TECNICAS DE ALTA TENSION

TECNICAS DE ALTA TENSION2014

CONTENIDO1.INTRODUCCION22.TENSIN SOPORTADA32.1.TENSIN SOPORTADA A FRECUENCIA INDUSTRIAL42.2.TENSIN SOPORTADA A LAS SOBRETENSIONES DE MANIOBRA52.3.TENSIN SOPORTADA A LAS SOBRETENSIONES ATMOSFRICAS53.PRINCIPIO DE LA COORDINACIN DEL AISLAMIENTO74.PROCEDIMIENTO DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO84.1.LA COORDINACIN DEL AISLAMIENTO AT SEGN CEI 7184.2.DETERMINACIN DE LOS NIVELES DE AISLAMIENTO95.MTODOS DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO125.1.COORDINACIN DE AISLAMIENTO EN INSTALACIONES135.2.COORDINACIN DE AISLAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN CONTRA LAS DESCARGAS ATMOSFRICAS155.2.1.DESCARGA ATMOSFRICA SOBRE EL CONDUCTOR DE FASE155.2.2.DESCARGA ATMOSFRICA SOBRE LA TORRE175.2.3.DESCARGA ATMOSFRICA SOBRE EL CABLE DE GUARDA186.COORDINACIN DE AISLAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN POR MANIOBRA196.1.COMPORTAMIENTO DE LAS LNEAS DE TRANSMISIN POR MANIOBRA196.2.CLCULO DE LA PROBABILIDAD DEL RIESGO DE FALLA EN AISLAMIENTOS SOMETIDOS A SOBRETENSIONES POR MANIOBRA20BIBLIOGRAFIA21ANEXOS21ANEXO 122ANEXO 223

LA COORDINACIN DE AISLAMIENTO1. INTRODUCCION

La coordinacin del aislamiento tiene por objeto determinar las caractersticas de aislamiento necesarias y suficientes de los diversos componentes de las redes con vistas a obtener una rigidez homognea a las tensiones normales, as como a las sobretensiones de origen diverso (figura). Su finalidad principal es la de permitir una distribucin segura y optimizada de la energa elctrica.

Diferentes niveles de tensiones que se presentan en las redes MT-AT.

Para optimizar es necesario comprender y buscar la mejor relacin econmica entre los diferentes parmetros que dependen de esta coordinacin:

coste del aislamiento, coste de las protecciones, coste de las averas (prdida de la explotacin y coste de la reparacin), teniendo en cuenta sus probabilidades.

Emanciparse de los efectos nefastos de las sobretensiones supone un primer paso. Para ello es necesario atacar sus fenmenos generadores, labor que no siempre es simple.

En efecto, si con la ayuda de tcnicas apropiadas, las sobretensiones de maniobra de la aparamenta pueden ser limitadas, en cambio, es imposible actuar sobre las del rayo.

Es pues, necesario localizar el punto de ms dbil tensin soportada por el cual circular la corriente engendrada por la sobretensin, y dotar a todos los otros elementos de la red de un nivel de rigidez dielctrica superior.

Antes de abordar las diferentes soluciones tcnicas (mtodos y materiales) es importante recordar lo que es una distancia de aislamiento y una tensin soportada.

Distancia de aislamiento y tensin soportada

Esta denominacin reagrupa dos nociones, una de distancia en el gas (aire, SF6, etc.) y la otra de la lnea de fuga de los aislantes slidos (figura):

Distancia en el aire y lnea de fuga.

la distancia en el gas es el camino ms corto entre dos partes conductoras,

la lnea de fuga es igualmente el camino ms corto entre dos conductores, pero siguiendo la superficie exterior de un aislante slido.

Estas dos distancias estn directamente ligadas al afn de proteccin contra las sobretensiones, pero sus tensiones soportadas no son idnticas.2. TENSIN SOPORTADA

Difiere, en particular, segn el tipo de sobretensin aplicada (nivel de tensin, frente de onda, frecuencia, duracin.). Adems, las lneas de fuga pueden estar sujetas a fenmenos de envejecimiento, propios del material aislante considerado, que implica una degradacin de sus caractersticas.

