Coordinación de aislamiento es la selección de la tensión soportada normalizada de los equipos teniendo en cuenta las sobretensiones que pueden aparecer, así como los medios de protección que se pueden instalar y las condiciones ambientales de la zona, para obtener un riesgo de fallo aceptable.

Sobretensión es la tensión anormal existente entre dos puntos de una instalación eléctrica, fase y tierra o entre fases, cuyo valor pico es superior al valor pico de la máxima tensión de operación normal de un equipo (Vm) o sistema (Vs).

Las sobretensiones están divididas entres grupos según su origen:

Sobretensiones por Frecuencia Nominal (Sobretensiones Temporales)Sobretensiones por Conexión y Desconexión (Sobretensiones de Maniobra)Sobretensiones por Descargas Atmosféricas

Las dos primeras se consideran de origen interno y la tercera de origen externo.

Los valores en p.u. de las amplitudes de las sobretensiones estarán referidos al valor pico fase-tierra de la tensión más elevada del sistema (Vs), así:

1 p .u=√2Vs√3

Debido a que una sobretensión tiene un carácter aleatorio y variable en el tiempo es difícil de caracterizar, por lo que sus parámetros tales como: duración, amplitud y efectos en el sistema son sólo una aproximación estadística. Los riesgos que una sobretensión representa desde el punto de vista del aislamiento son, por ejemplo, disfuncionamientos por la destrucción del material y en consecuencia, la no continuidad del servicio eléctrico

Las tensiones y sobretensiones en función de la forma de onda y tiempo de duración se clasifican como:

Tensiones permanentes. Sobretensiones temporales. Sobretensiones de frente lento. Sobretensiones de frente rápido. Sobretensiones de frente extra rápido.

Ambas clasificaciones pueden corresponder entre sí, es decir que las sobretensiones a frecuencia industrial abarcan a sobretensiones continuas y temporales, así como las de maniobra corresponden a las de frente lento y las de tipo atmosférico a las de frente rápido, sin ser esto cierto en el cien por ciento de los casos.

Sobretensión de Baja Frecuencia:

Es de larga duración y se origina con una frecuencia igual o próxima a la de operación. Este tipo de sobretensiones se divide en:

Tensión permanente a frecuencia industrial Sobretensión temporal

Tensión permanente a frecuencia industrial

Tensión a frecuencia de operación, con un valor eficaz constante, y aplicada permanentemente.

Sobretensión temporalSobretensión de frecuencia industrial y duración relativamente larga.

Están asociadas principalmente a pérdidas de carga, fallas a tierra y resonancia de diferentes tipos.

o Efectos de resonancia o Efectos de ferrorresonancia

Fallas a tierra.La falla más común en los sistemas de potencia es el cortocircuito monofásico, es decir, una falla entre fase y tierra. Siendo menos probables las fallas bifásicas o trifásicas en las que la tierra no está involucrada.

Rechazo de carga.Un rechazo de carga podría suscitarse ante una operación indebida de un disyuntor, dando como resultado la elevación del voltaje en todo el sistema.

Resonancia y Ferrorresonancia

El fenómeno de resonancia ocurre cuando un circuito que está conformado por inductores y capacitores lineales es alimentado por un voltaje con una frecuencia aproximadamente igual a la frecuencia natural del sistema, en este caso existe un único punto de resonancia.La Ferrorresonancia es un fenómeno de resonancia no lineal, es decir cuando se tiene por ejemplo una inductancia variable lo cual ocasionará que se puedan presentar varios puntos de resonancia y por ende una mayor probabilidad de ocurrencia. Este tipo de fenómeno puede afectar a las redes eléctricas puesto que provoca la presencia de armónicos anormales y sobretensiones transitorias o permanentes que ponen el peligro al material eléctrico.

Es así que de acuerdo al origen de la sobretensión se definen sus parámetros característicos como: amplitud, forma de onda y duración.

Las amplitudes de las sobretensiones temporales no deben exceder el 1.5 p.u. y su duración debe ser menor de 1 seg.

