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COORDINACION DE AISLAMIENTO
Presentado por:
Juan David Martinez Molina
Presentado a:
Ing. Omar Trujillo
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERA JULIO GARAVITO ALTA TENSIN BOGOT D.C.
2015
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COORDINACIN DE AISLAMIENTO
El documento entrega informacin detallada del procedimiento requerido para la coordinacin de aislamiento y la eleccin de los descargadores cumpliendo con los estndares de seguridad con el fin de garantizar proteccin para una maquina o equipo determinado.
CASO A CASO B
Transformador
Potencia:20MVA
Frecuencia:60hz
Tensin:220kV/500kV
Aislado de tierra
Se realizara la coordinacin de aislamiento para dos tipos de descargadores clasificados segn sus materiales de construccin:
SiC (carburo de silicio)
ZnO (oxido de zinc)
CASO A
Carburo de silicio (SiC)
1. El primer parmetro de entrada son los valores de trabajo del transformador estandarizando al valor mximo de tensin:
Un [kV] Umx[kV]
220 245
500 550
Para el caso A: el transformador est aislado de tierra entonces se usa un factor de 1.73 para sistemas aislado para poder calcular el valor de tensin mximo del descargador:
: max =
3 1,73 =
245
3 1,73 = 244.71 228
: max =
3 1,73 =
550
3 1,73 = 549.35 444
Transformador
Potencia:20MVA
Frecuencia:60hz
Tensin:220kV/500kV
Slidamente aterrizado
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Una vez calculado estos valores mximos de tensin seleccionamos de un catlogo de descargadores los valores de referencia NPR (Nivel de proteccin contra descarga atmosfrica) y NPM (nivel de proteccin contra descarga atmosfrica) basados en onda de frente rpido y la mayor probabilidad seleccionada para 10 kA, y las de 30/60 us son las ondas de frente lento y de igual forma se selecciona para una corriente de 2kA.
NPR 502 977
NPM 451 878
2. A continuacin seleccionamos los factores de seguridad Ki y Km aumentando la confianza de la coordinacin de aislamiento
Ki: 1.25 (Un>52kV)
Km: 1.15
3. Para el clculo del nivel mnimo de aislamiento (NBI) la siguiente ecuacin
. : = = 627.5
. : = = 1221.25
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4. Valores de los BIL para el sistema
Un [kV] Umx[kV] BIL [kV]
220 245 750
500 525 1425
5. Determinar el BSL (Basic switching level) el cual se obtiene multiplicando el BIL previamente seleccionado por un factor segn el tipo de aislante del equipo, el cual para este caso es aceite por la potencia del transformador cuya constante es de 0.83
. : = 0.83 = 623
. : = 0.83 = 1183
6. Relacin BSL/NPM tratando de asegurar que dicho cociente sea mayor que el factor de seguridad Km
Un [kV] BSL[kV] BSL/NPM Mayor que Km=1.15
220 623 1.38 Si
500 1183 1.35 Si
Tabla de Resumen
Tensin nominal [kV] 220 500
Tensin mxima del sistema [kV] 245 550
Neutro aislado 1,73
Tensin del descargador [kV] 244,71 549,35
Tensin nominal del descargador [kV] 228 444
NPR 502 977
NPM 451 878
Factor ki 1,25
Factor Km 1,15
NBI 627,5 1221,25
BIL 750 1425
BSL 6223 1183
BSL/NPM 1,38 1,35
Criterio (BSL/NPM>Km) si si
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xido de Zinc (ZnO) 1. En el caso de un descargador de xido de zinc se introducen dos nuevos conceptos: COV
(voltaje continuo de operacin) y TOV (sobre voltaje temporal de Operacin).
Un [kV] Umx[kV]
220 245
500 550
Clculo del COV y el TOV
Donde Ke es una constante que depende de si el sistema esta aterrizado o aislado en este caso es aislado (1.73).
. : =
3= 141.45
. : = = 244.71
. : =
3= 317.54
. : = = 549.35
Luego calculamos los coeficientes R0 y Re
Donde k1 tiene un valor constante de 0.8 y k2 de 1.15 para tiempos generalmente de 1 segundo
. 0 =
1= 176.81
. =
2= 212.79
. 0 =
1= 397
. =
2= 477.7
Despus escogemos el valor mximo entre R0 y Re, estandarizamos dicho valor para obtener el valor de tensin nominal del descargador y se repite el proceso de clculos como en el descargador de carburo de silicio:
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NPR 476 977
NPM 427 878
2. A continuacin seleccionamos los factores de seguridad Ki y Km aumentando la confianza de la coordinacin de aislamiento
Ki: 1.25 (Un>52kV)
Km: 1.15
3. Para el clculo del nivel mnimo de aislamiento (NBI) la siguiente ecuacin
. : = = 595
. : = = 1221.25
-
4. Valores de los BIL para el sistema
Un [kV] Umx[kV] BIL [kV]
220 245 750
500 525 1425
5. Determinar el BSL (Basic switching level) el cual se obtiene multiplicando el BIL previamente seleccionado por un factor segn el tipo de aislante del equipo, el cual para este caso es aceite por la potencia del transformador cuya constante es de 0.83
. : = 0.83 = 623
. : = 0.83 = 1183
6. Relacin BSL/NPM tratando de asegurar que dicho cociente sea mayor que el factor de seguridad Km
Un [kV] BSL[kV] BSL/NPM Mayor que Km=1.15
220 623 1.45 Si
500 1183 1.35 Si
TABLA DE RESUMEN
Tensin nominal [kV] 220 500
Tensin mxima del sistema [kV] 245 550
Neutro aislado 1,73
COV 141,45 317,54
TOV 244,71 549,35
R0 176,81 396,93
Re 212,79 477,69
Tensin del descargador [kV] 212,79 477,69
Tensin nominal del descargador [kV] 216 444
NPR 476 977
NPM 427 878
Factor ki 1,25
Factor Km 1,15
NBI 595 1221,25
BIL 750 1425
BSL 623 1183
BSL/NPM 1,46 1,35
Criterio (BSL/NPM>Km) si si
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CASO B
Carburo de silicio (SiC)
1. El primer parmetro de entrada son los valores de trabajo del transformador estandarizando al valor mximo de tensin:
Un [kV] Umx[kV]
220 245
500 550
Para el caso A: el transformador est aislado de tierra entonces se usa un factor de 1.4 para sistemas aislado para poder calcular el valor de tensin mximo del descargador:
: max =
3 1,4 =
245
3 1,4 = 198.03 198
: max =
3 1,4 =
550
3 1,4 = 444.56 444
Una vez calculado estos valores mximos de tensin seleccionamos de un catlogo de descargadores los valores de referencia NPR (Nivel de proteccin contra descarga atmosfrica) y NPM (nivel de proteccin contra descarga atmosfrica) basados en onda de frente rpido y la mayor probabilidad seleccionada para 10 kA, y las de 30/60 us son las ondas de frente lento y de igual forma se selecciona para una corriente de 2kA.
