ortiz cruz
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FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA ELCTRICA
REGIN POZA RICA - TXPAN
Presenta:
TESINA:
DIMENSIONAMIENTO DIELCTRICO EN LNEAS DE TRANSMISIN
PARA LA COORDINACIN DE AISLAMIENTO
DIRECTOR DE TESIS:
ING. CARLOS ALARCN ROSAS
POZA RICA DE HGO., VER., AGOSTO DEL 2007
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DIMENSIONAMIENTO DIELCTRICO EN LNEAS DE TRANSMISIN PARA LA COORDINACIN DE AISLAMIENTO
INDICE
INTRODUCCIN
CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACION
1.1 JUSTIFICACIN...1 1.2 NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO...2 1.3 ENUNCIACIN DEL TEMA....................................................................................3
1.4 EXPLICACIN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO......................................4
CAPITULO II: MARCO TEORICO
DESARROLLO DEL TEMA
2.1 PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIN................................5
2.2 MARCO CONTEXTUAL.........................................................................................6
2.3 MARCO TERICO
2.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS
2.3.1 GENERALIDADES...................................................................................8
2.3.2 TENSIN NOMINAL Y SOBRETENSIONES........................................9
2.3.3 TENSIONES PERMANENTES A LA FRECUENCIA
DEL SISTEMA.................................................................................................18
2.3.4 SOBRETENSIN TEMPORAL A LA FRECUENCIA
DEL SISTEMA..................................................................................................19
2.3.5 SOBRETENSIONES DE MANIOBRA...................................................21
2.3.6 SOBRETENSIONES POR DESCARGAS ATMOSFRICAS...............26
2.4 CONTAMINACIN EN AISLAMIENTOS ELCTRICOS
2.4.1 GENERALIDADES.................................................................................32
2.4.2 EL FENMENO DE LA CONTAMINACIN......................................33
2.4.3 INVESTIGACIONES DEL FENMENO E INFLUENCIA
DEL MEDIO....................................................................................................36
2.4.4 NORMALIZACIN DE LOS NIVELES
DE CONTAMINACIN.................................................................................42
2.4.5 INDICES DE CONTAMINACIN PARA NIVELES
ESPECIFICADOSPOR CFE COMPARADOS CON RECOMENDACIONES
EHV..................................................................................................................45
2.5 PARMETROS CARACTERSTICOS DEL TERRITORIO NACIONAL Y
NORMALIZACIN DE LAS DISTANCIAS DIELCTRICAS.
2.5.1 PARMETROS CARACTERSTICOS.................................................47
2.5.2 NORMALIZACIN DE LAS DISTANCIAS
DIELCTRICAS.............................................................................................56
2.5.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS PARA LNEAS
DE TRASMISN...........................................................................................57
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2.5.4 DISTANCIAS DIELCTRICAS MNIMAS PARA LNEAS
DE TRANSMISIN 400 KV........................................................................58
2.5.5 DISTANCIAS DIELCTRICAS MNIMAS PARA LNEAS
DE TRASMISION.........................................................................................59
2.5.6 DISTANCIAS DIELCTRICAS MNIMAS PARA LNEAS
DE TRANSMISIN 230 KV........................................................................60
CAPITULO III: CONCLUSIONES
3.1 CONCLUSIONES..............................................................................................61
3.2 BIBLIOGRAFIA................................................................................................62
3.3 ANEXOS............................................................................................................63
3.3.1 ANLISIS COMPARATIVO DE LOS AISLADORES ANTINIEBLA
(SMOG-TYPE), ENTRE LOS (COMERCIALES) QUE UTILIZA LA
COMISIN FEDERAL DE ELECTRICIDAD Y LAS NORMAS
CFE 52200-22...............................................................................................64
3.3.2 ESPECIFICACIONES.........................................................................65
3.3.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS DE NO FLAMEO EN AIRE.........67
3.3.4 RELACIN DE AISLAMIENTO DE FASE A TIERRA Y
DE FASE A FASE........................................................................................68
3.3.5 MAPAS DE CONTAMINACION, MAPAS DE CLIMA Y MAPAS DE
PRECIPITACION PLUVIAL......................................................................69
3.3.6 TABLAS DE NIVELES DE CONTAMINACION............................73
ANEXOS
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INTRODUCCIN
INTRODUCCIN
El problema de las sobretensiones en los sistemas de potencia ha sido estudiado desde
hace varios aos, desde el punto de vista de diseo de aislamiento o equipo de
proteccin. Por ello es de vital importancia el estudio y cual es su objetivo principal de
la Coordinacin de aislamiento en las lneas de transmisin.
Podemos decir que la Coordinacin de aislamiento es el total de todas la mediciones
adoptadas en un sistema elctrico de transmisin, con el objeto de prevenir
interrupciones por rupturas y en lo posible, flameos por sobretensiones y en donde esto
no se puede obtener dentro de los limites econmicos, para tratar de que los flameos se
presenten en puntos donde no se cause daos y de esta forma, las interrupciones en el
servicio se reduzcan a un mnimo.
De acuerdo con lo anterior, la coordinacin de aislamiento, es la correlacin de los
esfuerzos dielctricos en los aislamientos de los distintos componentes de un
aislamiento elctrico de potencia en alta tensin, con el objeto de minimizar el riesgo de
prdida del suministro de energa elctrica causado por sobretensiones que pudieran
causar daos en el equipo y los distintos elementos de una instalacin.
El Dimensionamiento dielctrico, implica determinar los posibles grados que puede
resistir el aislamiento, considerando los esfuerzos en las lneas de transmisin, ya que es
muy importante para tener la mayor estabilidad en nuestro sistema.
Inicialmente en este trabajo recepcional en la modalidad de tesina, se estudiaran, las
distancias dielctricas, pasando por los tipos de sobretensiones que pueden llegar a
afectar a una instalacin elctrica, despus abordaremos que tanto afecta la
contaminacin en los aislamientos elctricos, y finalmente estudiaremos los Parmetros
Caractersticos, que influyen en las distancias dielctricas de lneas de transmisin.
Este trabajo esta enfocado como apoyo al Ingeniero o tcnico, que se encarga de
mantener en condiciones optimas de operacin las Instalaciones Elctricas, basado en
las Normas de Comisin Federal de Electricidad.
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INTRODUCCIN
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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1.1 JUSTIFICACION
Toda industria por mas pequea que sea e insignificante que nos parezca tiene una
funcin econmica y social para la cual esta destinada, pero entre mas grande sea su
campo de accin y mas enlazada este con el campo socio-econmico su importancia
ser mayor. Siendo Veracruz y principalmente el Municipio de Poza Rica y la Regin
un lugar donde da con da la Industria crece, adems de que es un pilar importante de el
estado, nos debemos de preocupar por tener nuestras Instalaciones Elctricas en
condiciones optimas de operacin.
De acuerdo a todo a estudios realizados a las Instalaciones Elctricas de la Comisin
Federal de Electricidad y la Comisin Internacional de Electrotecnia (IEC), se encontr
que existe Contaminacin en los Aisladores Elctricos.
Tomando en cuenta la importancia que tendra el no tener un mantenimiento adecuado
para las Instalaciones Elctricas, nos causara una gran cantidad de problemas, teniendo
perdidas econmicas en la industria, y de esta manera se plantea la necesidad de realizar
estudios para el mejor funcionamiento de las Lneas de Transmisin.
Todo lo mencionado anteriormente, nos lleva a la realizacin de este trabajo, para
encontrar soluciones a las fallas que puede haber en las Instalaciones Elctricas.
Es importante mencionar que este trabajo ser de gran ayuda para el Ingeniero o
Tcnico, que pretende dar un funcionamiento optimo en las Instalaciones Elctricas,
principalmente en los Aisladores Elctricos, para lo cual debemos tener conocimiento
de nuestras Normas Vigentes, para la Coordinacin de Aislamiento en Lneas de
Transmisin.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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1.2 NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
La naturaleza de este trabajo esta dentro de la modalidad de tesina por las caractersticas
que presenta.
Este trabajo recepcional tiene como objetivo desarrollar los alcances que tiene el
Dimensionamiento Dielctrico en las Lneas de Transmisin para la Coordinacin de
Aislamiento, debido a las fuentes de contaminacin que existe en toda la zona.
Por consiguiente este trabajo tiene como objetivo que toda las Instalaciones Elctricas
tenga la mnima cantidad de perdidas en el suministro de energa elctrica, causado por
la contaminacin el los aisladores elctricos, garantizando la seguridad, la flexibilidad y
la economa de la Industria Elctrica.
Sabiendo que este trabajo puede servir de gua para realizar proyectos para la
Coordinacin de Aislamiento en Lneas de Transmisin, se realizo una investigacin
bibliografa en nuestro pas, principalmente en nuestra ciudad de Poza rica Veracruz y
sus alrededores, sin olvidarnos de las investigaciones que se realizaron a nivel
internacional, basndonos principalmente en las Normas de Comisin Federal de
Electricidad y las investigaciones Realizadas por La Comisin Internacional de
Electrotecnia (IEC).
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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1.3 ENUNCIACION DEL TEMA
En tiempos actuales, toda empresa local, nacional e internacional, busca tener un
funcionamiento ptimo en el desarrollo de sus actividades; toda empresa se preocupa
por tener sus instalaciones en condiciones adecuadas, aun en las que se estn realizando
modificaciones o remodelaciones.
En estudios realizados anteriormente por la Comisin Federal de Electricidad y la
Comisin Internacional de Electrotecnia (IEC), se ha detectado que existen fallas en las
Lneas de Transmisin, esta deficiencia, ah impactado en la Industria Elctrica, por la
sobretensin en los distintos elementos de una Instalacin, causada principalmente por
la contaminacin en los Aisladores elctricos.
Para que toda Instalacin Elctrica, funcione correctamente, es importante hacer un
nfasis en el Dimensionamiento Dielctrico en Lneas de Transmisin para la
Coordinacin de Aislamiento.