En la coordinación de aislamientos estas determinan las características nominales de los descargadores y los niveles de protección factibles. Puede ser amortiguada o débil-mente amortiguada. Según la causa, su frecuencia puede ser distinta o igual a la frecuencia de operación de la red.

Sobretensión TransitoriaEs de corta duración (algunos milisegundos), y muy amortiguada.Puede estar seguida por una sobretensión temporal; en tal caso ambas sobretensiones se analizan como sucesos separados. Estas sobretensiones se dividen a su vez en:

Sobretensión de frente lento Sobretensión de frente rápido Sobretensión de frente muy rápido

Sobretensión de Frente LentoOscilatoria, con un tiempo a la cresta comprendido entre 20 y 5000 μs, y un tiempo de cola igual o inferior a 20 ms.

Sobretensión de Frente Rápido Unidireccional, con un tiempo a la cresta comprendido entre 0.1 y 20 μs, y un tiempo de cola igual o inferior a 300 μs.

Sobretensión de Frente muy Rápido Generalmente oscilatoria, con un tiempo a la cresta inferior a 0.1 μs, una duración total inferior a 3 ms, y oscilaciones de frecuencias de hasta 100 MHz.

Sobretensión por Conexión y Desconexión (sobretensión por maniobra)

Las sobretensiones de maniobra están asociadas a todas las operaciones de maniobra o súbitas modificaciones en la topología de la red eléctrica, tales como: energización y re-cierre de una línea, inicio y despeje de fallas, rechazos de carga y establecimiento o interrupción de corrientes capacitivas o inductivas. Así como también por descargas atmosféricas sobre las líneas de transmisión en un punto alejado a la subestación. Todos estos eventos provocan fenómenos transitorios que se traducen en una onda de sobretensión que se caracteriza por tener un frente de onda de algunas decenas a miles de microsegundos.

Sus altas amplitudes están generalmente en el rango de 2 a 4 p. U. Dependiendo mucho de los valores reales de diseño del sistema y de los medios para limitarlos.

La forma de onda puede variar mucho pero puede ser representada por una onda de algunos cientos a algunos miles de ciclos, superpuesta en una onda a frecuencia industrial, o por una onda doble exponencial con un tiempo de frente de 10 a 1000 us.

La Figura muestra la forma de onda típica de una Sobretensión deConexión y desconexión.

Además, este tipo de sobretensiones son de mayor magnitud que las sobretensiones temporales.Sobretensión por Descargas Atmosfericas

Son debidas a una descarga atmosférica, tienen una duración muy corta y una amplitud que puede ser varias veces la tensión de pico nominal.La importancia de las sobretensiones atmosféricas crece conforme disminuye la tensión nominal de los componentes afectados por el rayo. El valor de las sobretensiones que se pueden producir en una red de distribución originadas por un rayo es tan elevado frente al valor de la tensión nominal de la red que tanto el nivel de aislamiento de los componentes como la selección y coordinación de protecciones se realiza teniendo en cuenta el efecto de las sobretensiones atmosféricas.

Un rayo puede originar una sobretensión que termine provocando un fallo en la línea aérea afectada o que se propague por la línea y pueda provocar una avería en algún otro equipo.

La aparición de una sobretensión de origen atmosférico en una línea aérea puede ser debida a uno de los mecanismos siguientes

o La descarga cae sobre un cable de tierra o un poste, en ambos casos una parte de la corriente del rayo termina propagándose a tierra donde originará sucesivas reflexiones que pueden dar lugar a una tensión superior a la rigidez dieléctrica del aislamiento entre el poste y alguno de los conductores de fase

o La descarga cae sobre un conductor de fase debido a un apantallamiento insuficiente del cable de tierra o a la inexistencia de éste; se produce una falta si la onda de tensión supera la rigidez dieléctrica del aislamiento

o La descarga cae en las cercanías de una línea aérea, pudiendo inducir en ésta tensiones superiores al nivel de aislamiento.

