diagnóstico del estado de descargadores de sobretensión en

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería

1-1-2002

Diagnóstico del estado de descargadores de sobretensión en Diagnóstico del estado de descargadores de sobretensión en

subestaciones de alta tensión, mediante la medición de subestaciones de alta tensión, mediante la medición de

corrientes de fuga y tangente delta corrientes de fuga y tangente delta

Jairo Enrique Durán Muriel Universidad de La Salle, Bogotá

Norma Roció Torres Garay Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Durán Muriel, J. E., & Torres Garay, N. R. (2002). Diagnóstico del estado de descargadores de sobretensión en subestaciones de alta tensión, mediante la medición de corrientes de fuga y tangente delta. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_electrica/422

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UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

NORMA ROCIO TORRES - JAIRO ENRIQUE DURAN 0

DIAGNOSTICO DEL ESTADO DE DESCARGADORES DE SOBRETENSION ENSUBESTACIONES DE ALTA TENSION, MEDIANTE LA MEDICION DE

CORRIENTES DE FUGA Y TANGENTE DELTA.

JAIRO ENRIQUE DURAN MURIEL

NORMA ROCIO TORRES GARAY



BOGOTA D.C.

2002




DIAGNOSTICO DEL ESTADO DE DESCARGADORES DE SOBRETENSION ENSUBESTACIONES DE ALTA TENSION, MEDIANTE LA MEDICION DE

CORRIENTES DE FUGA Y TANGENTE DELTA.

JAIRO ENRIQUE DURAN MURIEL

NORMA ROCIO TORRES GARAY

Monografía para optar el título de

Ingenieros Electricistas

Director

LUIS ENRIQUE PEÑA BAUTISTA

Ingeniero Electricista

CODENSA S.A E.S.P



BOGOTA D.C.

2002




Nota de aceptación

Director. Luis Enrique Peña B.

Ingeniero. José Carlos Romero

Ingeniero. Álvaro Venegas

Bogotá D.C. 2002




A DIOS porque nunca me

Desamparó en los momentos más

Difíciles, a mis padres y hermanos

Por apoyarme desde el principio, a

Mi compañero por creer en mi, al

Amor de mi vida por estar ahí y a los

que no creyeron en mi por hacerme más

Fuerte.

Norma Rocío Torres Garay




A mis padres y hermanos con todo

Mi amor.

A mi familia, un profundo

Agradecimiento y por ser el núcleo de

Mi vida. .

A mis amigos, por su Complicidad.

A Nicolás Muriel, ángel inolvidable.

A mi amor.......

Jairo Enrique Durán Muriel




AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

CODENSA S.A. E.S.P. por fomentar los proyectos investigativos en el área de la

Ingeniería Eléctrica.

LUIS ENRIQUE PEÑA BAUTISTA, Ingeniero Electricista y director de tesis, por

apoyarnos en todo el desarrollo del proyecto, por darnos la oportunidad de crecer

y por los consejos recibidos.

ALVARO MATAMOROS, Ingeniero Electricista SELEKTRON LTDA, por su ayuda

incondicional en el proyecto, sus asesorías y por confiar en nosotros.

DEPARTAMENTO DE SUBESTACIONES DE CODENSA S.A E.S.P., y todo su

personal por su colaboración directa en el proyecto .

JUAN CARLOS BORBON, por los viajes a la Universidad Nacional.

WILSON GIOVANNI LOPEZ, por su colaboración incondicional.

LUIS FELIPE NIÑO, por el soporte técnico especializado las 24 horas.

ALEXANDRA MONROY, por su colaboración y paciencia.




CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION....................................................................................................24

1. MARCO TEORICO.............................................................................................27

1.1 RELACION ENTRE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS, LINEAS DE TRANSMISION Y CENTRALES GENERADORAS......................27

1.2 EQUIPOS DE POTENCIA EN SUBESTACIONES...........................................28

1.2.1 Transformadores de Potencia........................................................................29

1.2.3 Transformadores de Corriente.......................................................................30

1.2.4 Transformadores de Potencial.......................................................................30

1.2.5 Interruptores...................................................................................................31

1.2.6 Seccionadores...............................................................................................32

1.3 COORDINACION DE AISLAMIENTO EN SUBESTACIONES DE ALTA TENSION..........................................................................................33

1.3.1 Niveles de Aislamiento...................................................................................33

1.3.1.1 Para Tensiones de 52 a 245 kV..................................................................33

1.3.1.2 Para Tensiones de 300 a 765 kV................................................................34




1.3.2 Coordinación de Aislamiento.........................................................................36

1.3.3 Cálculo de la Coordinación de Aislamiento...................................................37

1.3.3.1 Método Convencional.................................................................................37

1.3.3.2 Método Estadístico.....................................................................................38

1.3.3.2 Método Semiestadistico..............................................................................38

1.4 LA PROTECCION EN LOS SISTEMAS ELECTRICOS...................................38

1.4.1 Protección Contra Falla Interna.....................................................................39

1.4.2 Protección contra fallas de origen atmosférico o por maniobra de interruptores...................................................................................................40

1.4.2.1 Cable de Guarda.........................................................................................40

1.4.2.3 Los Cuernos de Arco..................................................................................40

1.4.2.3 Descargador de Sobretensión....................................................................41

1.5 EL DESCARGADOR DE SOBRETENSION.....................................................42

1.5.1 Funcionamiento.............................................................................................42

1.5.2 Características y Funcionamiento de los Descargadores Convencionales.............................................................................................43

1.5.2.1 Principio de Funcionamiento.......................................................................44

1.5.3 Descargadores de Oxido de Zinc (Zno) ........................................................46

1.5.3.1 Principio de Funcionamiento.......................................................................46

1.5.4 Accesorios.....................................................................................................47

1.5.5 Selección del Descargador de Sobretensión.................................................48




1.5.6 Especificaciones............................................................................................49

2. TEORIA Y CONCEPTOS DE PRUEBAS DE CORRIENTES

DE FUGA Y TANGENTE DELTA A DESCARGADORES DE

SOBRETENSION...............................................................................................52

2.1 DEFINICIONES GENERALES.........................................................................52

2.1.1 Descargador de Sobretensión...................................................................... 52

2.1.2 Elemento Valvular..........................................................................................52

2.1.3 Descargador de Sobretensión Valvular.........................................................52

2.1.4 Descargador de Sobretensión de Oxido de Zinc...........................................52

2.1.5 Contador de Descargas.................................................................................53

2.1.6 Sobretensión..................................................................................................53

2.1.7 Sobretensión Temporal..................................................................................53

2.1.8 Sobretensión Externa....................................................................................53

2.1.9 Sobretensión Interna......................................................................................53

2.1.10 Impulso........................................................................................................54

2.1.11 Descarga Disruptiva.....................................................................................55

2.1.12 Aislamiento Externo.....................................................................................55

2.1.13 Aislamiento Interno......................................................................................55




2.1.14 Nivel básico de Aislamiento (BIL)................................................................55

2.1.15 Nivel básico de Aislamiento por Maniobra (BSL).........................................55

2.1.16 Tensión Nominal (rated voltaje)...................................................................55

2.1.17 Voltaje Continuo de Operación (Uc)............................................................56

2.1.18 Frecuencia Nominal.....................................................................................56

2.1.19 Corriente de Prueba.....................................................................................56

2.1.20 Tensión de Descarga o Impulso..................................................................56

2.1.21 Tiempo de Descarga....................................................................................56

2.1.22 Tensión Residual.........................................................................................56

2.1.23 Armónicos...................................................................................................57

2.2 INDICADORES DE DIAGNOSTICO DE DESCARGADORES DE SOBRETENSION DE OXIDO METALICO.......................................................57

2.2.1 Generalidades................................................................................................57

2.2.2 Indicadores de falla........................................................................................57

2.2.3 Desconectadores...........................................................................................58

2.2.4 Contadores de Descarga...............................................................................58




2.2.5 Monitoreo de Cuernos de Arco......................................................................58

2.3 MEDIDAS DE CORRIENTES DE FUGA EN PARARRAYOS DE OXIDO METALICO.....................................................................................59

2.3.1 Propiedades de la Corriente de Fuga de Resistores no Lineales

de Oxido Metálico..........................................................................................60

2.3.2 Corriente de Fuga Capacitiva........................................................................61

2.3.3 Corriente de Fuga Resistiva..........................................................................62

2.3.4 Armónicos en la Corriente de Fuga..............................................................66

2.3.5 Pérdidas de Potencia....................................................................................67

2.3.6 Corriente de Fuga Superficial........................................................................67

2.4 MEDIDA DE LA CORRIENTE TOTAL DE FUGA............................................67

2.4.1 Medida de la corriente de fuga resistiva o de la pérdida de potencia...........68

2.4.1.1 Método A1 � Utilizando un Voltaje Como Señal de Referencia.................69

2.4.1.2 Método A2 � Compensación de la Componente Capacitiva

Utilizando una Señal de Voltaje................................................................69

2.4.1.3 Método A3 � Compensación de la Componente Capacitiva sin

Utilizar una Señal de Voltaje......................................................................71

2.4.1.4 Método A4 � Compensación Capacitiva, Combinando la

Corriente de Fuga de las Tres Fases.........................................................71

2.4.1.5 Método B1 � Análisis del Armónico de Tercer Orden................................72

2.4.1.6 Método B2 � Análisis del Armónico de Tercer Orden

con Compensación para Armónicos en el Voltaje......................................73




2.4.1.7 Método B3 � Análisis del Armónico del Primer Orden...............................74

2.4.1.8 Método C � Determinación Directa de las Pérdidas de Potencia..............74

2.4.2 Resumen de los Métodos de Diagnóstico.....................................................75

2.5 MEDIDAS DE TANGENTE DELTA EN DESCARGADORES DE OXIDO METALICO....................................................................................77

2.5.1 ¿Que es Aislamiento?...................................................................................80

2.5.2 Pruebas de Campo de Aparatos de Alto Voltaje y Sistemas

de Aislamiento Asociados.............................................................................81

3. PRUEBAS DE CORRIENTES DE FUGA Y TANGENTE DELTA A

DESCARGADORES DE SOBRETENSION.......................................................86

3.1 PRUEBAS DE CAMPO Y SU SIGNIFICADO...................................................86

4. NORMAS DE REFERENCIA..............................................................................91

4.1 NORMAS NACIONALES..................................................................................91

4.2 NORMAS INTERNACIONALES.......................................................................92

4.3 NORMAS PARTICULARES..............................................................................94

5. REALIZACION DE PRUEBAS Y CORRELACION DE DATOS..........................95

5.1 SELECCION DE LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSION.................95

5.2 PRUEBAS DE FABRICA REALIZADAS A LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSION DE OXIDO DE ZINC...................96




5.2.1 Pruebas Tipo..................................................................................................96

5.2.1.1 Tensión Residual........................................................................................96

5.2.1.2 Tensión Soportada por el Aislamiento de la Porcelana (1.2/50µs).............96

5.2.1.3 Prueba de Impulso de Corriente (Alta Corriente Corta Duración

y Baja Corriente Larga Duración)...............................................................97

5.2.1.4 Prueba del Ciclo de Trabajo.......................................................................97

5.2.1.5 Prueba del Elemento de Desconexión........................................................97

5.2.1.6 Prueba de Alivio de Presión........................................................................97

5.2.1.7 Prueba de Contaminación..........................................................................97

5.2.2 Pruebas de Aceptación..................................................................................98

5.2.3 Pruebas Especiales.......................................................................................98

5.3 REALIZACION DE LA PRUEBA DE CORRIENTE DE FUGA..........................99

5.3.1 Equipo de prueba LCM..................................................................................99

5.3.2 Objetivo del Monitoreo de Corrientes de Fuga..............................................99

5.3.3 Esquema de Conexión de la Prueba de Corrientes de Fuga......................100

5.4 REALIZACION DE LA PRUEBA DE TANGENTE DELTA..............................101

5.4.1 Equipo de prueba M4000.............................................................................101

5.4.2 Objetivo del Monitoreo de Tangente Delta..................................................101

5.4.3 Esquema de Conexión de la Prueba de Tangente Delta.............................102




5.5 DATOS DE LAS MEDIDAS DE TANGENTE DELTA Y CORRIENTE DE FUGA.................................................................................103

5.6 CORRELACION DE DATOS.........................................................................116

5.6.1 Descargadores de Sobretensión de una Cámara, Datos de cos θ.............116

5.6.1.1 Descargadores Marca ABB tipo EXLIM...................................................116

5.6.1.2 Descargadores Marca WESTINGHOUSE tipo WMX..............................117

5.6.1.3 Descargadores Marca SORESTER tipo ZSE-C22..................................118

5.6.1.4 Descargadores Marca ASEA tipo XAP123A3.........................................120

5.6.1.5 Descargadores Marca ASEA tipo XAE96BS...........................................121

5.6.1.6 Descargadores Marca ASEA tipo XAE96AS...........................................123

5.6.2 Descargadores de Sobretensión de dos Cámaras....................................125

5.6.2.1 Descargadores Marca ASEA tipo XAD96S.............................................126

5.6.3 Descargadores de Sobretensión de una Cámara, Datos de Fuga.............127

5.6.3.1 Descargadores Marca ABB tipo EXLIM...................................................127

5.6.3.2 Descargadores Marca WESTINGHOUSE tipo WMX...............................128

5.6.3.3 Descargadores Marca ASEA tipo XAD96S..............................................129

5.6.3.4 Descargadores Marca ASEA tipo XAE96AS............................................130

5.6.3.5 Descargadores Marca ASEA tipo XAE96BS............................................132

5.6.3.6 Descargadores Marca ASEA tipo XAP123A3..........................................134

5.6.3.7 Descargadores Marca SORESTER tipo ZSE-C22...................................135

CONCLUSIONES.................................................................................................137

RECOMENDACIONES.........................................................................................140

BIBLIOGRAFIA.....................................................................................................142




LISTA DE TABLAS

Pág

TABLA No. 1 Niveles de aislamiento fase-tierra, normalizados

para equipos con tensión máximo 52 kV < Um < 300 Kv................34

TABLA No. 2 Niveles de aislamiento fase-tierra y fase�fase

normalizados para equipos con tensiones máximas

Um > 300 Kv.....................................................................................35

TABLA No. 3 Tensiones nominales normalizadas según norma............................50

TABLA No. 4 Resumen de los métodos de diagnóstico.........................................75

TABLA No. 5 Propiedades de los métodos de medida de corrientes

de fuga..............................................................................................76

TABLA No. 6 Comparación de pruebas típicas de 10 kV y datos cuestionables de

Descargadores...................................................................................85

TABLA No. 7 Pruebas de campo a descargadores de sobretensión.....................87

TABLA No. 8 Norma NTC 4389..............................................................................91

TABLA No. 9 Norma NTC 2166..............................................................................92




TABLA No. 10 Norma IEC 60099...........................................................................92

TABLA No. 11 Norma IEC 60050-845....................................................................93

TABLA No. 12 Norma IEC 600-60..........................................................................93

TABLA No. 13 Datos medidos de tangente delta.................................................103

TABLA No. 14 Datos medidos de corriente de fuga.............................................107

TABLA No. 15 Datos de las pruebas de corriente de fuga en

µA vs tangente delta en Mw........................................................116

TABLA No. 16 Descargadores tipo EXLIM, datos de tangente delta..................116

TABLA No. 17 Descargadores westinghouse datos de tangente delta...............117

TABLA No. 18 Descargadores SORESTER, datos de tangente delta................118

TABLA No. 19 Descargadores XAP123A3, datos de tangente delta..................120

TABLA No. 20 Descargadores XAE96BS, datos de tangente delta....................121

TABLA No. 21 Descargadores XAE96AS, datos de tangente delta....................123

TABLA No. 22 Descargadores XAD96S, datos de tangente delta......................125

TABLA No. 23 ABB tipo EXLIM, datos de I fuga..................................................127

TABLA No. 24 WESTINGHOUSE, datos de I fuga...............................................128




TABLA No. 25 XAD96S, datos de I fuga..............................................................129

TABLA No. 26 XAE96AS, datos de I fuga............................................................130

TABLA No. 27 XAE96BS, datos de I fuga............................................................132

TABLA No. 28 XAP123A3, datos de I fuga...........................................................134

TABLA No. 29 SORESTER ZSE � C22, datos de fuga........................................135




LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Elevación del voltaje de central generadora a

centro de consumo..................................................................................27

Figura 2. Elevacion de voltaje de generacion a voltaje de transmision..................28

Figura 3. Reducción del voltaje de transmisión a voltaje de distribución..............28

Figura 4. Transformador de potencia.....................................................................29

Figura 5. Transformadores de corriente.................................................................30

Figura 6. Transformador de potencial....................................................................31

Figura 7. Interruptor...............................................................................................31

Figura 8. Niveles de aislamiento............................................................................36

Figura 9. Descargador de sobretensión.................................................................42

Figura 10. Figura descargador convencional SiC..................................................44

Figura 11. Comportamiento tension- corriente del descargador Sic......................45




Figura 12. Característica V-I de resistencias de descargadores...........................47

Figura 13. Onda de Impulso...................................................................................54

Figura 14. Corriente de fuga típica de un resistor no lineal

de oxido metálico, en laboratorio........................................................61

Figura 15. Corrientes de fuga típicas de descargadores en

condiciones de servicio.......................................................................61

Figura 16. Características típicas de voltaje-corriente para

resistores no lineales de oxido metálico.............................................63

Figura 17. Voltaje típico normalizado, a 20 °C.....................................................64

Figura 18. Temperatura normalizada típica, a Uc................................................65

Figura 19. Corriente restante después de la compensación por

una corriente capacitiva a Uc.............................................................70

Figura 20. Error en la evaluación del tercer armónico

de la corriente de fuga para diferentes ángulos..................................73

Figura 21. Circuito de un Dieléctrico.....................................................................78

Figura 22. Diagrama Vectorial de Pérdidas en Dieléctricos..................................78

Figura 23. Diagrama Vectorial de Pérdidas en Dieléctricos

Simplificado..........................................................................................79

Figura 24. Los tres circuitos básicos de prueba DOBLE.......................................82




Figura 25. Prueba Doble en una sección de cable con una

resistencia alta en la conexión de tierra..............................................83

Figura 26. Descargador de sobretensión típico....................................................84

Figura 27. Equipo de prueba LCM Marca Transinor.............................................99

Figura 28. Esquema de conexión de la prueba de

Corrientes de Fuga.............................................................................100

Figura 29. Equipo de prueba M4000 Marca Doble...............................................101

Figura 30. Esquema de conexión de la prueba de

Tangente Delta...................................................................................102

Figura 31. Gráfica de rangos cos θ de descargadores tipo EXLIM......................117

Figura 32. Gráfica de rangos cos θ de descargadores

tipo WESTINGHOUSE..................................................................�..132

Figura 33. Gráfica de rangos cos θ de descargadores SORESTER...................119

Figura 34. Gráfica de rangos cos θ de descargadores XAP123A3.....................121

Figura 35. Gráfica de rangos cos θ de descargadores XAE96BS.......................122

Figura 36. Gráfica de rangos cos θ de descargadores XAE96AS.......................124

Figura 37. Gráfica de rangos cos θ de descargadores XAD96S.........................126




Figura 38. Gráfica de rangos cos θ de descargadores XAD96S........................126

Figura 39. Gráfica de rangos fuga de descargadores EXLIM............................127

Figura 40. Gráfica de rangos fuga de descargadores

WESTINGHOUSE.............................................................................128

Figura 41. Gráfica de rangos fuga de descargadores XAD96S.........................130

Figura 42. Gráfica de rangos fuga de descargadores XAE96AS.......................132

Figura 43. Gráfica de rangos fuga de descargadores XAE96BS.......................133

Figura 44. Gráfica de rangos fuga de descargadores XAP123A3......................135

Figura 45. Gráfica de rangos I fuga de descargadores

SORESTER ZSE-C22........................................................................136




ANEXOS

ANEXO 1 � PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS DE CORRIENTE DE FUGA A

DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN DE 115 kV....................145

ANEXO 2 � PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS DE TANGENTE DELTA A

DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN DE 115 kV....................156

ANEXO 3 � DIAGRAMAS UNIFILARES DE LAS SUBESTACIONES ................164

ANEXO 4 � EQUIPOS DE PATIO EN SUBESTACIONES ................................175

ANEXO 5 � HISTORIA DEL DESCARGADOR DE

SOBRETENSION.............................................................................188




RESUMEN

El objetivo principal de esta investigación es establecer mediante la correlación de

las pruebas de Corrientes de Fuga y Tangente Delta, el estado de los

descargadores de sobretensión en subestaciones de alta tensión. Este trabajo se

realizó en las subestaciones de alta tensión de CODENSA S.A. ESP; se escogió

una muestra aproximada de 100 descargadores de sobretensión de óxido de zinc

a los cuales se les realizaron las pruebas de tangente delta y corrientes de fuga.