Los factores influyentes son principalmente:

las condiciones ambientales (humedad, polucin, radiaciones UV),

las tensiones elctricas permanentes (valor local del campo elctrico).

La tensin soportada de distancia en el gas es funcin igualmente de la presin:

variacin de la presin del aire con la altura,

variacin de la presin de llenado de un aparato.

En un gas, la tensin soportada de un aislamiento es una funcin exageradamente no lineal, de la distancia. Por ejemplo en el aire, un campo elctrico de tensin eficaz 300 kV/m es admisible por debajo de 1 m, pero este puede reducirse a 200 kV/m entre 1 y 4 m y a 150 kV/m entre 4 y 8 m. Es necesario tambin anotar que esta distancia no es prcticamente modificada por la lluvia.

Este comportamiento macroscpico es debido a la no homogeneidad del campo elctrico entre dos electrodos de forma cualquiera y no a las caractersticas intrnsecas del gas.

sta no sera observada entre electrodos planos de superficie infinita (campo homogneo).Las lneas de fuga de los soportes aislantes de barras, de atravesadores de transformadores, de cadenas de aisladores, son determinadas para obtener una rigidez similar a la distancia directa en el aire entre dos electrodos extremos, cuando estn secos y limpios. Por el contrario, la lluvia y ms la polucin hmeda reducen notablemente su tensin soportada.

2.1. TENSIN SOPORTADA A FRECUENCIA INDUSTRIAL

En rgimen normal, la tensin de la red puede presentar sobretensiones a frecuencia industrial de dbil duracin (fraccin de segundo a algunas horas, segn el modo de explotacin y de proteccin de la red). La tensin soportada de ensayo a frecuencia industrial, recomendada en los ensayos de rigidez dielctrica habituales, de un minuto, es generalmente suficiente.

La determinacin de esta categora de caractersticas es fcil y los diferentes aislantes son fcilmente comparables. Por ejemplo: la figura da una comparacin de las tensiones de rigidez en el aire y en el SF6 en funcin de la presin.

Tensin disruptiva del SF6 y del aire en funcin de la presin absoluta.

2.2. TENSIN SOPORTADA A LAS SOBRETENSIONES DE MANIOBRA

Las distancias sometidas a tensiones de choque de maniobra renen cuatro propiedades fundamentales siguientes:

la no linealidad, ya mencionada, de la relacin distancia/tiempo,

la dispersin, que hace que esta rigidez deba ser expresada en trminos estadsticos,

la asimetra (la rigidez puede ser distinta segn que la onda sea de polaridad positiva o negativa),

el paso por un mnimo de la curva de tensin soportada en funcin de la duracin del frente. Cuando la distancia entre los electrodos crece, este mnimo evoluciona segn las duraciones del frente ms y ms elevadas (figura). Se sita, como media, alrededor de los 250 s, lo que explica la eleccin del frente de la onda de choque normalizada (ensayo normalizado segn CEI-60: aplicacin de una onda de duracin de frente de 250 s y de una direccin de semi-amplitud en la cola de 2 500 s).

Curva de mnimos de tensin soportada en funcin de la duracin del frente de onda aplicada con polaridad positiva.

2.3. TENSIN SOPORTADA A LAS SOBRETENSIONES ATMOSFRICAS

En la cada del rayo, la tensin soportada se caracteriza por una mucho mayor linealidad que en los dems tipos de solicitaciones.

Aqu tambin existe el fenmeno de dispersin, con una tensin soportada a la polaridad positiva (la ms aplicada al electrodo ms puntiagudo) menos buena que a la polaridad negativa.

Las dos simples frmulas que siguen, permiten apreciar para las redes de MAT y MT, las solicitaciones al choque de polaridad positiva 1,2 s / 50 s de un intervalo de aire:

Probabilidad de la chispa es del 50%.