En el siguiente trabajo recepcional se efecta un anlisis, sus implicaciones, adems de
dar las opciones para resolver este problema.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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1.4 EXPLICACION DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO.
La estructura de este trabajo se presenta de la siguiente manera:
Previa a la exposicin del primer capitulo, se presenta una introduccin de la
importancia de este trabajo.
En el capitulo I se da a conocer la justificacin del trabajo, en la cual se da un breve
explicacin del por que se realiza este trabajo, un apartado donde se seala la
naturaleza, sentido y alcance del trabajo.
En la enunciacin del tema se contempla hacia donde estar enfocado este trabajo y por
ultimo la explicacin de la estructura de este trabajo, en donde se da a conocer la forma
en que esta estructurada la investigacin.
En capitulo II es el desarrollo del tema en el se presenta el planteamiento del tema de la
investigacin, que es una descripcin mnima de lo que se va a investigar, el marco
contextual donde se describe la ubicacin geogrfica de la investigacin, aunque aqu
hay que hacer un parntesis por que no solamente se realizaron investigaciones en Poza
Rica Veracruz por parte de la Comisin Federal de Electricidad, si no que tambin se
tomaron en cuenta la investigaciones Internacionales realizadas por la Comisin
Internacional de Electrotecnia (IEC).
En cuanto al marco terico esta conformado de la siguiente manera:
Distancias Dielctricas.
Contaminacin en Aislamientos Elctricos.
Paramentos caractersticos del territorio nacional y Normalizacin de las Distancias Dielctricas.
El capitulo III comprende las conclusiones, bibliografita, los anexos y el apndice.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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2.1 PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACION
Actualmente el Dimensionamiento Dielctrico en Lneas para Coordinacin de
Aislamiento es de vital importancia, ya que el estudio de ello llevara a mejoras en la
Industria Elctrica.
Todo lo anterior se realiza con el objetivo de prevenir fallas por aislamiento, en las
Lneas de Transmisin, recordando que el nivel de aislamiento de los diferentes equipos
conectados al sistema debe ser mayor que la magnitud de las sobretensiones transitorias
que aparezcan en el sistema.
La magnitud de las sobretensiones transitorias estn usualmente limitada a un nivel de
proteccin por medio de dispositivos de proteccin y entonces el nivel de aislamiento
tiene que estar arriba del nivel de proteccin por un margen de seguridad.
Normalmente el nivel de aislamiento al impulso se ha establecido en un valor del 20 al
25% arriba del nivel de proteccin y se verifica con pruebas de sobretensin al impulso
(con una onda de 1.2/50 micro segundos).
Desafortunadamente, tanto la coordinacin de aislamiento como el nivel de proteccin
dependen de un nmero de condiciones que no pueden ser expresadas precisamente
como simples nmeros. El nivel de proteccin de las distintas partes de una instalacin
depende entre otras cosas de la magnitud y repeticin, as como de la polaridad de la
sobretensin aplicada.
Por todo lo anterior la presente investigacin pretende dar a conocer al ingeniero, ala
tcnico, al estudiante y al electricista practico, la informacin bsica y necesaria que le
permita elaborar mas fcilmente proyectos, para la Coordinacin de Aislamiento, sobre
la base de Normas, reglamentos especificaciones y procedimientos de Ingeniera, en
menor tiempo, eficientes, con calidad y econmicos.
Su planteamiento es a base de investigaciones bibliogrficas y de campo.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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2.2 MARCO CONTEXTUAL
Denominacin
Poza Rica de Hidalgo.
Localizacin Se encuentra ubicado en la zona centro del estado, en las coordenadas 97 27 norte 20 3300.32" y oeste 97 2814.31", a una altura 46.3 metros sobre el nivel del mar.
Limita al noroeste y este con Papantla; al sur con Coatzintla; al noroeste con Tihuatln.
Su distancia aproximada al nornoroeste de la capital del Estado por carretera es de 290
Km.
Extensin Tiene una superficie de 47 Km2., cifra que representa un 0.065 % total del Estado.
Orografa El municipio se encuentra ubicado en la zona norte del Estado, su suelo es irregular por
conjunto de lomeros.
Hidrografa Se encuentra regado por arroyos que son tributarios del ro Cazones.
Clima Su clima es clido con una temperatura promedio de 24.4 C; su precipitacin pluvial
media anual es de 1,010 mm.
Principales Ecosistemas. Los ecosistemas que coexisten en el municipio son el de
bosque mediano, donde se desarrolla una fauna compuesta por poblaciones de conejos,
armadillos mapaches, tlacuaches, tejones y coyotes.
Recursos Naturales Cuenta con yacimientos de petrleo y gas natural adems de una industria petroqumica.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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UNIVERDIDAD VERACRUZANA
LOCALIZACION GEOGRAFICA
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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2.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS
2.3.1 GENERALIDADES
Las distancias dielctricas en las lneas de transmisin deben tener valores que den en
la operacin una confiabilidad aceptable de acuerdo con las especificaciones que se
usen.
Para definir las distancias dielctricas se deben considerar los distintos parmetros que
influyen sobre su comportamiento, los criterios que se utilicen y la experiencia
desarrollada en este campo tanto Nacional como Internacional.
En este trabajo se presentan las distintas consideraciones, para el clculo de las
distancias dielctricas, a fin de normalizar sus valores en las Lneas de Transmisin.
Asimismo, se anexan tablas conteniendo las distancias dielctricas recomendables para
distintas alturas sobre el nivel del mar, cadenas de aisladores, correspondientes con sus
distancias de fuga.
Tambin se tienen siluetas y ventanas de las torres actualmente en uso, mapas de
condiciones metereolgicas y de contaminacin Nacionales y algunos otros parmetros.
Los parmetros que definen las distancias dielctricas se agrupan en esfuerzos
(tensiones o sobretensiones) de origen interno del sistema, los esfuerzos de origen
externo, las caractersticas del medio ambiente y las caractersticas del suelo.
Los esfuerzos de origen interno son generados por el propio sistema, los esfuerzos de
origen externo son los originados por las descargas atmosfricas.
Las caractersticas principales del medio ambiente que influyen en las distancias
dielctricas son: La contaminacin, la presin baromtrica, la lluvia, la humedad, la
presin y la temperatura.
El suelo afecta sus caractersticas resistivas al paso de la corriente de descarga
atmosfrica y ocasiona deterioro a las estructuras cuando tienen valores de resistencia
menores de cierto rango.
La coordinacin de aislamiento de las distintas partes de un sistema elctrico (de ms
de (1KV), es algo parecido a la coordinacin de protecciones contra sobrecorrientes a
base de fusibles y otros dispositivos limitadores de corriente.
En la coordinacin de protecciones contra sobrecorrientes, se trata de que solo el
circuito en el que se presenta la falla quede desconectado y no todo el sistema, esto
hablando en casos muy generales. En una forma similar, se procede para la proteccin
contra sobretensiones.
No siempre un sobreaislamiento en algunas partes de la instalacin es conveniente
desde el punto de vista de proteccin contra sobretensiones, ya que esto podra traer
como consecuencia cuando ocurran sobretensiones intensas que se presenten flameos o
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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rupturas de aislamientos en partes vitales del sistema que pudieran ser inaccesibles. As,
por ejemplo, es preferible que ocurran flameos en el aislamiento de la lnea, a que
ocurran en las boquillas del transformador o bien, siguiendo con la misma lnea de
rozamiento, que ocurran en las boquillas de un transformador y no en su interior.
De acuerdo con lo anterior, se puede decir que la coordinacin de aislamiento, es la
correlacin de los esfuerzos dielctricos en los aislamientos de los distintos
componentes de un aislamiento elctrico de potencia en alta tensin, con el objeto de
minimizar el riesgo de prdida del suministro de energa elctrica causado por
sobretensiones que pudieran causar daos en el equipo y los distintos elementos de una
instalacin.
Las compaas suministradoras de energa en la planeacin de sus sistemas y
especificaciones en pruebas de sobretensin a equipos, deben tener en consideracin
esto, con objeto de que en la forma ms razonable econmicamente hablando, se
reduzcan al mnimo las interrupciones en el suministro por este concepto.
Por coordinacin de aislamiento se quiere decir el total de todas la mediciones
adoptadas en un sistema elctrico de transmisin, con el objeto de prevenir
interrupciones por rupturas y en lo posible, flameos por sobretensiones y en donde esto
no se puede obtener dentro de los limites econmicos, para tratar de que los flameos se
presenten en puntos donde no se cause daos y de esta forma, las interrupciones en el
servicio se reduzcan a un mnimo.
De lo anterior se observa que es necesario mantener un equilibrio entre el sistema libre
de interrupciones y las limitaciones econmicas necesarias.
En la medida que se incrementan las tensiones en los sistemas, los costos por
aislamiento vienen a ser mayores en proporcin con el costo inicial de un sistema,
entonces se tiene la necesidad de reducir, dentro de los limites tcnicamente
permisibles, la cantidad de aislamiento, coordinando los niveles de aislamiento del
equipo.
2.3.2 TENSION NOMINAL Y SOBRETENSIONES.
Tensin nominal. Es el valor de la tensin o intervalo de tensiones de la red elctrica
que el fabricante asigna para la operacin de un equipo o aparato.
Se considera como tensin nominal, a las tensiones normalizadas en los equipos que se
conectan a la red de alimentacin elctrica.
Tensiones elctricas. A lo largo de la NOM-001-SEDE-1999, las tensiones elctricas
consideradas deben ser aquellas a las que funcionan los circuitos. La tensin elctrica
nominal de un equipo elctrico no debe ser inferior a la nominal del circuito al que est
conectado.