Las pruebas de tangente delta se realizan con el equipo M4000 y las pruebas de

corriente de fuga con el equipo LCM, Monitor de Corrientes de Fuga, en la prueba

de corriente de fuga no es necesario desenergizar el descargador como en la

prueba de tangente delta. El presente documento contiene todas las etapas de la

investigación, desde el conocimiento y utilización de los equipos nombrados

anteriormente, pasando por la realización de las pruebas y finalizando con la

correlación de los datos obtenidos.

El primer capítulo es un conocimiento previo de los equipos que se encuentran en

las subestaciones. Los aspectos de diseño de los descargadores de sobretensión,

la coordinación de aislamiento, el funcionamiento de éstos y las clases de

descargadores de sobretensión que se utilicen en la investigación.

El segundo y tercer capítulo compila la realización de las pruebas de tangente

delta y corrientes de fuga, sus orígenes, principios fundamentales, teoría de las

pruebas, procedimientos a seguir, confiabilidad y precisión de los equipos; también

las definiciones fundamentales de los términos utilizados a lo largo del proyecto.




El cuarto capítulo menciona normas vigentes que se aplican a las pruebas y a los

procedimientos de éstas. Las normas son vitales en el desarrollo del proyecto ya

que nos dan la información necesaria para la óptima realización de las pruebas.

El quinto capítulo reúne la selección de los descargadores, pruebas de fábrica y la

correlación y análisis estadístico de los datos obtenidos de las pruebas de

tangente delta y corriente de fuga

En el sexto y séptimo capítulo se encuentran las conclusiones de la investigación y

las recomendaciones para la empresa CODENSA S.A. E.S.P., donde se aprecia la

correlación que existe entre las pruebas de tangente delta y corrientes de fuga,

basándose en los resultados obtenidos y utilizados en el diagnóstico del estado de

los descargadores de sobretensión. De igual manera, se hace referencia a la

importancia que tiene para la empresa la realización de la prueba de corriente de

fuga en los descargadores.

Este diagnóstico del estado de descargadores de sobretensión es una gran ayuda

para empresas de transmisión y distribución del sector eléctrico que consideren la

prueba de corrientes de fuga entre las pruebas preventivas que realizan a los

descargadores de sobretensión.




INTRODUCCION

Una parte principal del funcionamiento del sistema de potencia radica en el buen

estado de los equipos. Esta investigación se enfoca en el diagnóstico del estado

de los descargadores de sobretensión de las subestaciones de alta tensión de

CODENSA S.A E.S.P, mediante las pruebas de corriente de fuga y tangente

delta.

El descargador de sobretensión es uno de los más importantes dispositivos de

protección utilizado en las subestaciones eléctricas, asegurando la continuidad de

operación a pesar de los repetidos sobrevoltajes resultantes de maniobras y

descargas en el sistema. La función del descargador de sobretensión es como la

de un interruptor normalmente abierto, pero que cierra al producirse una corriente

transitoria de descarga acompañando una perturbación.

A pesar de su gran importancia, el descargador de sobretensión es quizá el

dispositivo de protección menos atendido aun conociendo que en un eventual

estallido podría ocasionar daños importantes al aislamiento de los equipos vecinos

y a las personas que en ese momento se encontraran cerca, sin embargo las

fallas en los descargadores de sobretensión modernos son relativamente

pequeñas y en la mayoría de los casos se atribuyen a estas cinco causas:

1. Unidades dañadas (instalación, traslado, etc), defectuosas o contaminadas.

2. Descargas directas o cercanas.

3. Ondas de largas duración resultantes de maniobras, etc.

4. Aplicación incorrecta de las unidades.




5. Sobrevoltajes dinámicos prolongados.

De las anteriores causas, las últimas cuatro son cuestión de diseño y aplicación, y

no se considerarán. Sin embargo, la primera causa puede ser minimizada

mediante un programa cíclico de pruebas y mantenimiento en campo. En el

proyecto se escogieron dos de las pruebas más confiables utilizadas en

descargadores de sobretensión, las cuales son pruebas de corrientes de fuga y

tangente delta.

Las pruebas que se han venido realizando a los descargadores de sobretensión

de la empresa CODENSA S.A E.S.P. son tangente delta y resistencia de

aislamiento. Pese a la gran confiabilidad de éstas, las pruebas no aseguran

totalmente el estado real del descargador de sobretensión; por eso se tomó en

cuenta la prueba de corrientes de fuga para poder dar un informe más detallado

del estado en que se encuentra el descargador.

La prueba de corriente de fuga es la más recomendada por la norma IEC para el

monitoreo de los descargadores de sobretensión en servicio. Esto es de gran

ventaja ya que no será necesario desenergizar el descargador para verificar la

condición del mismo.

El diagnóstico del estado de los descargadores mediante medición de corrientes

de fuga y tangente delta es un aporte a la rutina de pruebas, necesaria para el

óptimo funcionamiento del sistema de potencia. Las conclusiones y

recomendaciones de esta investigación sirven de base para que otras empresas

del sector eléctrico incluyan la prueba de corriente de fuga en su plan de

mantenimiento preventivo, con lo cual se minimiza la probabilidad de falla en el

sistema a causa del mal funcionamiento del equipo.




Es conveniente precisar que la investigación se centrará en la prueba de

corrientes de fuga, sin pretender anular la prueba de tangente delta del

mantenimiento preventivo a los descargadores de sobretensión.

El desarrollo del proyecto se divide en tres etapas, la primera consiste en el

conocimiento y manejo de los equipos LCM y M4000, paralelo a un estudio sobre

las subestaciones eléctricas, los descargadores de sobretensión y la adquisición

de información de las pruebas de tangente delta y corrientes de fuga. La segunda

etapa, es la realización de las pruebas en las ocho subestaciones elegidas para

este propósito. El proyecto finaliza con la correlación de los resultados obtenidos

en las pruebas de corrientes de fuga y tangente delta a los descargadores de

sobretensión.




1 MARCO TEORICO

1.1 RELACION ENTRE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS, LINEAS DETRANSMISION Y CENTRALES GENERADORAS

Por razones técnicas (aislamiento, enfriamiento, etc.), los voltajes de generación

en las centrales generadoras son relativamente bajos en relación con los voltajes

de transmisión, por que si la energía se transporta a grandes distancias estos

voltajes de generación resultarían antieconómicos, debido a que se tendría gran

caída de voltaje. De aquí se presenta la necesidad de transmitir la energía a

voltajes más elevados que resulten más económicos.

En caso que se vaya transmitir energía eléctrica de una central generadora a un

centro de consumo que esta situado a 100 km de distancia, será necesario elevar

el voltaje de generación que supondremos de 13.8 kV a otro de transmisión más

conveniente que asumimos sea de 115 kV, como se ilustra:

FIGURA 1 - ELEVACION DEL VOLTAJE DE CENTRAL GENERADORA A CENTRO DE CONSUMO

Para poder elevar el voltaje de generación de 13.8 kV al de transmisión de 115 kV




es necesario emplear una subestación eléctrica:

FIGURA 2 - ELEVACION DE VOLTAJE DE GENERACION A VOLTAJE DE TRANSMISION.

Suponiendo que la caída de voltaje en la línea de transmisión fuera cero voltios,

tendríamos en el centro de consumo 115 kV. Es claro que este voltaje no es

posible emplearlo en instalaciones industriales y aún menos en comerciales y

residenciales, de donde se desprende la necesidad de reducir el voltaje de

transmisión de 115 kV a otro u otros más convenientes de distribución en centros

urbanos de consumo. Por tal razón, será necesario emplear otra subestación:

FIGURA 3 - REDUCCION DEL VOLTAJE DE TRANSMISION A VOLTAJE DE DISTRIBUCION

Por lo tanto se puede inferir que existe una estrecha relación entre las

subestaciones eléctricas, líneas de transmisión y centrales generadoras. [7]

1.2 EQUIPOS DE POTENCIA EN SUBESTACIONES.

En el empleo de la energía eléctrica, ya sea para fines industriales, comerciales o

de uso residencial, intervienen una gran cantidad de máquinas y equipo eléctrico.

100 Km

100 Km




Una subestación eléctrica es un conjunto de elementos o dispositivos que nos

permiten cambiar las características de energía (voltaje, corriente, frecuencia, etc).

En este inciso se intenta describir a grandes rasgos las características más

importantes del equipo principal que se instala en una subestación. Para

información mas detallada sobre los equipos de las subestaciones (ver anexo).

1.2.1 Transformadores de PotenciaUn transformador es una máquina electromagnética, cuya función principal es

cambiar la magnitud de las tensiones eléctricas.

FIGURA 4 – TRANSFORMADOR DE POTENCIA




1.2.2 Transformadores de CorrienteSon aparatos donde la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales

de operación, es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque

ligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente,

y aislar los instrumentos de protección y medición que están conectados a los

circuitos de alta tensión.

FIGURA 5 – TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección o mixtos:

1.2.3 Transformadores de PotencialSon aparatos donde la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de

operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque

ligeramente desfasada. Estos transformadores desarrollan dos funciones:




transformar la tensión y aislar los instrumentos de protección y medición

conectados a los circuitos de alta tensión.

FIGURA 6 – TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

1.2.4 Interruptores

FIGURA 7 - INTERRUPTOR




El interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de un circuito

eléctrico bajo carga en condiciones normales, además de operar principalmente

bajo condiciones de cortocircuito. Sirve para insertar o retirar de cualquier circuito

energizado máquinas, aparatos, líneas aéreas o cables.

El interruptor es, junto con el transformador, el dispositivo más importante de una

subestación. Su comportamiento determina el nivel de confiabilidad que se puede

tener en un sistema eléctrico de potencia. El interruptor debe ser capaz de

suspender corrientes eléctricas de intensidades y factores de potencia diferentes,

pasando desde corrientes capacitivas de varios cientos de amperios a las

inductivas de varias decenas de kiloamperios (cortocircuito).

1.2.5 SeccionadoresSon dispositivos que se operan sin carga, sirven para conectar y desconectar

diversas partes de una instalación eléctrica, para efectuar maniobras de operación

o bien para darle mantenimiento.

Los seccionadores pueden abrir circuitos bajo la tensión nominal pero nunca

cuando esté fluyendo corriente a través de ellas. Antes de abrir un seccionador

deberá abrirse primero el interruptor correspondiente.

Los seccionadores están formados por una base metálica de lámina galvanizada

con un conector para puesta a tierra; dos o tres columnas de aisladores que fijan

el nivel básico de impulso, y encima de éstos, la cuchilla, la cual está formada por

parte móvil y la parte fija, que es una mordaza que recibe y presiona la parte

móvil.




1.3 COORDINACION DE AISLAMIENTO EN SUBESTACIONES DE ALTATENSION.

En una subestación, una vez determinada la tensión nominal de operación, se fija

el nivel de aislamiento, el cual en forma directa, fija la resistencia de aislamiento

que debe tener un equipo eléctrico para soportar sobretensiones. [12]

El nivel de aislamiento de una subestación se fija en función de la tensión nominal

de operación, de el sistema de puesta a tierra, de las normas correspondientes y

de los niveles de sobretensiones existentes en el sistema. Se conoce con el

nombre de nivel básico de impulso.

1.3.1 Niveles de AislamientoPara facilitar el diseño de sistemas de potencia y de los equipos que lo conforman,

la IEC ha normalizado el número de niveles de aislamiento que se pueden

escoger, considerando las situaciones específicas que prevalecen en el sistema

para el cual se realizará la coordinación de aislamiento.

1.3.1.1 Para Tensiones de 52 a 245 kVLa tabla N°1. muestra los niveles de aislamiento para sistemas con tensiones

dentro de este margen (para sistemas fase tierra).

Para equipos con tensiones de este rango, el nivel de aislamiento queda

completamente definido con las tensiones soportadas a la frecuencia industrial y

el impulso atmosférico.




Tabla 1 - Niveles de aislamiento fase-tierra, normalizados para equipos con

tensión máximo 52 kV < Um < 300 kVFuente: Romero José Carlos, Protecciones Eléctricas

Tensión máxima del equipo

Um

KV (eficaz)

Tensión nominal soportado al

impulso tipo rayo

kV (pico)

Tensión nominal soportada a

frecuencia industrial

kV (eficaz)

52 250 95

72.5 325 140

123450

550

185

230

145

450

550

650

185

230

275

170

550

650

750

230

275

325

245

650

750

850

950

1050

275

325

360

395

460

1.3.1.2 Para tensiones de 300 a 765 kVLos niveles de aislamiento normalizados para 300 a 765 kV se ilustran en la tabla

N°2. Las tensiones de impulsos atmosféricos soportados, están asociados a las

tensiones de impulso de maniobra soportados y normalmente no tienen una

influencia decisiva en el diseño del aislamiento. Varios valores de tensiones de

impulsos atmosféricos se dan para cada valor de tensión de impulso de maniobra

soportada. [12]




Tabla 2 � Niveles de aislamiento fase-tierra y fase�fase normalizados para

equipos con tensiones máximas Um > 300 kVFuente: Romero José Carlos, Op. Cit. pág 47

Tensión nominal de maniobra soportada al impulso

tipo maniobra kV (pico)

Tensión máxima del

equipo Um kV eficaz

Fase-tierra Fase - fase

Tensión nominal

soportada al impulso tipo

rayo kV pico

750 1175 850

950300

850 1300 950

1050

850 1300 950

1050362

950 1425 1050

1175

950 1425 1050

1175

420 1050 1550 1175

1300

1425

1050 1675 1175

1300

1425525

1175 1800 1300

1425

1550

1300 2550 1425

1550

1800

1425 2400 1550

1800

2100

765

1550 2550 1800

1950

1400




1.3.2 Coordinación de AislamientoSe denomina coordinación de aislamiento de una instalación eléctrica, al

ordenamiento de los niveles de aislamiento de los diferentes equipos, de tal

manera que al presentarse una onda de sobretensión, ésta se descargue a través

del elemento adecuado, que llamaremos descargador de sobretensión, sin

producir arqueos ni daños a los equipos adyacentes.

La coordinación de aislamiento compara las características de operación de un

descargador de sobretensión, dadas por sus curvas tensión-tiempo, contra las

características de respuesta del aislamiento del equipo a proteger, dadas también

por sus propias curvas tensión-tiempo. Dicho de otra forma, la coordinación de

aislamiento se refiere a la correlación entre los esfuerzos dieléctricos aplicados y

los esfuerzos dieléctricos resistentes.

En un sistema eléctrico es muy importante coordinar los aislamientos entre todo el

equipo de instalación para ello, se pueden considerar tres niveles de aislamiento

como se observa en la figura:

NIVEL 1MARGEN DE

C.A.25 %

NIVEL 2 25%

NIVEL 3

Vv

Transfor-

Mador

Descargador

De

sobretensión

T.C Seccionador Interruptor Cable

FIGURA 8 – NIVELES DE AISLAMIENTO

Fuente: Harper Henríquez. Elementos de Diseño de Subestaciones




En la parte superior de la figura se encuentran los tres niveles de sobretensión

considerados en la coordinación de aislamiento, indicando el nivel que

corresponde a cada aparato.

• Nivel 1, también llamado nivel alto. Se utiliza en los aislamientos

internos, no autorecuperables (sin contacto con el aire) de aparatos

como: transformadores, cables o interruptores.

• Nivel 2, también llamado nivel medio o de seguridad. Esta constituido

por el nivel de aislamiento autorrecuperable de las partes vivas de los

diferentes equipos, que están en contacto con el aire. Este nivel se

optimiza de acuerdo con la altura sobre el nivel del mar de la instalación

y se utiliza en todos los aisladores del barraje y pasamuros de la

subestación que están en contacto con el aire.

