Coordinacion de Aislamiento en Lineas Pp Unmsm

7/25/2019 Coordinacion de Aislamiento en Lineas Pp Unmsm

1/51

COORDINACIN DE AISLAMIENTO

EN LNEAS DE TRANSMISIN


2/51

La coordinacin de aislamiento consiste en unconjunto de procedimientos para la seleccin dela soportabilidad (niveles de aislamiento) de losequipos elctricos, en relacin a los esfuerzos

elctricos que pueden aparecer en el sistema, ytomando en cuenta las condiciones del medioambiente y las caractersticas de los equipos deproteccin que puedan disponerse.

En resumen, la coordinacin de aislamientosini!ca la seleccin del aislamiento o lasoportabilidad del aislamiento.

. e o e a coor nac n e a s a en o


3/51

"ormalmente, el estudio de coordinacin deaislamiento debe comenzar con la de!nicin delcriterio de con!abilidad, seuido de un estudio paradeterminar los esfuerzos elctricos que se aplicar#n

a los equipos y a los espacios de aire. Lueo, secomparan los esfuerzos elctricos con la capacidadde soporte (auante) de los equipos o espacios deaire. $i la soportabilidad necesaria del equipo o

espacio de aire fuera e%cesiva, se podr#n reducir losesfuerzos elctricos utilizando, descaradores(pararrayos), brec&as de aire, cables de uarda oresistencias de preinsercin en los interruptores depotencia.


4/51

'ara la coordinacin de aislamiento en lneas detransmisin se toman en cuenta los siuientes factores

istancia en el aire entre el conductor de fase y elcuerpo de la estructura o las mnsulas.

Lonitud de la cadena de aisladores.

"*mero y tipo de aisladores 'uesta a tierra de las estructuras.

+bicacin y n*mero de cables de uarda.

istancia entre fases a mitad de vano.

istancia a tierra a mitad de vano. "ecesidad de instalacin de descaradores

(pararrayos).

!"ase #$%ra 1.

&. Coordinacin de aislaiento en l'neas detransisin


5/51

Figura 1. ESTRUCTURA DE TRANSMISION DE 500 kV


6/51

'ara la coordinacin de aislamiento en las subestaciones

de potencia, se toman en cuenta los siuientes factores- La soportabilidad del aislamiento de los equipos ensin

de sostenimiento al impulso tipo rayo (/0L), al impusotipo maniobra (/$L) y a la frecuencia industrial.

- istancia, en el aire, entre fase y tierra, y entre fases.

- "ecesidad del uso de descaradores ubicacin, n*meroy dimensionamiento.

- "ecesidad del uso de brec&as de aire (air aps).

- "ecesidad de blindaje de la subestacin (cable deuarda o pararrayos 1ran2lin).

- 3ejoramiento del comportamiento frente a lasdescaras atmosfricas en las pro%imidades de lasubestacin.

(. Coordinacin de aislaiento ens%bestaciones de

)otencia


7/51

Tensin Nominal.- Es la tensin eficaz (r.m.s.)

entre fases, a la frecuencia industrial (50 o 60 Hz)de un sistema elctrico. El sistema elctrico es

usualmente designado or una tensin nominal a la

cu!l est!n asociadas ciertas caracter"sticas de

oeracin del sistema elctrico. #or e$emlo% aralos estudios de flu$o de carga & otros estudios se

alica el conceto de tensin nominal.

Tensin Mxima del Sisema.- Es el m!s alto 'alorde la tensin eficaz entre fases, ue ocurre a$o

condiciones normales en cualuier momento & en

cualuier unto del sistema.

*. De#niciones basicas


8/51

Tensin +,ia del e-%i)o. Es el m#s

alto valor de la tensin e!caz entre fasespara el cu#l se dise4a el equipo respecto alaislamiento y a otras caractersticas.

Clasi#cacin del aislaiento. Losaislamientos se clasi!can en

a. 5islamientos slidos

b.5islamientos en aire (espaciamientos en aire)

c. 5islamientos lquidos

d.5islamientos en as


9/51

Ti)os de aislaiento

Aislaiento E,terno. Es la distancia en aireatmosfrico, y las super!cies en contacto con aireatmosfrico de aislamiento slido de equipos que

estn sujetos a solicitaciones elctricas y a losefectos de las condiciones atmosfricas y otrosaentes e%ternos, tales como la &umedad,contaminacin, intemperismo, etc.