Tensin elctrica nominal. Es el valor asignado a un sistema, parte de un sistema, un
equipo o a cualquier otro elemento y al cual se refieren ciertas caractersticas de
operacin o comportamiento de stos.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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Tensin elctrica nominal del sistema. Es el valor asignado a un sistema elctrico.
Como ejemplos de tensiones normalizadas, se tienen:
120/240 V; 220Y/127 V; 480Y/277 V; 480 V como valores preferentes
2400 V como de uso restringido
440 V como valor congelado
La tensin elctrica nominal de un sistema es el valor cercano al nivel de tensin al cual
opera normalmente el sistema. Debido a contingencias de operacin, el sistema opera
generalmente a niveles de tensin del orden de 10% por debajo de la tensin elctrica
nominal del sistema para la cual los componentes del sistema estn diseados.
Tensin elctrica nominal de utilizacin. Es el valor para determinados equipos de
utilizacin del sistema elctrico. Los valores de tensin elctrica de utilizacin son:
En baja tensin: 115/230 V; 208Y/120 V; 460Y/265 y 460 V; como valores preferentes.
SOBRETENSIN. Se denomina sobretensin a todo aumento de tensin capaz de
poner en peligro el material o el buen servicio de una instalacin elctrica. La relacin
entre la sobretensin Us, y la tensin de servicio se llama factor de sobretensin que
viene expresado por:
ks= U
U S
Por ejemplo en una lnea cuya tensin nominal es de 6 kV, y aumenta la tensin hasta
15 kV, el factor de sobretensin vale:
ks= 6
15= 2.5
Muchas veces es posible calcular el factor de sobretensin y, por lo tanto, prever la
magnitud de las posibles sobretensiones que pueden presentarse en la instalacin.
Las sobretensiones pueden producir descargas que, adems de destruir o averiar
seriamente el material, tambin pueden ser la causa de nuevas sobretensiones. Muchas
veces, los peligros de las sobretensiones no se deben solamente a su magnitud, sino
tambin a la forma de onda. Si se realizan correctamente la instalacin y las lneas de
conexin estn en buenas condiciones es poco probable que se produzcan
sobretensiones. Si, a pesar de todas las precauciones, en una instalacin se producen
sobretensiones debe procurarse que descarguen a tierra lo ms rpidamente posible, por
medio de los correspondientes dispositivos de proteccin denominados, en general,
descargadores de sobretensin.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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Estas protecciones deben regularse a un factor de sobretensin que sea menor que el
grado de seguridad de la instalacin pero que, por otra parte, no se aproxime demasiado
al valor de la tensin de servicio ya que de lo contrario entrara muchas veces en
funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la instalacin. Las
sobretensiones se producen tanto en instalaciones de baja como de alta tensin aunque,
generalmente, en las primeras tienen menos importancia que en las ltimas, debido a
que en las instalaciones de alta tensin las propias condiciones de funcionamiento y de
aislamiento favorecen la aparicin de sobretensiones.
Las tensiones anormales o sobretensiones pueden clasificarse, segn su origen, en dos
grupos: las sobretensiones internas y las atmosfricas.
a) Las sobretensiones internas se forman como consecuencia de las oscilaciones entre
las energas de los campos magntico y elctrico producidas por un arco intermitente, es
decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna por cero, pero se vuelven a
encender cuando la sinusoide de la tensin toma mayores valores. Son las producidas al
variar las propias condiciones de servicio de la instalacin. Estos no se producen
solamente por arqueo de aisladores sino tambin en los interruptores cuando
desconectan altas intensidades.
A este grupo pertenecen las oscilaciones de intensidad de corriente, las variaciones de
carga, las descargas a tierra, etc. En todos estos procesos, la energa acumulada en los
elementos inductivos y capacitivos de los circuitos que comprenden una instalacin,
pueden llegar a descargar de tal modo que originen perjudiciales aumentos de la tensin.
Esta clase de sobretensiones pueden preverse en gran parte y, por lo tanto, evitarse. Las
sobretensiones de origen interno pueden, a su vez, clasificarse en dos categoras:
1) Sobretensiones de maniobra que designan los fenmenos transitorios que
acompaan a los bruscos cambios de estado de una red, por ejemplo, maniobras de
disyuntores, descargas a tierra, etc.
2) Sobretensiones de servicio que comprenden los estados estacionarios que pueden
resultar durante la puesta en servicio o fuera de servicio de una carga, sobre todo,
cuando la red comprende lneas de gran longitud; tambin se incluyen en este grupo las
sobretensiones permanentes provocadas por los defectos a tierra.
El carcter de las sobretensiones producidas por tales oscilaciones, llamadas
sobretensiones internas, es completamente distinta del de la elevacin de la tensin
debida a la autoexcitacin de mquinas sincrnicas o al efecto Ferranti, pues en estos
dos casos se trata de la elevacin de la tensin de 50 Hz ( 60 Hz. Segn el pas),
mientras que las sobretensiones internas estn caracterizadas por ondas de otra
frecuencia que se superponen a la frecuencia bsica.
El transitorio es, casi siempre, una oscilacin amortiguada de frecuencia media y escasa
duracin. Por el contrario, la forma de onda de las sobretensiones producidas por
fenmenos estacionarios tienen una amplitud constante o casi constante; estas
sobretensiones se desplazan por las lneas y aparatos en forma de ondas de choque,
llamadas tambin ondas errantes.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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La frecuencia de las sobretensiones internas est definida por la frecuencia natural del
sistema siendo:
fsis =
sissisLC2
1
Donde Csis y Lsis , indican la capacitancia correspondiente a la inductancia de todo el
sistema de transmisin, y fsis, resulta del orden de 103 Hz.
La amplitud de las oscilaciones depende principalmente de la conexin del punto neutro
del sistema y tambin de la distribucin de las inductancias y capacitancias. En sistemas
con punto neutro, aislado se midieron, segn Lewis, sobretensiones internas hasta cinco
veces mayores que la tensin normal, mientras en sistemas con punto neutro conectado
directamente a tierra no se registraron valores mayores de dos hasta tres veces la tensin
normal.
b) El segundo grupo lo forman las sobretensiones de origen externo, como las que
penetran en lneas areas desde la atmsfera a consecuencia de golpes de rayo o de
influencia electroesttica. Las sobretensiones producidas por golpes de rayo directos son
las ms peligrosas por ser mucho ms altas que las internas y las debidas a influencia
electroesttica de las nubes. Se incluyen en este grupo, las sobretensiones que tienen
una procedencia exterior a la instalacin y en los que, por lo tanto sus amplitudes no
estn en relacin directa con la tensin de servicio de la instalacin afectada.
Comprenden, sobre todo, las sobretensiones de origen atmosfrico, tales como rayos,
cargas estticas de las lneas, etc.
Los golpes de rayo directos pueden producir tensiones del orden de 105 hasta 10
6
voltios, y corrientes del orden de 104
hasta 105 amperios. De los oscilogramas tomados
mediante oscilgrafos de rayos catdicos resulta que la tensin y la corriente son
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
OSCILOGRAMA DE SOBRETENSIONES
INTERNAS
PRESENTA. DIEGO JAVIER ORTIZ CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
13
impulsos de muy breve duracin que pueden representarse mediante ondas peridicas
que se desarrollan en intervalos de 5 hasta 100 s (microsegundos, siendo 1 s = 10-6
segundos)
Los aisladores de lnea no pueden soportar tales sobretensiones en consecuencia se
producen descargas y se forman arcos sobre los aisladores que perduran aun cuando la
sobretensin desaparece, siendo la tensin de servicio de lneas de alta y media tensin
suficiente para mantenerlos en el canal de aire ionizado. Ahora bien, el arco con su alta
temperatura destroza a los aisladores si no se interrumpe muy pronto. La interrupcin
del arco en sistemas con el punto neutro conectado directamente a tierra, se efecta
mediante los interruptores, ya que el arco sobre los aisladores produce un corto circuito
monofsico. En sistemas con el punto neutro aislado, el arco encendido por
sobretensiones atmosfricas no produce cortocircuitos, sino corrientes de moderada
intensidad, pero que pueden destruir muy pronto el aislador ya que degenera en arco
intermitente si el sistema no est provisto de la bobina Petersen que lo apaga.
Hilos de guardia y disposicin de los conductores. De lo dicho resulta que la mejor
solucin para proteger lneas areas contra sobretensiones atmosfricas sera impedir
que stas entren en los conductores de lneas areas.
Para eliminar totalmente la influencia del campo electroesttico atmosfrico sobre los
conductores habra que construir alrededor de ellos una jaula de Faraday, lo que es
econmica y tcnicamente imposible. Sin embargo, la experiencia confirma que uno o
dos cables colocados sobre los conductores de fase y paralelos a stos garantizan una
discreta proteccin contra golpes de rayo directos. Tales cables de proteccin
denominados hilos de guardia o hilos de tierra se colocan en el extremo ms alto de los
soportes y se conectan mediante la misma estructura del soporte a tierra. Generalmente
se utilizan como hilos de guardia cables de acero con secciones de 25 hasta 50 mm2.
La probabilidad de golpes de rayo directos en los conductores disminuye en lneas
protegidas con dos hilos de guardia hasta un valor casi despreciable.
La eficiencia de la proteccin con hilos de guardia depende de la posicin de los hilos
respecto de los conductores, pero siendo las relaciones muy complicadas ya que existen
muchos factores independientes, no es posible hallar una solucin analtica del
problema, sino solamente una aproximacin experimental.
Existen varios criterios sobre la mejor posicin de los hilos de guardia.
Segn Schwaiger, la zona protegida por los hilos de guardia, est determinada por
crculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del hilo de proteccin, como est
representado en la figura siguiente:
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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Zonas de proteccin formadas por 1, 2 y 3 hilos de guardia (Schwaiger)
La zona propiamente protegida, est an disminuida por una zona de dispersin que hay
que tomar en cuenta con un ancho del 2 al 4 % del radio correspondiente.
