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DEDICATORIA
A Dios:
Por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy,
por iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas
que han sido mi soporte y compaa durante todo periodo de estudio.
A mi mamita Olga:
Por dedicarse a mi familia por completo, por amarme, estar conmigo en todo
momento brindndome sus conse!os.
A mi papito David:
Por haber educado en mi la perseverancia y constancia, aquellos valores que
los tengo muy presentes en la vida diaria. Por ensearme que con esfuer"o ydedicaci#n puedo conseguirlo todo.
A mis familiares y amigos por apoyarme y estar conmigo de manera
incondicional.
$uchas gracias a todos por ayudarme en mi formaci#n personal y acad%mica.
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NDICE
&. '()*OD+'-(...........................................................................................
/. O012)'3O4...................................................................................................5
. O(2P)O4 064'O4...............................................................................5
7. OO*D'(A'-( D2 A'48A$'2()O..........................................................&&
7.& A4P2)O4 $64 '$PO*)A()24 PA*A 28 D'429O D2 *2D24
28)*'A4 D2 A8)A )2(4'-( 24 OO*D'(A'-( D2 A'48A$'2()O4
&5
7./ P*O2D'$'2()O PA*A 8A OO*D'(A'-( D2 8O4
A'48A$'2()O4..............................................................................................&;
7./.& )2(4'O(24 *2P*242()A)'3A4................................................&;
7././ 4O0*2)2(4'-( )2$PO*A*'A *2P*242()A)'3A..................&*'A *2P*242()A)'3A............/?
7. )2(4'O(24 4OPO*)ADA4 D2 OO*D'(A'-(............................//
7..& 4O0*2)2(4'O(24 )2$PO*A*'A4.........................................../
7../ 4O0*2)2(4'O(24 D2 $A('O0*A............................................/
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5.& $)ODO O(32('O(A8................................................................./
5./ $)ODO 24)AD@4)'O....................................................................../5
5. $)ODO 24)AD@4)'O 4'$P8'>'ADO.........................................../;
. OO*D'(A'-( D2 A'48A$'2()O 2( +(A 8@(2A D2 )*A(4$'4'-(
BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB./2 7??, &=
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normali"adas. 2l 0'8 puede ser 0'8 estadstico o 0'8 convencional. 2l 0'8
estadstico es solamente aplicable a aislamientos autorecuperables
mientras que el 0'8 convencional es aplicable a aislamientos no
autorecuperables. 8os 0'8 son universalmente establecidos a condiciones
en seco: 2n la norma '2 ??;&, el 0'8 es conocido como la tensi#n de
aguante al impulso de rayo.
2l 0'8 estadstico es el valor de cresta de un impulso de rayo para el cual el
aislamiento tiene un die" I&?J por ciento de probabilidad de fallar
Iresultando en un flashoverJ.
2l 0'8 convencional es el valor de cresta de un impulso de rayo estndar
para el cual el aislamiento no falla cuando est su!eto a un nGmero
especfico de aplicaciones ba!o condiciones especficas.
2l 048 es el nivel de aislamiento eFpresado en t%rminos del valor de cresta
de un impulso de maniobra normali"ado. Al igual que el 0'8 el 048 puede
ser estadstico o convencional. 2n la norma '2 ??;&, el 048 es llamado
la tensi#n de aguante al impulso de maniobra y la definici#n es la misma.
c) TENSIN SOSTENIDA A BAJA FRECUENCIA
2s el valor efica" Ir.m.sJ de la tensi#n que se puede aplicar a un aislador en
condiciones especificadas, sin causarle flameo o perforaci#n sostenida en
hGmedo y tensi#n sostenida en roci#.
d) TENSIN DE PERFORACIN A BAJA FRECUENCIA
2s el valor efica" Ir.m.sJ de la tensi#n aplicada a un aislador, ba!o
condiciones especficas que originan descarga disruptiva a trav%s de
cualquier parte del aislador.
) TENSIN DE FLAMEO AL IMPULSO
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8a tensi#n de flameo al impulso de un aislador es el valor de cresta de la
onda de impulso, que ba!o condiciones especificas produce flameo a trav%s
del medio circundante.
!) TENSIN CRITICA DE FLAMEO AL IMPULSO
2s el valor de cresta de la onda de impulso, que ba!o condiciones
especificas produce flameo a trav%s del medio circundante en el 5?M de las
aplicaciones.
2n esta definici#n conviene aclarar que se deben aplicar ondas positivas y
negativas en el aire para el caso de tensiones inferiores de /? N3, siendo
las ondas positivas las criticas.
") TENSIN AL IMPULSO #NO DISRUPTIVA)
8a tensi#n al impulso es el valor de cresta, de la onda de impulso que ba!o
condiciones especificas debe resistir un aislador, sin que en este se
produ"ca flameo o perforaci#n en el mismo.
