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Una metodología práctica y actualizada para la ubicación de descargadores en

la protección de los transformadores de distribución frente a sobretensiones

atmosféricas

Héctor Leopoldo Soibelzon – UBA y UNLP. Argentina

Julieta Zulema Vernieri - UNLP, Argentina

CIDEL Argentina 2010CIDEL Argentina 2010

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Metodología

Comparación de los valores de distancia existentes entre los descargadores de protección y los transformadores de distribución en una red de Media Tensión actualmente en operación, con las distancias sugeridas por las recomendaciones internacionales.

Se analizaron las recomendaciones y metodologías propuestas por la guía de CIGRE/CIRED (2006) y por la Norma del IEEE (2009).


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Regla General

Los descargadores, como regla general, se ubican lo más cerca posible del aparato a proteger, con el objetivo de asegurar la adecuada protección.

La Guía CIGRE/CIRED 287 (2006) propone un método para calcular las distancias aplicable a redes de media tensión.

El IEEE Std. c 62.22-(2009) propone un método para calcular las distancias aplicable a alta tensión. Con respecto a media tensión sólo plantea recomendaciones generales.

En ambos casos se trata de documentos muy recientes, con metodología innovadora frente a la clásica.


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Metodología CIGRE/CIRED

CIGRE Guide 287 “Protection of MV and LV Networks Against Lightning”, Part 1-February 2006, and Part 2 (borrador bajo revisión, no publicado al momento de la presente exposición, disponible sólo para los miembros del JWG CIGRE/CIRED). Ver a, b1 y b2 pues se usan.


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Fórmulas CIGRE/CIRED

Se adopta L=a+b como un valor límite de distancia entre el descargador y el transformador, con b = b1 + b2.La máxima distancia puede ser calculada como:

v

baSUU

BILresa

)(2

2,1

(1)

resUBIL

S

vL

2,1.

2(2)

En nuestra contribución para CIDEL 2010 (ver el trabajo) se utilizó la fórmula (2) para calcular las distancias recomendables límites.


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Metodología IEEE - Alta Tensión

Método de cálculo recomendado por IEEE para sistemas de alta tensión (≥ 69 kV)

Modelo similar al empleado por CIGRE/CIRED

IEEE Std C62.22-2009. IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-Current Systems


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Metodología IEEE - Distribución

Recomienda conectar el descargador directamente en bornes de la aislación del equipo aéreo de forma de reducir los efectos de separación (inciso 6.5 de [2]).

La Norma IEEE recomienda utilizar márgenes de protección de al menos el 20%, (NBA del aparato 20% mayor al NP del descargador). Pero IEEE Std. inciso 6.5 dice que la experiencia ha demostrado que en sistemas de distribución menores a 15kV las mediciones arrojan que los márgenes de protección se cumplen holgadamente inclusive hasta en un 50%.

IEEE Std C62.22-2009. IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-Current Systems


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Experiencias internacionales prácticas para configuraciones de descargadores y transformadores.

Conexión 1 Conexión 2 Conexión 3

Pobre Buena Excelente

Henriksen, T. “Lightning overvoltage due to direct strokes”, CIRED 2005.


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Red analizada

Red de distribución en Media Tensión, en operación en una zona residencial de una localidad de la Provincia de Buenos Aires.

Configuraciones de centros de transformación existentes: Puestos con tres transformadores monofásicos sobre un mismo

poste Plataformas con transformadores trifásicos

Muestreo representativo 7 centros de transformación, a partir de más de 150 centros

observados.

Datos estimados Nivel de protección de los descargadores Nivel básico de aislación (BIL) de los transformadores Distancias entre descargadores y transformador (fotos +

CAD).


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Método gráfico para estimar distancias

Longitud de referencia: largo

de los fusibles tipo Kearney

Modelo de referencia: CIGRE/CIRED


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(1) En este caso el transformador está protegido con dos descargadores por fase, estando colocados unos en bornes del transformador y los demás en las ménsulas donde se apoyan los conductores

Nº TransformadorS

[kVA]Des

ca

[m]b1 [m]

b2 [m]

a+b [m]

1 1 trifásico 100 SI 0 0 5,5 5,5

2 3 monofásicos 3 x 25 SI 0 0 6 6

3 1 trifásico 100 SI 6 0 8 14

4 1 trifásico 100 SI 5 0 8 13

5 3 monofásicos 3 x 40 NO --- ----- ----- -----

6 3 monofásicos 3 x 40 SI 1 0 4 5

7 (1) 1 trifásico 100 SI 0 0 5,5 5,5

Distancias calculadas. Muestras analizadas


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Ej. Nº v/2S Ua [kV] Ures [kV] L máxima[m]

Lreal estimad

a [m]

Califi-cación

1 0,1875 83,33 50 6,25 5,5 Bien

2 0,1875 83,33 50 6,25 6 Bien

3 0,1875 83,33 50 6,25 14 Mal

4 0,1875 83,33 50 6,25 13 Mal

50,1875 83,33

506,25

0No

posee

6 0,1875 83,33 50 6,25 5 Bien

7 0,1875 83,33 50 6,25 5,5 Bien

Distancias máximas vs. distancias reales

Distancias máximas calculadas con el método propuesto por la Guía de CIGRE/CIRED


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Foto 1. Adecuadamente protegido


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Foto 2. Mal protegido


15

Foto 3. No protegido


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Lecciones aprendidas (1)

• De la muestra representativa del universo de configuraciones de centros de transformación de la red analizada, en el 57% los descargadores están correctamente ubicados, en el 28% están mal ubicados, y el 15% restante no posee descargadores de sobretensión.

• La metodología propuesta por CIGRE se adapta mejor para el cálculo de las distancias máximas en redes de media tensión. La propuesta por IEEE es más apropiada para sistemas de alta tensión.

• El presente trabajo propone un método gráfico para estimar distancias en las instalaciones existentes, tomando como referencia la longitud de un dispositivo de amplio uso (fusibles Kearney), aplicable con métodos modernos de fotografía y dibujo cuando no se dispone de planos.


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Lecciones aprendidas (2)

• El estudio minucioso del IEEE Std. permite deducir que, según IEEE, sin necesidad de cálculos estrictos ni tomando medidas preventivas exageradas, con el solo hecho de mantener las distancias reducidas, no sería necesario hacer el cálculo, pues los márgenes seguramente superarán el 20% y estarían en el rango del 50% en redes de MT.

• Quizás por este motivo IEEE Std. se orienta y ejemplifica redes de AT.

• No es el caso de CIRED/CIGRE.

• Por ello, para esta contribución para CIDEL 2010 se siguió a CIRED/CIGRE.


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Recomendaciones a empresas

• La diversidad de criterios de ubicación de los descargadores observada en las instalaciones sugiere que es posible que no se hayan supervisado los trabajos de instalación, usualmente realizados por empresas subcontratadas. Se recomienda supervisar.

• Se recomienda la realización de relevamientos de las instalaciones existentes, para mejorar los márgenes de protección cuando corresponda.

• De las Fotos y la Tabla de Distancias Estimadas, es posible deducir que en las subestaciones aéreas de Media Tensión es más fácil reducir a y b1 que reducir b2. Se sugiere este procedimiento, pues en plataformas en altura es muy difícil reducir b2.

Gracias por la atención

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