Las Normas IEC 60071-1 y 60071-2 (resumen) Son las establecidas por la IEC para la coordinación del aislamiento en instalaciones de corriente alterna en alta y extra alta tensión. Concretamente, especifican los criterios y el procedimiento para la selección de las tensiones de soportabilidad nominal para los aislamientos fase-fase, fase-tierra y longitudinal del equipamiento y las instalaciones eléctricas mayores a 1kV. En la norma IEC 60071-1, la coordinación del aislamiento está definida de la siguiente manera: “La coordinación del aislamiento es la selección de la rigidez dieléctrica de los equipos en relación con las tensiones que pueden aparecer en el sistema en el cual se hallan instalados, teniendo en cuenta las condiciones ambientales de servicio y las características de los dispositivos de protección disponibles”. El procedimiento de coordinación del aislamiento propuesto por la norma IEC 60071-1, puede resumirse de la siguiente manera: El primer paso a realizar es la estimación de la tensión representativa Urp en los equipos o en la instalación a diseñar, teniendo en cuenta los niveles de protección proporcionados por los equipos de protección instalados y el valor máximo de la tensión de operación - Para las instalaciones de la Gama I, se analizan las sobretensiones temporales y las sobretensiones de origen atmosférico. - Para las instalaciones en la Gama II, se analizan las sobretensiones de frente lento y las de origen atmosférico. 12 Se determina la tensión soportada de coordinación, UCW, que es la tensión soportada que cumple los criterios de diseño en las condiciones de servicio en que funcionarán los equipos o la instalación. La selección de la tensión soportada de coordinación se basa, por tanto, en la tasa de riesgo aceptada y su cálculo se realizará multiplicando la tensión representativa por el factor de coordinación KC, cuyo valor depende del aislamiento (autorregenerable, no autorregenerable) y del método de coordinación del aislamiento (determinista, estadístico) que es posible aplicar. La tensión soportada de coordinación UCW, se convierte en la tensión soportada especificada o requerida, que es la tensión normalizada o de ensayo que el aislamiento debe soportar para asegurar que se cumplirá el criterio de diseño. La tensión soportada especificada se obtiene multiplicando la tensión soportada de coordinación por un factor de seguridad Ks, que compensa las diferencias entre las condiciones ambientales y de servicio y las normalizadas. Se selecciona el conjunto de tensiones soportadas normalizadas que satisfacen las tensiones soportadas especificadas. La tensión soportada normalizada es la tensión aplicada en un ensayo de tensión normalizado, y su selección permite justificar que el aislamiento resistirá las tensiones soportadas especificadas que fueron estimadas en el paso anterior. La tensión soportada normalizada puede elegirse para la misma forma de onda Finalmente.Es la seleccion de la rigidez dialéctica de los equipos en relación c on las tensiones que pueden aparecer en el sistema en el cual se hallan instalados. Y la coordinación de aislamiento. Es decir la coordinación de aislamiento consiste en combinar las características de operación de los descargadores con las curvas voltaje . AISLAMIENTO Y CORRDINACION DE AISLAMIENTO La diferencia está en que el aislamiento Comprende la selección de la soportabilidad o resistencia eléctrica de un equipo y su aplicación en relación con las tensiones que pueden aparecer en el sistema en el cual el equipo será utilizado. Dicho de otra forma mientras que el primero hace referencia al comportamiento de un equipo sobre a los niveles elevados de tensión. el nivel de aislamiento asignado cuyas tensiones soportadas normalizadas están asociadas a la tensión de operación más elevada según la clasificación de la IEC. los aislamientos auto recuperables. Asimismo los aislamientos auto recuperables de las máquinas se deben diseñar de tal manera que no existan puntos vulnerables para dichas solicitaciones dieléctricas transitorias. el segundo se refiere a todo el sistema compuesto por los equipos y protecciones de una subestación eléctrica Los sistemas eléctricos están sujetos a sobre tensiones que se pueden modificar en función de los parámetros del sistema eléctrico. Es importante también conocer las pruebas finales de evaluación de los aislamientos de las máquinas. teniendo en cuenta las características de los dispositivos de protección disponibles. los aislamientos de los equipos eléctricos y el nivel de respuesta de los descargadores. es