$) IMPULSO DE RA%O NORMALI&ADO
2s una forma de onda de referencia, que est en funci#n al tiempo que
alcan"a el valor mFimo Itiempo de frenteJ y al tiempo en el que alcan"a el
valor medio Itiempo de colaJ. 4egGn la norma americana es de &.57? s,
mientras la norma 2uropea indica &./5? s.
') DISTANCIA DE FU(A
8a distancia de fuga de un aislador, es la suma de las distancias ms cortas
medidas a lo largo de las superficies aislantes entre las partes conductoras
Ilongitud del contorno del aisladorJ.
) DISTANCIA DE FLAMEO EN SECO
8a distancia de flameo en seco, de un aislador es la distancia ms corta
medida a trav%s del medio circundante entre las partes conductoras. 2n
caso de eFistir partes metlicas conductoras intermedias, la distancia de
fuga en seco es la suma de las distancias parciales medidas segGn se
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indica en la definici#n de distancia de fuga. 8as pruebas ms comGnmente
reali"adas a aisladores pueden agruparse en tres categoras: pruebas
prototipo, pruebas de flameo y pruebas de rutina. 8as pruebas prototipo por
lo general se hacen para probar la calidad del producto de los fabricantes,
las pruebas de flameo normalmente se hacen para hacer correcciones al
diseo y las pruebas de rutina se hacen a todos los aisladores cuyos
prototipos han sido aceptados.
*) DISTANCIAS DIEL+CTRICAS
8as lneas de transmisi#n en su gran mayora son del tipo a%reo, por lo que
el medio aislante que utili"an son las distancias diel%ctricas en el aire.
2stas distancias dependen del )> y del 0'8 para tensiones menores a ??
N3. Para tensiones mayores a ?? N3 depende de la tensi#n critica de
flameo por maniobra I)>$J y del nivel bsico de impulso por maniobra
I(0'$J.
Para una probabilidad de falla del &?M, la relaci#n entre )> y el 0'8 est
dado por:
0'8 Q I&R&.SJ )>.
S Q Desviaci#n standard. Por rayo Q M Por maniobra Q M 0'8 Q ?,=& )> (0'$ Q ?,=// )>$
,) IMPULSO DE RA%O NORMALI&ADO
2s una forma de onda de referencia, que est en funci#n al tiempo que
alcan"a el valor mFimo Itiempo de frenteJ y al tiempo en el que alcan"a el
valor medio Itiempo de colaJ. 4egGn la norma americana es de &.57? s,
mientras la norma 2uropea indica &./5? s.
+na onda de impulso de tensi#n queda definida por los siguientes
parmetros:
)iempo de frente.
)iempo de cola.
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3alor pico.
Polaridad.
>igura &, sobretensi#n tipo rayo
8as sobretensiones estn caracteri"adas por una magnitud, un tiempo de
duraci#n y una probabilidad de ocurrencia.
4oportabilidad es la propiedad que tienen los aislantes de soportar una
descarga disruptiva. Para la coordinaci#n de la aislaci#n se considera tres
niveles, los cuales estn clasificados en funci#n a su 0'8 en:
(ivel 4uperior.C Kue consiste en el aislamiento interno no
recuperable de los equipos el%ctricos: )ransformador, 'nterruptor,
ables, 4eccionadores, etc. (ivel $edio o de 4eguridad.C >ormado por el aislamiento eFterno
autorecuperable de los diferentes equipos: aisladores, bushings o
boquillas, distancia diel%ctricas de aire, etc.
(ivel 'nferior o de Protecci#n.C onstituido por los equipos de
protecci#n contra sobretensiones: 2Fplosor Iuerpos de arqueoJ y de
pararrayos.
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Para que eFista una buena coordinaci#n de la aislaci#n se
recomienda que los intervalos entre los niveles de aislaci#n deban
ser: 2ntre nivel 4uperior y medio de /5M. 2ntre (ivel medio e inferior puede ser suficiente con &5M, pero
debido a que los pararrayos pueden ser instalados a una distancia
algo mayor a lo requerido por los aparatos a proteger, las
sobretensiones que llegan a estos pueden ser algo superiores a los
niveles de protecci#n de estos equipos, por lo que tambi%n es
conveniente fi!ar una diferencia de /5M.
>igura nT/, disposici#n de los equipos el%ctricos y sus niveles de tensi#n
-. COORDINACIN DE AISLAMIENTO.
8a coordinaci#n de los aislamientos, es la selecci#n de un con!unto de
tensiones mnimas normali"adas que caracteri"an el aislamiento de los
distintos equipamientos que componen los sistemas el%ctricos, a fin de que
puedan soportar las solicitaciones diel%ctricas a las cuales estarn sometidos
tanto en servicio normal, como ante solicitaciones diel%ctricas transitorias que
se puedan presentar en el sistema.
2sta coordinaci#n de aislamiento incluye adems la determinaci#n de la
distancia en aire mnimas necesarias, y se reali"a en base a una estimaci#n de
las sobretensiones esperables, calculadas ya sea en forma analtica #
mediante simulaciones con modelos de los eventos a los cuales estar
sometida la red el%ctrica, teni%ndose en cuenta la presencia y caractersticas
de los dispositivos de protecci#n.