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NPR 436 977
NPM 392 878
2. A continuacin seleccionamos los factores de seguridad Ki y Km aumentando la confianza de la coordinacin de aislamiento
Ki: 1.25 (Un>52kV)
Km: 1.15
3. Para el clculo del nivel mnimo de aislamiento (NBI) la siguiente ecuacin
. : = = 545
-
. : = = 1221.25
4. Valores de los BIL para el sistema
Un [kV] Umx[kV] BIL [kV]
220 245 750
500 525 1425
5. Determinar el BSL (Basic switching level) el cual se obtiene multiplicando el BIL previamente seleccionado por un factor segn el tipo de aislante del equipo, el cual para este caso es aceite por la potencia del transformador cuya constante es de 0.83
. : = 0.83 = 623
. : = 0.83 = 1183
6. Relacin BSL/NPM tratando de asegurar que dicho cociente sea mayor que el factor de seguridad Km
Un [kV] BSL[kV] BSL/NPM Mayor que Km=1.15
220 623 1.59 Si
500 1183 1.35 Si
Tabla de Resumen
Tensin nominal [kV] 220 500
Tensin mxima del sistema [kV] 245 550
Neutro Slidamente aterrizado 1,4
Tensin del descargador [kV] 198,03 444,56
Tensin nominal del descargador [kV] 198 444
NPR 436 977
NPM 392 878
Factor ki 1,25
Factor Km 1,15
NBI 545 1221,25
BIL 750 1425
BSL 623 1183
BSL/NPM 1.59 1,35
Criterio (BSL/NPM>Km) si si
-
xido de Zinc (ZnO)
1. En el caso de un descargador de xido de zinc se introducen dos nuevos conceptos: COV (voltaje continuo de operacin) y TOV (sobre voltaje temporal de Operacin).
Un [kV] Umx[kV]
220 245
500 550
Clculo del COV y el TOV
Donde Ke es una constante que depende de si el sistema esta aterrizado o aislado en este caso es aislado (1.73).
. : =
3= 141.45
. : = = 198.03
. : =
3= 317.54
. : = = 444.56
Luego calculamos los coeficientes R0 y Re
Donde k1 tiene un valor constante de 0.8 y k2 de 1.15 para tiempos generalmente de 1 segundo
. 0 =
1= 176.81
. =
2= 172.2
. 0 =
1= 397
. =
2= 386.93
Despus escogemos el valor mximo entre R0 y Re, estandarizamos dicho valor para obtener el valor de tensin nominal del descargador y se repite el proceso de clculos como en el descargador de carburo de silicio:
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NPR 405 908
NPM 364 816
2. A continuacin seleccionamos los factores de seguridad Ki y Km aumentando la confianza de la coordinacin de aislamiento
Ki: 1.25 (Un>52kV)
Km: 1.15
3. Para el clculo del nivel mnimo de aislamiento (NBI) la siguiente ecuacin
. : = = 506.3
. : = = 1135
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4. Valores de los BIL para el sistema
Un [kV] Umx[kV] BIL [kV]
220 245 750
500 525 1425
5. Determinar el BSL (Basic switching level) el cual se obtiene multiplicando el BIL previamente seleccionado por un factor segn el tipo de aislante del equipo, el cual para este caso es aceite por la potencia del transformador cuya constante es de 0.83
. : = 0.83 = 623
. : = 0.83 = 1183
6. Relacin BSL/NPM tratando de asegurar que dicho cociente sea mayor que el factor de seguridad Km
Un [kV] BSL[kV] BSL/NPM Mayor que Km=1.15
220 623 1.71 Si
500 1183 1.45 Si
TABLA DE RESUMEN
Tensin nominal [kV] 220 500
Tensin mxima del sistema [kV] 245 550
Neutro Slidamente aterrizado 1,4
COV 141,45 317,54
TOV 198,03 444,56
R0 176,81 396,93
Re 172,20 386,57
Tensin del descargador [kV] 176,81 396,93
Tensin nominal del descargador [kV] 180 396
NPR 405 908
NPM 364 816
Factor ki 1,25
Factor Km 1,15
NBI 506,3 1135
BIL 750 1425
BSL 623 1183
BSL/NPM 1,71 1,45
Criterio (BSL/NPM>Km) si si
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BIBLIOGRAFIA
http://www.unioviedo.es/pcasielles/uploads/cat%C3%A1logos/Pararrayos/ABB_pararrayos_guia_comprador.pdf
Apuntes de clase
Norma IEC-60071-1