito juegael papel de una resistencia deamortiguamiento e impide elmantenimiento de las condiciones deresonancia.

Sobretensiones demaniobra

La modificacin brusca de laestructura de una red elctricaprovoca la manifestacin defenmenos transitorios. stos setraducen, a menudo, por la aparicinde una onda de sobretensin o de untren de ondas de alta frecuencia detipo aperidico, u oscilatorio, deamortiguamiento rpido.

Sobretensiones de conmutacin encarga normal

Una carga normal es esencial-mente resistiva, es decir, que sufactor de potencia es superior a 0,7.

En este caso el corte o elestablecimiento de las corrientes decarga no plantea un problema mayor.El coeficiente de sobretensin(relacin de las amplitudes de latensin transitoria y de la tensin deservicio) vara entre 1,2 y 1,5.

Sobretensiones provocadas por elestablecimiento o la interrupcin depequeas corrientes inductivas

Este tipo de sobretensin tiene tresfenmenos generadores: la

supresin brusca de la corriente, elrecebado y el precebado.

El esquema de la figura 4 representauna red que alimenta una carga a

travs de un interruptor automtico ycomporta:

o una fuente de tensin senoidal, deinduccin L

1y de capacidad C

1,

o un interruptor automtico D, nodisociable de sus elementosparsitos Lp1 y Cp1,

o una carga inductiva L2 de la que nopuede ignorarse su capacidadrepartida simbolizada por elcondensador C2,

o por ltimo una inductancia de lneaL0, generalmente despreciable.

n supresin brusca de una corriente

En la ruptura de corrientes dereducido valor, notablemente

inferiores a la corriente nominal delinterruptor automtico, el arco queaparece ocupa un pequeo volumen.Sin embargo est sometido a unenfriamiento importante, ligado a lacapacidad del interruptor automticopara cortar corrientes muysuperiores.

De este hecho, el arco se haceinestable y su tensin puedepresentar variaciones relativasimportantes, en tanto que su valorabsoluto se mantiene muy por debajode la tensin de la red (caso del SF6

o del vaco).Estas variaciones de fuerzaelectromotriz pueden generar en lascapacidades vecinas, parsitas o

Fig. 4: Circuito equivalente para el estudio de las sobretensiones provocadas por la

interrupcin de corrientes inductivas.

Cp1: Capacidad del interruptor automtico

Lp1: Inductancia del interruptor automtico


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voluntarias, corrientes oscilatorias(figura 4) de elevada frecuencia: laamplitud de estas corrientes puedellegar a ser no despreciables frente a

la corriente 50 Hz y alcanzar el 10%del valor de sta.

La superposicin de la corriente 50Hz y de esta corriente de altafrecuencia en el interruptorautomtico va a motivar la existenciade muchos pasos por cero de lacorriente en las proximidades delcero de la onda fundamental de 50 Hz(figura 5).

El interruptor automtico pocosolicitado por estas corrientes dereducidos valores es a menudo

capaz de cortar al primer paso porcero que se presenta. En eseinstante las corrientes en loscircuitos del generador y de la cargano son nulas. El valor instantneo yde la onda de 50 Hz al extinguirse elarco es denominada corriente desupresin brusca, o corrientearrancada, como dicen losfranceses. Esta supresin bruscadetermina sobretensiones que sonfuncin de la naturaleza de lasimpedancias puestas en juego,resistivas o inductivas,esencialmente de la energaalmacenada en el circuito.

En el caso de pequeas corrientesinductivas (figura 4), tenemos unacarga que presenta un elevadaindependencia, que en el instante dela extincin del arco, tendr unaenerga almacenada dada por:

1

2.L2.I2

siendo Is la corriente de supresinbrusca.

El circuito L2 C2 queda en rgimen de

oscilaciones libres, pocoamortiguadas, y la tensin de crestaque aparecer en los bornes de C2vendr dada, segn la hiptesis deconservacin de energa, por:

=1

2.L2.I2 12 .C2.V

2.

Si C2 slo est constituida por lascapacidades parsitas respecto amasa, el valor de V puede tomarvalores peligrosos para los aislantes

presentes en los materiales(interruptor automtico, o la carga).

El circuito del generador tiene uncomportamiento equivalente, pero suautoinduccin L1, es generalmentemuy inferior y las tensiones queaparecen en los bornes de C1 son,pues, ms reducidas.

n el recebado

Se produce cuando el fenmeno desupresin antes explicado ha hechoaparecer entre los bornes delinterruptor automtico unasobretensin diferencial que ste nopuede soportar: entonces se produceun arco. Esta explicacin elemental ybsica se complica por la presencia

de los elementos parsitosprecedentemente citados.

En efecto, despus de la ruptura dela corriente y del recebado del arco,sobrevienen simultneamente tresfenmenos oscilatorios a lasfrecuencias respectivas:

o en el bucle D - Lp1 - Cp1:

1Fp1 =

2 Lp1 - Cp1

es del orden

de algunos MHz;

o en el bucle D - C1 - L0 - C2:

C1 + C21Fp2 =

Lo . C1 . C22es del

orden de 100 a 500 kHz,o en el conjunto del circuito

L1 + L21Fm =

L1 . L2 . 5 (C1 + C2)2es

del orden de 5 a 20 kHz.

Aparecen entonces mltiplesrecebados (hachazos) hasta que laseparacin de los contactos, que vaen aumento, los hace imposibles. Secaracterizan por trenes de ondas dealta frecuencia de amplitud creciente.Estos trenes de sobretensiones,aguas arriba y abajo del interruptorautomtico, pueden, pues, ser muypeligrosos para los materialesaislantes que llevan los bobinados.

Conviene no confundir estefenmeno con el denominadoreencendido que corresponde a lareaparicin de una onda de corrientea la frecuencia industrial y por tanto aun fallo de la ruptura en el cero de laonda de corriente.

n el precebado

En el curso del cierre de un aparato

interruptor (interruptor, contactor ointerruptor automtico) se alcanza uninstante en el que la tensindielctrica entre los contactos sehace inferior a la tensin aplicada.

Fig. 5: Supresin de una corriente oscilante de alta frecuencia sobre una corriente de

frecuencia industrial.


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Para los aparatos a cierre rpido, conrelacin a 50 Hz, el comportamientoes funcin del ngulo de fase, en elmomento de la maniobra.

Se establece entonces un arco entrelos contactos y el circuito quedasujeto a una impulsin de tensincorrespondiente a la anulacin brutalde las tensiones entre los bornes delaparato.

Esta impulsin puede ocasionaroscilaciones en los circuitosparalelos existentes (descargasoscilantes de capacidades parsitas)as como reflexiones en las rupturasde impedancia y por tanto lamanifestacin de corrientes de

frecuencia elevada, con relacin a 50Hz, a travs del arco.

Si la maniobra del aparato es lenta,con relacin a este fenmeno, sepueden obtener pasos por cero de lacorriente de arco por superposicinde la corriente de alta frecuencia y dela corriente de 50 Hz naciente.

La extincin eventual del arco, enfuncin de las caractersticas de laaparamenta, va entonces a conllevarun comportamiento anlogo al quese ha descrito para los fenmenosprecedentes.

Sin embargo, como la tensindielctrica entre los contactos vadisminuyendo a medida que secierra, las sobretensiones sucesivasdisminuyen hasta el cierre completo.

Este fenmeno es muy complejo. Lassobretensiones que de l resultandependen entre otros:

o de las caractersticas delinterruptor automtico, (propiedadesdielctricas, aptitud para interrumpiruna corriente de alta frecuencia, ),

o de la impedancia caracterstica de

los cables,o de las frecuencias propias delcircuito de carga.

En general, no se puede hacer lapredeterminacin de lassobretensiones porque es muy difcilde calcularlas pues intervienenelementos difcilmente cuantificablesy variables de una y otra parte, por loque es necesario un modelomatemtico muy preciso de lacmara de ruptura.

Las sobretensiones de precebado

afectan particularmente en AT o MT a

los transformadores en vaco, al serpuestos en tensin, y a los motoresen el arranque (Cuaderno TcnicoSchneider n 143).

Sobretensiones provocadas pormaniobras en circuitos capacitivos

Por circuitos capacitivos entendemosa los circuitos constituidos porbateras de condensadores y a laslneas en vaco.

n puesta en tensin de bateras decondensadores

En el momento de la puesta entensin de bateras decondensadores, a priori sin cargainicial y en el caso de un aparato de

maniobra lento, un cebado de arco seproduce entre los contactos de cierreen las proximidades de la cresta dela onda de tensin de 50 Hz.

Aparece entonces una oscilacinamortiguada en el sistema LC de lafigura 6. La frecuencia de estaoscilacin en general es general esnetamente superior a la frecuencia dela red y la oscilacin de la tensinest sensiblemente centradaalrededor del valor de cresta de 50Hz. El valor de la tensin mximaobservada es entonces del orden de

dos veces el valor de cresta de laonda de 50 Hz.

Con un aparato de maniobra msrpido, el cebado no se producesistemticamente en lasproximidades de la cresta y lasobretensin eventual es pues msreducida.

Si una batera de condensadores sepone en servicio muy poco despusde ser separada de la red, como anconserva una tensin de cargaresidual de un valor comprendidoentre cero y la tensin de cresta de la

onda de 50 Hz. El cebado entre loscontactos se produce en lasproximidades de una cresta depolaridad opuesta (cebado del arcobajo una tensin dos veces el valorde la tensin de cresta).