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on el ob!etivo de reali"ar una #ptima selecci#n de los aislamientos, como as
tambi%n de los dispositivos de protecci#n contra sobretensiones, se requiere un
conocimiento riguroso de:
ules son las sobretensiones que se pueden originar en el sistema, y
sus principales parmetros: formas de onda, amplitud, distribuci#n
estadstica, etc. 8as caractersticas de los distintos tipos de aislamientos y su capacidad
de soportar las solicitaciones diel%ctricas. 8os dispositivos de protecci#n que es posible seleccionar e instalar. 2l coste de las distintas opciones o estrategias.
2Fiste numerosa documentaci#n publicada sobre el tema de coordinaci#n de
aislamiento, y tanto la omisi#n 2lectrot%cnica 'nternacional I'2, U'nternational
2lectrotechnical ommissionVJ, como el 'nstituto de 'ngenieros 2lectricistas y
2lectr#nicos de +4A I'222, U)he 'nstitute of 2lectrical and 2lectronic
2nginnersVJ poseen normas y guas # procedimientos de aplicaci#n I*efs. W&C
XJ, con recomendaciones y requisitos mnimos que se deben cumplir.
8o redactado en este documento es de aplicaci#n para sistemas de &75, /75 y
55? Y3 de tensi#n mFima de operaci#n, y se basa principalmente en las
normas y guas de la '2, y documentos y traba!os t%cnicos publicados por la
'*2.
2s imposible sin embargo omitir los numerosos documentos t%cnicos, guas y
normas de la '222, por lo que tambi%n son citados cuando sea relevante.
Poseen normas y guas # procedimientos de aplicaci#n, con recomendaciones
y requisitos mnimos que se deben cumplir.
8o redactado en este documento es de aplicaci#n para sistemas de &75, /75 y
55? Y3 de tensi#n mFima de operaci#n, y se basa principalmente en las
normas y guas de la '2, y documentos y traba!os t%cnicos publicados por la
'*2.
2s imposible sin embargo omitir los numerosos documentos t%cnicos, guas y
normas de la '222, por lo que tambi%n son citados cuando sea relevante.
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2n los sistemas de potencia es muy comGn observar sobretensiones que
afectan a estos, debido a la eFistencia de estas perturbaciones se deben tomar
ciertas medidas que tenga como principal funci#n disminuir y evitar las fallas
que puedan ser generadas por estas sobretensiones ya sean atmosf%ricas o
internas.
2stas medidas se conocen como coordinaci#n de aislamiento. As mismo
eFisten dispositivos muy empleados para combatir estas sobretensiones,
conocidos como descargadores o pararrayos, los cuales tienen la funci#n de
enviar, derivar o descargar a tierra de forma rpida e inofensiva las
sobretensiones que ponen en peligro al aislamiento del sistema.
8os pararrayos ms comunes son cat#dicos, de eFpulsi#n y de auto vlvula,
siendo este ultimo el ms usado en la actualidad por poseer una caracterstica
de resistencia no lineal, de manera que su valor #hmico cambiase con el valor
de la tensi#n imperante entre el conductor y el dispositivo de protecci#n.
2ntre los principales tipos de aislamientos se tienen los autorrestaurablesH para
los cuales son capaces de mantener sus propiedades diel%ctricas luego de sereFpuestos ante una descarga disruptiva, por otro lado se encuentran los
aislamientos no autorrestaurablesH estos por el contrario no pueden recuperar
sus propiedades diel%ctricas ante una descarga disruptiva.
2n los aislamientos autorrestaurables es posible obtener informaci#n con datos
estadsticos y los de tipo no autorrestaurables que son caractersticos de
aislamientos internos en equipos, por ello no se ven afectados por descargas
de tipo atmosf%ricos.
Para la coordinaci#n de aislamiento eFisten ciertas eFigencias, las cuales se
mencionan a continuaci#n:
aJ Deben garanti"ar que el asilamiento soporte todo tipo de solicitaciones
Diel%ctricas.bJ Debe tener una derivaci#n a tierra para las sobretensiones de manera
rpida e inofensiva.
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cJ aranti"ar que las rupturas diel%ctricas ocurran entre el aislamiento
eFterno y no en el interno.dJ )ratar que las fallas sucedan en sitios del sistema donde causen menor
dao.
8os aislamientos deben ser sometidos a ensayos que puedan garanti"ar
que el aislamiento se encuentre en buenas condiciones y poder conocer su
rigide" diel%ctrica.
2n la actualidad se dice que los m%todos modernos se basan en el
comportamiento estadstico de las sobretensiones, a las que se haba
denominado como esfuer"o, y a la capacidad del aislamiento de soportar
sus solicitaciones, que se llamo rigide". 8a probabilidad de falla de que elaislamiento se vea afectado por una sobretensi#n es el resultado de que el
esfuer"o sea mayor que la rigide".