• Nivel 3, también llamado nivel bajo o de protección. Esta constituido por

el nivel de operación de los explosores de los descargadores de

sobretensión de protección.

1.3.3 Cálculo de la Coordinación de AislamientoLa coordinación empieza con el cálculo (o estimación) de las sobretensiones (de

maniobra, temporales y atmosféricas) que someten a esfuerzo el aislamiento; a

partir de este dato, los niveles de aislamiento pueden ser determinados por los

métodos convencionales, métodos estadísticos y métodos semiestadísticos. [7]

1.3.3.1 Método ConvencionalEste método se aplica usualmente en sistemas con tensiones menores a 300kV

donde el costo del aislamiento es comparativamente bajo. Este método implica

que un cierto margen, valor que se basa en la experiencia, sea aplicado entre la

máxima sobretensión y el nivel de aislamiento.




1.3.3.2 Método EstadísticoEl uso del método estadístico implica el cálculo del riesgo de falla, basada en la

distribución estadística de las sobretensiones y de la probabilidad de falla del

aislamiento. La distribución de la sobretensión puede ser determinada por medio

de cálculos teóricos o de medidas en el sistema y la probabilidad de falla del

aislamiento por medio de pruebas. El riesgo de falla puede reducirse limitando las

sobretensiones o incrementando la resistencia del aislamiento.

1.3.3.3 Método semiestadístico

El método semiestadístico se basa en que podemos definir las distribuciones del

sobrevoltaje y resistencia dieléctrica por un punto en cada una de esas curvas. La

distribución del sobrevoltaje se identifica por el sobrevoltaje estadístico, el cual es

el sobrevoltaje del sistema teniendo un 2% de probabilidad de ser excedido. La

distribución de la resistencia dieléctrica se identifica por el voltaje estadístico, el

cual es el voltaje en que el aislamiento tiene un 90% de probabilidad de resistirlo.

El factor de seguridad estadístico es la razón del voltaje estadístico al sobrevoltaje

estadístico

1.4 LA PROTECCION EN LOS SISTEMAS ELECTRICOS

Los sistemas eléctricos están expuestos a diferentes contingencias (condiciones

anormales de operación) tales como sobretensiones debidas a descargas

atmosféricas, sobretensiones por maniobra (desconexión o conexión) de

interruptores en las redes, pérdidas de carga, efecto ferranti, etc. Y a otro tipo de

fallas que pueden tener su origen en las anteriores como son los cortocircuitos en

los distintos puntos de las instalaciones.

Con el objeto de proteger al personal y a los equipos mismos, se deben adoptar

medidas de protección para evitar en lo posible los accidentes o pérdidas de




suministro de la energía, según sea el caso. Estas medidas de protección forman

parte del diseño o proyecto de los sistemas e instalaciones eléctricas y cubren una

gama muy amplia de posibilidades, por lo que es necesario establecer diferencias

básicas que se pueden agrupar como:

• Protección contra fallas internas en las instalaciones, que son básicamente

cortocircuitos o condiciones anormales de operación del sistema; este tipo

se conoce como protección por relevadores. Los relevadores permiten que

las averías en el sistema se determinen rápidamente y que se inicie la

acción de aislar las partes afectadas.

• Protección contra sobretensiones de origen atmosférico o por maniobra de

interruptores.

1.4.1 Protección contra Falla InternaEstablece principalmente que los sistemas eléctricos en principio deben ser

suficientemente confiables, es decir, deben tener un mínimo de interrupciones de

servicio; en otras palabras, los usuarios deben disfrutar de un servicio continuo y

con características de calidad (regulación de tensión y variación de frecuencia)

adecuada.

Para cumplir con lo anterior y partiendo de la base de que los sistemas eléctricos

están expuestos a diferentes tipos de falla de las denominadas internas, se deben

diseñar esquemas de protección que sean selectivos, es decir, que en las distintas

partes de un sistema se minimice el número de usuarios que queden sin servicio

cuando ocurre un disturbio. Para lograr lo anterior se requiere definir áreas de

protección en los sistemas así como los traslapes entre estas áreas de protección,

desde la planta generadora hasta las redes de alimentación primaria.




1.4.2 Protección Contra Fallas de Origen Atmosférico o por Maniobra deInterruptoresLas descargas atmosféricas son la causa principal de sobretensiones de carácter

externo. Estas tienen un frente de onda extremadamente corto, del orden de 1µs

a 4µs, lo cual corresponde a frecuencias entre 100 kHz y algunos MHz. Su

magnitud es independiente de la tensión de la red. Para este tipo de disturbio la

protección con descargadores de sobretensión es la forma más eficaz. [6]

Algunos disturbios de red causados por el cambio de estado de esta, generan las

sobretensiones ya sea por maniobras voluntarias o no voluntarias. La magnitud

de las sobretensiones de maniobra oscila entre 2.5 y 3 veces la tensión de

operación entre fase y tierra. La frecuencia de ésta es de 100 Hz hasta algunos

kHz. Los dispositivos de protección contra sobretensiones de origen atmosférico o

por maniobra de interruptores se pueden agrupar de la siguiente manera: [12]

1.4.2.1 Cable de GuardaTambién se le conoce en varios países como hilos de guarda, generalmente son

de acero y se instalan encima de los conductores de fase en un número y

disposición tal que, el ángulo formado por la vertical con la recta que une al cable

de guarda con el conductor de una fase exterior sea inferior a 45°.

1.4.2.2 Los cuernos de ArcoTienen como propósito principal arquear cuando existe una sobretensión de una

magnitud y enviarla a tierra, para esto es necesario ajustar la separación entre los

gaps de los cuernos de arqueo de las boquillas de transformadores,

seccionadores etc. Y la separación necesaria de acuerdo con el nivel de tensión

para protección, tomando en cuenta las condiciones atmosféricas que los afectan.




1.4.2.3 Descargador de SobretensiónEste es el aparato primario de protección usado en la coordinación de aislamiento;

su función es limitar la sobretensión aplicada al equipo para dar protección al

aislamiento, las funciones especificas de los descargadores de sobretensión son:

a) Operar sin sufrir daño por tensiones en el sistema y corrientes que circulan

por el.

b) Reducir las sobretensiones peligrosas a valores que no dañen el

aislamiento del equipo.

c) Establecer la tensión nominal después de la descarga, cuando I = 0

Las características de protección del descargador de sobretensiones se puede

dividir en dos partes:

1. Tensión de arqueo.

2. Corriente de descarga.

La tensión de arqueo o magnitud de la tensión a la cual se produce el arqueo en el

descargador de sobretensiones es una función de la forma de la onda y la tensión

aplicada.

La tensión de descarga o tensión causada por el flujo de corriente a través del

descargador de sobretensiones (se refiere a la caída de tensión IR) en el

descargador es una función de la forma de la onda, la magnitud de la corriente y

de la puesta a tierra del descargador. [16]




1.5 EL DESCARGADOR DE SOBRETENSION

FIGURA 9 - DESCARGADOR DE SOBRETENSION.

Los descargadores de sobretensión son dispositivos eléctricos de protección,

compuesto por una serie de elementos resistivos no lineales y en algunos casos

explosores, que limitan la amplitud de las sobretensiones.

1.5.1 FuncionamientoEn general los descargadores de sobretensión, con sus características de

disrupción controladas, deben cumplir con las siguientes funciones:

• Limitar las sobretensiones cuando su magnitud se aproxima a la tensión

disruptiva del sistema, esto es, el descargador tendrá voltajes de arco muy




por debajo de la capacidad de esfuerzo del aislamiento del sistema (o bajo

nivel de descarga).

• Conducir a tierra las corrientes de descarga originadas por la sobretensión,

tomando valores de resistencia bajos, durante el flujo de estas corrientes y

valores de resistencias altos cuando el sistema se encuentra en

condiciones normales de operación.

• Debe interrumpir la corriente que se descarga al desaparecer la

sobretensión.

• No debe operar cuando aparecen sobretensiones temporales o

sobretensiones de baja frecuencia en sistemas que operan a tensiones

nominales menores a 230 kV.

• La tensión residual, resultado de su operación, debe ser menor que la que

soportan los aparatos que protege.

1.5.2 Características y Funcionamiento de los DescargadoresConvencionalesLlamados también tipo válvula. Consisten en uno o varios descargadores (gaps),

conectados en serie con uno o más resistores no lineales. Sus elementos internos

están protegidos del medio ambiente por una cápsula de porcelana, la cual se

llena con nitrógeno seco y se sella en ambos extremos con sellos elásticos. Están

provistos de una membrana que alivia la presión interior y una boquilla que dirige

los gases para los casos en que se producen explosiones, cuando el descargador

no es capaz de extinguir el arco. En la siguiente figura se muestra un descargador

convencional:




FIGURA 10 – DESCARGADOR CONVENCIONAL SICFuente: Romero José Carlos, Op. Cit. pág 47

Las resistencias no lineales están constituidas por pequeños cilindros agrupados

en bloques de material prensado de SiC. Los explosores tienen forma de discos y

en algunos casos mediante ionización son preactivados para obtener precisión en

la tensión de cebado (voltaje entre terminales en el que se produce la descarga).

Estos explosores solamente descargan cuando la sobretensión sobrepasa un

cierto límite determinado por la tensión de cebado, interrumpiendo la corriente

residual que resulta de la tensión de la operación normal, la cual es limitada por

las resistencias no lineales.

1.5.2.1 Principio de FuncionamientoCuando aparece una tensión U en los terminales de descargador y se alcanza la

tensión de reacción (tensión de cebado), se descargan los explosores permitiendo

circular a través de las resistencias la llamada corriente de descarga, de esa

manera la corriente produce una caída de tensión llamada tensión residual. [4]




FIGURA 11 – COMPORTAMIENTO TENSION- CORRIENTE DEL DESCARGADOR SIC

Fuente: Romero José Carlos, Op. Cit. pág 47

Cuando la descarga desaparece, la corriente a través de la resistencia y el arco en

los explosores, corresponde a la tensión de operación normal. Esta corriente

llamada corriente residual es interrumpida en los explosores, en donde por medio

de un campo magnético que se produce en una bobina (bobina de soplado

magnético) se mueve el arco de corriente del sistema desde su punto de iniciación

hasta un lugar más frío del gap en donde ocurre la extinción.




1.5.3 Descargadores de Oxido de Zinc (Zno)Actualmente no utilizan salta chispas interno (gaps); están provistos de varistores

de oxido de zinc (resistencias no lineales) ensamblados en serie dentro de bujes

de porcelana.

Estos varistores tienen la propiedad de tener una alta resistencia cuando el

sistema se comporta normalmente y una resistencia muy baja para los casos en

que se presentan sobretensiones, además poseen una característica negativa de

temperatura, disminuyen su resistencia a medida que su temperatura aumenta;

por tal razón los descargadores deben estar protegidos contra contaminación de

manera que se evite la alteración en la distribución de tensiones en la superficie

de la porcelana, lo cual es lo que aumenta la temperatura crítica que también se

puede alcanzar por efecto de las descargas de larga duración (maniobra de

interruptores). [4]

1.5.3.1 Principio de funcionamientoEl descargador conduce una corriente de descarga cuando la tensión es superior

a la tensión máxima de referencia, la corriente de descarga circula a través de las

resistencias de óxido de zinc; esa corriente produce una caída de tensión residual.

Cuando la descarga desaparece, la corriente que circula a través de las

resistencias corresponde a la tensión normal de operación del sistema a

frecuencia industrial.

En los descargadores de sobretensión de carburo de silicio se presentan una serie

de picos en el momento de la descarga que afectan el aislamiento, contrario a lo

que ocurre en los descargadores de sobretensión de óxido de zinc que no produce

estos picos en el momento de las descarga; es por esto que actualmente se

prefiere el uso de los descargadores de óxido de zinc.




1.5.4 AccesoriosEl descargador es una columna que se coloca sobre una base metálica. Tiene un

terminal en su parte superior que sirve para unirlo a la línea que va a proteger.

Para descargadores de ZnO es recomendable adicionar un analizador o indicador

de la corriente de fuga para determinar el estado de los varistores. Este

dispositivo puede ser del tipo permanente o portátil. Los descargadores además

llevan un cable de aterrizaje que debe ser conectado sin lazos, y lo más corto

posible, garantizando de esta forma una resistencia baja de puesta a tierra.

En la siguiente gráfica se muestran algunas características de tensión � corriente

de los descargadores de sobretensión:

FIGURA 12 – CARACTERISTICA V-I DE RESISTENCIAS DE DESCARGADORES

Fuente: Romero José Carlos, Op. Cit. pág 47




1.5.5 Selección del Descargador de SobretensiónLa tensión nominal de los descargadores de sobretensión de ZnO se encuentra

teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

- COV, tensión continua de operación:

3UmCOV = alnomáxima UU min%76 →=

- TOV, sobretensión temporal

COVKTOV e=

En donde Ke es el factor de tierra, el cual en términos generales es igual a 1.4

para sistemas sólidamente puestos a tierra y 1.73 para sistemas con neutro

aislado. En sistemas de potencia pueden ocurrir sobretensiones temporales

diferentes a las producidas durante fallas a tierra, las cuales deben ser

determinadas como resultado de los estudios del sistema.

- R, la tensión nominal del descargador de sobretensión es el mayor valor entre

Ro y Re.

OO K

COVR =




En donde Ko es el factor de diseño del descargador, el cual varía según sea el

fabricante. Un valor normalmente encontrado es de 0.8.

te K

TOVR =

En donde Kt es la capacidad del descargador de sobretensión y depende del

tiempo de duración de la sobretensión temporal. Así para un segundo Kt = 1.15;

para 10 segundos, Kt = 1.06 y para dos horas, Kt = 0.95 (valores aproximados).

Se puede prever un margen extra de 10% para sistemas con tensiones menores

de 100 kV y 5% para tensiones mayores, encontrándose así la tensión nominal del

descargador.

1.5.6 EspecificacionesLa selección de un descargador se hace teniendo en cuenta tanto aspectos

eléctricos como mecánicos del equipo.

Las especificaciones que se deben tener en cuenta para la selección de un

descargador de ZnO son las siguientes:

• Tensión nominal: los valores normalizados de las tensiones nominales

dados por la IEC se indican a continuación:




Tabla 3 � Tensiones nominales normalizadas según normaFuente: Romero José Carlos, Op. Cit. pág 47

Norma IEC Normas NF Normas ANSI

KV KV Pararrayos tipo

secundario kV

Pararrayos tipo

distribución kV

Pararrayos tipo

intermedio kV

Pararrayos tipo

subestación

kV

0.175 30 0.280 54.0 0.175

0.280 33 0.500 75.0 0.650

0.500 36 0.660 84.0 1

0.660 39 3.0 102.0 3 3 90 3 90

3.0 42 4.5 138.0 6 6 96 6 96

4.5 51 6.0 174.0 9 9 108 9 108

6.0 54 7.5 198.0 10 12 120 12 120

7.5 60 10.5 12 15 15 144

9.0 75 12.0 15 21 21 168

10.5 84 15.0 18 24 24 180

12.0 96 18.0 21 30 30 192

15.0 102 23.0 25 26 36 240

18.0 108 24.0 27 39 39 258

21.0 120 30.0 30 48 48 276

24.0 126 36.0 60 60 294

27.0 138 42.0 72 72 312

Frecuencia nominal:

• Los valores normalizados de las frecuencias están comprendidas entre 48

Hz y 62 Hz para todas las normas.

• Tensión máxima de operación de régimen continuo (MCOV) en kV r.m.s.

• Tensiones residuales para los diferentes impulsos.

• Corriente nominal de descarga.

• Tiempo de reacción.

• Capacidad de disipación de energía.

• Nivel de aislamiento.




Entre las características físicas están:

• Temperatura de operación.

• Peso del descargador.

• Distancias mínimas.

• Distancias máximas

• Clase especifica del dispositivo de alivio de presión.

• Configuración, área, y número de discos.

Otras especificaciones:

• Clase de puesta a tierra y verificación del buen estado de la misma.

• Características del sitio de instalación. [12]




2 TEORIA Y CONCEPTOS DE PRUEBAS DE CORRIENTES DE FUGA YTANGENTE DELTA A DESCARGADORES DE SOBRETENSION

2.1 DEFINICIONES GENERALES

2.1.1 Descargador de SobretensiónEs un dispositivo encargado de reducir la magnitud de las sobretensiones

transitorias, cuando éstas se representan en un sistema, a un valor tal que el

aislamiento del equipo protegido no está sometido a grandes esfuerzos mecánicos

y eléctricos que puedan conducir a su deterioro parcial y/o total; a su vez cumple

con la función de limitar y extinguir la corriente subsiguiente a la descarga de la

sobretensión. [3]

2.1.2 Elemento ValvularEs un resistor que a causa de su relación no lineal de corriente � voltaje, limita el

voltaje que pasa por las terminales del descargador, durante el flujo de la corriente

de descarga y contribuye a la limitación del flujo de corriente en condiciones

normales de voltaje potencia-frecuencia.

2.1.3 Descargador de Sobretensión ValvularEs un descargador que incluye un elemento valvular.

2.1.4 Descargador de Sobretensión de Oxido de ZincEs un descargador con una resistencia de óxido de zinc; esta resistencia da al

descargador la característica no lineal




2.1.5 Contador de DescargasEs un dispositivo diseñado para llevar el conteo de las descargas eléctricas

recibidas por el descargador de sobretensión.

2.1.6 SobretensiónEs una tensión generalmente de corta duración fase-fase o fase tierra, que excede

el valor máximo admisible de la tensión de servicio. Hay tres clases de

sobretensiones: temporales, externas e internas.

2.1.7 Sobretensión TemporalSon tensiones transitorias a frecuencia industrial, las cuales provienen de

fluctuaciones ya sea por el rechazo de cargas, sobrecarga de línea, fallas a tierra y

resonancia.

2.1.8 Sobretensión ExternaSon las causadas por descargas atmosféricas; estas tienen un frente de onda

extremadamente corto del orden de 1µs a 4µs.