La oscilacin antes descrita seproduce con una impulsin inicialdoblada. El valor de la tensinmxima observada puede entoncesser prxima a tres veces la tensinde cresta de 50 Hz.

Por razones de seguridad lasbateras de condensadores estnsiempre equipadas con resistenciasde descarga que permiten eliminar

las tensiones residuales con unaconstante de tiempo del orden de 1minuto. En consecuencia un factor desobretensin de 3 corresponde acasos muy particulares.

n puesta en tensin de lneas ocables en vaco

El cierre lento de un aparato sobreeste tipo de carga conlleva, tambinaqu, un cebado del arco en lasproximidades de la cresta de 50 Hz, yel escaln de tensin aplicada a unextremo de la lnea o del cable va a

propagarse y reflejarse en el otroextremo abierto (anexo 1).

La superposicin del escalnincidente y del escaln reflejadoconduce a una sobretensin igual ados veces la tensin aplicada,despreciando los amortiguamientos,y con la hiptesis de que los 50 Hzson asimilables a una continua paraestos fenmenos.

Este tipo de comportamiento, estligado a las capacidades yautoinducciones repartidas de losconductores considerados; las lneas

areas presentan, adems, unacoplamiento entre fases, todo locual hace la modelizacin bastantecompleja.

Este fenmeno de la reflexin debetenerse en cuenta sobre todo en laslneas de transporte (MAT) , a tenorde la pequea separacin relativaentre tensin de servicio y tensin deaislamiento.

Fig. 6: Esquema de principio de un

circuito de maniobra de condensadores.

L

C

e


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n ruptura de circuitos capacitivos

La ruptura de circuitos capacitivospone generalmente pocasdificultades. En efecto, al extinguirseel arco al paso de la corriente porcero, las capacidades quedancargadas, el valor de cresta de laonda de tensin 50 Hz, y la tensinde restablecimiento entre los bornesdel interruptor se hace segn unaonda de 50 Hz. Sin embargo, unsemiperiodo despus de la ruptura,el aparato queda sometido a unatensin diferencial igual a dos vecesla tensin de cresta.

Si el interruptor no es capaz desoportar entre los contactos que se

separan esta tensin (apertura aninsuficiente) se puede producir unreencendido. A ste le siguen, si elcircuito lo permite, (circuitomonofsico o con neutro real) unainversin de tensin en los bornes delos condensadores, llevndolos,como mximo, a una carga detensin de carga tres veces latensin de cresta (figura 7).

La corriente se interrumpe de nuevo yse puede producir un segundoreencendido en el semiperiodosiguiente, bajo una tensin cinco

veces la tensin de cresta.Este comportamiento puede dar lugara una escalada de tensin muyimportante, que puede motivar entrefases y a masa, (cortocircuitos) ydebe ser evitado eligiendo unaaparamenta de corte que no permitatener reencendidos.

Sobretensionesatmosfricas

Las tormentas son un fenmenonatural, conocido por todos,

espectacular y peligroso.En el mundo se producen unas 1000tormentas cada da. En Francia(figura 8) ocasionan cada ao un10% de los incendios, la muerte de40 personas y de 20 000 animales, y50 000 cortes de corriente o detelfonos.

Las redes areas son las msafectadas por las sobretensiones ysobreintensidades de origenatmosfrico.

Fig. 7: Escalada de la tensin en la separacin de un banco de condensadores de red

por un interruptor de maniobra lenta.

Fig. 8: Niveles isocerunicos de Francia continental (graduado en nmero medio anual

de das de tormenta). (Fuente: Meterologa Nacional).


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Una particularidad de los rayos es supolarizacin: generalmente sonnegativos (nubes negativas y suelopositivo). Aproximadamente un 10%

son de polaridad inversa y estosrayos son los ms violentos. Aobservar que el frente de onda de latensin del rayo, que las normasaplican, es de 1,2 s para la tensin y8 s para la corriente.

Normalmente se distingue entre:

n la cada directa del rayo sobreuna lnea

n la cada indirecta del rayo, siste cae, en las proximidades de unalnea, sobre una torre metlica, o loque viene a ser lo mismo, sobre el

cable de guarda (puesto a tierra, estecable enlaza los vrtices de la torres,y est destinado a proteger losconductores activos de los rayosdirectos).

El rayo directo

Se manifiesta por la inyeccin en lalnea de una onda de corriente devarias decenas de kA. Esta onda decorriente que puede fundir losconductores, al propagarse a una yotra parte del punto del impacto(figura 9) provoca un aumento de la

tensin U dada por la frmulai

2U = Zc .

siendo i la corriente inyectada y Zc laimpedancia homopolarcaractersticas de la lnea (300 a1 000 ohms).

U alcanza valores de varios millonesde voltios, que no son soportablespor ninguna lnea. En un punto desta, por ejemplo en la primera torreque encuentre la onda, la tensincrece hasta que se produce la

perforacin en el aire de la distanciade aislamiento (la cadena deaisladores). Segn que el cebado deeste arco se haya producido o no(funcin del valor de la corrienteinyectada en la lnea), la onda quecontina propagndose despus dela torre se denomina cortada o plena.

Para las diferentes tensiones de red,no se tiene un cebado de arco pordebajo de la corriente crtica indicadapor la recta de la figura 10.

Fig. 9: Despus de una cada de rayo

directo, la onda de corriente se propaga a

una y otra parte del punto del impacto.

Fig. 10: Distribucin estadstica de las

intensidades del rayo directo e

intensidades mnimas de cebado de arco

en funcin del nivel de tensin de la red.

Fig. 11: Cuando el rayo cae sobre el

cable de guarda, el paso de corriente

provoca un aumento del potencial de lamasa de la torre metlica con relacin a

tierra.

Para las redes de tensin inferior a400 kV prcticamente todas lascadas de rayos directos implican uncebado de arco y un defecto a tierra.

En efecto, se estima que solamenteun 3% de las sobretensionesdetectadas en las redes pblicas deMT francesas de 20 kV, exceden de70 kV y son por tanto imputables acadas de rayo directas. Adems, porel hecho de la atenuacin de la ondade tensin a lo largo de supropagacin por la lnea, lassobretensiones mximas (muy raras)a la llegada a un centro detransformacin, o de un edificio seevalan en 150 kV en MT.

Recordemos que el valor de crestade la onda de rayo en el ensayo delnivel de aislamiento de laaparamenta de 24 kV es de 125 kV.

El rayo indirecto

Cuando el rayo cae sobre una torre, osimplemente en las proximidades deuna lnea, se generan en la redsobretensiones importantes.

Este segundo caso, ms frecuenteque el rayo directo, puedemanifestarse tambin peligroso.

n si el rayo cae sobre una torre, o

sobre el cable de guarda, el paso dela corriente a tierra determina unaumento del potencial de las masas

metlicas con respecto a tierra(figura 11). La sobretensin Ucorrespondiente puede alcanzarvarias centenas de kV

i

2

L

2

di

dtU = R +

i

2

L

2

di

dtU = R +


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siendo R la resistencia a la onda defrente abrupto de la toma de tierra y Lla autoinduccin de la torre y/o delconductor de puesta a tierra.

Cuando esta tensin alcanza el valorde la tensin de contorneo de unaislador, se produce un arco deretorno entre la estructura metlica yuno o ms conductores activos.

Para tensiones de red superiores a150 kV este arco de retorno es pocoprobable. La calidad de la toma detierra de las torres juega un papelimportante.

A partir de los 750 kV, no hayprcticamente ningn riesgo de unarco de retorno, lo que justifica la

instalacin de cables de guarda enlas lneas de MAT. Por debajo de los90 kV estos cables no constituyenuna proteccin eficaz ms que en elcaso de que la tierra de las torressea excelente.

n si el rayo cae en las proximidadesde la lnea el flujo de energa hacia elsuelo provoca una variacinextremadamente rpida del campoelectromagntico. Las ondas detensin inducidas en la lnea sonsimilares en forma y amplitud, a lasobtenidas por la cada del rayo

directo. Su caracterstica principal essu frente, muy abrupto, (del orden delmicrosegundo) y su amortiguacin(aperidica o no) muy rpida,(caractersticas tpicas de estasondas segn CEI 60: duracin delfrente 1,2 s y duracin de lasemiamplitud de la cola 50 s),

n cuando la onda de tensin de unacada de rayo alcanza untransformador MT/BT, la transmisinde tensiones se hace esencialmentepor acoplamiento capacitivo. Laamplitud de la sobretensin as

transmitida, observada sobre el

secundario lado BT, es inferior al10% de la que se tiene en el lado MT(generalmente inferior a 70 kV). Portanto, en las lneas BT las

sobretensiones inducidas son, engeneral, inferiores a 7 kV.

Una observacin estadstica,obtenida por el Comit ElectrotcnicoFrancs, ha demostrado que el 91%de las sobretensiones en losabonados de BT no exceden de 4 kV yel 98% de 6 kV (figura 12). De aqu,por ejemplo, la norma de fabricacinde los interruptores automticos deacometida que prescribe una tensinde choque de 8 kV.

Sobretensiones electrostticas

Hay otros tipos de descargasatmosfricas. En efecto, si la mayorade sobretensiones inducidas son deorigen electromagntico, algunas sonde origen electrosttico e interesanparticularmente a las redes aisladasde tierra.