2l m%todo convencional para reali"ar las pruebas trata de eFponer en forma
muy sencilla como es posible determinar la sobretensi#n mFima que se
puede presentar en el sistema y se selecciona un cierto margen de
seguridad, de manera que el aislamiento pueda soportar un esfuer"o
mFimo. Dada la naturale"a probabilstica de las magnitudes involucradas
Iesfuer"o y rigide"J, no se tiene seguridad si el aislamiento seleccionado,
con su respectivo margen, va a soportar la verdadera sobretensi#n mFima
que se puede presentar en el sistema.
2l aislamiento del sistema no debera fundamentarse Gnicamente en las
sobretensiones, ya que estas pueden ser reducidas a su mnima eFpresi#n,
con la ayuda de dispositivos de protecci#n, como pararrayos, as como el
proceso de controlar las fuentes que la producen.
Para culminar con este tema se puede decir que la coordinaci#n de
aislamiento comprende la selecci#n de la rigide" diel%ctrica de los equipos y
su aplicaci#n en relaci#n con las tensiones que puedan aparecer en el
sistema donde se van a utili"ar dichos equipos, tomando en cuenta las
caractersticas de los equipos de protecci#n disponibles para as obtener un
nivel de probabilidad de daos a los equipos y de continuidad de servicioaceptable, desde el punto de vista operacional y econ#mico.
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-.1 ASPECTOS MS IMPORTANTES PARA EL DISEO DE REDES
EL+CTRICAS DE ALTA TENSIN ES COORDINACIN DE AISLAMIENTOS
Debido a que uno de los aspectos ms importantes para el diseo de redes
el%ctricas de alta tensi#n es coordinaci#n de aislamientos, el correctodimensionamiento de una red el%ctrica respecto a la coordinaci#n del
aislamiento radica en:
&.C Asegurar la continuidad del suministro de energa el%ctrica que en cierta
forma es una medida de la calidad del servicio, la cual se determina por la
duraci#n y frecuencia de las interrupciones por falla de funcionamiento del
sistema y sus componentes. +na de las fallas ms comunes es la ruptura
diel%ctrica de los aislamientos de aparatos e instalaciones que integran la
red el%ctrica.
/.Considerar el aumento de tensiones nominales de operaci#n del sistema
el%ctrico, fundamentando en ra"ones t%cnicoCecon#micas de utili"aci#n
#ptima de materiales y espacio, ante el crecimiento ininterrumpido de la
demanda y el necesario transporte de elevados bloques de potencia.
4e observa que en el problema de la coordinaci#n de los aislamientosconcluyen tres aspectos:
Determinar las solicitaciones diel%ctricas a que cada aparato o instalaci#n
del sistema estar sometido durante su vida Gtil en servicio, tomando
debidamente en cuenta los dispositivos especiales de protecci#n que
pudieran modificarlas.
'nvestigan el comportamiento de los aisladores que integran el sistemafrente a las solicitaciones diel%ctricas que debern soportar, teniendo en
cuenta las condiciones ambientales o de servicio particulares que pudieran
presentarse y que influyen sobre dicho comportamiento.
Definir, en base al conocimiento de las solicitaciones y de las caractersticas
de los aislamientos, los niveles de aislaci#n adecuados para estos Gltimos,
a!ustndose al criterio t%cnicoCecon#mico impuesto por el grado de
confiabilidad requerido y el riego de falla aceptable.
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2l conocimiento de las caractersticas tensi#nCtiempo de los aislamientos de
los distintos aparatos que integran una instalaci#n en alta tensi#n, es
necesaria para poder evaluar el comportamiento de la instalaci#n en
con!unto frente a los diferentes tipos de solicitaciones el%ctricas a que est
sometida. 2l caso ms simple es aquel en que dos aparatos estn
conectados en paralelo a un punto de la instalaci#n donde aparecen las
solicitaciones el%ctricas que se anali"an, de modo que ambos reciben
simultneamente igual solicitaci#n.
Parecera que siendo las tensiones normales de servicio solicitaciones
diel%ctricas de menor magnitud que las sobretensiones, han de ser estas
Gltimas, los factores predominantes a considerar para el diseo de losaislamientos. 4in embargo, las sobretensiones solo se presentan
ocasionalmente y son de muy corta duraci#n, resultando as que en la
mayora de los casos, lo ms conveniente es adoptar medidas especiales
para controlarlas y reducirlas de modo que no actGen directamente sobre
los aislamientos principales, mientras que estos Gltimos se dimensionan
fundamentalmente en base a las tensiones normales de servicio, que son
las solicitaciones realmente inevitables y que estn presente durante toda lavida Gtil del aislamiento.
Dentro de esta filosofa general de diseo, una evaluaci#n t%cnicoC
econ#mica ser siempre la que defina el dimensionamiento final. 8a
implementaci#n de los medios t%cnicos, que se adoptan para controlar o
reducir las sobretensiones, debern ocasionar un gasto inferior al ahorro
que sobre el diseo del aislamiento principal posibilita la correspondiente
reducci#n de las solicitaciones.