Sin embargo, todavía existen muchos puntos sobre los que no hay un conocimiento suficientemente preciso; probablemente, los más importantes sean la propia naturaleza del rayo y los principales parámetros que describen su comportamiento.

En fin en una subestación la incidencia de una descarga atmosférica podría darse de dos maneras. La primera es considerar la caída del rayo dentro del patio de la subestación afectando directamente a los equipos y la otra es que el rayo incida sobre la línea de transmisión

asociada a la subestación, en cuyo caso, se forman olas de sobretensión que se propagan a través de las líneas hasta alcanzar los equipos. En la práctica, que una descarga atmosférica incida dentro de la subestación es un evento muy poco probable, debido a que su área de exposición es relativamente pequeña, además de tener el sistema de apantallamiento.

¿Cómo se producen las sobretensiones?

1. A) y B) Descargas atmosféricas directas.2. Descargas atmosféricas en lugares próximos.3. Descargas atmosféricas en lugares alejados.4. Sobretensiones de conmutación.

TENSIONES PICO DE FASE PARA SOBRETENSIONES

DESCARGADOR DE SOBRETENSIÓN

Un descargador es un dispositivo para llevar a tierra las descargas eléctricas asociadas a los sobrevoltajes producidas por descargas atmosféricas y por la operación de interruptores, eliminando así los sobrevoltajes y evitando que dañen el aislamiento del equipo y las instalaciones eléctricas.

Con el circuito eléctrico el cual protege, en condiciones normales, el descargador debe comportarse como un aislador, al aplicarse un sobrevoltaje de una cierta magnitud, debe convertirse en conductor. Por último, al desaparecer ese sobrevoltaje, el descargador debe convertirse de nuevo en aislador, interrumpiendo la corriente que se ha establecido a través de él.

NIVELES DE AISLAMIENTO

Para tensiones de 52 a 245 KV tensiones soportadas a la frecuencia industrial y al impulso atmosférico.

Para tensiones de 300 a 765 KV tensiones de impulsos atmosféricos

Cálculo de la coordinación de aislamiento

La coordinación empieza con la estimación de los diferentes tipos de sobretensiones que someten a esfuerzo el aislamiento; a partir de este dato los niveles de aislamiento pueden ser determinados por los métodos convencionales o estadísticos.

FACTORES DE CORRECCIÓN DE LOS NIVELES DE AISLAMIENTO

Debido al cambio de la densidad del aire por la altura sobre el nivel del mar, es necesario corregir el aislamiento externo de los equipos para

así lograr una debida coordinación de aislamientos. Dicha corrección se hace para alturas mayores a 1000 metros (a equipos sumergidos en aceite no se les corrige por altura). Además las tensiones de flameo sobre superficies aislantes cambian con la humedad relativa, lo cual implica una corrección adicional a los niveles de aislamiento.

CONCLUSIÓN:

Sobretensión se puede definir como la Tensión anormal existente entre dos puntos de una instalación eléctrica, superior al valor máximo que puede existir entre ellos en servicio normal.

Sobretensión frecuencia nominal es la sobretensión entre fase y tierra o entre fases en un lugar determinado de la red, de duración relativamente larga y que no esta amortiguada, o solo lo esta débilmente.

Sobretensión tipo maniobra es la sobretensión entre fase y tierra o entre fases en un lugar determinado de la red debida a una maniobra, defecto u otra causa y cuya forma puede asimilarse, en lo relativo a la coordinación de aislamiento, a la de los impulsos normalizados utilizados para los ensayos de impulso tipo maniobra.

Sobretensión tipo rayo es la sobretensión entre fase y tierra o entre fases en un lugar determinado de la red debido a una descarga atmosférica u otra causa y cuya forma puede asimilarse, en lo relativo a la coordinación de aislamiento, a la de los impulsos normalizados utilizados para los ensayos de impulso tipo rayo.

ANEXOS

Clases, formas de onda y tiempos característicos de sobretensiones

BIBLIOGRAFIA:

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