Por ejemplo, durante los minutos quepreceden a la cada del rayo, cuandouna nube cargada a un ciertopotencial se encuentra encima deuna lnea, sta toma una carga desentido contrario (figura 13).

Antes de que se produzca la cada delrayo que ha de permitir la descargade la nube, se tiene, pues, entre lalnea y el suelo un campo elctrico Eque puede alcanzar 30 kV/m, bajocuyo efecto se carga el condensadorlnea/tierra a un potencial del ordende 150 a 500 kV, segn la altura de lalnea con relacin al suelo.

Existen riesgos de chispas pocoenrgicas a nivel de loscomponentes menos aislados de lared.

Despus de la cada del rayo entre la

nube y la tierra, al desaparecer elcampo elctrico, las capacidades sedescargan.

Fig. 12: Reparto estadstico de la

amplitud de las sobretensiones

atmosfricas, obtenido a partir de dos

campaas de observacin (183 entre

1 973 y 1 974 y 150 en 1 975). De aqu eldesdoblamiento de las curvas.

Fig. 13: Origen de una sobretensin

electrosttica.

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 kV

3025

20

15

10

5

nmero desobretensiones

nivel de sobretensin de origen atmosfrico


13/32


Las primeras redes elctricas(Grenoble-Jarrie 1 883) erantecnolgicamente muy rudimentariasy a merced de las condicionesatmosfricas, como el viento y lalluvia.

n el viento, haciendo variar lasdistancias entre los conductores, erael origen de cebado de arcos,

n la lluvia favoreca las corrientes defuga a tierra.

Estos problemas han conducido a:n utilizar aisladores,

n determinar las distancias deaislamiento,

n unir las masas metlicas de losaparatos a tierra.

Definicin

La coordinacin del aislamiento tienepor objeto determinar lascaractersticas de aislamientonecesarias y suficientes de los

diversos componentes de las redescon vistas a obtener una rigidezhomognea a las tensionesnormales, as como a lassobretensiones de origen diverso(figura 14). Su finalidad principal esla de permitir una distribucin seguray optimizada de la energa elctrica.

Para optimizar es necesariocomprender y buscar la mejorrelacin econmica entre losdiferentes parmetros que dependende esta coordinacin:

n coste del aislamiento,

n coste de las protecciones,n coste de las averas (prdida de laexplotacin y coste de la reparacin),teniendo en cuenta susprobabilidades.

Emanciparse de los efectos nefastosde las sobretensiones supone unprimer paso. Para ello es necesarioatacar sus fenmenos generadores,labor que no siempre es simple.

En efecto, si con la ayuda de tcnicasapropiadas, las sobretensiones demaniobra de la aparamenta pueden

ser limitadas, en cambio, esimposible actuar sobre las del rayo.

Es pues, necesario localizar el puntode ms dbil tensin soportada porel cual circular la corrienteengendrada por la sobretensin, ydotar a todos los otros elementos dela red de un nivel de rigidezdielctrica superior.

Antes de abordar las diferentessoluciones tcnicas (mtodos y

materiales) es importante recordar loque es una distancia de aislamiento yuna tensin soportada.

Distancia de aislamiento ytensin soportada

Distancia de aislamiento

Esta denominacin reagrupa dosnociones, una de distancia en el gas(aire, SF6, etc) y la otra de la lneade fuga de los aislantes slidos(figura 15):

n la distancia en el gas es el caminoms corto entre dos partesconductoras,

n la lnea de fuga es igualmente elcamino ms corto entre dosconductores, pero siguiendo lasuperficie exterior de un aislanteslido.

2 La coordinacin del aislamiento

Fig. 15: Distancia en el aire y lnea de fuga.

Fig. 14: Diferentes niveles de tensiones

que se presentan en las redes MT-AT.

a frecuencia industrial< 3

1

de rayo

electrostticas> 4

4

de maniobra2 a 4

coeficiente

de

sobretensin

tipos de sobretensiones

distanciaen el aire

distanciaen el aire

lneade fuga


14/32


Estas dos distancias estndirectamente ligadas al afn deproteccin contra las sobretensiones,pero sus tensiones soportadas no

son idnticas.

Tensin soportada

Difiere, en particular, segn el tipo desobretensin aplicada (nivel detensin, frente de onda, frecuencia,duracin, ). Adems, las lneas defuga pueden estar sujetas afenmenos de envejecimiento,propios del material aislanteconsiderado, que implica unadegradacin de sus caractersticas.

Los factores influyentes sonprincipalmente:

n las condiciones ambientales(humedad, polucin, radiaciones UV),

n las tensiones elctricaspermanentes (valor local del campoelctrico).

La tensin soportada de distancia enel gas es funcin igualmente de lapresin:

n variacin de la presin del aire conla altura,

n variacin de la presin de llenadode un aparato.

Tensin soportada

En un gas, la tensin soportada deun aislamiento es una funcinexageradamente no lineal, de ladistancia. Por ejemplo en el aire, uncampo elctrico de tensin eficaz 300kV/m es admisible por debajo de 1 m,pero este puede reducirse a200 kV/m entre 1 y 4 m y a 150 kV/mentre 4 y 8 m. Es necesario tambinanotar que esta distancia no esprcticamente modificada por lalluvia.

Este comportamiento macroscpicoes debido a la no homogeneidad delcampo elctrico entre dos electrodosde forma cualquiera y no a lascaractersticas intrnsecas del gas.

sta no sera observada entreelectrodos planos de superficieinfinita (campo homogneo).

Las lneas de fuga de los soportesaislantes de barras, deatravesadores de transformadores,de cadenas de aisladores, son

determinadas para obtener unarigidez similar a la distancia directaen el aire entre dos electrodosextremos, cuando estn secos y

limpios. Por el contrario, la lluvia yms la polucin hmeda reducennotablemente su tensin soportada.

Tensin soportada a frecuenciaindustrial

En rgimen normal, la tensin de lared puede presentar sobretensionesa frecuencia industrial de dbilduracin (fraccin de segundo aalgunas horas, segn el modo deexplotacin y de proteccin de la red).La tensin soportada de ensayo afrecuencia industrial, recomendada

en los ensayos de rigidez dielctricahabituales, de un minuto, esgeneralmente suficiente.

La determinacin de esta categorade caractersticas es fcil y losdiferentes aislantes son fcilmentecomparables. Por ejemplo: la figura16 da una comparacin de lastensiones de rigidez en el aire y en elSF6 en funcin de la presin.

Tensin soportada a lassobretensiones de maniobra

Las distancias sometidas atensiones de choque de maniobrarenen cuatro propiedadesfundamentales siguientes:

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

n la dispersin, que hace que estarigidez deba ser expresada entrminos estadsticos,

n la asimetra (la rigidez puede serdistinta segn que la onda sea depolaridad positiva o negativa),

n el paso por un mnimo de la curvade tensin soportada en funcin de la

duracin del frente. Cuando ladistancia entre los electrodos crece,este mnimo evoluciona segn lasduraciones del frente ms y mselevadas (figura 17). Se sita, comomedia, alrededor de los 250 s, loque explica la eleccin del frente dela onda de choque normalizada(ensayo normalizado segn CEI-60:aplicacin de una onda de duracinde frente de 250 s y de unadireccin de semi-amplitud en la colade 2500 s).

Tensin soportada a lassobretensiones atmosfricas

En la cada del rayo, la tensin

soportada se caracteriza por unamucho mayor linealidad que en losdems tipos de solicitaciones.

Fig. 16: Tensin disruptiva del SF6 y delaire en funcin de la presin absoluta.

Fig. 17: Curva de mnimos de tensin

soportada en funcin de la duracin del

frente de onda aplicada con polaridad

posi tiva.


15/32


Aqu tambin existe el fenmeno dedispersin, con una tensinsoportada a la polaridad positiva (lams aplicada al electrodo ms

puntiagudo) menos buena que a lapolaridad negativa.

Las dos simples frmulas quesiguen, permiten apreciar para lasredes de MAT y MT, las solicitacionesal choque de polaridad positiva 1,2s / 50 s de un intervalo de aire:

n 9,1

dU50 =

U50 = tensin para la cual laprobabilidad de la chispa es del 50%.

n 1,2dU0=

U0 = tensin soportada

siendo d la distancia de aislamientoen metros, U50 y U0 vienen dadas enMV.

Numerosos estudios experimentaleshan permitido confeccionar tablasprecisas de correspondencia entre ladistancia y la tensin soportada,tomando en consideracin diferentesfactores, tales como la duracin delfrente de onda y de cola, la polucin

ambiental y la naturaleza del aislante.A ttulo de ejemplo, la figura 18 nosda las variaciones de la tensin U50

en funcin de la distancia y de laduracin de cola T2 para un intervalopunta positiva-plena.

La tabla de la figura 19 indica, porotra parte, la independencia de latensin soportada respecto a laduracin del frente de subida.

Principio de lacoordinacin delaislamiento

Estudiar la coordinacin delaislamiento de una instalacinelctrica es, pues, definir, a partir delos niveles de tensiones ysobretensiones susceptibles de

presentarse en esta instalacin, unoo ms niveles de proteccin contralas sobretensiones.

Los materiales de la instalacin y losdispositivos de proteccin sonentonces elegidos en consecuencia(figura 20).

El nivel de proteccin se deduce delas condiciones:

n de la instalacin,

n del ambiente,

n y de la utilizacin del material.