2.1.9 Sobretensión InternaSon producidas por alteración funcional del propio sistema, éstas alteraciones se

presentan por operaciones de maniobra, manual y/o automática o por falla en el

mismo sistema. La apertura o cierre de interruptores suprime o incorpora

determinada parte de un circuito. Durante ésta maniobra tiene lugar un fenómeno

que se puede descomponer en dos etapas sucesivas: la primera es de

característica transitoria que se atenúa y desaparece; la segunda es una condición

de estado estacionario producto del cambio de las características estacionarias del

sistema. Dentro de las sobretensiones internas podemos citar las sobretensiones

a frecuencia industrial y las sobretensiones por maniobra.




2.1.10 ImpulsoEs una onda unipolar de voltaje o corriente sin oscilaciones apreciables, con

crecimiento rápido a un valor máximo y descenso usualmente más lento

acercándose a cero. Los parámetros que definen el impulso son la polaridad,

valor pico, tiempo de frente y tiempo de cola.

Vmax (V)

50% Vmax

1,2 50 Tiempo (µs)

FIGURA 13 – ONDA DE IMPULSO

La denominación de la forma de onda de un impulso se representa como T1/T2

donde T1 representa el tiempo de frente en µs y T2 el tiempo de cola en µs al 50%

del valor pico.

Internacionalmente se han normalizado estos valores como: 1.2/50 para impulsos

de tensión tipo rayo, 250/2500µs para impulsos de tensión tipo maniobra y 8/20 µs

para impulsos de corriente.




2.1.11 Descarga DisruptivaEs un fenómeno asociado con la falla de aislamiento, cuando este es sometido a

un esfuerzo eléctrico que trae como consecuencia un colapso de la tensión y el

paso de una alta corriente. Se pueden presentar dos clases de descargas

disruptivas, por perforación o por flameo.

2.1.12 Aislamiento ExternoEs el aislamiento de la parte externa del equipo y consiste en espacios de aire o

superficies aislantes a la intemperie, sujeto al mismo tiempo a esfuerzos

dieléctricos y afectado por las condiciones atmosféricas tales como humedad,

polvo, polución, etc., correspondiente a instalaciones convencionales.

2.1.13 Aislamiento InternoEs el aislamiento de la parte interna del equipo, comprende partes sólidas, líquidas

y gaseosas y está protegido de condiciones atmosféricas y demás condiciones

externas.

2.1.14 Nivel Básico de Aislamiento (BIL)Es el nivel físico de aislamiento expresado como el valor pico de un impulso

normalizado por descarga atmosférica.

2.1.15 Nivel Básico de Aislamiento por Maniobra (BSL)Es un nivel especifico de aislamiento expresado como el valor pico de impulso

normalizado por maniobra.

2.1.16 Tensión Nominal (Rated Voltaje).Es el valor eficaz máximo de la tensión alterna a frecuencia industrial ( entre 48 y

62 Hz.) o a tensión continua, que puede estar aplicada continuamente entre los

bornes del descargador de sobretensiones sin provocarle averías o alteraciones

en las características de operación. Además a esta tensión el pararrayo extingue




la corriente subsiguiente (residual), por lo que se conoce también como �tensión

de extinción del pararrayo''.

2.1.17 Voltaje Continuo de Operación (Uc)Es el valor eficaz del voltaje admisible que puede ser aplicado continuamente

entre los terminales del descargador.

2.1.18 Frecuencia NominalEs la frecuencia del sistema de potencia sobre la cual está diseñada la operación.

2.1.19 Corriente de PruebaDos corrientes de impulso normalizadas corresponden a los impulsos de corriente

del tipo exponencial. Una tiene un tiempo de frente virtual de 8 µs y un tiempo de

valor medio de 20 µs; este es descrito como un "impulso de corriente 8/20". El

otro tiene un tiempo de frente virtual de 4 µ s y un tiempo de valor medio de 10 µs.

2.1.20 Tensión de Descarga o ImpulsoEs el valor más alto de la tensión obtenido antes de la descarga durante un

impulso con forma de onda y polaridad dadas, aplicada entre los terminales de un

descargador.

2.1.21 Tiempo de DescargaEs el intervalo de tiempo entre el origen virtual y el instante de descarga del

descargador. El tiempo se expresa en microsegundos.

2.1.22 Tensión ResidualEs la tensión generada en los bornes del pararrayos al paso de un impulso de

corriente 8/20 µs. [3]




2.1.23 Armónicos

Los armónicos son componentes de voltaje y corriente a frecuencias mayores de

la frecuencia fundamental y surgen ante la presencia de equipos electrónicos,

ocasionando efectos nocivos en los elementos de un sistema eléctrico y

electrónicos.

2.2 INDICADORES DE DIAGNOSTICO DE DESCARGADORES DESOBRETENSION DE OXIDO METALICO

2.2.1 GeneralidadesAparte de algunas ocasiones, donde el descargador de sobretensión funciona

como un dispositivo limitador de sobrevoltaje, se espera que se porte como un

aislador. Las propiedades aislantes son esenciales para la vida del descargador

y para la confiabilidad de la operación del sistema de potencia. [9]

Varios métodos de diagnóstico e indicadores para analizar el posible deterioro o

falla de las propiedades aislantes se han venido utilizando desde la introducción

de los descargadores de sobretensión. El rango de los métodos de diagnostico va

desde indicadores de falla y desconectadores para indicar las fallas completas del

descargador, hasta instrumentos que pueden medir leves cambios en la

componente resistiva de la corriente de fuga o las pérdidas de potencia de los

descargadores de óxido de metal.

2.2.2 Indicadores de fallaLos indicadores de falla dan una clara indicación visual de un descargador en falla,

sin sacar el descargador de la línea. El dispositivo puede ser una parte integrada

del descargador, o una unidad separada instalada en serie con el descargador, el

principio de funcionamiento está usualmente basado en la amplitud y duración de

la corriente del descargador, o en la temperatura de los resistores no lineales de

óxido metálico.




2.2.3 DesconectadoresLos desconectadores casi siempre se utilizan en descargadores de media

tensión, dando una indicación visual de un descargador en falla para sacarlo del

sistema. El principio de trabajo es un dispositivo de explosión que se dispara por

la corriente de falla, sin embargo, el desconectador no extingue la corriente de

fuga. El desconectador debe ser una parte integral del descargador o una unidad

separada instalada en serie con el descargador. La ventaja del dispositivo es que

la línea continúa en operación después de sacar el descargador de

sobretensiones del sistema; la mayor desventaja es la falta de la protección de

sobrevoltaje hasta que el descargador en falla sea encontrado y reemplazado.

2.2.4 Contadores de DescargaEl contador de descarga opera a corrientes de impulso superiores a cierta

amplitud, o superiores a ciertas combinaciones de amplitud de corriente y

duración. Si el intervalo entre descargas es muy pequeño ( menor a 50 ms), los

contadores de descarga no contarán cada impulso de corriente. Algunos

contadores requieren flujo de corriente y no cuentan las corrientes pequeñas de

impulso a través del descargador de óxido metálico.

Dependiendo del principio de operación y la sensibilidad del contador, este dará

una indicación acerca de los sobrevoltajes que aparecen en el sistema, o puede

proveer información del numero de descargas correspondientes a impulsos de

energía significantes en el descargador. El contador no provee información

especifica acerca de la condición del descargador.

2.2.5 Monitoreo de los Cuernos de ArcoEl monitoreo de los cuernos de arco se utiliza para indicar el número, la amplitud

estimada y duración de las descargas eléctricas a través del descargador. Es

necesaria la experiencia para poder interpretar las marcas en el cuerno. Algunos

cuernos de arqueo pueden examinarse con el descargador en servicio, mientras




que otros tipos requieren que el descargador este desenergizado. Se requiere

que el descargador se encuentre equipado con un terminal de tierra aislado.

Alternativamente el dispositivo debe ser una parte integrada del descargador. [9]

2.3 MEDIDAS DE CORRIENTES DE FUGA EN PARARRAYOS DE OXIDOMETALICO

Cualquier deterioro de las propiedades aislantes de un descargador de óxido

metálico causará un incremento en la corriente resistiva de fuga o una pérdida de

potencia a valores dados de voltaje y temperatura. La mayoría de los métodos de

diagnóstico para determinar la condición de los descargadores de óxido de metal

se basan en medidas de la corriente de fuga.

Los procedimientos de medida se pueden dividir en dos grupos: medidas en línea,

donde el descargador está conectado al sistema y energizado con el voltaje de

servicio en condiciones normales de operación, y medida fuera de línea, donde el

descargador se desconecta del sistema y se energiza con una fuente de voltaje

externa en campo o en el laboratorio.

Las medidas fuera de línea se pueden realizar con fuentes de voltaje que son

especialmente adaptadas. Se obtiene una buena precisión utilizando los métodos

fuera de línea, teniendo suficiente voltaje para la prueba. Las mayores

desventajas son el costo del equipo y la necesidad de sacar el descargador del

sistema.

La medida realizada bajo condiciones normales de servicio es el método mas

común. Por razones prácticas y de seguridad, la corriente de fuga normalmente se

toma en la parte aterrizada del descargador de sobretensión. Para realizar las

medidas de corriente de fuga que fluye en la conexión de tierra, el descargador

debe estar equipado con un terminal de tierra aislado.




Las medidas de corrientes de fuga en línea se realizan utilizando instrumentos

portátiles o instalados permanentemente. Los instrumentos portátiles se conectan

usualmente al terminal de tierra del descargador por medio de una pinza o un

transformador de corriente. Las medidas a largo plazo de la corriente de fuga son

necesarias para investigaciones mas detalladas, especialmente si se revelan

cambios significativos en la condición de un descargador. Las medidas remotas

deben ser implementadas en sistemas computarizados para la supervisión de los

equipos de las subestaciones.

2.3.1 Propiedades de la Corriente de Fuga de Resistores no Lineales deOxido MetálicoLa corriente de fuga AC se puede dividir en una parte resistiva y una capacitiva, o

una componente capacitiva predominante y una pequeña parte resistiva. Esto se

puede ver en la figura 14, la cual muestra una medida típica de laboratorio de la

corriente de fuga de un resistor no lineal de óxido metálico cuando es energizado

Uc a un voltaje equivalente Uc para el descargador completo.

En la figura 15 se muestran los resultados de las medidas de las corrientes de

fuga realizadas en dos descargadores diferentes en servicio, a niveles de voltaje

ligeramente por debajo de Uc. La figura 15 también ilustra la influencia de niveles

diferentes de contenido armónico en el voltaje del sistema.




FIGURA 14 - CORRIENTE DE FUGA TIPICA DE UN RESISTOR NO LINEAL DE OXIDO METALICO,

EN LABORATORIO.Fuente: Norma IEC 6099

FIGURA 15 – CORRIENTES DE FUGA TIPICAS DE DESCARGADORES EN CONDICIONES DE

SERVICIO

Fuente: Norma IEC 6099

2.3.2 Corriente de Fuga CapacitivaLa corriente de fuga capacitiva medida en el terminal de tierra del descargador es

causada por la permisividad de los resistores no lineales de óxido metálico y las

capacitancias. La capacitancia especifica de un elemento resistor es 60




pF.kV/cm² a150 pF.kV/cm² (tensión nominal), resultando en una corriente de fuga

pico capacitiva de 0.2 mA a 3 mA bajo condiciones normales de servicio.

No hay evidencia que la corriente capacitiva puede cambiar significativamente con

el deterioro de la característica corriente voltaje de los resistores no lineales de

óxido metálico. Por lo tanto es difícil que las medidas de la corriente capacitiva

puedan indicar la condición de los descargadores de óxido metálico.

2.3.3 Corriente de Fuga ResistivaA valores dados de voltaje y temperatura, la componente resistiva de la corriente

de fuga es un indicador sensitivo de cambios en la característica corriente voltaje

de resistores no lineales de óxido metálico. La corriente resistiva puede ser

entonces utilizada como una herramienta para indicar el diagnóstico de cambios

en la condición de descargadores de óxido metálico en servicio. Las

características típicas de voltaje corriente resistivas y capacitivas para voltajes AC

se muestran en la figura 16, por comparación las características típicas para

voltajes DC también se muestran en la figura 16.

La componente resistiva bajo voltaje AC se define como el nivel de corriente en el

instante de máximo voltaje(dU/dt = 0), como se indica en la figura 14. La corriente

de fuga resistiva de un resistor no lineal de óxido no metálico se encuentra en el

orden de 5% a 20% de la corriente capacitiva bajo condiciones normales de

operación, correspondientes de 10µA a 600µA de corriente resistiva pico a

temperatura de 20°C.




FIGURA 16 – CARACTERISTICAS TIPICAS DE VOLTAJE-CORRIENTE PARA RESISTORES NO

LINEALES DE OXIDO METALICO


En la región de la corriente de fuga la corriente resistiva depende del voltaje y la

temperatura. Los valores típicos de voltaje y temperatura se indican en la figura

17 y 18, normalizados a Uc y a 20°C.




FIGURA 17 – VOLTAJE TIPICO NORMALIZADO, A 20 °CFuente: Norma IEC 6099




FIGURA 18 – TEMPERATURA NORMALIZADA TIPICA, A UC


La distribución de voltaje a través de un descargador puede ser desigual, primero,

con la influencia de capacitancias a tierra y a equipo adyacente. El voltaje a través

de los resistores no lineales de óxido metálico en la parte aterrizada del

descargador debe, entonces, desviarse en magnitud y fase del valor medio a lo

largo del descargador. Este fenómeno afecta la medida de la corriente resistiva de

fuga en dos formas: la corriente resistiva medida en la conexión de tierra




depende de la magnitud del voltaje a través de los resistores no lineales de óxido

de metal en la parte aterrizada. Sin embargo la corriente resistiva medida se

puede diferenciar de la corriente media resistiva a lo largo del descargador.

Segundo, el cambio de fase del voltaje a través de los resistores no lineales de

óxido metálico en la parte aterrizada, tiene influencia sobre el resultado de la

medida de la corriente resistiva para métodos que estén utilizando el voltaje a

través del descargador como referencia para el ángulo de fase.

Otro fenómeno similar que puede influenciar la medida de la corriente resistiva

cuando se utilizan ciertos métodos, es la corriente capacitiva inducida en el cable

de tierra del descargador por las fases adyacentes.

2.3.4 Armónicos en la Corriente de FugaLa característica no lineal de voltaje-corriente de los descargadores de óxido

metálico da aumento a los armónicos en la corriente de fuga cuando el

descargador esta energizado con un voltaje sinusoidal. El contenido armónico

depende de la magnitud de la corriente resistiva y el grado de no-linealidad, la

cual es una función del voltaje y la temperatura. Como un ejemplo, el contenido

del tercer armónico de la corriente resistiva es típicamente 10% al 40%. El

contenido del armónico puede, entonces, ser usado como un indicador de la

corriente resistiva. Los valores típicos de las variaciones con voltaje y temperatura

del tercer armónico se muestran en las figura 17 y 18.

Otra fuente de armónicos que puede influir considerablemente en la medida de

armónicos en la corriente de fuga, es el contenido de armónicos en el voltaje del

sistema. Las corrientes armónicas capacitivas producidas por los armónicos del

voltaje debe ser del mismo orden de magnitud a las corrientes armónicas creadas

por la resistencia no-lineal del descargador. Un ejemplo de armónicos en la

corriente de fuga causada por armónicos en el voltaje del sistema se muestra en la

figura 15.




2.3.5 Pérdida de PotenciaLa pérdida de potencia se utiliza para realizar el diagnóstico del descargador en la

misma forma que la corriente de fuga. Los valores típicos de pérdidas de

potencia, son 5mW/kV a 300 mW/kV (voltaje nominal) a Uc y 20°C. Las

características de temperatura y voltaje, son prácticamente iguales a las de la

corriente resistiva.

2.3.6 Corriente de Fuga SuperficialComo con cualquier aislador de campo, la corriente de fuga superficial externa

ocurre temporalmente en el aislamiento del descargador en lluvia o en condiciones

de alta humedad combinada con polución. Además, la corriente de fuga interna

superficial puede aparecer con penetración de humedad. Durante las medidas,

las corrientes superficiales pueden interferir con la corriente de fuga de los

resistores, sin embargo, la sensibilidad de las corrientes superficiales internas y

externas debe ser diferente para los diferentes métodos de medida. La influencia

de la corriente de fuga superficial externa puede ser corregida, realizando las

medidas en condiciones ambientales secas o otros métodos. [14]

2.4 MEDIDA DE LA CORRIENTE TOTAL DE FUGA

La corriente total de fuga depende principalmente de la corriente capacitiva, ya

que la parte resistiva es solamente una fracción de la componente capacitiva de la

corriente. Además, las componentes capacitivas y resistivas de la corriente

difieren en fase por 90°, por lo tanto, se necesita un largo incremento en la

corriente resistiva de los resistores no lineales de óxido metálico antes de un

cambio significativo; esto se observa en el nivel de corriente de fuga total

Las medidas en línea de la corriente total de fuga son utilizadas extensivamente

en la práctica por medio de medidores de mA que se encuentran en los




contadores de descargas modelo TXA o en instrumentos portátiles, mostrando el

valor R.M.S. de la corriente total de fuga.

La baja sensibilidad de los cambios en el nivel de la corriente resistiva hacen la

medida de la corriente de fuga apropiada para dar un diagnóstico.

2.4.1 Medida de la Corriente de Fuga Resistiva o de la Pérdida de Potencia

La parte resistiva de la corriente de fuga o las pérdidas de potencia pueden ser

determinadas utilizando varios métodos. Hay tres principios importantes que se

pueden dividir en diferentes grupos.

• Método A: medida directa de la corriente resistiva de fuga, este método se

divide en cuatro grupos dependiendo del método de extracción de la

componente resistiva de la corriente de fuga:

A1- Utilizando una señal de voltaje como referencia.

A2 - Compensando la componente capacitiva utilizando una señal de voltaje.

A3 - Compensando la componente capacitiva de la corriente de fuga, sin

utilizar una señal de voltaje.

A4 - Compensando la componente capacitiva de la corriente de fuga,

combinando las corrientes de las tres fases.

• Método B: determinación indirecta de la componente resistiva por medio de

un análisis de armónicos de la corriente de fuga. Este método se puede

dividir en diferentes grupos:

B1 - Análisis del tercer armónico de la corriente de fuga

B2 - Análisis del tercer armónico con compensación de los armónicos en el

voltaje del sistema.