Siendo d la distancia de aislamiento en metros, vienen dadas enMV.Numerosos estudios experimentales han permitido confeccionar tablas precisas de correspondencia entre la distancia y la tensin soportada, tomando en consideracin diferentes factores, tales como la duracin del frente de onda y de cola, la polucin ambiental y la naturaleza del aislante. A ttulo de ejemplo, la figura nos da las variaciones de la tensin U50 en funcin de la distancia y de la duracin de cola T2 para un intervalo punta positiva-plena.

U50 en funcin del tiempo T2 de semiamplitud en la cola. Intervalo entre punta positiva y plano: d = 4 - 6 - 8 m.

La tabla de la figura indica, por otra parte, la independencia de la tensin soportada respecto a la duracin del frente de subida.

Influencia de la duracin hasta la cresta sobre la tensin soportada dielctrica de un intervalo punta positiva - plano, d = 8 m.

3. PRINCIPIO DE LA COORDINACIN DEL AISLAMIENTO

Estudiar la coordinacin del aislamiento de una instalacin elctrica es, pues, definir, a partir de los niveles de tensiones y sobretensiones susceptibles de presentarse en esta instalacin, uno o ms niveles de proteccin contra las sobretensiones.

Los materiales de la instalacin y los dispositivos de proteccin son entonces elegidos en consecuencia (figura).

Coordinacin de aislamiento: posicionar correctamente el nivel de proteccin y la tensin soportada de la aparamenta en funcin de las sobretensiones probables.

El nivel de proteccin se deduce de las condiciones:

de la instalacin, del ambiente, y de la utilizacin del material.

El estudio de estas condiciones permite determinar el nivel de sobretensin que podr solicitar el material durante su utilizacin. La eleccin del nivel de aislamiento adoptado permitir asegurar que, frente a la frecuencia industrial y frente a los choques de maniobra, al menos, el nivel de aislamiento no ser nunca sobrepasado.

Frente a la cada del rayo deber realizarse generalmente un compromiso entre el nivel de proteccin de los pararrayos eventuales y el riesgo de fallos admisible.

Para dominar bien los niveles de proteccin aportados por los limitadores de sobretensin, conviene conocer bien sus caractersticas y su comportamiento; este ser el objetivo del captulo siguiente.

4. PROCEDIMIENTO DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO

Despus de numerosos aos la Comisin Electrotcnica Internacional ha abordado el problema de la coordinacin del aislamiento en AT.

Dos documentos generales tratan de la coordinacin del aislamiento:

el CEI 664 para el dominio de la BT, el CEI 71 para el dominio de la AT.

El CEI 71 est organizado en dos partes, la segunda es una gua de aplicacin muy completa.Las normas producida o sea:

la CEI 694 partes comunes para la aparamenta, la CEI 76 transformadores, la CEI 99 pararrayos ,

Estn en coherencia con la CEI 71 en cuanto a las tensiones soportadas especficas.

4.1. LA COORDINACIN DEL AISLAMIENTO AT SEGN CEI 71

Uno de los objetivos de esta norma, que deber ser aplicada en 1 993, es la explicacin y la descomposicin de los diferentes coeficientes que permiten determinar las tensiones soportadas.

Esta determinacin favorece la bsqueda de una optimizacin, o sea una bajada de los niveles de tensin soportada.

La CEI 71 propone una modelizacin convencional de las solicitaciones reales por formas de onda realizables en los laboratorios y que han demostrado una equivalencia satisfactoria.Por otra parte, aparecen dos preocupaciones nuevas en esta norma:

el aislamiento longitudinal (entre los bornes de la misma fase de un aparato abierto),

la toma en cuenta de la altitud as como del fenmeno de envejecimiento de las instalaciones.

En este proyecto se distinguen el aislamiento interno, el aislamiento externo y dos gamas de tensiones:

el aislamiento interno interesa a todo lo que no est emplazado en el aire atmosfrico (aislamiento lquido para los transformadores, SF6 o vaco para los interruptores automticos);

el aislamiento externo corresponde a distancias en el aire.

gama I: de 1 kV a 245 kV incluido;

gama II: por encima de 245 kV.