El estudio de estas condicionespermite determinar el nivel desobretensin que podr solicitar elmaterial durante su utilizacin. Laeleccin del nivel de aislamientoadoptado permitir asegurar que,frente a la frecuencia industrial yfrente a los choques de maniobra, almenos, el nivel de aislamiento noser nunca sobrepasado.

Frente a la cada del rayo deberrealizarse generalmente uncompromiso entre el nivel deproteccin de los pararrayos

eventuales y el riesgo de fallosadmisible.

Para dominar bien los niveles deproteccin aportados por loslimitadores de sobretensin,conviene conocer bien suscaractersticas y su comportamiento;este ser el objetivo del captulosiguiente.

Fig. 20: Coordinacin de aislamiento: posicionar correctamente el nivel de proteccin y

la tensin soportada de la aparamenta en funcin de las sobretensiones probables.

Fig. 18: U50 en funcin del tiempo T2 de

semiamplitud en la cola. Intervalo entre

punta positiva y plano: d = 4 - 6 - 8 m.

Fig. 19: Influencia de la duracin hasta lacresta sobre la tensin soportada

dielctrica de un intervalo punta positiva -

plano, d = 8 m.

Tcr 7 22(s)

T2 1400 1500(s)

U50 2304 2227(kv)

370 217

a frecuencia industrial< 3

1

atmosfricas

aislamiento de laaparamenta MTelectrostticas

> 4

4

de maniobra2 a 4

coeficiente

de

sobreten

sin

tipos desobretensiones

niveles deproteccin

nivel de tensinsoportada

explosorespararrayos

sobre-tensioneseliminadas

tensionessoportadas


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Los explosores y pararrayos son losdispositivos utilizados paradescrestar y limitar lassobretensiones transitorias de fuerteamplitud. Generalmente sedimensionan para intervenir en lassobretensiones de la cada del rayo.

Los explosores

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

expuestos y a la entrada de losCentros de Transformacin MT/BT.Su papel es el de constituir un puntodbil en el aislamiento de la red, conel fin de que un eventual cebado dearco se produzca sistemticamenteen l.

El primero y ms antiguo de losaparatos de proteccin es el explosorde varillas. Estaba constituido pordos varillas enfrentadas frente afrente, llamadas electrodos, unaunida al conductor a proteger y la otraa tierra.

Los modelos actuales mscorrientes, estn basados en elmismo principio pero dispuestos enforma de cuernos para prolongar lalongitud del arco y facilitar elrestablecimiento de las cualidadesdielctricas por desionizacin delintervalo de cebado inicial del arco yen ciertos casos llegar a la extincindel mismo.

La distancia entre los dos electrodospermite ajustar el nivel de proteccin.

Algunos tienen, adems, entre los

dos electrodos una varilla vertical,destinada a evitar el cortocircuitointempestivo por pjaros y suelectrocucin (figura 21).

Este dispositivo es muy simple ybastante eficaz y econmico, perosus inconvenientes son numerosos:

n la tensin de cebado presenta unadispersin importante. En efecto,esta tensin depende fuertemente delas condiciones atmosfricas; se hanpodido observar variaciones de msdel 40%;

3 Los dispositivos de proteccin contra las sobreintensidades

n el nivel de cebado dependetambin de la amplitud de lasobretensin (figura 22);

n el retardo al cebado es tanto mslargo cuanto ms dbil es lasobretensin.

En estas condiciones es posible queuna onda de choque provoque elcebado en un aparato cuya tensinsoportada es superior a la de cebadodel explosor a poco que aquel

aparato presente en retardo elcebado ms dbil (por ejemplocables).

Adems, despus del cebado, laionizacin entre los electrodos haceque el arco se mantenga alimentadopor la tensin de la red y puede darlugar (en funcin de la puesta a tierradel neutro) a una corriente de fuga ala frecuencia industrial. Parainterrumpir esta corriente, que defineun defecto franco a tierra, se necesita

Fig. 21: Explosor MT con varilla

antipjaros. Ejemplo utilizado en las

redes EDF 24 kV, B 25 m.

Fig. 22: Comportamiento de un explosor de varillas al choque de la onda de rayo

normalizada, en funcin del valor de cresta.

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 40

100

200

300

400

500

600

700

800

900

caracterstica tensin / tiempo

antes delcebado

despus delcebado

kV

s

puntos de cebado

explosor de varillas e = 350 mmensayos efectuados con onda 1,2 / 50

trazado terico de la curva de tensin:

electrodo de tierra

varilla antipjaros

soporte

del electrodo

aislador de

anclado rgido

dispositivo que permite elajuste de B e inmovilizar el electrodo

45o

45o

B

electrodo de fase


17/32


la intervencin de proteccionessituadas a la cabeza de la lnea (porejemplo: interruptor automtico conreenganche rpido o interruptor

automtico en derivacin).Por ltimo el cebado provoca laaparicin de una onda cortada defrente abrupto susceptible de daarlos devanados (transformadores ymotores) situados en susproximidades.

Aunque, an montados en las redes,los explosores son hoy da, cada vezms, reemplazados por lospararrayos.

Los pararrayos

Su ventaja es que no presentancorriente de fuga y evitan que la redquede sometida a un cortocircuitofase-tierra y sin tensin despus delcebado.

Se han diseado diferentes modelos:pararrayos a chorro de agua,pararrayos a gas. En las lneas quesiguen slo presentamos los tiposms usuales.

Estos son utilizados en las redes ATy MT.

Pararrayos a resistencia variable yexplosores

Este tipo de pararrayos asocia enserie unos explosores y unasresistencias no lineales(varistancias) capaces de limitar lacorriente despus del paso de laonda de choque.

Despus del paso de la onda decorriente de descarga, el pararrayoqueda slo sometido a la tensin dela red. sta mantiene un arco en elexplosor, pero la corrientecorrespondiente, llamada corriente

de fuga pasa por las resistenciascuyo valor ahora es elevado. Estohace que la corriente de fuga sea lobastante reducida para no daar alos explosores y pueda ser cortada alprimer paso por cero de la corriente(extincin natural del arco).

La no linealidad de las resistenciaspermite mantener una tensinresidual, que se tiene en bornes delconjunto, prxima al nivel de cebado,pues tanto ms aumenta la corriente,tanto ms se reduce la resistencia.

Se han utilizado diversas tcnicaspara la realizacin de estospararrayos de varistancias yexplosores. La ms clsica utiliza

una resistencia de carbono de silicio(SiC).

Algunos pararrayos comportanigualmente unos sistemasrepartidores de tensin (divisoresresistivos o capacitivos) y unossistemas de soplado del arco(imanes o bobinas de sopladomagntico).

Este tipo de pararrayos se caracterizapor:

n su tensin de extincin, o tensinasignada, que es la tensin afrecuencia industrial, ms elevadabajo la cual el pararrayos puededescebarse espontneamente. Estatensin debe ser superior a la mselevada sobretensin temporal afrecuencia industrial susceptible deaparecer en la red,

Fig. 23: Ejemplo de la estructura de un pararrayos ZnO con envolvente de porcelana para

la red 20 kV EDF.

brida(aleacin de aluminio)

elstico

remache

bloques de ZnO

arandela

separador

pantalla trmica

envolvente deporcelana

resorte de compresin

junta de caucho

dispositivo deestanqueidadprecomprimido

dispositivo desobrepresin

borne de conexin

conducto de evacuaciny dispositivo desobrepresinen las bridasinterioresy superiores

placa indicadorade fallo

conducto de evacuacin

brida

dispositivode cierre con anillo


18/32


n sus tensiones de cebado segn laforma de las ondas (frecuenciaindustrial, choque de maniobra,choque de rayo, ),

n su poder de descarga de lacorriente de choque, es decir, sucapacidad de disipacin de energa.Se traduce, generalmente, lacapacidad de absorcin por laposibilidad de soportar ondasrectangulares de corriente.

Los pararrayos de xido de Zinc(ZnO)

Estn constituidos nicamente porvaristancias y reemplazan, cada vezms, a los pararrayos a resistenciasvariables y explosores (figura 23).

La ausencia del explosor hace que elpararrayos a ZnO sea continuamenteconductor, pero, bajo la tensinnominal de la red protegida, estacorriente de fuga a tierra es muy dbil(inferior a 10 mA).

Su principio de funcionamiento esmuy simple y se apoya en lacaracterstica fuertemente no linealde las varistancias de ZnO.

Esta no linealidad es tal que laresistencia pasa de 1,5 M a 15 ,entre la tensin de servicio y la

tensin con la corriente nominal dedescarga (figura 24).

Estos pararrayos tienen comoventajas mayores su capacidad delimitacin y de fiabilidad con relacinlos pararrayos de carburo de silicio.

Estos ltimos aos se han aportadoalgunas mejoras, en particular en eldominio de la estabilidad trmica yelctrica de las pastillas de ZnO pesea su envejecimiento.

As en 1 989, sobre 15 000pararrayos de este tipo instalados en

EDF, despus de 18 meses deexperimentacin, slo se hanconstatado dos fallos y lascaractersticas, verificadas porensayos no haban variado.