-.2 PROCEDIMIENTO PARA LA COORDINACIN DE LOS AISLAMIENTOS.
2Fisten normas y guas de aplicaci#n o procedimientos
normali"ados por organismos internacionales I'2, '222J para la selecci#n
de los niveles de aislamiento de los sistemas el%ctricos I*efs. W/C7XJ, en
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donde se establecen los valores normali"ados de las tensiones mFimas
admisibles del equipamiento, y las recomendaciones para su selecci#n.
2n este punto se describe brevemente el m%todo establecido por la '2
??;&C& y
??;&C/.
2l procedimiento para la coordinaci#n de los aislamientos consiste en seguir
cuatro pasos principales, que empie"an por determinar las sobretensiones
esperables en el sistema a anali"ar IUtensiones representativasVJ, y terminan
con la selecci#n de los niveles de aislamiento normali"ados requeridos.
2stos pasos se pueden enumerar de la siguiente manera:
a. Determinaci#n de las tensiones representativas I+rpJ.
b. Determinaci#n de la tensi#n soportada de coordinaci#n I+cLJ.
c. Determinaci#n de la tensi#n soportada especificada I+rLJ.
d. 4elecci#n del nivel de aislamiento normali"ado.
-.2.1 TENSIONES REPRESENTATIVAS
8as tensiones representativas son aquellas que se supone representan a
todas las tensiones que se pueden originar en el sistema de manera que, si
se reali"a la coordinaci#n de los aislamientos en base a estas tensiones,
entonces el sistema estar protegido para todas las sobretensiones
esperables.
8a determinaci#n de las tensiones # sobretensiones representativas se
reali"a generalmente en base a clculos # procedimientos simplificados, #
estudios detallados del sistema, reali"ados con herramientas destinadas a
tal fin ya sea, por e!emplo, anal#gicas como el UAnali"ador de )ransitorios
en *edes I)(A, por su nombre en ingl%sJ, # digitales como el 2$)P
IU2lectro$agnetic )ransient ProgramVJ # el A)P IUAlternative )ransient
ProgramVJ.
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Para la determinaci#n de las sobretensiones representativas, se deben
tener en cuenta los niveles de protecci#n proporcionados por los
dispositivos de protecci#n instalados Igeneralmente descargadores de
OZnJ, y que la tensi#n de operaci#n es igual a la mFima del sistema.
2n general es suficiente considerar dos tipos de sobretensiones
representativas, segGn cual sea la tensi#n mFima del sistema I+mFJ:
Para instalaciones del *ango ' I&Y3 [ +mF [ /75Y3J el
procedimiento se basa en las sobretensiones temporales y de origen
atmosf%rico. Para instalaciones del *ango '' I+mF \ /75Y3J el procedimiento se
basa en las sobretensiones de maniobra I# de frente lentoJ y de
origen atmosf%rico.
-.2.2 SOBRETENSIN TEMPORARIA REPRESENTATIVA.
2s la sobretensi#n de mayor amplitud efica" asumida o calculada entre las
sobretensiones de este tipo, y cuya forma de onda est% representada con la
onda estandari"ada de tensi#n de & minuto de duraci#n a frecuencia
industrial.
2n el sistema del *ango ', se considera normalmente que la mFima
sobretensi#n temporaria es la que ocurre en las fases sanas durante un
cortocircuito monofsico.
2n el caso de los sistema del *ango '', se puede originar sobretensiones
aGn mayores ante un recha"o de carga, en especial cuando la lnea es de
gran longitud, por lo que la sobretensi#n representativa ser la obtenida
entonces en este evento.
2n sistemas del *ango '', la coordinaci#n de aislamiento se basa en
tensiones soportadas a impulsos del tipo rayo y de maniobra, por lo que en
los equipos de este rango no suele especificarse la sobretensi#n temporaria
soportada. 2n este caso, la )abla 3 Ique es copia de la incluida en la norma
'2 ??;&C/, *ef. W/XJ, establece los factores de conversi#n a aplicar para
obtener la tensi#n soportada a impulsos de maniobra equivalente a unasobretensi#n temporaria determinada.
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)abla 3. >actores de conversi#n de ensayo para el *ango '', para convertir
las tensiones soportadas a frecuencia industrial de corta duraci#n
especificadas en tensiones soportadas a impulso del tipo demaniobra.
-.2.3 SOBRETENSIN DE MANIOBRA REPRESENTATIVA.
2s la sobretensi#n de mayor amplitud asumida o calculada entre las
sobretensiones de este tipo, y cuya forma de onda est% representada con la
onda estandari"ada de impulso de maniobra, de forma de onda /5?/5??]s
Iaunque las sobretensiones de maniobra son en general oscilatoriasJ.