B3 - Análisis del armónico de primer orden de la corriente de fuga.

• Método C: determinación directa de las pérdidas de potencia.

2.4.1.1 Método A1 – Utilizando un Voltaje como Señal de ReferenciaEl método consiste en utilizar una señal de referencia que represente el voltaje a

lo largo del descargador. La señal de referencia puede ser utilizada para leer

directamente la componente resistiva de la corriente de fuga en el instante en que

el voltaje esta en su pico dU/dt=o. El voltaje y el nivel de la corriente resistiva

puede ser leído con un osciloscopio o un dispositivo similar. Este método se utiliza

comúnmente en laboratorios para determinar con precisión la corriente resistiva,

siempre y cuando la señal de referencia sea accesible a través de un divisor de

voltaje con una pequeña desviación de fase.

Una restricción en el método durante las medidas en servicio se necesita para la

señal de referencia. La conexión temporal al lado secundario de un transformador

de potencial o al TAP capacitivo de un buje es necesaria y complicada de obtener.

Las corrientes capacitivas inducidas en la conexión de tierra del descargador por

las fases adyacentes puede reducir la precisión durante las mediciones en

servicio.

2.4.1.2 Método A2 – Compensación de la Componente CapacitivaUtilizando una Señal de VoltajeAl utilizar una señal de voltaje para compensar la corriente de fuga por su

componente capacitiva, la sensibilidad en la medida de la parte resistiva se puede

incrementar. El principio básico es un puente de alto voltaje donde el brazo

capacitivo-resistivo es ajustado para balancear la componente capacitiva de la

corriente de fuga, entonces la parte resistiva no lineal contribuye a la salida de

voltaje, la cual puede ser estudiada por medio de un osciloscopio.




El puente se balancea cuando el voltaje se acerca a cero y cuando la corriente

capacitiva está llegando a su pico. La capacitancia diferencial del descargador es

dependiente del voltaje y mientras la capacitancia del puente sea constante, la

corriente restante después de la compensación no solo incluye la corriente

resistiva, sino que también contiene una parte capacitiva. Este fenómeno se

muestra en la figura 19, como en el método A1, y la verdadera componente

resistiva se encuentra en el instante en que el voltaje está en su pico.

Como que el método requiere un voltaje de referencia, el cual es difícil de obtener

en servicio, el método es generalmente restringido en la misma forma que el

método A1. Similar al método A1 la precisión se puede reducir por desvíos de

fase en voltajes y corrientes debido a la influencia de las fases adyacentes.

FIGURA 19 – CORRIENTE RESTANTE DESPUES DE LA COMPENSACION POR UNA CORRIENTE

CAPACITIVA A UC.Fuente: Norma IEC 6099




2.4.1.3 Método A3 – Compensación de la Componente Capacitiva sinUtilizar una Señal de VoltajeEste es un método de compensación donde la necesidad de una señal de voltaje

es eliminada. El principio básico es que la señal de referencia de una frecuencia

fundamental se crea sintéticamente por medio de información derivada de la

corriente de fuga. Por el ajuste apropiado de la amplitud y del ángulo de fase, lo

cual se puede realizar automáticamente o utilizando un osciloscopio, la señal de

referencia puede ser producida para compensar la componente capacitiva de la

corriente de fuga. El método puede ser implementado con diversos grados de

sofisticación.

El método puede ser utilizado fácilmente para medidas en servicio. Un problema

potencial es la presencia de armónicos en el voltaje, los cuales causan corrientes

armónicas capacitivas que pueden interferir con la componente resistiva. Además,

la señal de compensación representa la corriente en una capacitancia lineal, la

cual implica el mismo tipo de problema de precisión que el método A2. Los

desvíos de fase en voltajes y corrientes causados por las fases adyacentes

pueden reducir la precisión como en los métodos A1 y A2.

2.4.1.4 Método A4 – Compensación Capacitiva, Combinando laCorriente de Fuga de las Tres FasesEl método se basa en el supuesto que las corrientes capacitivas se cancelan si las

corrientes de fuga de los descargadores en las tres fases se suman. La corriente

resultante se compone de armónicos de las corrientes resistivas de los tres

descargadores. Si hay un incremento en la corriente resistiva de algún

descargador de la corriente capacitiva sobrante constante, el incremento

aparecerá en la corriente sumada. Una señal de voltaje de referencia no se

necesita.

Para medidas en servicio, la mayor desventaja con el método es que las corriente

capacitivas de las tres fases generalmente no sean iguales. Solamente




controlando las geometrías como en los descargadores en subestaciones

encapsuladas a gas, la combinación de iguales capacitancias del descargador

proveen la simetría necesaria. Otro problema es la influencia de armónicos en el

sistema de voltaje los cuales causarán armónicos en la corriente sumada.

2.4.1.5 Método B1 – Análisis del Armónico de Tercer OrdenEl método se basa en el hecho de que los armónicos se crean en la corriente de

fuga por la característica no lineal de voltaje corriente del descargador. No se

necesita una referencia de voltaje desde que se asume que todos los armónicos

surgen de la corriente no lineal resistiva. El contenido de armónicos depende de

la magnitud de la corriente resistiva y del grado de no-linealidad de la

característica corriente � voltaje, por ejemplo el contenido de armónicos también

varía con el voltaje y la temperatura del descargador, como se indica para el

armónico de tercer orden de las figuras 17 y 18.

El tercer armónico es la componente mas grande del armónico de la corriente

resistiva y es el mas utilizado comúnmente para medidas de diagnóstico. La

conversión desde el armónico al nivel de corriente, se encuentra en la información

del fabricante o de medidas realizadas en laboratorio.

El método puede ser fácilmente utilizado para medidas en servicio, el principal

problema es la sensibilidad a los armónicos en el voltaje del sistema. Los

armónicos en el voltaje pueden crear corrientes armónicas capacitivas que se

pueden comparar en tamaño con las corrientes armónicas generadas por la

resistencia no lineal del descargador. Como resultado, el error en la corriente

armónica medida puede ser considerable si el contenido de armónico en el voltaje

es alto. Esto se ve en la figura 20, donde el error en la evaluación del tercer

armónico en la corriente de fuga es dado como función del contenido del tercer

armónico en el voltaje del sistema. La figura incluye los efectos de las diferentes

características de voltaje - corriente y capacitancias, como la influencia del ángulo

de fase del tercer armónico en el voltaje.




FIGURA 20 - ERROR EN LA EVALUACION DEL TERCER ARMONICO DE LA CORRIENTE DE FUGA

PARA DIFERENTES ANGULOS DE FASE DEL TERCER ARMONICO DEL VOLTAJE DEL

SISTEMA, CONSIDERANDO VARIAS CAPACITANCIAS Y CARACTERISTICAS DE VOLTAJE

CORRIENTE DE RESISTORES NO LINEALES DE OXIDO METALICO.Fuente: Norma IEC 6099

2.4.1.6 Método B2 – Análisis del Armónico de Tercer Orden conCompensación para Armónicos en el VoltajeEl método se basa en el mismo principio que el método B1, pero la sensibilidad a

los armónicos en el voltaje, se reduce en gran parte por la introducción de una

señal compensada de corriente para la corriente capacitiva del tercer armónico en




el descargador. La señal compensada de corriente se deriva de un probador de

campo situado en la base del descargador; después la corriente armónica inducida

en el probador por el campo eléctrico se resta de la corriente total del armónico. El

resultado es la corriente armónica generada por la corriente resistiva no lineal del

descargador. La conversión del tercer armónico a la corriente resistiva, requiere

información adicional del fabricante del descargador, como en el método B1. El

método es factible para medidas en servicio.

2.4.1.7 Método B3 – Análisis del Armónico del Primer OrdenLa componente fundamental de la corriente resistiva se obtiene por la filtración e

integración de la corriente de fuga, produciendo una señal proporcional a la

componente resistiva.

La influencia de armónicos en el voltaje del sistema durante medidas en servicio

es prácticamente eliminada por el uso fundamental de las componentes de

corriente y voltaje, la principal restricción del método es la necesidad de una señal

de voltaje.

2.4.1.8 Método C – Determinación Directa de las Pérdidas de PotenciaLa pérdida de potencia es la integral del producto de valores instantáneos del

voltaje y de la corriente de fuga dividida por el tiempo. La pérdida de potencia se

puede expresar en términos del producto del valor R.M.S. de la componente

resistiva de la corriente de fuga y el valor R.M.S. del voltaje a través del

descargador. La influencia de armónicos en el voltaje se reduce en gran parte

con un procedimiento de multiplicación e integración. La mayor desventaja es la

necesidad de una señal de voltaje. Como en los métodos A1 y A3, la precisión

durante las mediciones en servicio puede ser limitada por desvíos de fase en

voltajes y corrientes, causadas por las fases adyacentes.




2.4.2 Resumen de los Métodos de DiagnósticoLas experiencias de servicio con los diferentes métodos de diagnóstico son

resumidas en la tabla 5. La sensitividad, eficiencia del diagnóstico y experiencia de

servicio con los métodos de medidas de corriente de fuga se indican en la tabla 6.

[9]

Tabla 4 � Resumen de los métodos de diagnóstico


CONDICION DE

SERVICIOMETODO DE DIAGNOSTICO

Hors

roseau

En

roseau

EXPERIENCIA

DE SERVICIO

Indicador de Falla x limitada

Desconectador x Extensiva a)

Contador de Descarga x Extensiva

Monitoring spark gap x x Extensiva b)

Medida de la Temperatura x limitada

Medida de la Corriente de Fuga x

- Por medio de una fuente de

voltaje

- Utilizando el voltaje de servicio x

a) Con descargadores de sobretensiones de distribución

b) En algunos países




Tabla 5 � Propiedades de los métodos de medida de corrientes de fugaFuente: Norma IEC 6099

Ref

No

1 2 3 4 5.6

7 8.9

10 11

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rienc

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2.5 MEDIDAS DE TANGENTE DELTA EN DESCARGADORES DE OXIDOMETALICO

El método más común realizado en campo para verificar la condición del

aislamiento en equipos de alto voltaje, es la medida de las características

eléctricas AC fundamentales al voltaje de prueba del sistema. La característica

fundamental AC del aislamiento incluye: Pérdidas dieléctricas, factor de potencia

y capacitancia.

Cuando un dieléctrico esta sometido a una diferencia de tensión circula una

corriente que tiene tres componentes: una corriente capacitiva (Ic), una corriente

de absorción (IA) y una corriente de conducción (IR).

Cuando el dieléctrico está sometido a una tensión continua, la corriente total

disminuye con el tiempo, hasta alcanzar un valor constante correspondiente a la

corriente de fuga.

Si el dieléctrico está sometido a una tensión alterna, las tres corrientes que

determinan el valor total de corriente quedan establecidas durante todo el tiempo

que el dieléctrico está bajo la acción de la tensión alterna.

rAC IIII ++=

De acuerdo con lo anterior un dieléctrico se puede representar por medio del

siguiente circuito




FIGURA 21 – CIRCUITO DE UN DIELECTRICO

La corriente de absorción Ia, tiene dos componentes una activa I´a y otra

capacitiva I´´a, el diagrama vectorial de corriente es:

FIGURA 22 – DIAGRAMA VECTORIAL DE PERDIDAS EN DIELECTRICOS

El diagrama vectorial anterior también se le conoce como diagrama vectorial de

pérdidas en los dieléctricos bajo la acción de AC.




El diagrama vectorial anterior es la representación mas exacta, pero su aplicación

resulta laboriosa, por lo que para fines prácticos se emplea el diagrama vectorial

de pérdidas en dieléctricos simplificado:

FIGURA 23 – DIAGRAMA VECTORIAL DE PERDIDAS EN DIELECTRICOS SIMPLIFICADO

Del diagrama vectorial se tiene:

c

a

II

=δtan δtan'ca II =

En discusiones de pruebas del aislamiento se utiliza el término �factor de

disipación�. Para pequeñas pérdidas de aislamientos los valores de factor de

potencia (PF) y factor de disipación (DF) son esencialmente lo mismo. Sin

embargo, los valores de PF (coseno θ) y DF (tangente delta) divergen cuando se

vuelven numéricamente altas.

Para realizar estas pruebas se requiere que el aparato se aísle del sistema de

potencia. Se utilizan los terminales de prueba, los cuales permiten rapidez y

seguridad en el aislamiento de las terminales de los aparatos que están

conectados a la barra desenergizada.




También se requiere una fuente de voltaje (120 � 240V) e instrumentación, esto se

ha utilizado por muchos años, desde que la compañía de ingeniería Doble fue

pionera en 1929 del concepto de realizar pruebas de factor de potencia del

aislamiento en equipos de alto voltaje.

Lo que hace popular a este método de prueba es la aplicación al sistema de

aislamiento de todos los aparatos de alto voltaje del sistema de potencia.

Cuando ocurren cambios con el movimiento físico de los conductores,

deformación del aislamiento, deterioro y contaminación, entonces una o mas de

las características medibles fundamentales también cambia. [1]

2.5.1 ¿Qué es Aislamiento?Aislamiento, en sentido eléctrico, se refiere a lo que no conduce corriente con un

voltaje aplicado. Los materiales aislantes también llamados dieléctricos, se

encuentran en cada uno de los tres estados físicos:

- Gaseosos: vacío, aire, Sf6 (hexafloruro de sulfuro)

- Líquidos: aceite base hidrocarbono, aceite de silicona, agua destilada

- Sólidos: celulosa, porcelana, fenólicos.

Los aparatos y otros componentes de alto voltaje, utilizan una gran variedad de

materiales dieléctricos para obtener un sistema de aislamiento que tiene algunas

consideraciones: el sistema debe ser económicamente práctico, razonable en

tamaño y peso, con buenas propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas;

resistente al envejecimiento, compatible con otros materiales; fácil de construir,

transportar y probar; resistente al clima y a otros elementos.

Por lo tanto, a pesar de la cantidad de consideraciones que se deben tomar para

el diseño de los aparatos de alto voltaje, la principal función del aislamiento




eléctrico es prevenir los flameos y la conducción entre las partes metálicas del

equipo, operando a diferentes voltajes.

2.5.2 Pruebas de Campo de Aparatos de Alto Voltaje y Sistemas deAislamiento AsociadosEs importante entender los tres tipos básicos de medida de las pruebas de factor

de potencia; estos tres principios de medida se ilustran en la figura 24 y son (a)

prueba de especimen aterrizado (GST) sin el uso de guarda (GST _ GROUND),

(b) GST con guarda (GST _ GUARD) y (c) prueba de especimen sin aterrizar

(UST).




FIGURA 24 – LOS TRES CIRCUITOS BASICOS DE PRUEBA DOBLEFuente: DOBLE, A � C Dielectric-Loss, Power Factor and Capacitance Measurements as Aplied to

Insulation Systems of High-Voltage power Apparatus in the Field.




Es importante reconocer que las pruebas se consideran un sistema de aislamiento

con conexiones asociadas y con caminos de retorno; las pruebas revelan algunos

problemas no asociados con el aislamiento que se pueden resolver, sin embargo,

estas pruebas están diseñadas para indicar la condición en la que se encuentra el

aislamiento. Una ilustración simple, se da en la figura 25. [2]

FIGURA 25 – PRUEBA DOBLE EN UNA SECCION DE CABLE CON UNA RESISTENCIA ALTA EN LA

CONEXION DE TIERRA

Fuente: DOBLE, Op. Cit.. Pág 94

En la figura 25, una porción de la corriente total (IT� es la corriente opuesta IT),

produce pérdidas dieléctricas a través de Rx, las cuales son indistinguibles de las

pérdidas que ocurren en el aislamiento. Esto puede resultar en factor de potencia

y pérdidas altas y así entra en cuestión la integridad del cable. Después de

investigar el campo defectuoso puede ser descubierto y corregido, o reemplazar la

sección de cable. Si el campo esta completamente en circuito abierto el factor de

potencia puede ser normal por casualidad, pero la capacitancia medida puede




diferir. Dependiendo de la naturaleza y la localización de la falla, los resultados

pueden diferir cuando se prueba el cable del lado opuesto.

Por lo tanto las medidas de pérdidas dieléctricas AC, factor de potencia y

capacitancia proveen una herramienta simple y efectiva para detectar problemas

asociados con todas las clases de sistemas de aislamiento.

La prueba de Doble factor de potencia es extremadamente efectiva para

encontrar problemas en los descargadores de sobretensión, figura 26.

FIGURA 26 - DESCARGADOR DE SOBRETENSION TIPICO

Fuente: DOBLE, Op. Cit.. Pág 94

Desde el punto de vista de las pruebas, los descargadores de sobretensión son

aparatos relativamente simples. Ellos constan de una porcelana en la cual se

encuentran, unos cuernos de arco graduados y elementos valvulares no lineales.

Los sellos son utilizados para mantener la cavidad interna libre de humedad. Dos

problemas básicos ocurren con descargadores de sobretensión y cada uno afecta

las medidas de forma diferente. Primero, la humedad puede entrar en la

porcelana a través de un sello defectuoso. Con una acumulación de agua




suficiente, un descargador puede actuar como aislador, por fortuna, la humedad

se revela fácilmente en pérdidas anormales.

Segundo, algunas veces las partes internas del descargador se rompen,

descontinúan su desarrollo, o los elementos valvulares se deterioran o

desintegran. Estos problemas producen lecturas por debajo de lo normal en las

pérdidas dieléctricas. La siguiente tabla ofrece resultados típicos que se pueden

obtener por las dos clases de defectos:

Tabla 6 � Comparación de pruebas típicas de 10 kV y datos cuestionables de

descargadoresFuente: DOBLE, Op. Cit.. Pág 94

COMPARACIÓN DE PRUEBAS TIPICAS DE 10 KV Y DATOS CUESTIONABLES

DE DESCARGADORES

Corriente (µA) Watts

Unidad típica en buen

estado

230 0.050

Mismo tipo de unidad

contaminada por

humedad

260 0.2

Mismo tipo de humedad

con partes internas rotas

120 0.06

A causa del comportamiento no � lineal de los descargadores, es importante

realizar comparaciones entre unidades con pruebas a voltajes prescritos.