Un pararrayos de ZnO se caracterizapor (figura 25):

n la tensin mxima de serviciopermanente;

n la tensin asignada que puedeestar ligada, por analoga con lospararrayos de carburo de silicio, a lacapacidad de soportarsobretensiones temporales;

n el nivel de proteccin, definidoarbitrariamente como la tensinresidual del pararrayos sujeto a unchoque de corriente dado (5, 10

20 kA, segn la clase), onda 8/20 s;n la corriente nominal de descarga;

n su poder de soportar una corrientede choque (este traduce la necesidadde soportar ondas largas queimplican una disipacin de energaimportante y no la necesidad deevacuar estas corrientes en laexplotacin).

Envolventes

Los pararrayos de xido de zinc estndisponibles:

n con envolventes de porcelana paracasi todas las tensiones de servicio;

n con envolventes sintticas (fibra devidrio y resina) para las redes dedistribucin.

Esta segunda tecnologa, msreciente, permite obtener pararrayosnotablemente ms ligeros, menos

frgiles a los actos vandlicos y enlos que los elementos activos estnmejor protegidos contra la humedad,pues estn totalmente

sobremoldeados. La humedad es enefecto la principal causa de fallosidentificada en los ZnO.

El exterior de estos pararrayos estgeneralmente constituido porpolmeros de silicona asegurando lacapacidad de soportar el ambiente yla reconstruccin de lneas de fugasuficientes.

Estos pararrayos por su constitucininterna y sus envolventes de siliconason mucho ms tolerantes en cuantoa sus posiciones de instalacin y

permiten igualmente optimizar lainstacin (por ejemplo : montajehorizontal).

Adems de las especificacionesEDF, como la HN 65S20 / CEI 99-1,se aplican a los pararrayos diferentesnormas francesas, por ejemplo laNFC 65-100 para los aparatosdestinados a instalaciones de AT.

Fig. 24: Caractersticas de dos pararrayos con el mismo nivel de proteccin 550 kV/10

kA.

kV de cresta

ZnO

SiC

lineal

100

200

300

400

500600

.01.001 .1 1 10 100 1000 10000

U


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Fig. 25: Ejemplo de caractersticas de un

pararrayos ZnO que responde a la

especificacin EDF HN 65S20.

En resumen, se justifica que estosdiferentes tipos de pararrayos seanutilizados para la proteccin de laaparamenta, de los transformadores

y de los cables.En estos casos la casi totalidad delos dispositivos puestos en servicioson los pararrayos de xido de zincque van reemplazandoprogresivamente a los explosores devarillas y a los pararrayos de carburode silicio.

Esta evolucin busca obtener unamejor precisin de los niveles deproteccin, permitiendo ademsgarantizar la coordinacin delaislamiento.

El lector interesado en la puesta enobra de los pararrayos puededirigirse al anexo 2.

n tensin mxima 12,7 kVpermanente

n tensin asignada 24 kVn tensin residual bajo < 75 kV

la corriente nominal dedescarga

n corriente nominal de 5 kAdescarga (onda 8/20 s)

n poder de soportar una 65 kAcorriente de choque(onda 4/10 s)


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Despus de numerosos aos laComisin Electrotcnica Internacionalha abordado el problema de lacoordinacin del aislamiento en AT.

Dos documentos generales tratan dela coordinacin del aislamiento:

n el CEI 664 para el dominio de laBT,

n el CEI 71 para el dominio de la AT.

El CEI 71 est organizado en dospartes, la segunda es una gua deaplicacin muy completa.Las normas producidas o sea:

n la CEI 694 partes comunes parala aparamenta,

n la CEI 76 transformadores,

n la CEI 99 pararrayos ,

estn en coherencia con la CEI 71 encuanto a las tensiones soportadasespecficas.

La coordinacin delaislamiento AT segn CEI 71

Uno de los objetivos de esta norma,que deber ser aplicada en 1 993, esla explicacin y la descomposicin delos diferentes coeficientes quepermiten determinar las tensionessoportadas.

Esta determinacin favorece labsqueda de una optimizacin, o seauna bajada de los niveles de tensinsoportada.

La CEI 71 propone una modelizacinconvencional de las solicitacionesreales por formas de ondarealizables en los laboratorios y quehan demostrado una equivalenciasatisfactoria.

Por otra parte, aparecen dos

preocupaciones nuevas en estanorma:

n el aislamiento longitudinal (entrelos bornes de la misma fase de unaparato abierto),

n la toma en cuenta de la altitud ascomo del fenmeno deenvejecimiento de las instalaciones.

En este proyecto se distinguen elaislamiento interno, el aislamientoexterno y dos gamas de tensiones:

n el aislamiento interno interesa atodo lo que no est emplazado en el

aire atmosfrico (aislamiento lquidopara los transformadores, SF6 ovaco para los interruptoresautomticos);

n el aislamiento externocorresponde a distancias en el aire.

n gama I: de 1 kV a 245 kV incluido;

n gama II: por encima de 245 kV.

Para cada uno de ellos, la puesta enobra de la coordinacin delaislamiento es ligeramente diferente.

A cada gama est asociada una tablade tensiones soportadas asignadasnormalizadas. Estas tablas se hanestablecido siguiendo criteriosdiferentes, hasta el presente amenudo empricos, pero cuyaeleccin ha sido confirmada, a veces

con algunas reservas, por laexperiencia. En efecto, es innegableque los niveles impuestos, singrandes modificaciones en estosaos, son de hecho aceptados desdeel punto de vista de la seguridad deservicio. Adems, el abandonoprogresivo de los explosores, enbeneficio de los pararrayos, permitereducir el margen de seguridad,convertido en excesivo, entre el nivelde proteccin de los pararrayos y latensin de aislamiento especfica delos materiales.

Determinacin de los niveles deaislamiento

La norma no indica con precisintensiones soportadas invariables yvlidas en todos los casos, peropermite la realizacin de estudios decoordinacin de aislamiento envarias etapas:

4 Disposiciones normativas y coordinacin del aislamiento

Fig. 26: Forma de sobretensiones representativas y ensayos considerados por el proyecto de la norma CEI 71.

clase de baja frecuencia transitoriasobretensin permanente temporal de frente lento de frente rpido de frente muy rpido

forma

100 > Tf> 3 nsgama de formas f = 50 60 Hz 10 < f < 500 Hz 5 000 > Tp > 20 s 20 > T1 > 0,1 s 0,3 > f 1 > 100 MHz(frecuencia, frente 30 > f 2 > 300 kHzde subida, duracin) Tt 3 600 s 3 600 Tt 0,03 s 20 ms T2 300 s T2 3 ms Tt

forma normalizada f = 50 60 Hz 48 f 62 Hz Tp = 250 s T1 = 1,2 s (*)Tt (*) Tt = 60 s T2 = 2 500 s T2 = 50 s

ensayo de tensin (*) Ensayo a frecuencia Ensayo de Ensayo de (*)soportada normali- industrial de corta choque de choquezada duracin maniobra de rayo

(*) a especificar por el Comit del producto considerado


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n definicin de las relaciones entreel tipo de red y la eleccin de susaislamientos.

Se trata de establecer lascaractersticas de las tensionesmximas permanentes posibles y lassobretensiones temporalesprevisibles en funcin:

o de la estructura de la red y sutensin nominal,

o del esquema de las uniones atierra del neutro,

o de los centros de transformacin yde las mquinas giratorias presentesen la lnea,

o del tipo y del emplazamiento de loseventuales dispositivos de limitacinde las sobretensiones,

y, segn las consideracionescomunes a todas las clases desobretensiones definidas por lanorma (figura 26).

Fig. 27: Organigrama de determinacin de los niveles de aislamiento asignado o normalizados.

Notas: Entre parntesis prrafos de la CEI 71, donde el trmino est definido o la accin descrita

datos a tomar en cuentaacciones a efectuarresultados obtenidos

origen y clasificacin de lastensiones aplicadas ( 3.16)nivel de proteccin de los dispositivoslimitadores de tensin ( 3.20)caractersticas del aislamiento

condiciones de ensayo (captulo 5)factor de conversin deensayo Kt ( 3.29)

tensiones soportadasnormalizadas ( 4.06 & 4.07)gamas de Um ( 4.08)

factor de correccinatmosfrico ka ( 3.26)conjunto del material ensayado (*)dispersin en produccin (*)calidad de la instalacin (*)envejecimiento en servicio (*)otros factores desconocidos (*)

(+) efectos combinados en un factorde seguridad Ks ( 3.27)

caractersticas del aislamientocriterios de garanta ( 3.21)distribucin estadstica (+)imprecisiones en los datos de salida (+)

(+) efectos combinados en un factorde coordinacin Kc ( 3.24)

anlisis de la red ( 4.02)

tensiones y sobretensionesrepresentativas Urp ( 3.18)

eleccin del aislamiento que satisfaceel criterio de eficacia ( 4.03)

tensiones soportadas decoordinacin Ucw ( 3.23)

aplicacin de los factores que tienenen cuenta las diferencias entre lascondiciones de ensayo de tipo y lascondiciones de servicio ( 4.04)

tensin soportada especificada Urw ( 3.26)

nivel de aislamiento normalizado o asignado: conjunto de Uw ( 3.32 & 3.33)

eleccin de las tensiones soportadasnormalizadas ( 4.05 & 4.09)


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n coordinacin de los aislamientosde la red.

Una vez reunidos estos datos, paracada clase de sobretensin, esnecesario determinar la tensinsoportada de coordinacincorrespondiente teniendo en cuentala garanta buscada y generalmenteel porcentaje de fallos aceptables delaislamiento. El valor obtenido esespecfico de la red estudiada y de susituacin: es la tensin ms reducidasoportada a la sobretensinconsiderada que la red debe tener ensus condiciones de explotacin.