Para cada uno de ellos, la puesta en obra de la coordinacin del aislamiento es ligeramente diferente.A cada gama est asociada una tabla de tensiones soportadas asignadas normalizadas. Estas tablas se han establecido siguiendo criterios diferentes, hasta el presente a menudo empricos, pero cuya eleccin ha sido confirmada, a veces con algunas reservas, por la experiencia. En efecto, es innegable que los niveles impuestos, sin grandes modificaciones en estos aos, son de hecho aceptados desde el punto de vista de la seguridad de servicio. Adems, el abandono progresivo de los explosores, en beneficio de los pararrayos, permite reducir el margen de seguridad, convertido en excesivo, entre el nivel de proteccin de los pararrayos y la tensin de aislamiento especfica de los materiales.

4.2. DETERMINACIN DE LOS NIVELES DE AISLAMIENTO

La norma no indica con precisin tensiones soportadas invariables y vlidas en todos los casos, pero permite la realizacin de estudios de coordinacin de aislamiento en varias etapas:

Forma de sobretensiones representativas y ensayos considerados por el proyecto de la norma CEI 71.

definicin de las relaciones entre el tipo de red y la eleccin de sus aislamientos.

Se trata de establecer las caractersticas de las tensiones mximas permanentes posibles y las sobretensiones temporales previsibles en funcin:

de la estructura de la red y su tensin nominal,

del esquema de las uniones a tierra del neutro,

de los centros de transformacin y de las mquinas giratorias presentes en la lnea,

del tipo y del emplazamiento de los eventuales dispositivos de limitacin de las sobretensiones, y, segn las consideraciones comunes a todas las clases de sobretensiones definidas por la norma (figura).

Organigrama de determinacin de los niveles de aislamiento asignado o normalizados.

coordinacin de los aislamientos de la red.

Una vez reunidos estos datos, para cada clase de sobretensin, es necesario determinar la tensin soportada de coordinacin correspondiente teniendo en cuenta la garanta buscada y generalmente el porcentaje de fallos aceptables del aislamiento. El valor obtenido es especfico de la red estudiada y de su situacin: es la tensin ms reducida soportada a la sobretensin considerada que la red debe tener en sus condiciones de explotacin.

Para escoger los elementos constitutivos de una red deben definirse sus tensiones soportadas especificadas.

La determinacin de las tensiones soportadas de coordinacin consiste en fijar los valores mnimos de la tensin soportada de aislamiento que satisfacen al criterio de garanta, cuando el aislamiento est sometido a las sobretensiones representativas en las condiciones de servicio.

La determinacin de las tensiones soportadas especficas del aislamiento consiste en convertir las tensiones soportadas de coordinacin en condiciones de ensayo normalizadas apropiadas.

Esto se realiza multiplicando las tensiones soportadas de coordinacin por factores que compensan las diferencias entre las condiciones reales de servicio del aislamiento y aqullas de los ensayos de tensin soportada normalizados.

La eleccin del nivel de aislamiento asignado consiste en seleccionar la serie de tensiones soportadas normalizadas ms econmicas, suficiente para demostrar que todas las tensiones soportadas especificadas son satisfechas.

El plan de estudio para determinar finalmente el aislamiento asignado viene representado en la figura anterior.Sobre este plan los dos factores de dispersin de fabricacin y de altitud definidos en el proyecto estn reagrupados bajo el trmino factor correctivo.

la tensin soportada asignada o nivel de aislamiento es la misma que la tensin soportada especificada para las sobretensiones que pueden ser objeto de ensayo, es decir:

ensayo a frecuencia industrial, ensayo a ondas de choque de maniobra, ensayo a ondas de choque de rayo, los factores de equivalencia propuestos por la CEI 71 permiten generalmente no especificar ms que dos tensiones soportadas entre las tres consideradas.

Para tensiones de servicio inferiores a 245 kV el caso ms corriente consiste en retener el ensayo a frecuencia industrial y el ensayo al choque del rayo.

la eleccin final se hace entre los niveles normalizados (figura) a partir de todas las tensiones asignadas.