Sin embargo la prueba Doble no mide las características de protección de los

descargadores de sobretensión. [2]




3 PRUEBAS DE CORRIENTES DE FUGA Y TANGENTE DELTA ADESCARGADORES DE SOBRETENSION

3.1 PRUEBAS DE CAMPO Y SU SIGNIFICADO

Con excepción de las pruebas de impulso, las pruebas de campo abarcan las

características completas de protección de un descargador de sobretensión, estas

sin embargo son pruebas de las condiciones mecánicas y de las propiedades de

aislamiento de un descargador. La experiencia muestra que mientras estas no

sean pruebas de las características completas de protección de un descargador,

se pueden detectar fallas que afectan la capacidad para funcionar como un

dispositivo de protección . [3]

Las pruebas de campo a los descargadores de sobretensión son:

• Inspección visual

• Corriente del gradiente AC

• Pérdidas dieléctricas o tangente delta

• Resistencia de aislamiento DC

• Frecuencia-potencia soportando un impulso

• Voltaje de radio influencia

• Radio interferencia

• Impulso

• Corrientes de fuga




Tabla 7 � Pruebas de campo a descargadores de sobretensión

PRUEBAS DE CAMPO A DESCARGADORES DE SOBRETENSION

PRUEBASIGNIFICADO DE LA

PRUEBA

EQUIPO DE PRUEBA �

OBSERVACIONES

INSPECCION VISUAL

Indicación de la condición

física externa del

descargador

No necesita un equipo,

chequear los accesorios,

porcelanas y cemento

rotos, superficies sucias y

signos de descarga.

CORRIENTE DEL

GRADIENTE AC


del aislamiento del

descargador y sus

elementos considerando

la humedad, depósitos

extraños, corrosión,

resistores rotos y discos

perforados

Es necesario un probador

AC. Se mide la corriente

del gradiente a tensión

nominal y se compara con

datos anteriores de

prueba. El aumento o

descenso de los

resultados normales se

debe a una corriente de

fuga excesiva, resistores

cortocircuitados o rotos.

PERDIDAS

DIELECTRICAS

O

TANGENTE DELTA


del aislamiento del

descargador y sus



Es necesario un equipo

medidor de pérdidas

dieléctricas y factor de

potencia. Se compara las

pérdidas en vatios a




extraños, resistores rotos

y discos perforados.

voltaje de prueba con

datos anteriores de

pruebas o una tabla de

valores para unidades

similares

RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO DC


del aislamiento del

descargador y sus





Se necesita un equipo de

prueba DC de alto o bajo

voltaje. Registra la

resistencia de aislamiento,

la corriente de fuga y el

voltaje aplicado; los

resultados se comparan

con datos de pruebas

anteriores o datos

registrados para unidades

similares. Puede no ser

confiable a bajos voltajes

de prueba

FRECUENCIA �

POTENCIA

SOPORTANDO UN

IMPULSO


de los elementos de los

sellos, considerando

humedad, depósitos

extraños, corrosión.


prueba AC de alto

potencial. Comprobación

de el no flameo de los

sellos a voltajes mayores

a 1.5 veces la tensión

nominal. Comprobación

del flameo a voltajes por

encima de 1,5 veces la

tensión nominal. El flameo

puede ocurrir en




aproximadamente 1,5 a

2.0 veces el voltaje

nominal en unidades

modernas, y para

unidades viejas pueden

estar entre 3 a 4 veces la

tensión nominal. Esta

prueba solo se utiliza en

descargadores con sellos.

Las corrientes de

descarga y el tiempo de

aplicación para

sobrevoltajes, deben ser

limitadas para prevenir

sobrecalentamiento y

daños en los elementos

del descargador. Para el

diagnóstico se utilizan las

recomendaciones del

fabricante.

VOLTAJE DE RADIO-

INFLUENCIA


del aislamiento del

descargador y sus





El equipo de prueba se

describe en la norma

NEMA no. 107-1964. Los

limites recomendados de

prueba son listados en la

norma NEMA para

descargadores No. LA1-

1964, sección LA1-3.02.

se graba el voltaje de

radio-influencia en




microvoltios a tensión

nominal. Se verifica el

voltaje al cual comienza el

efecto corona.

RADIO-INTERFERENCIA


del aislamiento del

descargador y sus




y discos perforados

Es necesario un radio

portátil. Los resultados

son cualitativos no

cuantitativos.

IMPULSO

Es la única prueba que

evalúa la capacidad de la

unidad para funcionar

como un descargador

Se necesita un equipo

adecuado y no es

generalmente utilizado en

campo.

CORRIENTES DE FUGA


interna del aislamiento y

elementos valvulares


pruebas AC. Se mide la

corriente de fuga a voltaje

nominal.




4 NORMAS DE REFERENCIA

4.1 NORMAS NACIONALES

Tabla 8 - Norma NTC 4389FICHA DE NORMA TECNICA

Numero NTC 4389

Título español

DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES

(PARARRAYOS) DE OXIDO METALICO SIN

ESPACIADORES (WITHOUT GAPS) PARA SISTEMAS

DE CORRIENTE ALTERNA.

Título inglésMETAL OXIDE SURGE ARRESTERS WITHOUT GAPS

FOR A.C. SYSTEMS.

Fecha Ratificación 98-04-22

Sector INGENIERIA ELÉCTRICA

ICS 29.240.10

Comité técnico 383103

La norma NTC 4839 habla sobre los criterios mínimos que se deben tener en

cuenta para los ensayos realizados a descargadores de sobretensión de óxido

metálico, que se utilizarán en sistemas de corriente alterna.




Tabla 9 � Norma NTC 2166FICHA DE NORMA TÉCNICA

Numero NTC 2166

Título español

DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES DE

RESISTENCIA VARIABLE CON EXPLOSORES

PARA REDES DE CORRIENTE ALTERNA.

Título inglés

SURGE ARRESTERS. NON LINEAR RESISTOR

TYPE GAPPED SURGE ARRESTERS FOR A.C.

SYSTEMS.


Actualización PRIMERA

Sector INGENIERIA ELECTRICA

ICS 29.120.50

La norma NTC 2166 habla de los requisitos y criterios que se deben tener en

cuenta para descargadores de sobretensión de resistencia no-lineal con

explosores utilizados en sistemas de corriente alterna

4.2 NORMAS INTERNACIONALES

Tabla 10 � Norma IEC 60099FICHA DE NORMA TECNICA

Numero NTC 4389

Título inglésDIAGNOSTICS INDICATORS OF METAL OXIDE

ARRESTERS INSERVICE



ICS CDV 37/195, 37/216 RVC

Remplazada por CDV 37/195, 37/216 RVC




La norma IEC 60099, trata todos los métodos de diagnóstico en línea viva de

descargadores de sobretensión de resistencia no � lineal, también dice las

ventajas y desventajas de cada método. [18]

Tabla 11 - Norma IEC 60050-845FICHA DE NORMA TECNICA

Numero IEC 60050-845

Título inglés

INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL

VOCABULARY. LIGHTING


ICS 01.040.91, 91.160

Remplazada por CIE 17:4

Resumen

CONTIENE 950 TERMINOS Y DEFINICIONES PARA

PROMOVER LA ESTANDARIZACION

INTERNACIONAL EN EL USO DE SÍMBOLOS Y

TECNOLOGÍA EN EL CAMPO DE LAS DESCARGAS.

La norma IEC 60050-845 contiene los términos, definiciones y símbolos en todo el

campo de las descargas eléctricas, el fin de esta norma es promover la

estandarización internacional en el uso de símbolos y tecnologías en el campo ya

mencionado. [18]

Tabla 12 � Norma IEC 600-60FICHA DE NORMA TECNICA

Numero IEC 6000-60

Título español TÉCNICAS DE ENSAYO EN ALTA TENSIÓN

Título inglés HIGH-VOLTAGE TEST TECHNIQUES


ICS 17220.20, 19.080

Remplazada por IEC 60-3, IEC 60-4




La norma IEC 6000-60 es aplicable para todos los sistemas de medición y para

sus componentes. Utilizada para medidas de altos voltajes y corrientes durante

pruebas con voltaje directo, voltaje alterno, voltajes de impulso de descarga y de

conmutación y para pruebas con impulsos de corrientes o la combinación de

estas.

4.3 NORMAS PARTICULARES

• NORMAS DOBLE : la norma doble se aplica a los procedimientos de los

equipos fabricados por esta empresa, en el caso de la investigación se

aplica al equipo M4000. [2]




5 REALIZACION DE PRUEBAS Y CORRELACION DE DATOS

5.1 SELECCIÓN DE LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSION

Se realizó la selección de los descargadores de sobretensión teniendo en cuenta

los siguientes criterios:

• Accesibilidad a las subestaciones

• Ubicación de las subestaciones

• Marcas de los descargadores

• Tiempo de puesta en servicio

Se escogieron subestaciones en diferentes sitios por las características de

ubicación, por ejemplo zona residencial, zona industrial, a las afueras de la ciudad,

zona de alta polución. Las subestaciones seleccionadas fueron:

• S/E Salitre

• S/E Noroeste

• S/E Suba

• S/E Tunal

• S/E Veraguas

• S/E La paz

• S/E Muzu

• S/E Torca




Los descargadores seleccionados para el estudio son en su mayoría marca ASEA

de óxido de zinc, sin que esto quiera decir que las pruebas no se realicen en

descargadores de otras marcas.

También se escogieron descargadores de sobretensión de diferentes tiempos de

puesta en servicio para abarcar un grupo mas amplio de investigación.

5.2 PRUEBAS DE FABRICA REALIZADAS A LOS DESCARGADORES DESOBRETENSION DE OXIDO DE ZINC

A los descargadores de sobretensión de óxido de zinc nuevos, se les realizan

varias pruebas tipo para establecer un funcionamiento óptimo de los mismos y

demostrar categóricamente el cumplimiento con la normas establecidas para este

tipo de descargadores. Una vez efectuadas no es necesario repetirlas a menos

que el diseño cambie tanto como para modificar su funcionamiento o sean

exigidas por el cliente. Las pruebas tipo se deben hacer mínimo para un elemento

del lote.

5.2.1 Pruebas Tipo

5.2.1.1 Tensión ResidualEsta prueba demuestra cuanto es el valor de tensión encontrado entre los

terminales del descargador de sobretensión cuando por él cruza la corriente de

descarga.

5.2.1.2 Tensión Soportada por el Aislamiento de la Porcelana (1.2/50µs) La prueba de tensión soportada por el aislamiento de la porcelana (1.2/50µs),

demuestra la capacidad de la cubierta de porcelana para soportar los esfuerzos de

tensión en condiciones secas y húmedas.




5.2.1.3 Prueba de Impulso de Corriente (alta corriente corta duración y bajacorriente larga duración)

La prueba de alta corriente se hace para verificar la estabilidad mecánica de los

explosores, la capacidad de las resistencias contra el flameo y la estabilidad

térmica para caídas cercanas o directas de rayos.

La prueba de baja corriente es una medida del poder de absorción de energía del

descargador de sobretensión y permite la comparación de calidad del mismo.

5.2.1.4 Prueba del Ciclo de TrabajoEsta prueba demuestra la estabilidad térmica del descargador de sobretensión

bajo condiciones definidas de tensión, frecuencia e impedancia.

5.2.1.5 Prueba del Elemento de DesconexiónPara descargadores de sobretensión provistos de un desconector, esta prueba

demuestra que este elemento sirve correctamente.

5.2.1.6 Prueba de Alivio de PresiónEn descargadores de sobretensión provistos de dispositivos de alivio de presión,

esta prueba determina la habilidad del descargador para soportar corrientes de

cortocircuito sin que se presenten violentas rupturas de porcelana.

5.2.1.7 Prueba de ContaminaciónEsta prueba es hecha para demostrar como las partes internas del descargador de

sobretensión son capaces de soportar la contaminación sin presentar ningún

cambio en sus características de operación y que en el aislamiento externo no se

presente disrupción.




5.2.2 Pruebas de AceptaciónEste tipo de pruebas se realizan para demostrar las características definidas de

los descargadores de sobretensión comprados a los diferentes fabricantes por

parte de las empresas que requieran este tipo de elementos de protección en las

subestaciones. Estas pruebas son:

• Medida del voltaje de referencia.

• Tensión residual medida sobre el descargador de sobretensión completo o

en secciones de éste.

• Prueba de descargas parciales.

5.2.3 Pruebas EspecialesEste tipo de pruebas se realizan para determinar que el descargador de

sobretensión puede trabajar durante largo tiempo bajo condiciones extremas de

servicio, dentro de estas pruebas se tienen:

• Prueba de trabajo.

• Prueba de corrosión rápida.

• Prueba con cambios de temperatura.

• Pruebas de movimientos sísmicos.[12]




5.3 REALIZACION DE LA PRUEBA DE CORRIENTE DE FUGALa prueba de corriente de fuga, indica la condición interna del aislamiento, sellos y

elementos valvulares

5.3.1 Equipo de Prueba LCM

FIGURA 27 – EQUIPO DE PRUEBA LCM MARCA TRANSINOR

Fuente: TRANSINOR, LCM Handbook

5.3.2 Objetivos del Monitoreo de Corrientes de Fuga

Los MOSAS (metal oxide surge arresters) en servicio normal están expuestos a

diferentes clases de tensiones como el voltaje normal de operación, sobrevoltajes

por maniobra, sobrevoltajes por descargas atmosféricas y por polución externa.




Todas estas tensiones juntas o separadas por diferentes combinaciones pueden

causar un incremento en la componente resistiva de la corriente de fuga continua

a través del descargador. Este incremento puede exceder el limite crítico y causar

una falla en el descargador, en cambio si el voltaje rateado en el descargador ha

sido seleccionado muy bajo o si ocurren casos de falla no muy apropiados y

convenientes que causen sobrevoltajes temporales muy altos en el sistema.

Un dispositivo de monitoreo conveniente que indica la condición de operación real

del MOSA puede ayudar a prevenir fallas en el descargador. El LCM puede

guardar regularmente la componente resistiva de la corriente de fuga en

condiciones actuales de operación del descargador por un largo periodo de

tiempo, lo cual significa que la información necesaria para juzgar la condición

normal del MOSA esta disponible. [5]

5.3.3 Esquema de Conexión de la Prueba de Corrientes de Fuga

FIGURA 28 – ESQUEMA DE CONEXION PRUEBA DE CORRIENTES DE FUGA

Fuente: TRANSINOR, LCM Handbook




5.4 REALIZACION DE LA PRUEBA DE TANGENTE DELTA

La prueba de tangente delta indica la condición del aislamiento del descargador y

sus elementos considerando la humedad, depósitos extraños, resistores rotos y

discos perforados.

5.4.1 Equipo de Prueba M4000

FIGURA 29 – EQUIPO DE PRUEBA M4000 MARCA DOBLE.Fuente: DOBLE, M4000 Handbook

5.4.2 Objetivo de la Prueba de Tangente Delta

Esta prueba se realiza con el propósito de verificar las condiciones en las que se

encuentra el aislamiento y la geometría del equipo, para determinar si las

corrientes de fuga, perdidas de capacitancia y factor de potencia se encuentran

entre los rangos establecidos por el fabricante o por estadísticas de pruebas

realizadas a equipos similares.