Para escoger los elementosconstitutivos de una red deben

definirse sus tensiones soportadasespecificadas.

La determinacin de las tensionessoportadas de coordinacin consisteen fijar los valores mnimos de latensin soportada de aislamientoque satisfacen al criterio de garanta,cuando el aislamiento est sometidoa las sobretensiones representativasen las condiciones de servicio.

La determinacin de las tensionessoportadas especficas delaislamiento consiste en convertir lastensiones soportadas de

coordinacin en condiciones deensayo normalizadas apropiadas.Esto se realiza multiplicando lastensiones soportadas decoordinacin por factores quecompensan las diferencias entre lascondiciones reales de servicio delaislamiento y aqullas de losensayos de tensin soportadanormalizados.

La eleccin del nivel de aislamientoasignado consiste en seleccionar laserie de tensiones soportadasnormalizadas ms econmicas,

suficiente para demostrar que todaslas tensiones soportadasespecificadas son satisfechas.

El plan de estudio para determinarfinalmente el aislamiento asignadoviene representado en la figura 27.Sobre este plan los dos factores dedispersin de fabricacin y de altituddefinidos en el proyecto estnreagrupados bajo el trmino factorcorrectivo.

Fig. 28: Nivel de aislamiento normalizado para las redes de tensin eficaz comprendida

entre 1 y 245 kV (existe una tabla similar para las tensiones superiores a 245 kV).

tensin ms elevada tensin soportada normalizada tensiones soportadas

para el material de corta duracin normalizadasUm a frecuencia industrial al choque del rayokV eficaz kV eficaz kV eficaz

3,6 10 20/40

7,2 20 40/60

12 28 60/75/95

17,5 38 75/95

24 50 95/125/145

36 70 145/170

52 95 250

72,5 140 325

123 (185)/230 450/550145 (185)/230/275 (450)/550/650

170 (230)/275/325 (550)/650/750

245 (275)/(325)/360/395/460 (650)/(750)/850/950/1050

n la tensin soportada asignada onivel de aislamiento es la misma quela tensin soportada especificadapara las sobretensiones que pueden

ser objeto de ensayo, es decir:o ensayo a frecuencia industrial,

o ensayo a ondas de choque demaniobra,

o ensayo a ondas de choque derayo,

n los factores de equivalenciapropuestos por la CEI 71 permitengeneralmente no especificar msque dos tensiones soportadas entrelas tres consideradas.

Para tensiones de servicio inferioresa 245 kV el caso ms corrienteconsiste en retener el ensayo afrecuencia industrial y el ensayo alchoque del rayo.

n la eleccin final se hace entre losniveles normalizados (figura 28) apartir de todas las tensionesasignadas.

Un ejemplo

La figura 29 presenta uno de estosclculos sacado de la gua de

aplicacin del proyecto de revisin dela publicacin CEI 71. Muestra elestudio de coordinacin deaislamiento de un Centro deTransformacin caracterizado por latensin ms elevada para el materialUm = 24 kV.

Este ejemplo trata esencialmente delaislamiento externo, sabiendo que elproyectista de la instalacin y de lared est, en general, directamenteenfrentado a los problemas dedimensionamiento de losaislamientos externos. En tanto que

gracias a la utilizacin del SF6 para elaislamiento, y del vaco o del SF6para el intervalo de ruptura, la tensinsoportada dielctrica interna estbien determinada y es independientede las condiciones del entorno(condiciones climticas, altitud, tasade humedad, polucin ).


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Niveles de aislamiento asignado aretener:

n 50 kV a frecuencia industrial,satisface la tensin soportadaasignada a las sobretensionespermanentes de baja frecuencia (32kV) y a ms del 81% la tensinsoportada asignada a los transitoriosde frente lento (61 kV porequivalencia),

Fig. 29: Ejemplo de una investigacin de coordinacin del aislamiento para una red de 24 kV, con material de aislamiento externo

(extrado y adaptado del proyecto de revisin CEI 71).

Ejemplo de clculo:para una tensin soportada de coordinacin de frente lento de 59 kV:n tensin soportada especificada de frente lento =

= 59 kV x 1,05 x 1,13 = 70 kV,n tensin soportada asignada a frecuencia industrial de corta duracinequivalente =

= 70 kV x 0,6 = 42 kV,n tensin soportada asignada a la descarga de rayo equivalente =

= 70 kV x 1,06 = 74 kV.

* Este valor proviene de los criterios siguientes:n nivel de proteccin del pararrayos: 80 kV,

n distancia pararrayos material: 8 m,

n coeficiente de seguridad: 1,05

n 125 kV considerada comocompromiso tcnico-econmico paralos transitorios de frente rpido,implica:

o sea la aceptacin de una tasa defallos superior a la que se ha tomadocomo hiptesis,

o sea la asociacin de pararrayos enla instalacin para asegurar que ella

no ser obligada ms all de estenivel.

Para las altas y muy altas tensiones,el proceso de coordinacin delaislamiento es el mismo, para losaislamientos del material songeneralmente calificados por sustensiones soportadas al choque demaniobra y el del rayo.

tensin soportada asignada a frecuencia industrial al choquek V de corta duracin del rayo

tensin soportada asignada 74 108 141al choque del rayo

factor de equivalencia 1,06 1,06frente lento rpido

tensin soportada asignada 28 32 42 61a una sobretensin a frecuenciaindustrial de corta duracin

factor de equivalencia 0,6 0,6frente lento 50 Hz

tensiones soportadas especficas

tensin soportada 28 32 70 102 141

correccin altitud 1,13 1,13 1,13

factor de dispersin 1,15 1,15 1,05 1,05 1,05

tensiones soportadas de coordinacin 24 28 59 86 119*

(caso de materiales sometidos a lapresin atmosfrica)

sobretensiones de explotacin

forma de onda representativa frecuencia industrial sobretensin 250-2500 s onda 1,2 - 50 sconvencional 50 Hz corta duracin (1mn) 2% de cebado

amplitud representativa 24 28 59 86convencional (kV) (2,6 p.U.) (3,86 p.U)

categora de la sobretensin fase/ entre fase/ entre fase/masa ymasa fases masa fases entre fases

temporales a de frente lento de frente rpidofrecuencia industrial (maniobras) (rayo)


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5 Coordinacin aplicada al diseo de instalaciones elctricas

Este estudio es econmicamentetanto ms importante cuanto mselevada es la tensin de servicio.

Tres criterios justifican estaafirmacin:

n el aumento del nmero de clienteso de la potencia distribuida,

n el aumento del coste de los fallos(coste del material a reemplazar),

n la parte, relativamente ms dbildel estudio de coordinacin en elcoste total de la instalacin.

Consecuencias de uncebado de arco

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

n el funcionamiento de lasprotecciones en el mejor de loscasos,

n la destruccin de materiales en elpeor de los casos,

n una interrupcin de servicio porfallo.

En AT el corte de la alimentacin queentonces se tiene puede afectar a unpueblo entero, o una regin o a uncentro siderrgico; ello ocasiona:

n un riesgo de desestabilizacin dela red,

n una prdida de facturacin deenerga para el distribuidor deenerga,

n una prdida de produccin paralos abonados industriales,

n un peligro para las personas (porejemplo en los hospitales) y para losdatos informticos.

Para evitar estos accidentes debenefectuarse unos estudios en todanueva instalacin.

stos permitirn realizacionescoherentes y optimizadas frente a losriesgos.

Una solucin es aumentar el nivel deaislamiento de las instalacionesincrementando las distancias deaislamiento.

Pero ello se traduce en un importanteaumento de los costes: doblar lasdistancias motiva multiplicar por ocholos volmenes y los costes. Elsobredimensionamiento es, pues,inadmisible en AT. De aqu laimportancia de la optimizacin del

equipamiento AT.En MT

Un defecto de aislamiento en una redde MT tiene consecuencias que, amenor escala, son los mismos queen AT.

Los cortes elctricos que de elloresultan pueden, tambin, ser deconsecuencias graves para losdistribuidores de energa (prdidasde facturacin), para los abonadosindustriales (prdidas de produccin)y para las personas (seguridad).

En BT

En la prctica, cuando ms baja es latensin de servicio ms limitadasson las consecuencias de una faltaen el caso de distribucin de energa.Pero el desarrollo de los sistemas yequipamientos electrnicos est enel origen de numerosos incidentesconsecutivos a las sobretensiones.

En efecto, el nivel de tensinsoportada a las perturbaciones noest siempre especificado o no estcoordinado con el nivel

correspondiente a su instalacin.Como estos sistemas interfierenms y ms en la integridad de unainstalacin, de una produccin, o deuna gestin, las consecuenciaseconmicas para la empresaafectada pueden ser graves.

La coordinacin de las tensionessoportadas no es puesdespreciable, an en BT y el

empleo de pararrayos debergeneralizarse.

Estos son hoy en da muyaconsejables para los abonados BTalimentados por una lnea area.

Reduccin de los riesgos yde los niveles desobretensin

Frente a las diferentes

sobretensiones examinadas en elcaptulo 1, pueden ser consideradassoluciones simples en los primerosproyectos de la instalacin.