Nivel de aislamiento normalizado para las redes de tensin eficaz comprendida entre 1 y 245 kV (existe una tabla similar para las tensiones superiores a 245 kV).

5. MTODOS DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO

Se pueden distinguir dos mtodos de coordinacin de aislamiento, determinista y estadstico. La aplicacin de uno u otro mtodo depender de la informacin disponible sobre el sistema o instalacin a estudiar y de la informacin que es posible estimar sobre las tensiones representativas.

Las sobretensiones que se originan en una red elctrica de alta tensin, fundamentalmente las causadas por maniobras y por descargas atmosfricas, tienen carcter estadstico, y se suelen caracterizar, mediante una funcin de densidad probabilidad.

Tambin el comportamiento del aislamiento bajo condiciones normalizadas tiene carcter aleatorio y se puede caracterizar mediante una distribucin estadstica normal o gaussiana, aunque en este caso es normal que se utilice la funcin de distribucin acumulada, es decir la probabilidad de que el aislamiento falle cuando el valor de cresta de la onda de tensin normalizada que se aplica supera un determinado valor. Se suele emplear esta forma de caracterizar el aislamiento cuando ste es autorregenerable, mientras que para aislamiento no autorregenerable se suele suponer un nico valor frontera, que separa la zona de falla de la zona de supervivencia.

El mtodo de coordinacin estadstico se puede aplicar cuando es posible obtener la funcin de densidad de probabilidad de las sobretensiones representativas, que sern empleadas en la seleccin del aislamiento. A partir de la distribucin estadstica de las sobretensiones y de la funcin de probabilidad de falla del aislamiento, es posible obtener el riesgo o frecuencia de falla de un equipo frente a un determinado tipo de esfuerzo dielctrico.

Esto permite seleccionar y dimensionar el aislamiento de forma que la frecuencia de falla se halle dentro de los lmites aceptables.

El mtodo determinista, tambin conocido como convencional, se aplica cuando no es posible conocer la distribucin estadstica de las sobretensiones. Con este mtodo, la seleccin del aislamiento se puede realizar de forma que este soporte la mxima sobretensin representativa que se puede originar. En la prctica, se suele distinguir entre aislamiento autorregenerable y aislamiento no autorregenerable. En el primer caso, aislamiento autorregenerable, se suele utilizar como parmetro de diseo el valor U10, es decir el valor de la tensin soportada con una probabilidad de falla del 10 por 100.

5.1. COORDINACIN DE AISLAMIENTO EN INSTALACIONES

El primer paso a realizar es la determinacin de la tensin nominal en los equipos o en la instalacin a disear, teniendo en cuenta los niveles de proteccin proporcionados por los dispositivos de proteccin instalados y el valor mximo de la tensin de operacin:

Para instalaciones de la gama I se analizan las sobretensiones temporales y las de origen atmosfrico

Para instalaciones de la gama II se analizan las sobretensiones de frente lento y las de origen atmosfrico

Se selecciona el nivel bsico de aislamiento, es decir, el nivel de aislamiento asignado cuyas tensiones soportadas normalizadas estn asociadas a la tensin de operacin ms elevada segn la clasificacin de la IEC.

Los objetivos de un estudio de coordinacin de aislamiento sern distintos dependiendo del equipo a estudiar, del tipo de aislamiento a seleccionar y de las sobretensiones que influirn en esta seleccin. A continuacin se detallan

los objetivos, el tipo de clculos que se ha de realizar y las sobretensiones que ser necesario estimar en la coordinacin de aislamiento de lneas areas de transporte y de subestaciones.

a) Lneas areas: la coordinacin de aislamiento de una lnea de transporte puede tener los siguientes objetivos:

Disear el blindaje (nmero y ubicacin de los cables de guarda) adecuado frente a descargas atmosfricas, que minimice el nmero de flameos por falla de blindaje