4u amplitud mFima puede ser un valor asumido, o un con!unto de valorescaracteri"ados por una distribuci#n estadstica.
eneralmente la sobretensi#n de maniobra representativa es la originada
por la energi"aci#n o reCenergi"aci#n en el caso de lneas. 2n
transformadores y reactores deber anali"arse las sobretensiones debidas
al corte de corriente.
Para el caso de una distribuci#n estadstica de valores, se toma como valor
representativo a aquel que s#lo tiene una probabilidad del /M de ser
superado I+e/J, # el nivel de protecci#n del descargador a impulsos de
maniobra, el que sea mayor.
2s de destacar que, si bien para sistemas del *ango ', la
coordinaci#n de aislamiento se basa en tensiones soportadas a impulsos
tipo rayo y temporarias de frecuencia industrial, por lo que normalmente no
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se especifica en el equipamiento de este rango la tensi#n soportada del
tipo de maniobra. 2n este caso entonces, )abla 3' Ique es copia de la
)abla 5./ de la '2 ??;&C/, *ef. W/XJ, establece los factores de
conversi#n necesarios.
Tab,a VI. Fac/0 d c04'5 d a60 7aa , Ra"0 I8 7aa
c04/' ,a /'0 070/ada a '97:,0 /'70 9a'0ba
7c'!'cada /'0 070/ada a '97:,0 /'70 a60 6 a
!c:c'a 'd:/'a, d c0/a d:ac'5
-.2.- S OBR E T E N S I N A T M O S F + R IC A R E PR ESE N T A T I VA .
Para el caso de lneas a%reas, ya se ha visto que las descargas
atmosf%ricas las afecta de varias formas, es decir, la amplitud y forma de
onda de las sobretensiones depende de si el rayo impacta directamente
en el conductor de fase, # se produce un contorneo inverso, # cae a tierra
cerca de la lnea.8as sobretensiones inducidas por rayos que impactan a tierra cerca de la
lnea producen sobretensiones de amplitud no mayor a 7?? Y3, y son de
importancia en sistemas de [ Y3.
A medida que aumenta la tensi#n del sistema, tambi%n aumenta su
aislamiento, y por lo tanto los contorneos inversos son poco frecuentes en
lneas de ^ 5?? Y3.
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2n lo que respecta a la coordinaci#n de aislamiento en las subestaciones,
se asume que hay descargadores instalados en bornes de los equipos
principales, especialmente en los transformadores de potencia.4in
embargo, su nivel de protecci#n a los elementos depende de varios
factores, como la distancia al elemento a proteger, la amplitud y forma de
onda de la corriente por el descargador, el coneFionado del descargador,
etc.
eneralmente se considera que la peor sobretensi#n de origen atmosf%rico
que puede arribar a una subestaci#n, es la originada por un contorneo
inverso de la cadena de aisladores, a una cierta distancia sobre alguna de
las lneas conectadas a la subestaci#n.
Para determinar la forma de onda a la entrada de la subestaci#n, es
necesario adoptar algGn m%todo para el clculo de la atenuaci#n y
distorsi#n de la onda en su trayecto hacia la subestaci#n, principalmente
debido a efecto corona.+n punto importantes es la cantidad de lneas
a%reas conectadas, cuyo nGmero puede variar en funci#n de necesidades
de operaci#n del sistema. 2sto influye de dos formas en las caractersticas
de la onda de tensi#n I# corrienteJ que ingresa a la subestaci#n:
4i la subestaci#n posee varias lneas a%reas, la onda de corriente
que se propaga por una de ellas se dividir al llegar a la subestaci#n,
en funci#n del nGmero de lneas conectadas, y s#lo una parte
ingresar a la subestaci#n, por lo que la sobretensi#n ser menor
que si s#lo hubiera una lnea conectada.
2n contrapartida, cuanto ms lneas est%n conectadas, mayor ser la
probabilidad de ingreso de rayos por las mismas.
2s importante entonces reali"ar el estudio con diferentes configuraciones de
la subestaci#n, y determinar la peor situaci#n.
2n la *ef. W/X se describe un m%todo para calcular la sobretensi#n del
tipo atmosf%rica representativa en un equipo protegido con descargadores.
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-.3 TENSIONES SOPORTADAS DE COORDINACIN
2sta tensi#n es de un valor superior a la representativa de igual tipo, por un
factor Nc que tiene en cuenta la incertidumbre tanto en la determinaci#n del
valor mFimo de la tensi#n representativa, como en la determinaci#n Ipor
ensayosJ de la tensi#n soportada por el equipamiento.
4e distinguen dos m%todos para calcularla: el determinista y el estadstico. 2n
el proceso de coordinaci#n de los aislamientos del sistema, puede utili"arse
alguno de ellos, o una combinaci#n de ambos m%todos.
8a aplicaci#n de uno u otro m%todo depender de la informaci#n disponible
tanto sobre los aislamientos del sistema, como de las tensiones representativas
de las solicitaciones diel%ctricas a las que estarn eFpuestos.