Sobretensin debida a laferrorresonancia

El nico medio de evitarla totalmentees que 1/C. sea superior a lapendiente en el origen de L..i. Sinembargo, otras soluciones son aconsiderar y en particular en MTdonde:

o puede producirse unadiscordancia entre las 3 fases en elcaso de protecciones por interruptorde mando fase por fase; esnecesario buscar la mayorsimultaneidad posible en la conexinde las 3 fases de la red (aparatoomnipolar);

o la conexin de un transformadoren vaco puede ser el fenmenotransitorio que provoque laferrorresonancia; para evitarlo esnecesario reducir las capacidadesaproximando, por ejemplo, la

aparamenta de puesta en tensin deltransformador.

La conexin de una cargapreviamente a la puesta en tensines beneficiosa. Ella interviene, enefecto, como una resistencia deamortiguacin, pudiendo impedir lapuesta en resonancia.

Poner el neutro a tierra es tambinuna solucin frente a las resonanciasfase/tierra.


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Sobretensiones provocadas por laruptura de corrientes capacitivas

La solucin consiste en evitar los

reencendidos sucesivosincrementando la velocidad deseparacin de los contactos y lautilizacin de un buen dielctrico(vaco o SF6).

Sobretensiones provocadas por laconexin de una lnea en vaco

Se evitan en las redes de transportepor una puesta en tensin progresiva,obtenida asociando resistencias deinsercin en el interruptor automtico.

Sobretensiones provocadas por unacada del rayo

Los medios a poner en obra son de

tres tipos:n disposicin de cables de guardapara evitar los choques directos(captulo 1),

n instalacin de protecciones en lospuntos sensibles (explosores, opreferentemente, pararrayos),(captulo 2),

n realizacin de tomas de tierra debuena calidad (captulo 1).

La coordinacin del aislamientointenta encontrar un justo equilibrioentre la fiabilidad de los materiales,desde el punto de vista dielctrico,

por una parte y de sudimensionamiento, y por tanto sucoste, por la otra parte.

La explicacin que se ha hecho eneste documento muestra lacomplejidad de los parmetros queintervienen en este tipo de anlisis.

Adems, el aspecto estadstico delcomportamiento a lassobretensiones transitorias prohibela pretensin de hallar solucionesabsolutas.

6 Conclusin

Las modelizaciones pretendidaspresentan siempre un carcter hastacierto punto arbitrario en primeralectura, pero han sido validadas por

la experiencia.El lector deseoso de profundizar en eltema puede hallar informacionesms detalladas en las publicacionescitadas.

Los progresos realizados en elconocimiento de los fenmenospermiten hoy en da conseguir unaacrecentada fiabilidad en lasinstalaciones, autorizando unaoptimizacin en el plano econmico yen el de los esfuerzos en servicio.

La utilizacin cada vez ms frecuentede pararrayos coadyuva a un mejordominio del nivel de proteccin,especialmente por la mejora de sus

caractersticas y su fiabilidad.La toma en cuenta de este procesopor la normalizacin voluntaria, tantoa nivel general como a nivel derecomendacin, muestra laimportancia del tema y las ventajasque se pueden encontrar.


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Cualquiera que sea el origen de unasobretensin, sta se propagar a lolargo de la lnea, o del cable queconstituyen la red.

Este soporte de propagacin puedeser modelizado haciendo intervenirlos valores por unidad de longitud dela inductancia y de la resistencia ensentido longitudinal y de la capacidady la conductancia en sentidotransversal (figura 30).

La impedancia, en rgimen senoidal,viene entonces dada por:

L . + R

C . + GZ =

Con frecuencias elevadas,generalmente asociadas a lassobretensiones, los trminosinductivos y capacitivos se hacenpreponderantes y la impedancia,llamada impedancia caractersticaviene as dada por:

CL

Zc =

Los trminos resistivo y conductivo,correspondientes a prdidas depropagacin, entraan unaatenuacin de la onda a lo largo desu propagacin.

Las rdenes de magnitud de lasimpedancias caractersticas son:

n lneas MAT: 300 a 500 ohms,

n lneas AT (areas):aproximadamente 1000 .

Anexo 1: Propagacin de las sobretensiones

La velocidad de propagacin esprxima a la de la luz, o sea,alrededor de 3 x 108 m/s. Se puedeigualmente expresar esta velocidadcomo igual a 300 metros pormicrosegundos, lo que da una mejorapreciacin del reparto a lo largo delconductor de un frente de onda deduracin muy corta (figura 31).

La teora de la propagacin guiadapermite establecer que, cuando una

onda se propaga a lo largo de unconductor alcanza un punto decambio de impedancia, se observauna reflexin y una transmisinparciales.

Si Zc es la impedancia caractersticadel primer conductor y Za es la delsegundo, los coeficientes detransmisin y de reflexin vienendados por:

ZcZa

ZcZaRy

ZcZa

Za2T

+

-=

+

=

Los valores lmite de estos

coeficientes corresponden a casosfsicos simples:

n Za = 0 (lnea cerrada a la masa); latensin en el punto considerado es,pues, nula en todo instante lo quecorresponde a una onda transmitida

nula y una onda reflejada con unfactor - 1.

n Za = Zc (conductor homogneo), latransmisin vale 1 y la reflexin nula.

n Za = infinito (lnea abierta): latensin en el punto de reflexin vienedada por la superposicin de la ondaincidente y de una onda reflejada conun factor + 1. Su valor mximo eneste caso ser igual a dos veces elvalor de cresta de la onda incidente.

An cuando no va a haber unapropagacin en el medio Za, el valorde la frontera viene siempre dado porT que vale igualmente 2.

Este caso conduce a una exigenciaelevada en el punto de la reflexin yen sus proximidades (proximidadesen el sentido de la reparticinespacial citada anteriormente).

La expresin doblado de la onda detensin a menudo empleada, sepuede prestar a confusin haciendoimaginar que la onda reflejada esdos veces ms importante que la

onda inicial. Es nicamente en elpunto de reflexin que el valormximo observado vale el doble delde la onda incidente, pues es elnico sitio donde la onda incidente yla onda reflejada suman sus crestas.

Fig. 30: Modelizacin del soporte de

propagacin. Fig. 31: Representacin en el tiempo y en el espacio de una onda de choque de rayo.

L R

C1/G

2 s

600 kV

Vfrente: 300 kV/s

evolucin enel tiempo

600 m

Vfrente: 1 kV/m

representacinen el espacio

x (con t constante)

t (con x constante)


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Distancia mxima deproteccin

Por el hecho del fenmeno depropagacin y reflexin de ondas(anexo 1), los pararrayos limitan lassobretensiones solamente a nivel desus bornes.

La onda descrestada conserva eldv/dt de su frente de subida y essusceptible, por reflexin, de

desarrollar, en el punto de aperturauna tensin doble de la tensin delimitacin.

La tensin soportada de laaparamenta, siendo generalmenteinferior al doble de la tensin residualdel pararrayos, determina unadistancia mxima, que no debeexcederse, entre el pararrayos y laaparamenta del centro detransformacin.

Ejemplo:

n onda de choque del rayo:

300 kV/s,n de donde el gradiente de tensinen la lnea al paso del frente desubida vale 1 kV/m,

n centro de transformacin MT:tensin soportada al choque 125 kV,

n pararrayos: tensin residual 75 kV.

La exigencia mxima en el puntoabierto ser generada por la reflexinde la cresta de la onda limitada por elpararrayos. Esta exigencia ser iguala dos veces esta cresta.

Para respetar el lmite de 125 kV del

material, el pararrayos debe puesintervenir cuanto ms tarde cuando laonda incidente en su emplazamientovalga: 125 / 2 = 62,5 kV (instante T0de la figura 32).

Siendo el nivel de puesta enconduccin (si uno lo aproxima alnivel de proteccin) de 75 kV, laintervencin no puede ser obtenidams que por superposicin de laonda incidente y de la onda reflejada.La onda reflejada debe tener un valorde 75 - 62,5 = 12,5 kV.

La diferencia entre el valor incidente62,5 kV y el valor reflejado 12,5 kV, osea, 50 kV corresponde al frente de laonda repartido sobre el trayecto ida yvuelta entre el pararrayos y el puntoabierto. Esta distancia de ida y vueltaes pues, igual a 50 m, o sea, una

Anexo 2: Instalacin de pararrayos

distancia de proteccin mxima de25 m.

Nota

El coeficiente 2 no significa el doblede la tensin de cresta sinosuperposicin de la onda incidente yde la onda reflejada (figura 32).

Fig. 32: Propagacin y reflexin en presencia de un pararrayos.

Fig. 33: Emplazamiento de los limitadores de sobretensin en los centros de

transformacin alimentados por una red area.

L

si L < 25 m: es suficiente un limitador de sobretensin situado sobre el postesi L > 25 m: es necesario un segundo limitador en bornes del transformador

aparamentapararrayoslocalizaciones:

2 x U0 = exigencia mximaalcanzada a T1 T1 instante ms severo

Up = nivel de proteccin del pararrayos

U0 = valor de la onda incidenteque alcanza el pararrayos a T0

u = valor de la onda refrejada que alcanzael pararrayos a T0(U0 + U = Up inicio de la conduccin)

d

tensin

sentido del desplazamientode la onda de rayo

instantesT0 T1 ondaaT1

ondaaT0


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Cableado de los pararrayos

Despus de la intervencin delimitacin del pararrayos, una onda

de corriente va a derivarse, a tierra;esta corriente resulta de la aplicacinde la onda de tensin a laimpedancia caracterstica de la lnea:I = u / Zc.