Disear una puesta a tierra efectiva que minimice la tasa de flameo inverso

Seleccionar las dimensiones de las cadenas de aisladores para soportar las sobretensiones que se puedan originar por maniobras y por descargas atmosfricas

Dimensionar las distancias en el aire entre conductores, entre conductores y tierra, y entre conductores y apoyos

Decidir si ser necesario instalar pararrayos, y en caso afirmativo determinar su ubicacin y sus valores nominales

El diseo de los cables de guarda y de la puesta a tierra vendr impuesto por las sobretensiones causadas por el rayo, mientras que el nivel de aislamiento a seleccionar depender de las sobretensiones por maniobra y las causadas por el rayo. El nivel de contaminacin puede ser decisivo en la seleccin de aisladores. Finalmente, la instalacin de pararrayos depender de las sobretensiones por maniobra y por descargas atmosfricas, as como de la puesta a tierra que se pueda conseguir, segn el tipo de terreno en el que se instala la lnea. La seleccin de los valores nominales de los pararrayos depender de la mxima tensin permanente a frecuencia industrial y de las sobretensiones temporales que se puedan originar en la lnea.

El flameo de una lnea area puede ser originada por sobretensiones de maniobra o de origen atmosfrico. Como criterios de diseo se han de fijar el nmero de flameos causados por el rayo por km y ao, y el nmero medio de operaciones de maniobra que se han de realizar para obtener un flameo.

b) Subestaciones: el estudio de coordinacin de una subestacin puede ser ms complejo debido al nmero y al tipo de componentes que es necesario considerar. En general, los objetivos del estudio, para subestaciones de cualquier gama, pueden ser los siguientes:

Seleccionar el nivel de aislamiento normalizado para todos los equipos de la subestacin

Disear los cables de guarda (tipo, nmero, localizacin) que han de proteger los equipos frente a descargas atmosfricas

Determinar las distancias en el aire, bsicamente distancias entre fase y tierra, y entre fases

Decidir si ser necesario instalar pararrayos, y en caso afirmativo determinar su ubicacin y sus valores nominales

Como en las lneas areas, el diseo del blindaje vendr impuesto por las sobretensiones causadas por el rayo, mientras que el nivel de aislamiento a seleccionar depender de las sobretensiones por maniobra y las causadas por el rayo. Igualmente ser necesario tener en cuenta el nivel de contaminacin en la seleccin de aisladores. Tanto el nmero como la ubicacin de los pararrayos vendrn impuestos por las sobretensiones originadas por descargas atmosfricas, mientras que la seleccin de sus valores nominales depender de la mxima tensin permanente a frecuencia industrial y de las sobretensiones temporales que se puedan originar en la subestacin.

Las averas de los equipos de una subestacin pueden ser provocadas, como en el caso de las lneas areas, por sobretensiones de maniobra y de origen atmosfrico, aunque en una subestacin tambin pueden ser debidas a ciertas sobretensiones temporales, como las originadas por una ferrorresonancia.

5.2. COORDINACIN DE AISLAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN CONTRA LAS DESCARGAS ATMOSFRICAS

Las sobretensiones de origen atmosfrico se pueden limitar mediante la instalacin de cables de guarda que eviten el impacto directo de la descarga atmosfrica en los equipos elctricos. El diseo del blindaje se realiza mediante la aplicacin del modelo electrogeomtrico. Segn este modelo, se puede asociar a cualquier cuerpo un radio de atraccin para las descargas atmosfricas cuyo valor depende del valor pico de la corriente de las descargas.

5.2.1. DESCARGA ATMOSFRICA SOBRE EL CONDUCTOR DE FASE

La incidencia de rayos sobre un conductor de fase, puede darse por la ausencia de blindaje en la lnea o bien porque el mismo es deficiente. Si el rayo cae sobre un conductor de fase se originan dos ondas de corriente que viajan en direcciones opuestas y de valor igual a la mitad de la corriente del rayo , como se muestra en la figura. Corriente que producen dos ondas de tensin cuya amplitud es funcin de la impedancia caracterstica de la lnea.