2l m%todo estadstico se puede aplicar cuando es posible obtener la funci#n de
densidad de probabilidad de las sobretensiones representativas y tambi%n de
los aislamientos. 2s el m%todo que se aplica generalmente en el caso de
aislamientos autorregenerables.
Para aislamientos no autorregenerables no es posible obtener con ensayo la
distribuci#n estadstica de tensiones soportadas, por lo que se considera una
metodologa determinista.
-.3.1 SOBRETENSIONES TEMPORARIAS
Para este tipo de sobretensiones se adopta un criterio determinista y se
considera que la tensi#n soportada de coordinaci#n es igual a la representativa,
es decir, se adopta Nc Q&.
-.3.2 SOBRETENSIONES DE MANIOBRA
2n este caso el procedimiento puede reali"arse con un m%todo determinista
o estadstico.
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;. M+TODOS DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO DEcoordinaci#n de
;.1 M+TODO CONVENCIONAL
2st basado en la determinaci#n de la mFima sobretensi#n impuesta al
aislamiento y la mnima soportabilidad del aislamiento.
8os rangos de mnima soportabilidad y mFima sobretensi#n son un poco
arbitrarios ya que no se puede seguir una regla estricta validar los limites
inferior y superior de la soportabilidad de la aislaci#n y de los valores de
sobretensi#n que son variables aleatorias.
>igura nT, 8os rangos de mnima soportabilidad y mFima sobretensi#n.
2l m%todo implica obtener la mFima tensi#n representativa y la mnima
tensi#n soportada por el aislamiento, separados ambos valores por un
margen de seguridad que deber tener en cuenta la incertidumbre en
la determinaci#n de ambas tensiones. 2ste margen est representado por
el factor Ncd
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Para equipos protegidos por descargadores, se adopta como mFimo valor
de la tensi#n representativa al dado por el nivel de protecci#n del
descargador a impulso de maniobra I+psJ, para la corriente nominal del
mismo.
4in embargo el descargador puede producir una marcada asimetra
en la distribuci#n estadstica de las sobretensiones, dado que UtruncaV la
curva en los valores ms altos. 2sta asimetra es mayor cuanto menor
sea la relaci#n entre el nivel de protecci#n del descargador, y el valor
presunto de la sobretensi#n I+ps+e/J. Para tener en cuenta esto
entonces se propone una dependencia entre el factor de coordinaci#n Ncdy la relaci#n +ps+e/ la cual se muestra en la >igura I*ef. W/XJ.
>igura nT,&. >actor de coordinaci#n Ncd para equipos protegidos por
descargadores. aJ Para aislamiento faseCtierra, bJ para aislamiento entre
fases.
;.2 M+TODO ESTADSTICO
Para poder aplicar el m%todo estadstico, es necesario conocer la
distribuci#n de frecuencia de las sobretensiones, y la curva de probabilidad
de falla del aislamiento. Adems, deber adoptarse un riesgo de fallo
aceptable
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2l riesgo de fallo del aislamiento entre fase y tierra U*V, igual a la "ona
sombreada de la >igura ;, se obtiene mediante la siguiente eFpresi#n:
Donde:
fI+J Q densidad de probabilidad de las
sobretensiones PI+J Q probabilidad de que una tensi#n + produ"ca el
contorneo del aislamiento.
Actuando sobre fI+J Ilimitando las sobretensionesJ, y# PI+J Ila
soportabilidad del aislamientoJ se puede lograr un riesgo de fallo que est%
dentro de lo aceptable para el sistema.
>'+*A (T7. 23A8+A'-( D28 *'24O D2 >A88A.
2l uso de este m%todo implica el clculo del riesgo de falla basado en la
distribuci#n estadstica de las sobretensiones.
8a distribuci#n de las sobretensiones debe ser determinada por mediode los clculos te#ricos o de medidas en el sistema de la probabilidad de
fallas del aislamiento por medio de pruebas, el riesgo de falla puede
reducirse limitando las sobretensiones o incrementando la resistencia de
aislamiento. 2ste ultimo conduce a la probabilidad de falla IPJ del
aislamiento sea despla"ado a la derecha.
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2l m%todo cuantifica del riesgo de falla a trav%s de unanlisis num%rico
de naturale"a estadstica de las sobretensiones que pueden presentarse
en el sistema y de la soportabilidad el%ctrica de la aislaci#n.
4e aplica en sistemas con tensiones mayores a ?? N3, debido a que
permite disear el aislamiento de manera ms precisa, en especial del
aislamiento auto recuperable.
>igura nT7,&. 3ariaci#n del riesgo de falla con el factor de seguridad
estadstico.
;.3 M+TODO ESTADSTICO SIMPLIFICADO.
2l m%todo estadstico previamente descripto puede ser simplificado si se
asume que cada una de las curvas fI+J y PI+J puede ser definida por un
solo punto en cada una de ellas.
2n este caso la distribuci#n de sobretensiones fI+J se la identifica con el
valor de la sobretensi#n que tiene un /M de probabilidad de ser
superado I+e/J, y la de soportabilidad del aislamiento PI+J con aquella
que tiene un =?M de probabilidad de ser soportada I+cLJ, siendo entonces
el factor de coordinaci#n estadstico Ncs Q +cL +e/.