Aislaiento interno. $on partes slidas,lquidas o aseosas del aislamiento de los equiposque est#n proteidos de la atmsfera y de otrosaentes e%ternos.


10/51

Aislaiento a%torec%)erante.6 5islamiento querecupera

completamente sus caractersticas aislantes despus dela

ocurrencia de una descara disruptiva. Los aislamientos

autorecuperables pueden ser

7ubiertas de porcelana de los pasatapas (bus&ins)

$uper!cies e%ternas de las cadenas de aisladores

5islamientos en aire correspondientes a los espaciamientos entre conductores y tierra

(estructuras).


11/51

* Aislamieno no a!o"e#!$e"ane

+islamiento ue ierde sus roiedades aislantes o no

las recuera comletamente desus de una descarga

disruti'a. os aislantes no autorecuerantes ueden

ser%

a) #arte interna de los asataas.

) Enrollamientos de transformadores, de reactores &

de transformadores de medida.c) #artes slidas de los aislamientos.


12/51

Descar$a Disr%)ti0a. Es la descara que produce

la falla o colapso del aislamiento al ser sometido a unesfuerzo elctrico. En estas descaras, el aislamientoes completamente anulado, reduciendo la tensin delos electrodos a, pr#cticamente, cero.

La descara disruptiva en medios aseosos olquidos se denomina cebado (spar2over).

La descara disruptiva que ocurre sobre la super!ciede los aislamientos slidos en un medio aseoso olquido, se denomina 8ameo o contorneo (8as&over).

El trmino perforacin (puncture) se usa cuandoocurre una descara disruptiva a travs de unaislamiento slido.


13/51

Es%er2os el"ctricos

Los esfuerzos a los que est#n sometidos los aislamientos de

los equipos y espacios de aire son

La tensin permanente a la frecuencia industrial9 Las sobretensiones

a. $obretensiones emporales (:;)

b. $obretensiones transitorias de frente lento o de maniobra

c. $obretensiones transitorias de frente r#pido o tipo rayod. $obretensiones de frente muy r#pido (producido en losequipos


14/51

1iura =. 7L5$E$ > 1:?35$ E :"5$ E E"$0:"E$ > $:/?EE"$0:"E$


15/51

%i&!"a '% -esumen de esfuerzos elctricos & cur'a tensin *

tiemo del aislamiento


16/51

Tensin )eranente a la rec%encia ind%strial esde el punto de vista del aislamiento, es importante

comprender la diferencia fundamental entre los

esfuerzos elctricos oriinados por la tensin nominal ylos oriinados por las sobretensiones. Lassobretensiones son de naturaleza transitoria (breves),pero la tensin nominal (incluyendo la m#%ima tensinde servicio), a*n siendo reducida en manitud, act*apermanentemente produciendo esfuerzos en eldielctrico del aislamiento mientras el sistema est enoperacin.

Los esfuerzos continuos debidos a la tensin nominalson importantes puesto que contribuyen al

envejecimiento del aislamiento, particularmente de losaislamientos internos. 7on el paso del tiempo, podranproducirse fallas en el aislamiento sea por 8ameo operforacin.


17/51

Las cualidades dielctricas o soportabilidad delaislamiento puede cambiar de manera importante debidoa los efectos combinados de la contaminacin y&umedad del medio ambiente, lleando a producirse

8ameos en los aislamientos. ebe quedar claramenteestablecido que los fenmenos de contaminacin afectanla operacin del sistema cuando ste opera a su tensinnominal.

Sobretensiones Las sobretensiones son tensiones transitorias entre una

fase y tierra, o entre fases, cuyo valor de cresta (pico)e%cede el valor de cresta de la m#%ima tensin deequipo

+m@=A@B para sobretensiones fase C tierra, o, +m@= parasobretensiones entre fases.

C Sobretensiones Te)orales 3TO!4 $on sobretensiones a la frecuencia industrial de relativa

lara duracin9 pueden ser dbilmente amortiuadas o

no


18/51

amortiuadas. En alunos casos, sufrecuencia puede ser varias veces menor omayor que la frecuencia nominal del sistema.

Las sobretensiones temporales se oriinan porlas siuientes causas

1allas de fase a tierra

'rdida s*bita de cara (rec&azo de cara) ?esonancia y 1erroresonancia

$obretensiones lonitudinales durante lasincronizacin.