Descarga sobre el conductor de fase

Esta tensin puede provocar fallas en las lneas o la interrupcin del servicio elctrico, se calcula como:

Donde,

Y se calcula con las siguientes expresiones en funcin del tipo de terreno:

Donde es la altura del conductor en la estructura o torre, la flecha del conductor de fase. De la misma manera:

Donde

La cual se calcula por la expresin:

Donde,

.

5.2.2. DESCARGA ATMOSFRICA SOBRE LA TORRE

Cuando un rayo cae sobre una estructura metlica, la corriente de rayo circula por sta y a travs del cable de puesta a tierra, como se muestra en la figura.

Descarga sobre la torre

As mismo, esta corriente genera una sobretensin en la estructura que es funcin de la intensidad de la descarga y de la impedancia caracterstica del conjunto torre e hilo de puesta a tierra . La sobretensin se calcula por la siguiente expresin:

La impedancia caracterstica tiene valores tpicos que se encuentran dentro del rango de 150 a 300 Ohmios. Cuando se tienen cables de guarda esta tensin se calcula con la impedancia equivalente del conjunto torre-cables de guarda. Si esta sobre tensin es mayor que la tensin dielctrica resistente, expresada como el nivel bsico de aislamiento al impulso, entonces se presenta lo que se conoce como flameo inverso.

Un problema que se debe de tratar de minimizar es el de obtener una baja resistencia al pie de la torre. Es difcil obtener valores de resistencia al pie de la torre inferiores a 10 Ohmios, si consideramos las curvas de distribucin de probabilidad de la intensidad de las corrientes producidas por las descargas electroatmosfricas, se produce un aumento de la probabilidad del flameo inverso, que puede ser elevada en lneas de 115, 138, y 230 kV y menores para lneas de 400kV debido a que en estas ltimas es mayor la distancia que existe entre conductor- estructura.

5.2.3. DESCARGA ATMOSFRICA SOBRE EL CABLE DE GUARDA

Si un rayo cae sobre el cable de guarda, se originan tambin dos ondas de corriente que viajan en sentidos opuestos hacia las estructuras y se descargan a travs de ellas, como se muestra en la figura.

Descarga sobre el cable de guarda

Esta corriente genera dos ondas de tensin en el hilo de guarda, y es funcin de la corriente de rayo y de la impedancia del hilo de guarda , calculndose con la siguiente expresin:

Donde es el voltaje del hilo de guarda y la impedancia caracterstica del hilo de guarda. Esta impedancia se calcula con la expresin:

Donde el radio del hilo de guarda y es la altura media del cable de guarda entre estructuras (vano) y se calcula con las siguientes expresiones en funcin del tipo de terreno:

Donde es la altura del cable de guarda en la estructura o torre, la flecha del cable de guarda.

Por otra parte, cuando se da la descarga en los cables de guarda, una parte de la corriente pasa a travs de la torre , formando un circuito cerrado como se muestra en el circuito equivalente de la figura. De igual manera, cuando se tienen dos cables de guarda en la estructura, la impedancia caracterstica de los hilos de guarda es equivalente a .

Circuito equivalente de la descarga sobre el cable de guarda6. COORDINACIN DE AISLAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN POR MANIOBRA

Las sobretensiones por maniobra se pueden limitar o evitar empleando interruptores con cierre sincronizado. Debido a que la sobretensin que se puede originar con una maniobra depende de la tensin que exista en el lado de la fuente cuando se cierra el interruptor, el valor de la sobretensin puede reducirse drsticamente, o incluso no originarse sobretensin, si el cierre se sincroniza con la tensin de la fuente, y tiene lugar cuando esta tensin es nula o cercana a cero.

6.1. COMPORTAMIENTO DE LAS LNEAS DE TRANSMISIN POR MANIOBRA

Para coordinar el aislamiento en lneas de transmisin debido a maniobra, se debe cambiar el valor de la desviacin estndar de la Tensin Crtica de Flameo de en la expresin:

Al obtener el valor de la Tensin Crtica de Flameo se pueden determinar las distancias dielctricas.