decir. tipo rayo) o para una forma de onda distinta mediante la aplicación del factor de conversión de ensayo Kt. debe existir una coordinación razonable entre las sobretensiones existentes. se selecciona el nivel de aislamiento normalizado.normalizada que la tensión soportada especificada (continua. de tal manera que se reduzca a niveles económicos y operacionalmente aceptables la probabilidad de que los esfuerzos de tensión resultantes impuestos en el equipo causen daño al aislamiento o afecten la continuidad del servicio. de manera que se tenga una protección efectiva y económica contra los sobrevoltajes transitorios.tiempo de los aislamientos de los equipos. Las subestaciones . teniendo en cuenta las condiciones ambientales deservicio y las características de protección disponibles. componentes y equipos de alta tensión. tipo maniobra. siendo este nivel de aislamiento. obedecen a largos periodos de fabricación y presentan gran dificultad para su traslado. en particular a los transformadores de potencia.eléctricas de alta tensión tienen entre sus principales componentes lo siguiente: Equipos de potencia: Transformadores de potencia. por lo general. se requiere de planes de transporte y movilización para llevar a cabo esta actividad. Con la selección de sistemas de protección adecuados se pueden reducir los daños provocados por las sobretensiones. transformadores de medida. son elementos destinados a proteger a los componentes del sistema que poseen aislamiento no autorestaurable.La selección final se refleja en la designación de tipo del descargador. SC. banco de condensadores. etc. Equipos de maniobra: Interruptor de potencia. debe procurarse que descarguen a tierra lo más rápidamente posible. y por consiguiente son esenciales para los sistemas de potencia. Cuando los sistemas son afectados por sobretensiones. mayormente a las que se encuentran por encima de los 3000 msnm. SVC. seccionadores. es decir un aislamiento que recuperara sus propiedades luego de que en este ocurra una descarga. Descargadores de Sobretensión DST La selección se hace con dos pasos principales: • Contrastando las características eléctricas de los descargadores con los requisitos eléctricos de la red • Contrastando las características mecánicas de los descargadores con los requisitos mecánicos y medioambientales de la red . etc. por estas razones es muy importante . Este equipamiento debe contar con el nivel de aislamiento externo para la altitud de su instalación (msnm). pararrayos. Los descargadores de sobretensión. esta función la desempeñan los descargadores de sobretensiones. reactores de potencia. el requerido ante las sobretensiones de origen atmosférico que ingresan a la subestación. tienen un costo sumamente elevado. Los transformadores son el corazón de las subestaciones. Tensión máxima de red (Um) La tensión máxima entre fases durante el servicio normal. Tensión de trabajo continuo Es la tensión de frecuencia industrial eficaz máxima admisible que se puede aplicar de forma continua entre los terminales . Ur debe ser como mínimo igual a la capacidad de sobretensión temporal de 10 segundos de un descargador. retornando a su estado de alta resistencia a la señal de potencia a frecuencia industrial. limitando su prolongación y disminuyendo las magnitudes de las tensiones residuales. ya que la selección errónea de un descargador de sobretensión. poniendo en riesgo la vida útil de los equipos y la continuidad del servicio eléctrico. Corriente de clasificación de descarga (ANSI/IEEE) La corriente de descarga nominal que se utiliza para efectuar las pruebas de clasificación.protegerlos de cualquier fenómeno que los pueda averiar. Tensión nominal (Ur) Un descargador que cumple con la norma IEC debe resistir su tensión nominal (Ur) durante 10 s después de ser precalentado a 60°C y sometido a una inyección de energía según se define en la norma. Corriente de descarga nominal (IEC) El valor máximo del impulso de corriente de descarga que se utiliza para clasificar el descargador. La selección de un descargador inadecuado para un determinado sistema puede volver vulnerable una instalación contra las sobretensiones. pondría en juego la operación de tan importante equipo a lo largo de su vida útil. los cuales disminuyen su resistencia interna ante la presencia de una sobretensión. dirigiéndola a tierra. Tensión de funcionamiento nominal (ANSI) Es la tensión nominal máxima admisible entre terminales para el funcionamiento de un descargador. la tensión nominal se utiliza como parámetro de referencia. Las sobretensiones