Efecto 1erranti Efecto combinado de sobretensiones

temporales de distinto orien


19/51

Sobretensiones te)orales )or alla de ase a tierra Las sobretensiones temporales por fallas a tierra de una

fase son las m#s comunes y se caracterizan por ser no

amortiuadas y producir sobretensiones en las fases nofalladas y cuya duracin se puede prolonar &asta que lasituacin se corrija9 es decir &asta que la falla se elimine.'ara este tipo de fallas, la forma de onda no vararespecto a la forma est#ndar a la frecuencia industrial.

La manitud de las sobretensiones depende del tipo de

puesta a tierra del sistema en el luar de la falla.

En sistemas con neutro efectivamente puesto a tierra, elfactor de puesta a tierra es iual o menor a D,, y secumple que FGHoAHDGB y ?oAHDGD.


20/51

En sistemas con neutro efectivamente puesto a tierra, lafalla fase a tierra, por lo eneral, dura menos de F,=seundos por actuacin de la proteccin principal, o Dseundo por accin de la proteccin de respaldo.

En sistemas con neutro aislado, o puestos a tierra medianteuna impedancia, las sobretensiones en las fases sanaspueden e%ceder la tensin entre fases del sistema. Esto se

debe al &ec&o de que este tipo de sistemas est#nacoplados a tierra a travs de las capacitancias par#sitas,entonces, la tensin en las fases sanas ser#

:; I D,JB +m o mayor

En este caso, la duracin de la falla puede ser desdealunos seundos &asta &oras, dependiendo de lamanitud de la corriente de falla y de los dispositivos deproteccin. En la !. =.= se muestran las sobretensionespor falla a tierra.

!"ase #$%ra *


21/51

%i&. ( ) oretensiones temorales or falla a tierra


22/51

Sobretensiones Te)orales )or Eecto 5erranti La tensin de estado estacionario en el e%tremo

abierto de una lnea de transmisin es siempre mayorque la tensin en el e%tremo de envo. Este fenmenoes conocido como Efecto 1erranti, y se oriina debido ala corriente de cara capacitiva que 8uye a travs delas inductancias lonitudinales de la lnea.

'ara lneas no compensadas, las tensiones en lose%tremos de la lnea se relacionan con la siuientee%presin

;= I D

;D cos(Kl)


23/51

onde

;= I ensin en el e%tremo de recepcin, encircuito abierto ;D I ensin en el e%tremo de envo L I lonitud de la lnea

K I 7onstante de fase9 iual a J,=F radosADFF2m a F Mz.

'ara la mitiacin del efecto 1erranti, se utilizan

reactores en derivacin (s&unt).

!"ase #$%ra 6.


24/51

1iura N. E5ECTO 5ERRANTI


25/51

Sobretensiones TransitoriasLas sobretensiones transitorias se caracterizan por

ser de corta duracin, de alunos miliseundos omenos9 son de naturaleza oscilatoria o nooscilatoria, usualmente fuertemente amortiuadas.

Sobretensiones transitorias de rente lento ode aniobraLas sobretensiones de frente lento pueden ser entrefase y tierra o entre fases, en un determinado punto

del sistema, y se producen como consecuencia dela operacin de un equipo de maniobra(interruptor), una falla o cualquier otra causa.El frente de onda tiene una duracin de entre

alunas decenas y alunos miles de microseundos,


26/51

Las sobretensiones de frente lento se oriinan enEnerizacin y recierre de lneas.:currencia de fallas y eliminacin de las mismas.?ec&azo de caras.7one%in y descone%in de caras capacitivas einductivasescaras atmosfricas que inciden en los

conductores de fase en luares alejados al puntoconsiderado.'ara los !nes de coordinacin de aislamiento, la

forma de onda de tensin representativa es elimpulso de maniobra normalizado utilizado en losensayos, con tiempo de frente de =NF Os y tiempode cola de =NFF Os.

!"ase #$%ra 7


27/51

NET*OR+ STRESSES 8S*ITC,IN OVER VOTAE 8( $!/ 0 ms

ENERISATION 8S*ITC,IN ON %AUT CEARIN - S*ITC,IN UNOADED TRANSMISSION INE O%% S,ORT CIRCUIT CURRENT

1iura . SO9RETENSION :OR MANIO9RA DEINTERR;:TORES


28/51

Sobretensiones transitorias de rente r+)idoo de ra


29/51

1iura J. 5ALLA :OR SO9RETENSION DE

ORI>EN ATMOS5ERICA


30/51


31/51

Sobretensiones de 5rente %< r+)idoLas sobretensiones de frente muy r#pido se oriinancomo consecuencia de las operaciones deseccionadores o por fallas dentro de una

subestacin encapsulada con as (


32/51

La soportabilidad de los aislamientos est#

e%presada por las tensiones de sostenimiento que,se*n la norma 0E7 FFJD6D, se de!ne como losvalores de las tensiones que son aplicadas bajocondiciones especi!cadas, en una prueba desostenimiento, durante la cu#l se tolera un n*merodeterminado de descaras disruptivas. La norma0E7 FFJD6D de!ne los siuientes conceptos