La tensin de flameo con una probabilidad de 50% denominada tambinTensin Crtica de Flameo por maniobra de interruptores.

Para distancias de aislamiento en aire y condiciones atmosfricas estndar est dada por la expresin:

Dnde:

Se considera tambin que las sobretensiones por maniobra tienen una distribucin normal con una distribucin estndar del orden 6%. Tratndose de distancias en aire si las condiciones ambientales son variables y existe lluvia, las tensiones de ruptura dielctrica con una probabilidad del 50%, se obtienen aumentado la desviacin estndar.

Tratndose de aisladores, la lluvia reduce la Tensin Crtica de Flameo aproximadamente en un 50% con respecto al valor en seco obtenido.

6.2. CLCULO DE LA PROBABILIDAD DEL RIESGO DE FALLA EN AISLAMIENTOS SOMETIDOS A SOBRETENSIONES POR MANIOBRA

Muchas de las sobretensiones que se pueden originar en una red elctrica tienen carcter estadstico. En general se acepta que las sobretensiones originadas por maniobras y las causadas por el rayo deben ser descritas por una distribucin estadstica a consecuencia de la naturaleza aleatoria de muchos de los parmetros y variables involucradas, y cuya influencia es importante en ambos tipos de sobretensiones.

En el caso de maniobra de conexin de una lnea area que se encuentra sin demanda en su extremo receptor, las sobretensiones mximas se originarn en este extremo y dependern, entre otros factores, del instante en el que se cierra el interruptor. Conviene tener en cuenta que en una maniobra con interruptor trifsico el cierre de las tres fases no es simultneo, y que la probabilidad de que en una fase el interruptor se cierre con un determinado ngulo de fase es la misma para cualquier valor de este ngulo situado entre . Es decir, por un lado hay que considerar una distribucin estadstica para obtener el ngulo de tensin de la fase de referencia, y por otro hay que considerar otra distribucin estadstica, que en general se considera diferente de la anterior, para calcular el retardo con el que se cerrarn las otras dos fases respecto a este ngulo.

El clculo de la distribucin estadstica de un tipo de sobretensin requiere el empleo de un mtodo probabilista cuya aplicacin puede describirse mediante los siguientes tres pasos:

Seleccin de una distribucin estadstica para todas las variables y parmetros de carcter aleatorio

Desarrollo de un modelo matemtico para el sistema en estudio, teniendo en cuenta el tipo de sobretensin a calcular

Aplicacin de un procedimiento de clculo estadstico o probabilista, generalmente basado en el mtodo de Monte Carlo.

BIBLIOGRAFIA

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/electrica/5_anio/transmision_distribucion_energia_electrica/Aislacion.pdf http://novella.mhhe.com/sites/dl/free/8448166973/572353/Presentacion_autores_9788448166977.pdf http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/electrica-ingenieria/diseno-de-lineas-de-transmision/2014/i/guia-6.pdf http://ingenieria.udea.edu.co/altae2009/documentos/conferencias_magistrales/conferencia_ingenieria_desempeno_jaime_blandon.pdf http://www.cigre.org.mx/uploads/media/33-03.PDF http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1L7681P9H-2BT34NJ-1MP3/COORDINACION-DE-AISLAMIENTO.pdf http://kosmos.upb.edu.co/web/uploads/articulos/(A)_Estado_del_Arte_de_las_Metodologias_Para_la_Coordinacion_de_Aislamiento_de_Subestaciones_a_Partir_de_Sobretensiones_de_Tipo_Atmosferico_933.pdf http://www02.abb.com/global/essup/essup501.nsf/0/155049f71dfbb697c12576550051a9c0/$file/Sobretensiones_2014.pdfANEXOS

ANEXO 1COORDINACIN DE AISLAMIENTO IEC 60071

ANEXO 2COORDINACIN EN AISLAMIENTO EN SUBESTACIONES A NIVEL DE 500KV

23CARLOS ZEVALLOS VERA CUI:20101747