UNIVERISIDAD VERACRUZANA
ZONAS DE PROTECCIN
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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La aplicacin del mtodo a un soporte para doble lnea, est representado en la figura
superior.
Se puede definir la posicin de los hilos de guardia, mediante el ngulo de proteccin.
Se considera que un ngulo menor de 40 30, entre el hilo de proteccin y
conductores, asegura la lnea contra los golpes directos. Las alturas de los soportes
construidos de acuerdo con este criterio, resultan menores que las exigidas por la teora
de Schwaiger.
Con lo dicho quedaran definidos los criterios para la disposicin de los conductores y
de los hilos de guardia, pero los hilos de guardia colocados sobre los conductores de
lnea, an si soportan el golpe de rayo, no garantizan por s mismos una eficaz
proteccin del sistema, si el aislamiento de la lnea no se ajusta a las consecuencias que
produce el golpe de rayo en el hilo de guardia. Como ya se dijo, el rayo da origen a
corrientes del orden hasta 105
A. Esta corriente que fluye hacia tierra se distribuye sobre
varios soportes de lnea si la lnea est provista de hilos de guardia pero los soportes
prximos al lugar donde cay el rayo pueden ser recorridos por intensidades de hasta
104
A. Esta corriente produce en el hilo de guardia, soporte y puesta a tierra una cada de
tensin debida a la resistencia de estos elementos.
El producto Irayo*Rtierra resulta del orden de 105 hasta 10
6 voltios, ya que, las puestas a
tierra en los dems casos representan resistencias de 10 hasta 102 ohmios. En
consecuencia el soporte toma un potencial muy alto, que puede producir una descarga
secundaria entre soporte y conductor, si el aislamiento de los conductores de fase no
soporta tal diferencia de potencial. En el momento de la descarga, el potencial de los
UNIVERISIDAD VERACRUZANA
ZONAS DE PROTECCIN
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
16
conductores no ser el correspondiente a la tensin normal de la lnea, porque antes la
cada del rayo las nubes influenciaron tambin en stos una carga electroesttica. Al
caer el rayo sta se vuelve libre y produce ondas migratorias llamadas tambin ondas
errantes en los conductores. El valor de, la carga electroesttica depende del gradiente
atmosfrico existente a la altura de la lnea antes la cada del rayo, y, por tanto, no se
puede definirla. En las consideraciones que siguen se asumir que el potencial de los
conductores de lnea que estn recorridos por la tensin alterna U, es decir + U mx y - U
mx es cero, suposicin que es ms desfavorable que la realidad.
Distribucin de la corriente de un rayo en una lnea con hilos de guardia.
Las lneas areas se someten a los esfuerzos de origen interno siguientes:
o Las tensiones permanentes a la frecuencia del sistema. o Las sobretensiones temporales a la frecuencia del sistema. o Las sobretensiones de maniobra.
Los esfuerzos de origen externo son las sobretensiones originadas por las descargas
atmosfricas.
UNIVERISIDAD VERACRUZANA
ZONAS DE PROTECCIN
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
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17
o Descargas atmosfricas.
Las descargas atmosfricas han presentado un problema para los sistemas de trasmisin
de energa elctrica, ya que la mayora de fallas son debidas a este tipo de fenmenos.
El estudio de las descargas atmosfricas fue iniciado en forma rudimentaria por Franklin
en 1740 a partir de las teoras para electricidad esttica.
Actualmente las descargas atmosfricas y en particular en el pas an no se han
estudiado suficientemente y solo se dispone de lagunas teoras para tratar de explicar su
origen y algunos experimentos para estudiar sus efectos.
Experimentalmente se ha comprobado que la tierra representa un electrodo negativo y a
una distancia de 100 a 150 km sobre su superficie se encuentra una capa de aire que
representa el electrodo positivo. Cuando las corrientes de aire entre la tierra y esta capa
producen una ionizacin alta se establece una descarga de iones que si su valor es
elevado puede degenerar en una descarga elctrica.
Para explicar el fenmeno de la descarga elctrica existen algunas teoras en la que se
pude contar como las ms destacadas las siguientes:
A) Teora de Simpson B) Teora de Elster y Geitel C) Teora de Wilson D) Teora de los cristales de hielo
A) TEORIA DE SIMPSON. Manifiesta que la formacin de cargas elctricas en las
nubes se debe a corriente del aire que se encuentra en actividad en su interior. Las
corrientes en el aire transportan vapor hmedo del mar o de la superficie de la tierra este
vapor al encontrase a determinada altura y bajo condiciones atmosfricas propicias se
condensa transformndose en gotas de agua.
B) TEORIA DE ELSTER Y GEITEL. Esta teora se fundamenta sobre estudios
realizados sobre una gota grande de lluvia a travs del campo elctrico de la misma
cuyo gradiente en la superficie es de 100 V/m de vida a la accin de este campo, la gota
se polariza en la parte superior por una carga negativa y en el inferior por una carga
positiva.
C) TEORIA DE WILSON. Wilson hizo un nuevo desarrollo cientfico respecto a la
electrificacin de las nubes, su teora esta basada en que las gotas de lluvia al caer
adquiere carga producida por iones elctricos que se encuentran presentes en las
corrientes de aire ascendentes.
D) TEORIA DE CRISTALES DE HIELO. Esta teora trata de explicar la importancia
que representan los cristales de hielo comnmente conocidos como granizos
especialmente en las partes superiores de las nubes y tambin en las regiones antrticas;
as se trata de dar algunas explicaciones a este fenmeno.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
18
Los equipos sometidos a los esfuerzos elctricos mencionados deben soportarlos de
acuerdo con las Normas de Seguridad que se apliquen. Lo anterior define las
TENSIONES RESISTENTES que son las tensiones de soporte de los equipos para las diferentes sobretensiones que se apliquen.
Para cada una de las tensiones y sobretensiones mencionadas, existen las
correspondientes tensiones resistentes a los diferentes equipos y aislamientos o de las
Lneas de Transmisin.
2.3.3 TENSIONES PERMANENTES A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
Son las que se tienen en el sistema durante su operacin normal siendo ondas senoidales
a la frecuencia de 60 ciclos por segundo y que se definen por su valor eficaz entre fases.
Para efectos de normalizacin de los diferentes niveles de tensin comprendidos en este
grupo de esfuerzos en los sistemas elctricos, se debern tomar en cuenta las siguientes
definiciones:
TENSIN NOMINAL DE UN SISTEMA TRIFSICO (V).
Es el valor eficaz entre fases con que se designa el sistema y a la que estn referidas
ciertas caractersticas de operacin del mismo.
TENSIN MXIMA DE UN SISTEMA TRIFSICO.
Es el valor eficaz de tensin ms alto ente fases que ocurren en un sistema de
condiciones normales de operacin en cualquier momento y en cualquier punto.
TENSIN MXIMA DE DISEO DE EQUIPO (Vm).
Es el valor mximo de tensin entre fases para el cual est diseado el equipo con
relacin a su aislamiento, as como para otras caractersticas que se refieren a esta
tensin en las normas relativas del equipo. Esta tensin es el valor mximo de la tensin
mas alta del sistema (tensin de operacin mxima) para el cual el equipo puede usar.
Las tensiones mximas de diseo se dividen en las siguientes categoras (TABLAS 1,
2,3 COLUMNAS 1 y 2, ESPECIFICACIN CFE L 0000-06).
CATEGORIA A Tensiones mayores de 1 kV y hasta 52 kV
CATEGORIA B Tensiones mayores de 52 kV y menos de 300 kV
CATEGORIA C Tensiones de 300 kV y mayores.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
19
o Sobretensiones de origen interno.
Estas se pueden dividir en dos clases:
A) SOBRETENSIONES INTERNAS DE ALTA FRECUENCIA.
Estas sobretensiones se deben a fenmenos transitorios, que aparecen cuando el estado
de una red se cambia por operaciones de maniobra (switcheo) o por una condicin de
falla. La tensin resultante que toma la forma de una senoide amortiguada, tiene una
frecuencia del orden de 20 KHz y de hecho esta gobernada por la inductancia y
capacitancia inherente al corto circuito.
B) SOBRETENSIONES INTERNAS DE BAJA FRECUENCIA.
Estas ocurren a la frecuencia nominal del sistema e incluyen la tensin en estado
permanente que pueda resultar, con pequeas variaciones por la desconexin de una
carga, particularmente se presentan en el caso de las lneas de transmisin largas.
2.3.4 SOBRETENSIN TEMPORAL A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
Es una sobretensin oscilatoria de fase a tierra o de fase a fase en un punto dado el
sistema que tiene una relacin relativamente grande (del orden de segundos) la cual no
esta amortiguada o tiene dbil amortiguacin.
Estas sobretensiones se originan normalmente de desconexiones bruscas de carga
(rechazo de carga), falla a tierra o por el funcionamiento de una lnea larga en vaco
(efecto Ferranti). Estas sobretensiones pueden alcanzar valores de las siguientes rdenes
en pu.
PARA DESCONEXIONES BRUSCAS:
ENTRE FASES Igual o mayor de 1.4 pu
FASE A TIERRA Igual o mayor de 1.4 pu
PARA FALLAS A TIERRA:
ENTRE FASES Igual o mayor de 1 pu
FASE A TIERRA Igual o mayor de 1.25 pu
PARA FUNCIONAMIENTO DE UNA LNEA LARGA EN VACO.
ENTRE FASES Igual o mayor de 1.10 pu
ENTRE FASE Y TIERRA Igual o mayor de 1.10 pu
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
20
COMBINADOS LOS TRES FACTORES SE OBTIENEN LOS SIGUIENTES
FACTORES DE SOBRETENSIN.
ENTRE FASES Igual o mayor de 1.45 pu
ENTRE FASE Y TIERRA Igual o mayor de 1.8 pu
Los valores de diseo permisibles en el sistema se sujetan a las Normas para los valores
de tensin resistente, que regulan la fabricacin de los equipos.