5.4.3 Esquema de Conexión de la Prueba de Tangente Delta

FIGURA 30 – ESQUEMA DE CONEXION PRUEBA DE TANGENTE DELTA

Fuente: Informe Práctica Profesional, Norma Torres




5.5 DATOS DE LAS MEDIDAS DE TANGENTE DELTA Y CORRIENTE DEFUGA

Tabla 13 � Datos medidos de tangente delta

SUBESTACIÓN SALITRENro MODULO MARCA TIPO MEDICION de Tang. δ

1 D1-A ASEA XAE96AS 0.012

2 D1-B ASEA XAE96BS 0.051

3 D1-C ASEA XAE96AS 0.031


5 D2-B ASEA XAE96AS 0.052





SUBESTACIÓN NOROESTE10 TJ-A ASEA XAP123A3 0.069

11 TJ-B ASEA XAP123A3 0.063

12 TJ-C ASEA XAP123A3 0.071

13 BL-A ASEA XAP123A3 0.048

14 BL-B ASEA XAP123A3 0.048

15 BL-C ASEA XAP123A3 0.048

16 BL2-A ASEA XAP123A3 0.049

17 BL2B ASEA XAP123A3 0.055

18 BL2-C ASEA XAP123A3 0.054

19 FO-A ASEA XAP123A3 0.051

20 FO-B ASEA XAP123A3 0.051

21 FO-C ASEA XAP123A3 0.052

SUBESTACION BOLIVIA22 D1-A SORESTER ZSE-C22 0.143




23 D1-B SORESTER ZSE-C22 0.142

24 D1-C SORESTER ZSE-C22 0.134

SUBESTACION TORCA25 D1-A SORESTER ZSE-C22 0.133

26 D1-B SORESTER ZSE-C22 0.130

27 D1-C SORESTER ZSE-C22 0.135

28 D2-A ABB EXLIM 0.051

29 D2-B ABB EXLIM 0.053

30 D2-C ABB EXLIM 0.052

0.020 C.S.31 AU1-A ASEA XAD96S

0.087 C.I.

0.021 C.S.32 AU1-B ASEA XAD96S

0.069 C.I.

0.019 C.S.33 AU1-C ASEA XAD96S

0.062 C.I.

34 AU2-A ASEA XAE96AS 0.022

35 AU2-B ASEA XAE96AS 0.019

36 AU2-C ASEA XAE96AS 0.024

0.021 C.S.37 CT-A ASEA XAD96S

0.092 C.I.

0.018 C.S.38 CT-B ASEA XAD96S

0.064 C.I.

0.019 C.S39 CT-C ASEA XAD96S

0.058 C.I.

40 CL-A ASEA XAE96AS 0.028

41 CL-B ASEA XAE96AS 0.021

42 CL-C ASEA XAE96AS 0.020

0.019 C.S43 ISA2-A ASEA XAD96S

0.067 C.I

0.022 C.S.44 ISA2-B ASEA XAD96S

0.069 C.I.




0.020 C.S.45 ISA2-C ASEA XAD96S

0.069 C.I.


0.053 C.I.

0.018 C.S47 ISA1-B ASEA XAD96S

0.061 C.I.

0.021 C.S48 ISA1-C ASEA XAD96S

0.061 C.I.

0.021 C.S.49 ISA3-A ASEA XAD96S

0.065 C.I.


0.066 C.I.


0.066 C.I.

SUBESTACION SUBA0.021 C.S.52 AU-A ASEA XAD96S

0.064 C.I.

0.019 C.S.53 AU-B ASEA XAD96S

0.065 C.I.

0.021 C.S.54 AU-C ASEA XAD96S

0.067 C.I.

SUBESTACION TUNAL55 D2-A ASEA XAE96BS 0.057


57 D2-C ASEA XAE96BS 0.049

58 BO-A ASEA XAE96BS 0.047

59 BO-B ASEA XAE96BS 0.049

60 BO-C ASEA XAE96BS 0.051

61 VE-A ASEA XAE96BS 0.044

62 VE-B ASEA XAE96BS 0.046

63 VE-C ASEA XAE96BS 0.056




64 MZ-A ASEA XAE96BS 0.048

65 MZ-B ASEA XAE96BS 0.047

66 MZ-C ASEA XAE96BS 0.045

SUBESTACION LA PAZ67 SA-A SORESTER ZSE-C22 0.112

68 SA-B ASEA XAE96AS 0.028

69 SA-C ASEA XAE96AS 0.031

70 LA-A OHIO BRASS MPRH 12.83

71 LA-B OHIO BRASS MPRH 11.52

72 LA-C OHIO BRASS MPRH 15.26

73 CT-A ASEA XAE96AS 0.032

74 CT-B ASEA XAE96AS 0.032

75 CT-C ASEA XAE96AS 0.032

76 VE-A ASEA XAE96AS 0.026

77 VE-B ASEA XAE96AS 0.032

78 VE-C ASEA XAE96AS 0.024




82 D2-A WESTINGHOUSE WMX 0.058

83 D2-B WESTINGHOUSE WMX 0.061

84 D2-C WESTINGHOUSE WMX 0.069

SUBESTACION MUZU85 VE-A ASEA XAE96AS 0.034



88 SC-A ASEA XAE96AS 0.027

89 SC-B ASEA XAE96AS 0.025

90 SC-C ASEA XAE96AS 0.024

91 TU-A ASEA XAE96AS 0.076

92 TU-B ASEA XAE96AS 0.046




93 TU-C ASEA XAE96AS 0.021

0.004 C.S.94 D1-A LIGHTNING ARRESTER 2CM96

0.030 C.I.

0.006 C.S.95 D1-B LIGHTNING ARRESTER 2CM96

0.030 C.I.

-0.136 C.S.96 D1-C LIGHTNING ARRESTER 2CM96

4.349 C.I.

SUBESTACION VERAGUAS97 MZ-A ASEA XAE96S 0.026

98 MZ-B ASEA XAE96S 0.026

99 MZ-C ASEA XAE96S 0.021

0.002 C.S.100 TU-A EMP 2CM96

1.598 C.I.

0.019 C.S.101 TU-B ASEA XAD96S

0.064 C.I.

0.018 C.S.102 TU-C EMP 2CM96

0.062 C.I.

103 LP-A SORESTER ZCE � C2 0.121

104 LP-B SORESTER ZCE � C2 0.113

105 LP-C SORESTER ZCE � C2 0.122

Tabla 14 � Datos medidos de corriente de fuga

SUBESTACIÓN SALITRENro MODULO MARCA TIPO MEDICION I DE FUGA

(P.U)

1 D1-A ASEA XAE96AS 2

2 D1-B ASEA XAE96BS 2

3 D1-C ASEA XAE96AS 2,1

4 D2-A ASEA XAE96AS 1

5 D2-B ASEA XAE96AS 1




6 D2-C ASEA XAE96AS < 1


8 D3-B ASEA XAE96AS 1


SUBESTACION NOROESTE10 TJ-A ASEA XAP123A3 1.4

11 TJ-B ASEA XAP123A3 1.3

12 TJ-C ASEA XAP123A3 1.6

13 BL-A ASEA XAP123A3 1.4

14 BL-B ASEA XAP123A3 1.3

15 BL-C ASEA XAP123A3 1.5

16 BL2-A ASEA XAP123A3 2.0

17 BL2B ASEA XAP123A3 2.1

18 BL2-C ASEA XAP123A3 2.3

19 FO-A ASEA XAP123A3 2.3

20 FO-B ASEA XAP123A3 2.3

21 FO-C ASEA XAP123A3 2.6

SUBESTACIÓN BOLIVIA22 D1-A SORESTER ZSE-C2Z 2.6

23 D1-B SORESTER ZSE-C2Z 2.8

24 D1-C SORESTER ZSE-C2Z 5.7

SUBESTACIÓN TORCA25 D1-A SORESTER ZSE-C2Z 1.7

26 D1-B SORESTER ZSE-C2Z 1.9

27 D1-C SORESTER ZSE-C2Z 1.8

28 D2-A ABB EXLIM 1.6

29 D2-B ABB EXLIM < 1

30 D2-C ABB EXLIM < 1

31 AU1-A ASEA XAD96S 4.2

32 AU1-B ASEA XAD96S 2.9

33 AU1-C ASEA XAD96S 3.6




34 AU2-A ASEA XAE96AS 4.1

35 AU2-B ASEA XAE96AS 3.6

36 AU2-C ASEA XAE96AS 3.3

37 CT-A ASEA XAE96AS 4.4

38 CT-B ASEA XAE96AS 11.9

39 CT-C ASEA XAE96AS 2.9

40 CL-A ASEA XAE96AS 4.7

41 CL-B ASEA XAE96AS 3.7

42 CL-C ASEA XAE96AS 3.1

43 ISA2-A ASEA XAD96S 4.4

44 ISA2-B ASEA XAD96S 4.4

45 ISA2-C ASEA XAD96S 2.6







SUBESTACION SUBA52 AU-A ASEA XAD96S 2.6

53 AU-B ASEA XAD96S 5.2

54 AU-C ASEA XAD96S 3.3

SUBESTACIÓN TUNAL55 D2-A ASEA XAE96BS 12.9


57 D2-C ASEA XAE96BS 11.1

58 BO-A ASEA XAE96BS 11.9

59 BO-B ASEA XAE96BS 11.3

60 BO-C ASEA XAE96BS 13.4

61 VE-A ASEA XAE96BS < 1

62 VE-B ASEA XAE96BS < 1




63 VE-C ASEA XAE96BS < 1

64 MZ-A ASEA XAE96BS < 1

65 MZ-B ASEA XAE96BS < 1

66 MZ-C ASEA XAE96BS < 1

SUBESTACIÓN LA PAZ67 SA-A SORESTER ZSE-C2Z 1.4

68 SA-B ASEA XAF96AS 8.4

69 SA-C ASEA XAF96AS 7.4

70 CT-A ASEA XAF96AS 4.0

71 CT-B ASEA XAF96AS 3.5

72 CT-C ASEA XAF96AS 6.6

73 VE-A ASEA XAF96AS 4.6

74 VE-B ASEA XAF96AS 4.0

75 VE-C ASEA XAF96AS 8.1

76 D1-A ASEA XAF96AS 3.8

77 D1-B ASEA XAF96AS 2.5

78 D1-C ASEA XAF96AS 2.7

79 D2-A WESTINGHOUSE WMX < 1

80 D2-B WESTINGHOUSE WMX < 1

81 D2-C WESTINGHOUSE WMX < 1

SUBESTACION MUZU82 VE-A ASEA XAE96AS 24.5



85 SC-A ASEA XAE96AS 3.7

86 SC-B ASEA XAE96AS 2.9

87 SC-C ASEA XAE96AS 3.0

88 TU-A ASEA XAE96AS 3.3

89 TU-B ASEA XAE96AS 4.6

90 TU-C ASEA XAE96AS 3.0




91 D1-A LIGHTNING

ARRESTER

2CM96 4.4

92 D1-B LIGHTNING

ARRESTER

2CM96 5.8

93 D1-C LIGHTNING

ARRESTER

2CM96 2.6

SUBESTACION VERAGUAS94 MZ-A ASEA XAE96S 2.6

95 MZ-B ASEA XAE96S 7.1

96 MZ-C ASEA XAE96S 3.5

97 TU-A EMP 2CM96 < 1

98 TU-B ASEA XAD96S 3

99 TU-C EMP 2CM96 < 1

100 LP-A SORESTER ZCE � C2 3.9

101 LP-B SORESTER ZCE � C2 < 1

102 LP-C SORESTER ZCE � C2 < 1

Tabla 15 - Datos de las pruebas de corriente de fuga en µA VS tangente delta en

mW.

SUBESTACIÓN SALITRENro MODULO MARCA TIPO TANG δ (mW) I DE FUGA (µA)

1 D1-A ASEA XAE96AS 0.012 100

2 D1-B ASEA XAE96BS 0.051 100

3 D1-C ASEA XAE96AS 0.031 105

4 D2-A ASEA XAE96AS 0.052 50

5 D2-B ASEA XAE96AS 0.052 50

6 D2-C ASEA XAE96AS 0.055 < 50




7 D3-A ASEA XAE96AS 0.141 75

8 D3-B ASEA XAE96AS 0.064 50

9 D3-C ASEA XAE96AS 0.067 60

SUBESTACIÓN NOROESTE10 TJ-A ASEA XAP123A3 0.069 70

11 TJ-B ASEA XAP123A3 0.063 65

12 TJ-C ASEA XAP123A3 0.071 80

13 BL-A ASEA XAP123A3 0.048 70

14 BL-B ASEA XAP123A3 0.048 65

15 BL-C ASEA XAP123A3 0.048 75

16 BL2-A ASEA XAP123A3 0.049 100

17 BL2B ASEA XAP123A3 0.055 105

18 BL2-C ASEA XAP123A3 0.054 115

19 FO-A ASEA XAP123A3 0.051 115

20 FO-B ASEA XAP123A3 0.051 115

21 FO-C ASEA XAP123A3 0.052 130

SUBESTACION BOLIVIA22 D1-A SORESTER ZSE-C2Z 0.143 130

23 D1-B SORESTER ZSE-C2Z 0.142 140

24 D1-C SORESTER ZSE-C2Z 0.134 285

SUBESTACION TORCA25 D1-A SORESTER ZSE-C2Z 0.133 85

26 D1-B SORESTER ZSE-C2Z 0.130 95

27 D1-C SORESTER ZSE-C2Z 0.135 90

28 D2-A ABB EXLIM 0.051 80

29 D2-B ABB EXLIM 0.053 < 50

30 D2-C ABB EXLIM 0.052 < 50

0.020 C.S.31 AU1-A ASEA XAD96S

0.087 C.I.

210

0.021 C.S.32 AU1-B ASEA XAD96S

0.069 C.I.

145




0.019 C.S.33 AU1-C ASEA XAD96S

0.062 C.I.

180

34 AU2-A ASEA XAE96AS 0.022 205

35 AU2-B ASEA XAE96AS 0.019 180

36 AU2-C ASEA XAE96AS 0.024 165

0.021 C.S.37 CT-A ASEA XAE96AS

0.092 C.I.

220

0.018 C.S.38 CT-B ASEA XAE96AS

0.064 C.I.

595

0.019 C.S39 CT-C ASEA XAE96AS

0.058 C.I.

145

40 CL-A ASEA XAE96AS 0.028 235

41 CL-B ASEA XAE96AS 0.021 185

42 CL-C ASEA XAE96AS 0.020 155


0.067 C.I.

220


0.069 C.I.

220


0.069 C.I.

130


0.053 C.I.

205

0.018 C.S47 ISA1-B ASEA XAD96S

0.061 C.I.

175

0.021 C.S48 ISA1-C ASEA XAD96S

0.061 C.I.

135


0.065 C.I.

175


0.066 C.I.

365


0.066 C.I.

160




SUBESTACION SUBA0.021 C.S.52 AU-A ASEA XAD96S

0.064 C.I.

130

0.019 C.S.53 AU-B ASEA XAD96S

0.065 C.I.

260

0.021 C.S.54 AU-C ASEA XAD96S

0.067 C.I.

165

SUBESTACION TUNAL55 D2-A ASEA XAE96BS 0.057 645

56 D2-B ASEA XAE96BS 0.054 570

57 D2-C ASEA XAE96BS 0.049 555

58 BO-A ASEA XAE96BS 0.047 595

59 BO-B ASEA XAE96BS 0.049 565

60 BO-C ASEA XAE96BS 0.051 670

61 VE-A ASEA XAE96BS 0.044 < 50

62 VE-B ASEA XAE96BS 0.046 < 50

63 VE-C ASEA XAE96BS 0.056 < 50

64 MZ-A ASEA XAE96BS 0.048 < 50

65 MZ-B ASEA XAE96BS 0.047 < 50

66 MZ-C ASEA XAE96BS 0.045 < 50

SUBESTACION LA PAZ67 SA-A SORESTER ZSE-C2Z 0.112 70

68 SA-B ASEA XAF96AS 0.028 420

69 SA-C ASEA XAF96AS 0.031 370

70 LA-A OHIO BRASS MPRH 12.83 < 50

71 LA-B OHIO BRASS MPRH 11.52 < 50

72 LA-C OHIO BRASS MPRH 15.26 < 50

73 CT-A ASEA XAF96AS 0.032 200

74 CT-B ASEA XAF96AS 0.032 175

75 CT-C ASEA XAF96AS 0.032 330




76 VE-A ASEA XAF96AS 0.026 230

77 VE-B ASEA XAF96AS 0.032 200

78 VE-C ASEA XAF96AS 0.024 405

79 D1-A ASEA XAF96AS 0.021 190

80 D1-B ASEA XAF96AS 0.022 125

81 D1-C ASEA XAF96AS 0.035 135

82 D2-A WESTINGHOUSE WMX 0.058 < 50

83 D2-B WESTINGHOUSE WMX 0.061 < 50

84 D2-C WESTINGHOUSE WMX 0.069 < 50

SUBESTACION MUZU85 VE-A ASEA XAE96AS 0.034 1225

86 VE-B ASEA XAE96AS 0.030 405

87 VE-C ASEA XAE96AS 0.036 1215

88 SC-A ASEA XAE96AS 0.027 185

89 SC-B ASEA XAE96AS 0.025 145

90 SC-C ASEA XAE96AS 0.024 150

91 TU-A ASEA XAE96AS 0.076 165

92 TU-B ASEA XAE96AS 0.046 230

93 TU-C ASEA XAE96AS 0.021 150

0.004 C.S.94 D1-A LIGHTNING

ARRESTER

2CM96

0.030 C.I.

220

0.006 C.S.95 D1-B LIGHTNING

ARRESTER

2CM96

0.030 C.I.

290

-0.136 C.S.96 D1-C LIGHTNING

ARRESTER

2CM96

4.349 C.I.

130

SUBESTACION VERAGUAS97 MZ-A ASEA XAE96S 0.026 130

98 MZ-B ASEA XAE96S 0.026 355

99 MZ-C ASEA XAE96S 0.021 175

0.002 C.S.100 TU-A EMP 2CM96

1.598 C.I.

< 50




0.019 C.S.101 TU-B ASEA XAD96S

0.064 C.I.

150

0.018 C.S.102 TU-C EMP 2CM96

0.062 C.I.

< 50

103 LP-A SORESTER ZCE � C2 0.121 195

104 LP-B SORESTER ZCE � C2 0.113 < 50

105 LP-C SORESTER ZCE � C2 0.122 < 50

5.6 CORRELACION DE DATOS

La correlación de los datos de corriente de fuga y tangente delta de hará por

medio de tablas y gráficas en las cuales se recogen los datos de prueba de cada

descargador de sobretensión; en las tablas también se encuentra el porcentaje al

límite máximo, este es el valor de corriente de fuga o tangente delta en porcentaje

que le hace falta al descargador para llegar al límite superior en cada familia de

descargador. El total es el promedio de los porcentajes anteriormente calculados.