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8a correlaci#n entre el factor de coordinaci#n estadstico Ncs y el riesgo de
fallo * resulta ligeramente afectado por el valor de +e/, es decir, de la
distribuci#n de sobretensiones. 2sto es lo que se muestra en la >igura . RESUMEN DEL TEMA
C00d'ac'5 d A',a9'/0.
8a coordinaci#n de aislamiento comprende la selecci#n de la rigide"
diel%ctrica de los equipos y su aplicaci#n en relaci#n con las tensiones que
puede aparecer en el sistema donde se van a utili"ar dichos equipos,
tomando en cuenta las caractersticas de los equipos de protecci#n
disponibles, para as obtener un nivel de probabilidad de daos a los
equipos y de continuidad de servicio aceptable, desde el punto de vista
operacional y econ#mico. I'2, &==J.
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T'70 d A',a9'/0.
2l aislamiento el%ctrico se puede clasificar como:
E, a',a9'/0 ?/0 consiste en distancias en el aire a trav%s de las
superficies del aislamiento s#lido en contacto con el aire, que estn su!etas
a esfuer"os el%ctricos y a los esfuer"os de la atm#sfera. I'2, &==J.
E, a',a9'/0 '/0 consiste en las partes internas s#lidas, lquidas o
gaseosas del aislamiento del equipo, las cuales estn protegidas por las
cubiertas del equipo de los efectos de la atm#sfera. I'2, &==J.
E, a',a9'/0 a:/0c:7ab, es el aislamiento que recupera
completamente sus propiedades aislantes despu%s de una descarga
disruptiva IflameoJ causada por la aplicaci#n de una tensi#n. 2ste tipo de
aislamiento es generalmente aislamiento eFterno. I'2, &==J.
E, a',a9'/0 0 a:/0c:7ab, es lo opuesto al aislamiento
autorecuperable, es decir que pierde sus propiedades o no las recupera
completamente despu%s de una descarga disruptiva causada por la
aplicaci#n de una tensi#n. I'2, &==J.
C0!'":ac'5 d, A',a9'/0.
De acuerdo a '2 ??;&C/, las configuraciones ms comunes para un tipo
de aislamiento dado, tomando en cuenta sus bornes son:
T'!@'ca )iene en cuenta tres bornes de fase, un borne de neutro y un
borne de tierra.
Fa /'a onfiguraci#n de aislamiento trifsico en la cual no se tiene
en cuenta los bornes de dos fases y, eFcepto en casos especiales, en el
cual el borne de neutro se conecta a tierra.
E/ !a onfiguraci#n de aislamiento trifsico en el cual no se
considera un borne de fase. 2n ciertos casos, los bornes de neutro y tierra
tampoco son considerados.
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L0"'/:d'a, 2sta es una configuraci#n donde se tiene en cuenta dos
bornes de fase y uno de tierra, los bornes de fase pertenecen a la misma
fase de una red trifsica, separadas temporalmente en dos partes
independientes ba!o tensi#n. +n e!emplo de aislamiento longitudinal es el
caso del aislamiento que eFiste entre los bornes de la misma fase de un
interruptor o un seccionador en estatus normalmente abierto.
N'4, B@'c0 d A',a9'/0.
8lamado tambi%n 0'8 I0asic 'mpulse 8evelJ es el valor de cresta de la onda
de sobretensi#n por rayo Iimpulso de rayo normali"adoJ que como mFimo
puede soportar un aislante sin que se produ"ca una descarga disruptiva
atreves de un aislante.
. CONCLUSIONES
8a conclusi#n final de la coordinaci#n de aislamiento es la de determinar la
rigide" diel%ctrica mnima necesaria del equipamiento y distancias en aire
para obtener un sistema el%ctrico que sea t%cnica y econ#micamente
aceptable, sobre la base de una tasa de falla ra"onable adoptada como
criterio de diseo del sistema.
onsecuentemente, para los estudios de coordinaci#n de aislamiento es de
importancia la determinaci#n de cul es la tasa de falla aceptable, o de la
confiabilidad deseada para el sistema.
8a tarea de coordinar los aislamientos requiere del conocimiento tanto de
las solicitaciones esperables # presuntas sobre el aislamiento del
equipamiento y sobre las distancias en aire, como as tambi%n delcomportamiento de los diferentes tipos de aislamientos frente a dichas
solicitaciones, tomando en cuenta las condiciones ambientales y la
ubicaci#n de los elementos.
4i las solicitaciones calculadas # estimadas resultan superiores a las
nominales soportadas por los equipos, yo las distancias en aire necesarias
para soportarlas resultan eFcesivas, se deber reducir las sobretensiones
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por algGn m%todo adecuado, # modificar el diseo yo las especificaciones
del aislamiento de ser posible.
1.BIBLIO(RAFIA
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