Estos tienen valores de pruebas especificados de acuerdo con las CATEGORAS A, B,
y C ya mencionadas anteriormente.
Para las CATEGORAS A y B el comportamiento al voltaje de operacin y a los
sobrevoltajes temporales a la frecuencia del sistema, se verifican con la PRUEBA DE CORTA DURACIN A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA. La verificacin del envejecimiento del asilamiento interno y a la contaminacin del aislamiento externo,
cuando pueden ser afectados por los voltajes de operacin y sobrevoltajes temporales a
la frecuencia del sistema, generalmente requieren PRUEBAS DE LARGA DURACIN A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
Las pruebas de corta duracin a la frecuencia del sistema se realizan de acuerdo con los
valores recomendados en las TABLAS 1 Y 2 (ESPECIFICACIN CFE L 0000-06).
TENSIN RESISTENTE NOMINAL A 60 HZ DE FASE A TIERRA
Para la CATEGORA C el comportamiento a los voltajes de operacin y a los
sobrevoltajes temporales a la frecuencia del sistema se verifican mediante las
PRUEBAS DE LARGA DURACIN A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA teniendo como propsito verificar la capacidad del equipo con respecto a la vejez o a la
contaminacin. Las recomendaciones para las pruebas correspondientes se especifican
para los diferentes equipos o instalaciones y, para el caso especfico de las Lneas de
Transmisin se tratarn con mayor amplitud ms adelante.
SOBRETENSIONES DE ORIGEN EXTERNO.
Estas son de orgen atmosfrico y comnmente toman la forma de un impulso
unidireccional, la amplitud mxima que se puede presentar no tiene ninguna relacin
con la tensin de operacin del sistema. Estas sobretensiones se pueden deber a las
siguientes causas:
A) Descargas directas del rayo B) Tensiones inducidas causadas por una descarga a tierra en un lugar cercano de la
lnea.
C) Tensiones inducidas debido a variaciones atmosfricas a lo largo de la lnea de transmisin.
D) Sobretensiones electrostticas inducidas causadas por nubes cargadas. E) Sobretensiones electrostticas inducidas, causadas por el efecto de la friccin de
pequeas partculas como el polvo en la atmsfera.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
21
2.3.5 SOBRETENSIONES DE MANIOBRA.
Es una sobretensin de fase a tierra o de fase a fase en un punto dado del sistema debido
a una operacin especfica de maniobra de interruptores. Estas sobretensiones tienen por
lo general un alto amortiguamiento y corta duracin.
Estos fenmenos tienen influencia en las tensiones de CATEGORA C y son
significativos en los siguientes casos:
A) Desconexin de corrientes capacitivas (Lneas o Cables en Vaco, o Batera de
Condensadores).
B) Desconexin de corrientes inductivas o magnetizantes (como el caso de
transformadores en vaco).
C) Desconexin de corrientes de falla (sobretensiones de restablecimiento).
D) Cierre o recierre de Lneas en vaco.
E) Caractersticas de las Sobretensiones de Maniobra.
Es necesario definir como son las ondas de sobretensiones, como se presentan
(ocurrencia) y qu criterios y valores se toman para los diseos de aislamiento.
Forma de Onda.
Las Normas tanto Internacionales como Nacionales consideran como tipo de onda la
representada en el ANEXO 1 que se caracteriza con el tiempo de frente T1, tiempo para
alcanzar la cresta (V), Tcr= 250 seg y tiempo para la cola Tc= 2500 seg,
regularmente a esta onda se le llama 250/2500 seg.
Ocurrencia de las Sobretensiones de Maniobra.
Para un aislante determinado (puede ser una cadena de aisladores, un aislador soporte,
espacio en aire, etc.), las caractersticas de la ocurrencia de los valores de Cresta V de
una sobretensin de maniobra para un evento determinado se considera como una
distribucin Gaussiana donde la funcin ocurrencia o densidad normal f (V) (ANEXO
2) tiene la siguiente expresin.
s
vf2
1)( -(V-)
2/ (2 s )
2
-------------------- (1)
Siendo:
s = Desviacin Estndar.
= Valor Medio de V.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
22
La funcin de densidad normal estndar es:
f (z) = 2
1 -( 2
2z)
-------------------- (2)
z = S
x
= 0 s = 1
La probabilidad de que V sea mayora un valor V esta dada por la funcin f (V) cuya expresin es:
F (V) =
')'(
VdvVf -------------------- (3)
Que se llama funcin de distribucin normal de Probabilidad de la Sobretensin V
(ANEXO 3).
Tensin resistente.
Si el mismo aislante se somete a una tensin V, las caractersticas de su resistencia a esa
tensin tambin consisten en la distribucin Gaussiana (ANEXO 4), o sea que las
formulas 1 y 2 son vlidas slo que (v) y (z) representan la distribucin de la falla para los valores de Tensin V.
La probabilidad que la tensin de falla V sea menor que un valor V esta dada por la funcin:
p (V) = '
)(v
dvVfp -------------------- (4)
La probabilidad de resistencia esta dada por la expresin:
Pr (V) = 1-P (V)
Se han realizado modelos digitales de diversas lneas, para obtener los valores de
probabilidad de ocurrencia del sobrevoltaje V, tambin se han obtenido los valores de la
unidad analgica TNA. En el ANEXO 7 presentado por cigre WG 13.05, se pueden
observar los valores obtenidos en la lnea indicada, obtenindose los valores mximos
del orden de dos pu que corresponde a una probabilidad de 2%, valores similares se han
obtenido en otras instalaciones, incluyendo los trabajos realizados en la Comisin
Federal de Electricidad.
En el caso de una Lnea de Transmisin, se tienen varias cadenas de aisladores y el
valor de la Sobretensin vara a lo largo de la lnea, como se puede ver en el ANEXO 8
Representado por EDF, pudiendo observar que los valores mximos se presentan al
extremo de la lnea en el ANEXO 9 se presentan los diversos valores de obtenidos tambin en EDF.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
23
Reduccin de los valores de Sobretensin.
Los valores mencionados son susceptibles de reducirse con la utilizacin de medios
como los siguientes:
o Cierre con resistencias de preinsercin, en el ANEXO 10 se pueden apreciar algunos oscilogramas que muestran los efectos.
o Control de cierre con relacin a la polaridad en los dos lados del interruptor.
o Drenar carga atrapada a travs de transformador de tensin y de resistencia a tierra.
Lo anterior ha logrado que se puedan disear las lneas con valores reducidos de
sobretensiones de maniobra.
O VALORES QUE SE ESPECIFICAN PARA LOS DISEOS DE LOS AISLAMIENTOS.
De las caractersticas mencionadas de las sobretensiones de maniobra, las Normas
Internacionales y Nacionales consideran para la ocurrencia de la sobretensin V una
probabilidad F (V) de 2% de que sea mayor de V especificando, con valores de desviacin estndar s que varan entre 10 y 20%.
En el pas se esta usando en valor de V 2.5 pu.
Tensiones resistentes al impulso por maniobra.
Las Normas Nacionales e Internacionales consideran las siguientes definiciones y
valores de diseo:
o Tensin Estadstica Resistente por Maniobra.
Es el valor de cresta V de la onda normalizada por maniobra para el que se tiene una probabilidad de 90% de que resista en condiciones especificadas.
o Tensin Convencional Resistente por Maniobra.
Es el valor de cresta de una tensin de prueba de maniobra para el que no se produce
falla alguna cuando se aplica un nmero especificado de impulsos en condiciones
normalizadas.
o Tensin Nominal Resistente por Maniobra.
Es el valor de cresta de la tensin de maniobra que caracteriza el aislamiento del equipo
con respecto a las pruebas. Cuando la probabilidad de resistencia de este valor nominal
es de 90% se llama NIVEL BASICO DE AISLAMIENTO POR MANIOBRA
(NBAM), cuyos valores para los equipos de CATEGORIA C que se utilizan para la
CFE se pueden ver en la tabla 3 de la ESPECIFICACIN CFE L 0000-06.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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TABLA 3. Niveles de aislamiento normalizadas para equipos de la categora C.
Tensin
nominal del
sistema.
kV(eficaz)
Tensin
mxima de
diseo.
kV(eficaz)
Niveles bsicos
de aislamiento
de impulso
(NBAI) de fase
a tierra.
kV (cresta)
Nivel bsico de
aislamiento por
maniobra
(NBAM) de
fase a tierra.
kV (cresta)
Nivel bsico de
aislamiento por
maniobra
(NBAM) de
fase a fase.
kV (cresta)
4001)
7052)
420
800
1050
1175
1300
1425
1800
1950
2100
2400
950
1050
1425
1550
1425
1550
2400
2550
NOTAS:
1) Tensiones normalizadas preferentes segn especificacin CFE L0000-02. 2) Tensiones normalizadas segn especificacin CFE L0000-02.
Para el dimensionamiento de las distancias en aire o a travs de aisladores en
condiciones normales (ms adelante se hablar de la influencia del medio). Se considera
la TENSIN CRITICA DE FLAMEO (TCM) como el valor V50. La Norma IEC considera la relacin entre TCM y NBAM por medio de la frmula:
TCM= T
NBAM
3.11
La especificacin CFE considera.
T = 6%
La formula que la Especificacin CFE considera para la relacin con la distancia
dielctrica es:
TCM = K2
d
81
3400
-------------------- (6)
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
25
Para las torres se tienen los valores de K2
PARA VENTANAS K2 = 1.20
PARA FASES EXT. K2 = 1.35
o Riesgo de Falla y Factor de Seguridad.
El factor de seguridad () es la relacin entre la tensin V para el que hay una probabilidad de falla P (V) y una tensin de ocurrencia V para una probabilidad F (V) consideradas como se han definido anteriormente, o sea
= ''
'
V
V -------------------- (7)
O sea mientras mayor sea V de V habr mayor seguridad de que soporte el aislante al voltaje aplicado y, por lo tanto menor el riesgo de falla.