5.6.1 Descargadores de Sobretensión de una Cámara, Datos de cos θθθθ

5.6.1.1 Descargadores Marca ABB Tipo EXLIM

Tabla 16 � Descargadores tipo EXLIM, datos de tangente delta

MARCA TIPO MEDIDA (W)% al límite

máximo

ABB EXLIM 0,051 89,5%

ABB EXLIM 0,053 93,0%

ABB EXLIM 0,052 91,2%

91,2%

Limite superior 0.05

Limite inferior 0.057




ABB TIPO EXLIM

0,045

0,047

0,049

0,051

0,053

0,055

0,057

0,059

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

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 31 - GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES TIPO EXLIM

5.6.1.2 Descargadores Marca WESTINGHOUSE Tipo WMX

Tabla 17 � Descargadores westinghouse datos de tangente delta


máximo

WESTINGHOUSE WMX 0,058 6,4%WESTINGHOUSE WMX 0,061 6,7%WESTINGHOUSE WMX 0,069 7,6%

6,9%

LIMITESLIMITE INFERIOR 0,05

LIMITE SUPERIOR 0,912




WESTINGHOUSE

0,05

0,055

0,06

0,065

0,07

0,075

0,08

0,085

0,09

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

DATO

FIGURA 32 – GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES TIPO WESTINGHOUSE

5.6.1.3 Descargadores Marca SORESTER Tipo ZSE-C22

Tabla 18 � Descargadores SORESTER, datos de tangente delta

MARCA TIPO MEDIDA (W)% al límitemáximo

SORESTER ZSE-C22 0,12185,2%













90,5%



SORESTER TIPO ZSE-C22

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,13

0,15

0 2 4 6 8 10 12

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 33 – GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES SORESTER




5.6.1.4 Descargadores Marca ASEA Tipo XAP123A3

Tabla 19 � Descargadores XAP123A3, datos de tangente delta


máximo

ASEA XAP123A3 0,069 116,9%

ASEA XAP123A3 0,063 106,8%

ASEA XAP123A3 0,071 120,3%

ASEA XAP123A3 0,048 81,4%

ASEA XAP123A3 0,048 81,4%

ASEA XAP123A3 0,048 81,4%

ASEA XAP123A3 0,049 83,1%

ASEA XAP123A3 0,055 93,2%

ASEA XAP123A3 0,054 91,5%

ASEA XAP123A3 0,051 86,4%

ASEA XAP123A3 0,051 86,4%

ASEA XAP123A3 0,052 88,1%

93,1%






ASEA TIPO XAP123A3

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0,055

0,06

0,065

0,07

0,075

0,08

0 2 4 6 8 10 12 14

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 34 – GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES XAP123A3

5.6.1.5 Descargadores Marca ASEA Tipo XAE96BS

Tabla 20 � Descargadores XAE96BS, datos de tangente delta


máximo

ASEA XAE96BS 0,051 104,1%

ASEA XAE96BS 0,057 116,3%

ASEA XAE96BS 0,054 110,2%

ASEA XAE96BS 0,049 100,0%

ASEA XAE96BS 0,047 95,9%

ASEA XAE96BS 0,049 100,0%

ASEA XAE96BS 0,051 104,1%




ASEA XAE96BS 0,044 89,8%

ASEA XAE96BS 0,046 93,9%

ASEA XAE96BS 0,056 114,3%

ASEA XAE96BS 0,048 98,0%

ASEA XAE96BS 0,047 95,9%

ASEA XAE96BS 0,045 91,8%

101,1%



ASEA XAE96BS

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0,055

0,06

0,065

0,07

0 2 4 6 8 10 12 14

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 35 – GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES XAE96BS




5.6.1.6 Descargadores Marca ASEA Tipo XAE96AS

TABLA 21 � DESCARGADORES XAE96AS, DATOS DE TANGENTE DELTA


máximo

ASEA XAE96AS 0,012 31,6%

ASEA XAE96AS 0,031 81,6%

ASEA XAE96AS 0,052 136,8%

ASEA XAE96AS 0,052 136,8%

ASEA XAE96AS 0,055 144,7%

ASEA XAE96AS 0,141 371,1%

ASEA XAE96AS 0,064 168,4%

ASEA XAE96AS 0,067 176,3%

ASEA XAE96AS 0,022 57,9%

ASEA XAE96AS 0,019 50,0%

ASEA XAE96AS 0,024 63,2%

ASEA XAE96AS 0,028 73,7%

ASEA XAE96AS 0,021 55,3%

ASEA XAE96AS 0,02 52,6%

ASEA XAE96AS 0,028 73,7%

ASEA XAE96AS 0,031 81,6%

ASEA XAE96AS 0,032 84,2%

ASEA XAE96AS 0,032 84,2%

ASEA XAE96AS 0,032 84,2%

ASEA XAE96AS 0,026 68,4%

ASEA XAE96AS 0,032 84,2%

ASEA XAE96AS 0,024 63,2%

ASEA XAE96AS 0,021 55,3%

ASEA XAE96AS 0,022 57,9%

ASEA XAE96AS 0,035 92,1%

ASEA XAE96AS 0,034 89,5%

ASEA XAE96AS 0,03 78,9%

ASEA XAE96AS 0,036 94,7%

ASEA XAE96AS 0,027 71,1%




ASEA XAE96AS 0,025 65,8%

ASEA XAE96AS 0,024 63,2%

ASEA XAE96AS 0,076 200,0%

ASEA XAE96AS 0,046 121,1%

ASEA XAE96AS 0,021 55,3%

ASEA XAE96AS 0,026 68,4%

ASEA XAE96AS 0,026 68,4%

ASEA XAE96AS 0,021 55,3%

93,5%



ASEA XAE96AS

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0 5 10 15 20 25 30 35 40

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 36 – GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES XAE96AS




5.6.2 Descargadores de Sobretensión de Dos Cámaras

5.6.2.1 Descargadores Marca ASEA Tipo XAD96S

Tabla 22 - Descargadores XAD96S, datos de tangente delta

MARCA TIPO MEDIDA CAM. SUP. (W) MEDIDA CAM. INF. (W)

% cam.sup

% cam.inf

ASEA XAD96S 0,02 0,087 90,9% 100,0%

ASEA XAD96S 0,021 0,069 95,5% 79,3%

ASEA XAD96S 0,019 0,062 86,4% 71,3%

ASEA XAD96S 0,021 0,092 95,5% 105,7%

ASEA XAD96S 0,018 0,064 81,8% 73,6%

ASEA XAD96S 0,019 0,058 86,4% 66,7%

ASEA XAD96S 0,019 0,067 86,4% 77,0%

ASEA XAD96S 0,022 0,069 100,0% 79,3%

ASEA XAD96S 0,02 0,069 90,9% 79,3%

ASEA XAD96S 0,056 0,053 254,5% 60,9%

ASEA XAD96S 0,018 0,061 81,8% 70,1%

ASEA XAD96S 0,021 0,061 95,5% 70,1%

ASEA XAD96S 0,021 0,065 95,5% 74,7%

ASEA XAD96S 0,022 0,066 100,0% 75,9%

ASEA XAD96S 0,021 0,066 95,5% 75,9%

ASEA XAD96S 0,021 0,064 95,5% 73,6%

ASEA XAD96S 0,019 0,065 86,4% 74,7%

ASEA XAD96S 0,021 0,067 95,5% 77,0%

ASEA XAD96S 0,019 0,064 86,4% 73,6%

100.02% 76.8%

CAMARA SUPERIOR CAMARA INFERIORLIMITES LIMITESLIMITES INFERIOR 0,016 LIMITE INFERIOR 0,053

LIMITE SUPERIOR 0,022 LIMITE SUPERIOR 0,087




ASEA XAD96S

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0 5 10 15 20

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 37 - GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES XAD96S CAMARA SUPERIOR

ASEA XAD96S

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0,11

0 5 10 15 20

DATO

TAN

G. D

ELTA

FIGURA 38 - GRAFICA DE RANGOS COS θ DE DESCARGADORES XAD96S CAMARA INFERIOR




5.6.3 Descargadores de Sobretensión de una Cámara, Datos de Fuga

5.6.3.1 Descargadores Marca ABB Tipo EXLIM

Tabla 23 � ABB tipo EXLIM, datos de I fuga

MARCA TIPO MEDIDA (P.U) MEDIDA (µA) % al límite máximo

ABB EXLIM 1,6 80 35,6%

ABB EXLIM 1 50 22,2%

ABB EXLIM 1 50 22,2%

26,7%

LIMITES (P.U)4,5

ABB EXLIM

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5DATOS

I FU

GA

FIGURA 39 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES EXLIM




5.6.3.2 Descargadores Marca Westinghouse Tipo Wmx

Tabla 24 � WESTINGHOUSE, datos de I fuga

MARCA TIPOMEDIDA(P.U) MEDIDA (µA)

% al límitemáximo

WESTINGHOUSE WMX 1 50 40,0%WESTINGHOUSE WMX 1 50 40,0%WESTINGHOUSE WMX 1 50 40,0%

40,0%

LIMITES (P.U)2,5

WESTINGHOUSE TIPO WMX

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5DATO

I DE

FUG

A

FIGURA 40 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES WESTINGHOUSE




5.6.3.3 Descargadores Marca Asea Tipo Xad96s

Tabla 25 �XAD96S, datos de I fuga

MARCA TIPO MEDIDA (P.U) MEDIDA (µA)% al límite

máximo

ASEA XAD96S 4,2 210 84,0%

ASEA XAD96S 2,9 145 58,0%

ASEA XAD96S 3,6 180 72,0%

ASEA XAD96S 4,4 220 88,0%

ASEA XAD96S 11,9 595 238,0%

ASEA XAD96S 2,9 145 58,0%

ASEA XAD96S 4,4 220 88,0%

ASEA XAD96S 4,4 220 88,0%

ASEA XAD96S 2,6 130 52,0%

ASEA XAD96S 4,1 205 82,0%

ASEA XAD96S 3,5 175 70,0%

ASEA XAD96S 2,7 135 54,0%

ASEA XAD96S 3,5 175 70,0%

ASEA XAD96S 7,3 365 146,0%

ASEA XAD96S 3,2 160 64,0%

ASEA XAD96S 2,6 130 52,0%

ASEA XAD96S 5,2 260 104,0%

ASEA XAD96S 3,3 165 66,0%

ASEA XAD96S 3 150 60,0%

83,9%

LIMITE (P.U)5




ASEA TIPO XAD96S

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20DATO

I DE

FUG

A

FIGURA 41 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES XAD96S

5.6.3.4 Descargadores Marca Asea Tipo Xae96as

Tabla 26 � XAE96AS, datos de I fuga

MARCA TIPOMEDIDA(P.U)

MEDIDA(µA)

% al límitemáximo

ASEA XAE96AS 1 100 100 40,0%

ASEA XAE96AS 2,1 50 105 42,0%

ASEA XAE96AS 1 50 50 20,0%

ASEA XAE96AS 1 50 50 20,0%

ASEA XAE96AS 1 50 50 20,0%

ASEA XAE96AS 1,5 50 75 30,0%

ASEA XAE96AS 1 50 50 20,0%




ASEA XAE96AS 1,2 50 60 24,0%

ASEA XAE96AS 4,1 50 205 82,0%

ASEA XAE96AS 3,6 50 180 72,0%

ASEA XAE96AS 3,3 50 165 66,0%

ASEA XAE96AS 4,7 50 235 94,0%

ASEA XAE96AS 3,7 50 185 74,0%

ASEA XAE96AS 3,1 50 155 62,0%

ASEA XAE96AS 8,4 50 420 168,0%

ASEA XAE96AS 7,4 50 370 148,0%

ASEA XAE96AS 4 50 200 80,0%

ASEA XAE96AS 3,5 50 175 70,0%

ASEA XAE96AS 6,6 50 330 132,0%

ASEA XAE96AS 4,6 50 230 92,0%

ASEA XAE96AS 4 50 200 80,0%

ASEA XAE96AS 8,1 50 405 162,0%

ASEA XAE96AS 3,8 50 190 76,0%

ASEA XAE96AS 2,5 50 125 50,0%

ASEA XAE96AS 2,7 50 135 54,0%

ASEA XAE96AS 24,5 50 1225 490,0%

ASEA XAE96AS 8,1 50 405 162,0%

ASEA XAE96AS 24,3 50 1215 486,0%

ASEA XAE96AS 3,7 50 185 74,0%

ASEA XAE96AS 2,9 50 145 58,0%

ASEA XAE96AS 3 50 150 60,0%

ASEA XAE96AS 3,3 50 165 66,0%

ASEA XAE96AS 4,6 50 230 92,0%

ASEA XAE96AS 3 50 150 60,0%

ASEA XAE96AS 2,6 50 130 52,0%

ASEA XAE96AS 7,1 50 355 142,0%

ASEA XAE96AS 3,5 50175 70,0%

97,0%




LIMITE (P.U)5

ASEA TIPO XAE96AS

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40DATO

I DE

FUG

A

FIGURA 42 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES XAE96AS

5.6.3.5 Descargadores Marca Asea Tipo XAE96BS

Tabla 27 �XAE96BS, datos de I fuga

MARCA TIPOMEDIDA

(P.U)MEDIDA

(µA)% al límitemáximo

ASEA XAE96BS 2 100 16,7%

ASEA XAE96BS 12,9 645 107,5%

ASEA XAE96BS 11,4 570 95,0%




ASEA XAE96BS 11,1 555 92,5%

ASEA XAE96BS 11,9 595 99,2%

ASEA XAE96BS 11,3 565 94,2%

ASEA XAE96BS 13,4 670 111,7%

ASEA XAE96BS 1 50 8,3%






51,3%

LIMITE (P.U)12

ASEA TIPO XAE96BS

02468

10121416

0 2 4 6 8 10 12 14DATO

I DE

FUG

A

FIGURA 43 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES XAE96BS




5.6.3.6 Descargadores Marca Asea Tipo Xap123A3

Tabla 28 � XAP123A3, datos de I fuga

MARCA TIPOMEDIDA

(P.U) MEDIDA (µA)% al límite

máximo

ASEA XAP123A3 1,4 70 29,8%

ASEA XAP123A3 1,3 65 27,7%

ASEA XAP123A3 1,6 80 34,0%

ASEA XAP123A3 1,4 70 29,8%

ASEA XAP123A3 1,3 65 27,7%

ASEA XAP123A3 1,5 75 31,9%

ASEA XAP123A3 2 100 42,6%

ASEA XAP123A3 2,1 105 44,7%

ASEA XAP123A3 2,3 115 48,9%

ASEA XAP123A3 2,3 115 48,9%

ASEA XAP123A3 2,3 115 48,9%

ASEA XAP123A3 2,6 130 55,3%

39.2%

LIMITE (P.U)

4,7




ASEA XAP123A3

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 2 4 6 8 10 12 14DATO

I DE

FUG

A

FIGURA 44 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES XAP123A3

5.6.3.7 Descargadores Marca Sorester Tipo Zse-C22

Tabla 29 - SORESTER ZSE � C22, datos de I fuga

MARCA TIPOMEDIDA

(P.U)MEDIDA

(µA)% al límitemáximo

SORESTER ZSE-C22 2,6 130 86,7%


SORESTER ZSE-C22 5,7 285 190,0%








SORESTER ZSE-C22 3,9 195 130,0%

SORESTER ZSE-C22 1 50 33,3%

SORESTER ZSE-C22 1 50 33,3%

79.3%

LIMITES (P.U)3

SORESTER TIPO ZCE-C22

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12

DATO

I DE

FUG

A

FIGURA 45 - GRAFICA DE RANGOS I FUGA DE DESCARGADORES SORESTER ZSE-C22




CONCLUSIONES

• La correlación de las pruebas de tangente delta y corriente de fuga es casi

perfecta, ya que los resultados obtenidos por las mismas demuestran que

coinciden en su diagnóstico del estado de los descargadores de

sobretensión. Las dos pruebas se pueden realizar por separado indicando

finalmente el mismo resultado en su análisis, sin embargo la prueba de

corriente de fuga es exclusiva para descargadores de sobretensión y el

equipo tiene la gran ventaja de realizarla en línea viva y por largos períodos

de tiempo; lo cual no ocurre con el equipo para la prueba de tangente delta.

• Los porcentajes de tangente delta y corriente de fuga se resume en la

siguiente tabla de resultados:

MARCA TIPO % TANGENTE DELTA % CORRIENTE DEFUGA

ABB EXLIM 91.2 26.7

WESTINGHOUSE WMX 6.9 40

SORESTER ZSE-C22 90.5 79.3

ASEA XAP123A3 93.1 39.2

ASEA XAE96BS 101.1 51.3

ASEA XAE96AS 93.5 97

100.2 Cámara superiorASEA XAD96S

76.8 Cámara inferior

83.9




• Los porcentajes de tangente delta y corriente de fuga para determinar el

estado en el que se encuentra el descargador de sobretensión son:

Tangente Delta

0 � 60 % Excelente

estado

60 � 90% Buen estado

90 � 115 % Aceptable

115 � 140 % Critico

Corriente de Fuga

0 � 25 % Excelente

estado

25 � 80% Buen estado

80 � 100 % Aceptable

100 � 120 % Critico

• Al relacionar los datos de los indicadores de porcentaje del estado de los

descargadores de sobretensión con los porcentajes de corriente de fuga y

tangente delta, se analiza que los descargadores marca EXLIM,

WESTINGHOUSE, ASEA XAP123A3, ASEA XAD96S, ASEA XAD96AS,

XAD96BS, presentan un comportamiento normal y se encuentran en el

grupo de los equipos en buen estado.

• Los descargadores de sobretensión SORESTER se encuentran en un

estado aceptable de acuerdo a los resultados arrojados por las dos pruebas

que se realizaron.




• Se verificó el procedimiento de pruebas de tangente delta y se elaboró el de

corriente de fuga. Estos documentos fueron indispensables en la realización

del proyecto.

• Se desarrolló la aplicación del equipo de prueba LCM, monitor de corriente

de fuga que no se había puesto en funcionamiento en CODENSA S.A

E.S.P.

• La utilización de equipos de tecnología de punta como el M4000 y el LCM

garantiza una mayor precisión en el diagnóstico del estado de los

descargadores de sobretensión, asegurando al sistema de potencia el

óptimo funcionamiento del equipo en caso de presentarse una falla.

• El equipo monitor de corrientes de fuga de descargadores de sobretensión,

tiene la ventaja de poder realizar las medidas en línea viva y su costo con

respecto al M4000 es notablemente más bajo. El equipo de pruebas de

tangente delta realiza mediciones no solo al descargador de sobretensión

sino a otros equipos de patio, pero es necesario desenergizar el módulo en

el momento de realizar las pruebas.

• Todos los conocimientos adquiridos durante el proceso de formación como

Ingenieros en la Universidad, fueron aplicados en el desarrollo del Proyecto,

obteniendo como resultado una investigación seria y responsable, de gran

utilidad para empresas distribuidoras y cumpliendo totalmente los objetivos

del estudio; pero, sobre todo, es un paso importante en la realización

personal de los nuevos profesionales que este país necesita y merece.




RECOMENDACIONES

• La componente resistiva de la corriente de fuga, debe ser tomada en la

puesta en servicio del descargador. Esta medida es la mejor referencia

para la comparación con futuras mediciones.

• Se debe realizar un programa cíclico de pruebas de corrientes de fuga,

especialmente en lugares donde los descargadores de sobretensión estén

expuestos a la polución atmosférica. Las medidas son importantes

después de periodos con condiciones climáticas fuertes y con flameos en el

sistema.

• Las medidas se deben realizar después de casos especiales de falla que

causen en el sistema sobrevoltajes temporales de gran amplitud y larga

duración.

• En la mayoría de los casos el envejecimiento causa un incremento gradual

de la corriente de fuga con el tiempo, si se tiene un programa de medidas

de corrientes de fuga, esto se puede detectar y tomar los correctivos

necesarios, antes que suceda la falla.

• El equipo de monitoreo LCM, que puede ser utilizado en servicio sin dañar

la operación del sistema, es de gran beneficio para CODENSA S.A. ESP y

puede ser parte del mantenimiento.




• La prueba de corriente de fuga es un indicador del estado del descargador

de sobretensión, que proporciona una gran ventaja en relación a las otras

pruebas, porque se realiza en línea viva y por lo tanto es recomendable

para realizar un monitoreo constante de los descargadores de sobretensión

que presenten alguna anomalía en su operación.

• El manejo del equipo LCM es de gran utilidad para CODENSA S.A. E.S.P,

por lo cual se recomienda el conocimiento del equipo y su manipulación por

parte de las personas encargadas del área de pruebas de la empresa.




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