El circuito de puesta a tierra esentonces el asiento de una cada detensin, esencialmente inductiva, quepuede alcanzar valores importantes.

Ejemplo:

n onda de corriente: 1 kA/s,

n inductancia del cable de puesta a

tierra: 1 H/m,n de donde se deduce que UL == 1 kV/m.

Si no se quiere que esta tensin seadicione a la tensin residual, esnecesario que frente al fenmenodel rayo el material propuesto esten derivacin en los bornes delpararrayos.

En la prctica, esto consiste enrealizar la conexin tal como indica lafigura 33. Si el enlace AT/material nose efecta sobre el pararrayos, lalongitud del conductor debe ser lo

ms corta posible (figura 34).

trafo pararrayos

cableado a evitar cableados correctos

Fig. 34: Principio del cableado de los pararrayos: las conexiones cargas-pararrayos

deben de ser lo ms cortas posible.

Anexo 3: Las normas elctricas

Existen 3 niveles de normalizacin:los tres organismos que se citan a

continuacin actan respectivamentea nivel mundial, europeo y nacional:

Mundial

nnnnn la CEI (Comisin ElectrotcnicaInternacional) produce las normasCEI; participan 60 pases. Unanorma no es aceptada si frente a ellaencuentra un 20% de opositores. Encada pas, su aplicacin puede tenerderogaciones.

Europeo

nnnnn

CENELEC (Comit Europeo deNormalizacin Electrotcnica),produce las normas EN; reagrupa18 pases, en su mayora europeos.Sus normas votadas son deaplicacin obligatoria.

Nacional

nnnnn UTE (Unin Tcnica deElectricidad); produce las normasfrancesas NF.

nnnnn AENOR (Asociacin Espaola deNormalizacin); produce las normasespaolas UNE.


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Anexo 4: Bibliografa

Normas

nnnnn CEI 60: Tcnica de los ensayos enalta tensin.

nnnnn CEI 71-1: Coordinacin delaislamiento: definiciones, principios yreglas.

nnnnn CEI 71-2: Coordinacin delaislamiento: gua de aplicacin.

nnnnn CEI 99: Pararrayos.

Publicaciones diversas

nnnnn Techniques de l'ingnieur: captuloGaz Isolants.

nnnnn Les propits dilectriques de l'airet les trs hautes tensions,(Publicacin EDF).

nnnnn Principes and procedures of theinsulation co-ordination, KH.WECK.

nnnnn Dimensionnement desparafoudres MT por le rseau EDF

(1 988).A. ROUSSEAU (EDF).


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31/32

DIRECCION REGIONAL NORDESTE

Delegacin BARCELONASicilia, 91-97, 6. Tel.: 93 484 31 01 Fax: 93 484 31 5708013 BARCELONA [email protected]

Delegaciones:

BALEARESGremi de Teixidors, 35, 2. Tel.: 971 43 68 92 Fax: 971 43 14 4307009 PALMA DE MALLORCA

GIRONAPl. Josep Pla, 4, 1., 1. Tel.: 972 22 70 65 Fax: 972 22 69 1517001 GIRONA

LLEIDAPrat de la Riba, 18 Tel.: 973 22 14 72 Fax: 973 23 50 4625004 LLEIDA

TARRAGONACarles Riba, 4 Tel.: 977 29 15 45 Fax: 977 19 53 0543007 TARRAGONA

DIRECCION REGIONAL NOROESTE

Delegacin A CORUAPol. Ind. Pocomaco, parcela D, 33 A Tel.: 981 17 52 20 Fax: 981 28 02 4215190 A CORUA [email protected]

Delegaciones:

ASTURIASParqueTecnolgico de Asturias Edi. Centroelena, parcela 46, ofcina 1. FTel.: 98 526 90 30 Fax: 98 526 75 23 33428 L LANERA (Asturias)[email protected]

GALICIA SUR-VIGOCtra. Vella de Madrid, 33, bajos Tel.: 986 27 10 17 Fax: 986 27 70 6436214 VIGO [email protected]

LEONMoiss de Len, bloque 43, bajos Tel.: 987 21 88 61 Fax: 987 21 88 4924006 LEON [email protected]

DIRECCION REGIONAL NORTE

Delegacin VIZCAYAEstartetxe, 5, 4. Tel.: 94 480 46 85 Fax: 94 480 29 9048940 LEIOA ( Vizcaya) [email protected]

Delegaciones

ALAVAPortal de Gamarra, 1. Edifcio Deba, ofcina 210Tel.: 945 12 37 58 Fax: 945 25 70 39 01013 VITORIA-GASTEIZ

CANTABRIASainz y Trevilla, 62, bajosTel.: 942 54 60 68 Fax: 942 54 60 46 39611 GUARNIZO (Santander)

GUIPUZCOAParque Empresarial Zuatzu Edifcio Urumea, planta baja, local 5Tel.: 943 31 39 90 Fax: 943 21 78 19 20018 DONOSTIA-SAN [email protected]

NAVARRAParque Empresarial La Muga, 9, planta 4, ofcina 1Tel.: 948 29 96 20 Fax: 948 29 96 25 31160 ORCOYEN (Navarra)

DIRECCION REGIONAL CASTILLA-ARAGON-RIOJA

Delegacin CASTILLA-BURGOSPol. Ind. Gamonal Villimar 30 de Enero de 1964, s/n, 2.Tel.: 947 47 44 25 Fax: 947 47 09 7209007 BURGOS [email protected]

Delegaciones:

ARAGON-ZARAGOZAPol. Ind. Argualas, nave 34 Tel.: 976 35 76 61 Fax: 976 56 77 0250012 ZARAGOZA [email protected]

CENTRO/NORTE-VALLADOLIDTopacio, 60, 2. Pol. Ind. San Cristbal

Tel.: 983 21 46 46 Fax: 983 21 46 7547012 VALLADOLID [email protected]

LA RIOJAAvda. Po XII, 14, 11. F Tel.: 941 25 70 19 Fax: 941 27 09 3826003 LOGROO

DIRECCION REGIONAL CENTRO

Delegacin MADRIDCtra. de Andaluca km 13 Pol. Ind. Los AngelesTel.: 91 624 55 00 Fax: 91 682 40 48 28906 GETAFE (Madrid)[email protected]

Delegaciones:

GUADALAJARA-CUENCATel.: 91 624 55 00 Fax: 91 682 40 47

TOLEDOTel.: 91 624 55 00 Fax: 91 682 40 47

DIRECCION REGIONAL LEVANTE

Delegacin VALENCIACalle General Urrutia n75 4B Tel.: 963 39 18 00 Fax: 963 62 56 9846013 VALENCIA [email protected]

Delegaciones:

ALBACETEPaseo de la Cuba, 21, 1. A Tel.: 967 24 05 95 Fax: 967 24 06 4902005 ALBACETE

ALICANTEMonegros, s/n Edifcio A-7, 1., locales 1-7 Tel.: 965 10 83 35Fax: 965 11 15 41 03006 ALICANTE [email protected]

CASTELLONRepblica Argentina, 12, bajos Tel.: 964 24 30 15 Fax: 964 24 26 1712006 CASTELLON

MURCIASenda de Enmedio, 12, bajos Tel.: 968 28 14 61 Fax: 968 28 14 8030009 MURCIA [email protected]

DIRECCION REGIONAL SUR

Delegacin SEVILLAAvda. de la Innovacin, s/n Edifcio Arena 2, 2. Tel.: 95 499 92 10Fax: 95 425 45 20 41020 SEVILLA [email protected]

Delegaciones:

ALMERA

Calle Lentisco s/n Edi. Celulosa III, ofcina 6, local 1 Pol. Ind. La CelulosaTel.: 950 15 18 56 Fax: 950 15 18 52 04007 ALMERIA

CADIZPolar, 1, 4. E Tel.: 956 31 77 68 Fax: 956 30 02 2911405 JEREZ DE LA FRONTERA (Cdiz)

CORDOBAAre, 16, bajos Tel.: 957 23 20 56 Fax: 957 45 67 5714011 CORDOBA

GRANADABaza, s/n Edifcio ICR Pol. Ind. JuncarilTel.: 958 46 76 99 Fax: 958 46 84 36 18220 ALBOLOTE (Granada)

HUELVATel.: 954 99 92 10 Fax: 959 15 17 57

JAENPaseo de la Estacin, 60 Edifcio Europa, 1. ATel.: 953 25 55 68 Fax: 953 26 45 75 23007 JAEN

MALAGAParque Industrial Trevenez Escritora Carmen Martn Gaite, 2, 1., local 4Tel.: 95 217 92 00 Fax: 95 217 84 77 29196 MALAGA

EXTREMADURA-BADAJOZAvda. Luis Movilla, 2, local BTel.: 924 22 45 13 Fax: 924 22 47 98 06011 BADAJOZ

EXTREMADURA-CACERESAvda. de Alemania Edifcio Descubrimiento, local TL 2Tel.: 927 21 33 13 Fax: 927 21 33 13 10001 CACERES

CANARIAS-LAS PALMASCtra. del Cardn, 95-97, locales 2 y 3 Edifcio Jardines de Galicia

Tel.: 928 47 26 80 Fax: 928 47 26 91 35010 LAS PALMAS DE [email protected]

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