Si consideramos la misma escala de tensiones para las curvas de los ANEXOS 2 y 5 y
superponemos estos ANEXOS, se obtiene el ANEXO 11 en donde se pueden hacer las
siguientes observaciones.
Si V = V y si P (V)= 10% y
F (V)= F (V) = 2% se tiene lo que se define como coeficiente de seguridad estadstico.
V da la tensin nominal resistente del equipo.
P (V) * f (V) es el ndice del cambio de riesgo con respecto a V y est representado por
la curva indicada en la grfica, siendo el riesgo total el rea bajo esta curva con un
valor.
R=
0)(*)( dvvfVP
Su relacin con respecto al factor de seguridad se muestra en el ANEXO 12.
Aumentar el factor de seguridad significa utilizar para el diseo un valor de V mayor que V. Para su interpretacin en la grafica se traslada P (V) hacia la derecha, dando a V las veces que se desee que sea superior a V (ANEXOS 12 Y 13).
En el ANEXO 14 se puede ver la relacin entre los factores de seguridad y el riesgo de falla (R).
Los criterios y valores mencionados son los que se utilizan para el calculo de las
sobretensiones por maniobra y el grado de confiabilidad que se de a la lnea, depende
del factor de seguridad que se aplique.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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SOBREVOLTAJES POR OPERACIONES DE MANIOBRA.
Se entiende por una operacin de maniobra a una apertura o cierre de interruptores en
un sistema.
En el caso de los sistemas de potencia los problemas graves se presentan en las redes de
85 KV o mayores pero tambin en redes de menor tensin con fuertes cargas inductivas
o bancos de capacitores a 4.16, 6.6, 20 25 KV.
Para la interrupcin del problema que se presenta, es actualmente el medio de
desconexin empleado por los interruptores es a base de separacin de contactos en
medio de una determinada constante dielctrica, ya que no se ha diseado otra forma de
desconexin, puede provocar que el arco elctrico entre contactos fijo y mvil que han
quedado separados se vuelva a restablecer cuando por la magnitud de la falla, la rigidez
dielctrica del medio de extincin (aceite, aire SF6) baja debido a la ionizacin. Este
arco elctrico somete a los contactos a un voltaje adicional llamado Voltaje de Restablecimiento o Voltaje de Recuperacin.
VOLTAJE DE RESTABLECIMIENTO O VOLTAJE DE RECUPERACION.
Desde el punto de vista de la red este fenmeno se presenta cuando hay cierre sobre
falla es decir que se cierra un interruptor cuando una falla an no ha sido liberada.
Este voltaje de recuperacin puede alcanzar valores elevados que someten a la
instalacin esfuerzos dielctricos graves, sin embargo se puede considerar que esta
implcito en la operacin de los interruptores an cuando no se interrumpan fallas
graves.
2.3.6 SOBRETENSIONES POR DESCARGAS ATMOSFERICAS.
DESCARGAS ELECTRICAS DE ORIGEN ATOSFERICO.
Existen varias teoras que tratan de explicar el origen de las descargas elctricas de
origen atmosfrico, pero en principio se establece que una descarga electrica de este tipo
ocurre cuando una nube adquiere un potencial tan alto con respecto a tierra o con
respecto a otra nube que se encuentra cercana al mismo nivel o en otro nivel, que las
propiedades dielctricas del aire circundante, se destruyen. Se dice que esta elevacin de
potencial se debe al efecto de la friccin causado por le disturbio atmosfrico que acta
sobre las partculas que forman la nube.
EFECTOS DE LAS DESCARGAS ATMOSFERICAS.
Los fenmenos de sobrevoltaje ms frecuentes en instalaciones son originados por
fenmenos externos como lo son las descargas atmosfricas. Este tipo de situacin
ocasiona salidas frecuentes en las instalaciones que provocan interrupciones en el
servicio, por lo que es importante el conocimiento de los efectos de las descargas
atmosfricas, a fin de proporcionar la proteccin mas adecuada a la instalacin.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
27
Basta con que se tengan nubes sobre la lnea de transmisin para que se presente la
posibilidad de un sobrevoltaje.
Las nubes en un medio seco y con viento y con una velocidad aproximada de 40 km/hr
originan sobrevoltajes en la instalacin. Se entiende por sobrevoltaje nominal, al que
puede haber en la instalacin por un efecto externo, por lo general una descarga
atmosfrica. En general los sobrevoltajes de tipo externo pueden ser de tres tipos:
A) Por carga esttica B) Por descarga indirecta C) Por descarga directa
A) Sobrevoltajes por carga esttica. Estos sobrevoltajes se presentan en las
instalaciones y en particular en las lneas de transmisin por el simple hecho de que
existen nubes sobre stas, y que las nubes sean desplazadas por el viento; este caso es el
menos peligroso ya que se disminuye considerablemente; su efecto mediante el uso de
hilos de guarda en la lnea de transmisin y bayonetas e hilos de guarda en las
subestaciones que se encuentran permanentemente conectadas a tierra y representan un
medio de descarga natural.
B) Sobrevoltajes por descargas indirectas. Se presentan en la instalacin por la
presencia de rayos que caen en puntos cercanos y que por efecto de induccin
electrosttica y electromagntica introducen transitorios en las instalaciones. Este tipo
de sobrevoltaje es el ms frecuente y pude ser grave dependiendo de la intensidad de
descarga, ya que de mediciones realizadas en el campo se sabe que los sobrevoltajes son
del orden de 100 y hasta 200 KV con corrientes de 25 a 75 KA.
C) Sobrevoltajes por descargas directas. Este tipo de sobrevoltajes son los menos
frecuentes en las instalaciones pero los que pueden causar daos mas graves, debido a
la enorme cantidad de energa que trae consigo una descarga atmosfrica las corrientes
que se presentan por este tipo de descarga, puede alcanzar valores hasta de 100 KA
instantneos, pero que introducen esfuerzos dinmicos y trmicos en las instalaciones.
Por lo general una descarga directa sobre una lnea de transmisin provoca una onda de
sobrevoltaje inicial que se divide en dos ondas viajeras que van hacia la izquierda y
hacia la derecha del punto donde se produce la descarga con una velocidad igual a la de
la luz en el caso de conductores areos.
o El fenmeno de la descarga. El Modelo Electrogeomtrico.
Las descargas atmosfricas (los rayos), se deben a las cargas electrostticas de las
nubes, que al acercarse a puntos altos de la superficie terrestre se propagan a travs de
trayectorias de menor resistencia.
Las lneas de transmisin forman estas condiciones que, facilitan la ocurrencia de las
descargas atmosfricas produciendo sobretensiones a lo largo de estas lneas.
La cantidad forma magnitud y direccin de incidencia de este fenmeno, dependen de
condiciones metereologicas, por lo que tienen caractersticas aleatorias. La forma como
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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se propagan las lneas y las condiciones en que llega a los aislamientos, son afectados
por los parmetros de dicha lnea.
Cuando la nube cargada se acerca a la Lnea de Transmisin se presenta una diferencia
de potencial entre las dos y, la descarga se realiza cuando el gradiente del potencial
obtenido es mayor que la rigidez dielctrica del espacio de aire que los separa. Este
espacio es lo que se llama DISTANCIA CRITICA DE ARQUEO.
Para la obtencin de estas distancias se usa el MODELO ELECTROGEOMTRICO que se define con la expresin:
rc = 9.4 (1.11)
2/3 -------------------- (9)
Donde:
rc = Distancia critica de arqueo (metros)
I = corriente del rayo en KA
De acuerdo con lo anterior rc depende de la corriente del rayo I, misma que puede
presentarse con una determinada magnitud, con una frecuencia con un ngulo de
incidencia, a cierta distancia de la lnea y algn punto a lo largo de la misma.
Todas las caractersticas son del tipo aleatorio. Para la magnitud Popolansky, propone la
distribucin acumulada del ANEXO 15 que representa la probabilidad de que tengan los
valores indicados en las abscisas, es una distribucin bastante representativa por que
esta basada en 618 mediciones de 8 diferentes pases.
La frecuencia de ocurrencia de las descargas depende la zona en que atraviese la lnea
por lo que es caracterstica propia del pas y esta definida por el mapa cerunico, que se
trata con mayor amplitud mas adelante.
Brown y Whitehead propone una funcin de densidad de probabilidad para el ngulo de
incidencia del rayo que se puede ver en el ANEXO 16.
El rango de distancias con respecto al eje de la lnea se considera una milla teniendo su
propia distribucin; a lo largo de la lnea del fenmeno se presenta dependiendo del tipo
de lnea, para los de alta y extra alta tensin, con cable de guarda se considera que los
que inciden en el cable de guarda el 70% terminan en la torre y el 30% en la mitad del
claro con su propia curva de distribucin.
La forma de onda se calcula de acuerdo con los parmetros propios de la lnea.
Para un valor determinado rc (Distancia critica de arqueo) y aplicando el MODELO ELECTROGEOMTRICO, para una lnea determinada se pueden obtener los puntos de incidencia del rayo. El ANEXO 17 representa un ejemplo para la lnea con un cable
de guarda y dos conductores de fase (para facilidad), se puede ver en el ANEXO las
zonas de influencia del cable de guarda, del conductor de fase y de la tierra, las
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
29
trayectorias de los rayos quedan definidas por los ngulos (ngulo de incidencia del rayo) y las abscisas x (Absisas sobre el nivel del suelo), considerando al eje de la lnea
como referencia, se podr observar que el rayo caer al cable de guarda, a la fase o a la
tierra, dependiendo del valor o trayectoria de I (Corriente de rayo), de la altura de los
conductores y del cable de guarda sobre el piso y como se ver enseguida, de la
colocacin relativa entre los conductores de fase y cable de guarda.