Tensin de sosteniiento estad'stico 3;1?4,

cuando el n*mero de descaras tolerables est#relacionada con una probabilidad de sostenimientoespeci!cada. $e*n la norme 0E7, la probabilidadespeci!cada es 'P I QF R. Este concepto slo se

aplica a aislamientos autorecuperablesaislamientos e%ternos .

So$o"a1ilidad de los aislamienos


33/51

Tensin de sosteniiento as%idacon0encional, cuando el n*mero de descarasdisruptivas tolerado es cero. $e considera quela probabilidad de sostenimiento es 'P I DFFR. Este concepto se aplica a aislamientos noautorecuperables (aislamientos internos).

Tensin cr'tica disr%)ti0a 3;6?4correspondea la tensin con la que el aislamiento tiene unNF R de probabilidad de fallar.

Des0iacin est+ndar con0encional 3@4. La0E7 &a de!nido tambin a S como la desviacinest#ndar convencional, que representa ladispersin de las tensiones de 8ameo. S sede!ne como la diferencia entre las tensiones

correspondientes a las probabilidades de 8ameo


34/51

'ara !nes de estudios de coordinacin de aislamiento, la 0E7

recomienda tomar los siuientes valores de S

'ara impulsos tipo rayo (frente r#pido) S I F,FB +NF2;

'ara impulsos tipo maniobra (frente lento) S I F,F +NF2;

'ara sobretensiones a la frecuencia industrial SI F,FB +NF2;

'or tanto, el par#metro +DF, correspondiente a la probabilidad

de sostenimiento del QF R, se relaciona con la tensin +NF de la

siuiente forma

'ara impulsos tipo rayo (frente r#pido) +DF I +NF 6 D,B S I

F,QD +NF 2;'ara impulsos tipo maniobra (frente lento) +DF I +NF 6 D,B

S I F,Q== +NF 2;

'ara sobretensiones a la frecuencia industrial +DF I +NF 6 B SI F,QDF +NF 2;


35/51

La manitud de las sobretensiones temporales a lafrecuencia industrial es tpicamente de valor reducido

comparada con la correspondiente a lassobretensiones de frentes r#pido y lento. 'or loeneral, las sobretensiones temporales son inferioresal NF R por encima de la tensin de operacin.

Ni0eles de Aislaiento estandari2ados

La "orma 0E7 FFJD6D &a normalizado los niveles deaislamiento o tensiones de sostenimiento, tomando

como base las m#%imas tensiones de equipo (+m), yson los que se muestran en las ablas "os = y B de lareferida norma.


36/51


37/51


38/51

%IURA 2. DISTANCIAS DE ARCO EN SECO 3

DISTANCIAS DE %UA DE AISADORES

a4 AISLADORTI:O :IN

b4 CADENA DE AISLADORES DE S;S:ENSION

c4 AISLADOR :OLIM

Seleccin del aislaiento de %na l'nea


39/51

Seleccin del aislaiento de %na l'neade transisin

Condiciones est+ndar de reerenciaLos niveles de aislamiento consinados en lasnormas internacionales, as como las caractersticasde los aisladores que !uran en los cat#loos de los

fabricantes, est#n referidas a las siuientescondiciones est#ndaro emperatura (to) I =FT7o

'resin (bo) I DFD,B 2'a (DFDB mbar)o Mumedad absoluta I DD AmB


40/51

5actor de correccin )or altit%d se$n lanora IEC 7??=1

m(MAUDNF)Va I e

onde

M I altitud sobre el nivel del mar, en metros.m I D,F para la coordinacin con tensiones desostenimiento al impulso tipo rayo.

m I D,F para tensiones de sostenimiento a lafrecuencia

industrial de aire limpio y aisladores limpios.'ara aisladores contaminados y para tensiones desostenimiento a la frecuencia industrial, el valor dem puede ser tan bajo como F,N para aisladores