Si se hacen estos ANEXOS para distintos valores de rc (Distancia crtica de arqueo) se
podr observar tambin que, para valores pequeos de I (Corriente de rayo) y
consecuentemente de rc (Distancia crtica de arqueo) la exposicin del conductor de fase
es mayor. Lo que indica que los problemas de blindaje se presentarn para valores
elevados de I (Corriente de rayo).
o Incidencia de las descargas atmosfricas sobre las Lneas de Trasmisin.
Las descargas atmosfricas que caen sobre las Lneas de Trasmisin pueden incidir:
1. Sobre el cable de guarda. 2. Sobre el cable de fase.
Vistos los parmetros que influyen en las descargas sobre las lneas veremos la relacin
entre las zonas de influencia de acuerdo con la posicin relativa de los diferentes
elementos.
El riesgo de que el rayo caiga al cable de fase se puede ver en la probabilidad de que
esto ocurra en el ANEXO 18, donde se produce una parte del ANEXO 17.
El arco CB con radio rc que es la distancia crtica de arqueo, representa la zona de
influencia del conductor de fase. La recta QA equidistante a CF y CG limita en C la
influencia del cable de guarda por lo que entre C y A el rayo que lo atraviese cae sobre
le cable de fase.
El arco PBA que es una parbola, da los puntos equidistantes de CF y la tierra, en el
punto B limita la influencia de la tierra, por lo que toda descarga que atraviesa BA cae
sobre el cable de fase.
El rea adjurada ABC es la zona en que si atraviesa un rayo cae sobre la fase. Mientras
mas pequea sea esta rea, menos probabilidad hay de que un rayo caiga sobre la fase.
El tamao del rea ABC es definido por la colocacin relativa del conductor de fase CF
y del cable de guarda CG, que se mide por medio del ngulo que se llama ngulo de blindaje de la lnea.
o Funcionamiento del Cable de Guarda.
El ngulo de blindaje es determinante para que el rayo caiga sobre el cable de guarda o
sobre la lnea, de caer sobre el cable de guarda, se propaga hacia las torres, en forma de
onda viajera funcionando un circuito elctrico cuyo equivalente se muestra en el
ANEXO 19 donde e es el rayo trasmitido del punto de arqueo, i la corriente del rayo, zg
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la impedancia del cable de guarda y zt la impedancia de la torre y resistencia la pie de la
misma.
Se observar que el valor de la sobretensin que se aplique a las terminales de las
cadenas de aisladores o espacios aislantes en aire depende la corriente i del rayo, de las
impedancias del cable de guarda de la torre y la resistencia al pie de la torre.
Para una lnea determinada los dos primeros parmetros son constantes, la resistencia al
pie de la torre depende del suelo por donde atraviesa la lnea, as como las condiciones
metereolgicas de la zona, por lo que este parmetro es aleatorio y su valor tiene una
alta influencia, en la magnitud de la sobretensin que se presenta en los espacios
aislantes o cadenas de aisladores DISTANCIAS DIELECTRICAS por separado se presenta un trabajo sobre resistencias al pie de la torre.
o Tensiones resistentes.
En la misma forma en como se definieron las tensiones resistentes al impulso por
maniobra se definen las del impulso por rayo o sean: la tensin estadstica por rayo, la
tensin convencional resistente por rayo y la tensin nominal resistente por rayo.
Los valores del Nivel Bsico de aislamiento por rayo NBAI, se presentan en la
ESPECIFICACIN CFE L 0000-06, TABLAS 1, 2 Y 3 AGRUPANDOSE EN
CATEGORAS A, B Y C.
La onda normalizada para las pruebas de los equipos o Lneas de Trasmisin tienen la
misma forma del ANEXO 1 con Tcr = 1.2 seg.
Tc = 50 seg y se llama regularmente 1.2/50 seg.
Para el dimensionamiento de las distancias en aire o a travs de los aisladores en
condiciones normales (se hablara de la influencia del medio mas adelante), se considera
tambin la TENSIN CRITICA DE FLAMEO por rayo (TCF), que es el valor de V50 y su relacin con NBAI de acuerdo con la Norma IEC es:
TCI = 3.11
NBAI ----------- (10)
La especificacin CFE considera = 3 %
La formula de la Especificacin CFE considera para la relacin con la distancia
dielctrica es:
TCF = K3 d ----------- (11)
Para las torres se tienen valores de K3
Para ventanas K3 = 550
Para fases exteriores K3 = 550
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o Riesgos de falla.
El nmero de salida por cada 100 km y por ao nos da el ndice de confiabilidad de una
Lnea y se aceptan como valores los siguientes:
TENSIN NOMINAL DE INDICE ACEPTABLE EN SALIDAS
LA LNEA kv POR 100 km Y POR AO
115 5 A 7
230 3 A 4
400 1 A 2
El nmero de salidas para una lnea determinada es la suma de las fallas por blindaje y
las fallas por sobretensiones de retorno.
o Fallas por Blindaje.
Los rayos se propagan sobre el conductor de fase, siendo estos rayos los de valores de
corrientes menores de la densidad de distribucin como ya vimos. Las corrientes que
ocasionan fallas en los aisladores o distancias aislantes. DISTANCIAS DIELECTRICAS son las que generan sobretensiones superiores al nivel bsico de impulso por rayo (NBAI), y fluyen del cable de fase a la torre, su expresin para una
determinada Lnea est dada por la siguiente formula:
I = cZ
NBAI)(2 KA
Donde Zc es la impedancia caracterstica de la Lnea. Si recordamos el anlisis hecho
con la curva del ANEXO 18, observamos que los parmetros que influyen en la falla de
blindaje son: primeramente el ngulo de blindaje, luego la altura del cable de guarda y
finalmente el NBAI para el calculo de las distancias dielctricas (FORMULAS 10 y 11)
y los niveles cerunicos. Las graficas del ANEXO 20, muestran el grado de influencia
de estos parmetros.
o Fallas por sobretensiones de retorno.
Ocurren cuando los rayos caen sobre el cable de guarda o la torre y la sobretensin es
mayor que la resistencia dielctrica del espacio aislante o aisladores de la torre al
conductor de fase, fluyendo la corriente de falla por ese sentido.
Los parmetros que influyen en las fallas del aislamiento de la Lnea son primeramente
las resistencias al pie de la torre, en seguida la distancia dielctrica, los claros entre las
torres y los niveles cerunicos como se puede observar en las Graficas (ANEXOS 21 Y
22).
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2.4 CONTAMINACION EN AISLAMIENTOS ELECTRICOS.
2.4.1 GENERALIDADES
El fenmeno de la contaminacin en aislamientos elctricos, ocurre cuando el aire
atmosfrico lleva diversas substancias, que al tener contacto con los aislamientos los
impregna creando una capa que en ambiente seco no causa problemas, pero al
humedecerse se vuelve conductor que permite la circulacin de la corriente elctrica,
que es la llamada falla por contaminacin. Las tensiones y sobretensiones a la
frecuencia del sistema son las que afectan los aislamientos contaminados. Se considera
3 grupos de contaminacin: Contaminacin Salina, Contaminacin Industrial y
Contaminacin Desrtica.
Contaminacin Salina.
Las partculas que se encuentran en suspensin en la atmsfera pueden sufrir un proceso
de sedimentacin, depositndose en la superficie de los aisladores elctricos.
Estas deposiciones pueden llegar a convertirse en elementos conductores de la
electricidad en funcin de sus propiedades fsico-qumicas, concentracin, humedad,
temperatura, etc., en ese momento los aisladores de las lneas elctricas dejan de
comportarse como tal, pierden su funcionalidad inicial, siendo preciso detectar dicho
comportamiento cuanto antes con el fin de tomar las medidas correctivas oportunas, (la
limpieza de los mismos).
En la zona costera las deposiciones son debidas principalmente a los aerosoles marinos
que los vientos arrastran hacia la costa y al polvo en suspensin proveniente del
continente Africano, fenmeno conocido como Calima. El conjunto de estas
deposiciones recibe el nombre de contaminacin salina.
Contaminacin Industrial.
Entendemos por contaminacin industrial a la emisin de sustancias nocivas, txicas o
peligrosas, directa o indirectamente de las instalaciones o procesos industriales al medio
natural.
Almacenamientos o disposicin de residuos industriales. En estas emisiones quedan
incluidas las que se derivan de los productos o subproductos que las industrias ponen en
el mercado. Por ejemplo, la contaminacin de dioxinas que pueden producir la
combustin de productos de PVC en vertederos y por incineracin o la destruccin de la
capa de ozono estratosfrico por gases clorofluorcarbonados.
Contaminacin Desrtica.
Se produce en zonas desrticas caracterizadas por largos perodos sin lluvia, expuestas
a vientos fuertes que transportan arena y sal, y sometidas a una condensacin regula y
esta en una zona clasificada como una de las mas fuertes de contaminacin.
En las Regiones del Pas sonde se tienen operando o en proyectos o Lneas de
Transmisin existen estos tres Grupos de Contaminacin por lo que es necesario
considerarlos en los Diseos de Aislamiento.
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2.4.2 EL FENOMENO DE LA CONTAMINACIN.
Los aisladores tipo suspensin limpios tienen una distribucin de tensin como se
muestra en el ANEXO 23. Cuando se contamina cambia la distribucin de tensin como
se muestra en el ANEXO 24, que muestra los diferentes efectos de la contaminacin: La
Curva 1 (uno) es para una contaminacin uniforme, la Curva 2 (Dos), se calcul, la
Curva 3 (Tres) indica como se uniformiza el gradiente con la contaminacin, la Curva 4
(Cuatro) muestra como sube el gradiente en la zona cercana a la calavera cuando
aumenta la corriente de fuga y seca el contaminante, la Curva 6 (Seis) es de un aislador
contaminado artificialmente.
Ya dijimos anteriormente que la contaminacin se forma por las partculas suspendidas
en el aire y se impregna a los aisladores. La contaminacin de tipo salina se presenta
principalmente en las costas y es mayor cuando los vientos dominantes son hacia tierra
adentro. La contaminacin industrial se presenta en las zonas febriles y las desrticas en
zonas de ese tipo.
Para los aisladores de suspensin, los contaminantes se impregnan principalmente en las
faldas por los efectos de los gradientes de potencial.
o Efectos de las precipitaciones.
Cuando en forma sbita llueve sobre los aisladores, estos se lavan quitando los
contaminantes. En cambio cuando la lluvia es pequea (llovizna) o cuando hay neblina,
los contaminantes impregnados se humedecen solamente formando un electrolito de
caractersticas conductoras.
Al comenzar a humedecerse la capa contaminante empieza a conducir corriente del
orden de un miliamper, que se manifiesta con un dhisporroteo de color azul denominado
corona (VER ANEXO 25). Cuando la mayor neblina contina entre un minuto y ms,
aparece una descarga mayor del orden de 1 a 10 miliamperes de color amarillento
llamada prescintilacin con tiempos de arqueo del orden de microsegundos. Finalmente
se inician las descargas de scintilacin que alcanzan pulsos del orden de 10 a 1000
miliamperes cuando las amplitudes de esos puntos son mayores de 300 miliamperes el
aislador falla.
En el comienzo de la circulacin de la corriente, seca puntos diversos de la superficie en
los que se recupera la alta resistencia. Cuando varios de estos puntos que se secan estn
a la misma distancia de la bola, se reduce la seccin de buena conduccin de corriente
aumentando su densidad en esas secciones que hacen aparecer grandes corrientes de
scintilacion que forman las llamadas bandas secas. Estas condiciones se repiten
mientras no se produce la falla total ya que el aislador vuelve a humedecerse.
o Efectos de la contaminacin en aislamiento de lneas de transmisin.
La resistencia dielctrica del aislamiento externo depende de: la densidad del aire,
humedad, precipitacin y contaminacin y estas cantidades se refieren por lo general a
valores estndar de temperatura (25C) presin (760 mm de Hg) o 1013 mbar y una
humedad absoluta de 11 gr/m3.
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La tensin que produce la descarga disruptiva vara con la densidad del aire y la
humedad, reduciendo su movilidad debido a que son capturadas por molculas de agua.
La tensin de descarga disruptiva se encuentra relacionado a una atmsfera estndar con
las caractersticas mencionadas anteriormente y segn las normas CEI (+) por el factor.
n
m
kh
kd
Donde Kd es la densidad relativa de aire expresada como:
Kd = )273(
393.0
t
b
Donde:
KD = densidad del aire en condiciones atmosfricas no normalizadas.
(b) = Presin baromtrica en mm de mercurio en lugar donde se desea conocer la
densidad del aire.
(t) = temperatura en C en el lugar donde se desea conocer la densidad del aire.
(+) COMISIN INTERNACIONAL DE ELECTROTECNIA (IEC)
Kh es le factor de humedad y esta expresado en monogramas y graficas y los
exponentes m y n en forma tabular en la publicacin CEI-42(13)
.
Estos parmetros dependen del tipo y polaridad de las tensiones y de la longitud del gap
y sus valores numricos se expresan en diferentes formas segn sea la norma de que se
trate.
Como se sabe, la lluvia reduce la tensin de descarga disruptiva muy considerablemente
para impulsos a la frecuencia y de maniobra de interruptores, pero muy poco para
impulsos del rayo, para aislamientos en exteriores los impulsos de tensin a la
frecuencia nominal y por maniobra de interruptores se miden con pruebas en hmedo,
mientras que los impulsos del rayo se miden solo en seco.
Como una indicacin del efecto de la lluvia en la tensin critica de flameo (VCF) a la
frecuencia para una cadena de aisladores vertical en por unidad de su valor en seco es
0.8 con una precipitacin de 1.5 mm/min y 0.75 para una precipitacin de 3.0 mm/min.
EFECTOS CONTAMINANTES.
La contaminacin es causada por una gran variedad de agentes como son: Polvos
obtenidos de la combustin de carbn o petrleo, polvos de cemento, lluvia salina,
irrigacin con plaguicidas, fertilizantes, etc., estos agentes cuando se mezclan por efecto
de niebla o lluvia ligera pueden reducir la tensin de flameo a la frecuencia nominal en
aisladores de porcelana hasta la mitad y en ocasiones hasta una cuarta parte
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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dependiendo del tipo y densidad de contaminantes as como de la frecuencia de las
lluvias de lavado.
Los datos relativos al tipo y densidad de los contaminantes se obtienen en forma
experimental por mediciones hechas exprofeso en distintas zonas geogrficas de un pas
y que arrojan como resultado una clasificacin de estas zonas que son usadas con
propsitos de diseo en el aislamiento de las lneas de transmisin.
ZONA DE CONTAMINACIN
CARACTERSTICAS NOTABLES
EXTRAFUERTE (EF)
Polvos de carbn, petrleo, productos
qumicos cementos, grandes cantidades de
cenizas en suspensin y salinidad.
FUERTE (F)
Lluvia marina, polvos de carbn, petrleo
cemento y combinaciones entre estas con
niebla y lluvia ligera.
MEDIA (M)
Lluvia marina ligera, irrigacin con
plaguicidas. Fertilizantes y combinaciones
entre estas con niebla y lluvia ligera.
LIGERA (L)
Niebla, fertilizantes, plaguicidas, lluvias
intensas. (Zonas rurales sin quema de
forraje o hierba).
De acuerdo con el EHV Trasmisin Line Reference Book (5) (tabla 7.2) se tienen los
siguientes valores de diseo para las lneas de extra alta tensin.
ZONA DE
CONTAMINACION
DISTANCIA DE FUGA
(cm/Kv RMS LINEA A
TIERRA).
KV PROMEDIO R.M.S.
POR CENTIMETRO DE
LONGITUD AXIAL
EF
5.36
0.39
F
4.42
0.47
M
3.33
0.63
L
2.64
0.78
(1) INSTITUTO DE INVESTIGACIONES DE LA INSDUSTRIA ELECTRICA CFE,
1975.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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En virtud de lo anterior para el clculo de aislamiento en lneas de transmisin por
efecto de contaminacin en tanto no se disponga de la informacin mencionada
anteriormente y en forma confiable, se recomienda que se considere en aquellas zonas
contaminadas con una clasificacin de Media y la experiencia indicara si es o no
adecuado.
2.4.3 INVESTIGACIONES DEL FENOMENO E INFLUENCIAS DEL MEDIO.
En Francia, Alemania, Italia, Inglaterra, EUA y Japn principalmente, se llevan ya ms
de 20 aos realizando trabajos en los problemas de contaminacin sobre instalaciones
elctricas. Se investiga en el campo y en el laboratorio y los resultados que se tienen han
dado lugar a procedimientos de clculo, diseos, mantenimiento y nuevos equipos o
materiales para lneas de transmisin y subestaciones.
Para nuestro pas se han estado considerando algunas experiencias internacionales y las
propias para los diseos de lneas de transmisin y subestaciones. Para conocer el
comportamiento de las lneas de transmisin y subestaciones, bajo condiciones de
contaminacin y en diferentes regiones de nuestro pas se estn realizando los siguientes
trabajos:
Coleccin de datos de campo: Se est haciendo por medio de estaciones de muestreo de
contaminacin, los que suman 19 en operacin en estos momentos pero se completarn
a 22. (ANEXO siguiente).
I- Victoria II- Veracruz II III- Mexicali II IV- Puerto Mrquez V- Juchitan VI- Cd. Del Carmen VII- Nizuc- Kukutlan VIII- Empalme IX- Mazatln II X- Manzanillo XI- Guadalajara II XII- Villa Garca XIII- Gmez Palacio XIV- Reforma (Cd. Jurez) XV- Tampico I XVI- Aeropuerto (Reynosa) XVII- Erendira XVIII- Micares (Ro Escondido) XIX- Coatzacoalcos II XX- Puerto Progreso XXI- Lzaro Crdenas XXII- Cerro Prieto I
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
ESTACIONES DE MUESTREO
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
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Las estaciones contienen aisladores de vidrio y porcelana usados en sistemas de
corriente alterna de los siguientes tipos: aislador de calavera y bola, tipo pedestal y
alfiler rgido.
Se ha dado preferencia a los de fabricacin nacional y a los que son factibles de
realizarse en el pas, o es imprescindible su importacin.
Los sitios seleccionados para las estaciones obedecen a las caractersticas climatolgicas
de contaminacin de la lnea y subestaciones actualmente en operacin y del desarrollo
futuro. La mayora est ubicada en las costas por ser donde se presenta la contaminacin
salina y, se tienen instalaciones importantes especialmente de generacin. Las ciudades
como el Distrito Federal, Monterrey, Guadalajara tienen contaminacin industrial y en
las zonas del norte se tiene la contaminacin desrtica.
En la primera fase de este trabajo se obtendr la severidad, utilizando el mtodo de Densidad equivalente de sal en el deposito mencionado anteriormente. En la siguiente etapa se aplicaran los otros mtodos, dependiendo de las facilidades que se tengan en las
estaciones que se seleccionen. La informacin que se esta obteniendo es muy abundante
por lo que se estn utilizando mtodos estadsticos y diversos procedimientos digitales.
o Trabajo de laboratorio: Por medio de las cmaras para aplicar los mtodos de niebla, limpia o salina se podrn obtener las curvas de tensin crtica de flameo
o tensiones resistentes, de los tipos de aisladores que experimentan en el campo,
al poder reproducir los valores registrados de contaminacin. Para lo anterior se
utiliz la cmara LAPEM en Irapuato, que se encuentra prcticamente en
condiciones para experimentar hasta 400 KV entre fases. Asi
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