41/51

5actores de se$%ridad

'ara tomar en cuenta las ine%actitudes ydispersiones en los valores de las tensiones de

sostenimiento obtenidos en los varios ensayos, la"orma 0E7 FFJD6D recomienda los siuientesfactores

o 'ara aislamientos internos Vs I D,DN

o

'ara aislamientos e%ternos Vs I D,FN DiseBo del aislaientoo ise4o por sobretensiones a la frecuencia industrial

o ise4o por sobretensiones de impulso tipo rayo

( de frente r#pido)o ise4o por sobretensiones de maniobra (frente

lento)

o ise4o por contaminacin ambiental


42/51

o ise4o por contaminacin ambiental

o ise4o por esfuerzos mec#nicos

'ara sistemas con tensiones m#%imas (+m) &asta de

=N 2; no es necesario veri!car los esfuerzos elctricosdebidos a las sobretensiones de maniobra (frentelento).

Eje)lo de seleccin del aislaiento se$n laNora IEC

IN5ORMACIN 9SICAensin de la lnea DBU 2;

7onductor por fase aleacin de aluminio (5557)

$eccin del conductor =F mmW

7ara de rotura del conductor JF 2"

7ara m#%ima de trabajo BN 2"

5ltitud de instalacin BFFF m.s.n.m.


43/51

Deterinacin del aislaiento en condicionesest+ndar

ensin m#%ima de servicio DN 2;

ensin de sostenimiento al impulso tipo rayo (de frente r#pido) NNF 2;

ensin de sostenimiento a la frecuencia industrial en seco =BF2;

Lonitud de lnea de fua (D mmA2; X DN 2;) =B=F mm

Esfuerzo mec#nico en cadena de aisladores anclaje (BN % =,N) UJ,N2"

Deterinacin del aislaiento a (??? .s.n.. (BFFFAUDNF)

1actor de correccin por altitud (2a I e ID,

ensin m#%ima de servicio DN % D, I =FU,U 2; Y =N 2;

ensin de sostenimiento al impulso tipo rayo I UNF 2;

ensin de sostenimiento a la frecuencia industrial en seco I BF 2;

Lnea de fua (D mmA2; % DN 2; % D,=F) I =JU mm

S l i d l i l d t+l d l


44/51

Seleccin de los aisladores se$n cat+lo$o delabricante:or eje)lo 5abricante SEDI!ER 35rancia4

3aterial del aislador 'olimricoipo E/ C "Z 7at#loo D=F H3 NQLonitud del aislador DUUB mmLonitud de lnea de fua NDB mmistancia de arco en seco DQ mm

ensin de sostenimiento a la frecuencia industrial (seco)NJN 2;

ensin de sostenimiento al impulso tipo rayo UJN 2;7ara mec#nica D=F 2"

Deterinacin del aislaiento se$n ANSI 3a(??? .s.n..4

ensin m#%ima de servicio =N 2;ensin crtica de 8ameo (71:) al impulso de rayo UUB 2; ([)(UNFAF,QD)

ensin crtica de 8ameo a la frecuencia industrial en seco FF 2;


45/51

Seleccin de los aisladores se$n elcat+lo$o del abricante

3aterial de los aisladores 'orcelana o vidrioipo 5islador est#ndar bola Ccasquillo(ball C soc2et)

"*mero de aisladores por tensin crtica al impulso tiporayo (71:) DD aisladores"*mero de aisladores por tensin crtica de 8ameo a lafrecuencia industrial (FMS)J aisladores"*mero de aisladores por lnea de fua (=JUA B=F)U,J aisladoresLonitud de la cadena de aisladores DFmm7ara mec#nica DFF 2"

7ataloo SEDI!ER

EFE/ 2E + /3+43+/3 -E ++2-E

E1E7:$ E L5 7:"530"570:" $:/?E L:$


46/51

E1E7:$ E L5 7:"530"570:" $:/?E L:$50$L5:?E$

E1E7:$ E L5 7:"530"570:" $:/?E L:$


47/51

E1E7:$ E L5 7:"530"570:" $:/?E L:$50$L5:?E$

E1E7:$ E L5 7:"530"570:" $:/?E L:$


48/51

50$L5:?E$


49/51

7ataloo N> INS;LATORSF LTD.


50/51

F


51/51

Coordinacion de Aislamiento en Lineas Pp Unmsm

Documents

Transcript of Coordinacion de Aislamiento en Lineas Pp Unmsm