pueden dañar seriamente estas máquinas eléctricas. Para seleccionar un descargador de sobretensión hay que tener en cuenta lo siguiente Actualmente se emplean DST de óxido de zinc (ZnO) conformados por varistores de ZnO en serie ubicados en el interior de un cilindro de porcelana. Los descargadores también protegen las líneas de transmisión. lo cual es perjudicial tanto para la empresa de suministro de energía eléctrica como para sus clientes. contra las sobretensiones transitorias elevadas drenándolas a tierra. Así. por tal motivo se deben colocar descargadores de sobretensiones que protejan al equipo con el menor rango de error posible. Además. MCOV es menos estricta en lo que se refiere a la distribución de tensión desigual en un descargador. Ésta es la energía a que es sometido el descargador en la prueba normalizada de la sobretensión de trabajo (cláusula 8. Esto se hace de tres formas distintas: Dos impulsos. a diferencia de las sobretensiones instantáneas. Debe explicarse cualquier distribución de tensión desigual en el descargador. Por regla general. la energización de líneas descargadas. La tensión residual depende de la magnitud y la forma de onda de la corriente de descarga. durante una pérdida a tierra en una o varias fases.5. en caso de producirse una sobrecarga por cualquier motivo. de conducir la corriente de cortocircuito de servicio resultante sin sufrir una ruptura violente que podría causar daños en los equipos circundantes o daños personales. La capacidad de sobretensión temporal de los descargadores está indicada con la carga energética primaria en los catálogos pertinentes.5.). Energía de impulso único Ésta es la energía máxima admisible a la que puede ser sometido un descargador en un sólo impulso con una duración de 4 ms o más.5. manteniéndose posteriormente la estabilidad térmica con la sobretensión temporal y la Uc especificadas. Capacidad de cortocircuito Es la capacidad de un descargador. El valor es utilizado en todas las pruebas especificadas por ANSI.del descargador. etc. Tensión residual/tensión de descarga Éste es el valor máximo de la tensión. según la cláusula IEC 8.5. ANSI (MCOV) ANSI establece la tensión de trabajo continuo máxima (MCOV) para todas las características nominales de descargador utilizadas en una tabla. Esta tensión se define de distintas formas (se verifica con diferentes procedimientos de prueba) en IEC y ANSI. Después de una . Sobretensiones temporales (TOV) Las sobretensiones temporales. manteniéndose posteriormente la estabilidad térmica con la sobretensión temporal y la Uc especificadas. El valor se verifica en la prueba normalizada. por consiguiente. Otras fuentes de sobretensión temporal son el rechazo de carga. que aparece entre los terminales de un descargador cuando pasa por él la corriente de descarga. Energía de prueba rutinaria Ésta es la energía total a que es sometido cada uno de los bloques en nuestras pruebas de producción. Capacidad de energía Las normas no definen de forma explícita la capacidad de energía de un descargador. La forma más habitual de sobretensión temporal se produce en las fases sanas de una red. Las características de tensión y corriente de los descargadores se indican en los catálogos pertinentes. ABB también presenta la capacidad de energía en kJ/kV (Ur ). son sobretensiones de frecuencia industrial oscilantes de duración relativamente larga (entre algunos ciclos y varias horas). La única medida especificada es la Clase de Descarga de Línea en IEC. IEC (Uc) IEC permite al fabricante decidir la tensión Uc. esta información no es suficiente para comparar diferentes fabricantes y. Nivel de contaminación Fuga específica en mm/kV (Um) Moderado (L) 16 Medio (M) 20 Alto (H) 25 Muy alto (V) 31 Si no existen normas similares para revestimientos de polímero. . excepto a corrección de altitud: • IEC: 15% para impulsos cortos y 10% para impulsos largos (al nivel del mar) • ANSI: 20% para impulsos cortos y 15% para impulsos largos (al nivel del mar) Características de contaminación IEC 60815 define cuatro niveles de contaminación (entre moderada y muy fuerte) y estipula la fuga requerida para revestimientos de porcelana indicada en la tabla adjunta. Dado que el diámetro medio de los descargadores normalizados es inferior a 300 mm. A diferencia de otros equipos. La distancia de fuga es la longitud medida a lo largo del perfil externo del revestimiento y sirve de medida del comportamiento del descargador en entornos contaminados en lo que respecta al riesgo de arcos externos. Las normas especifican los siguientes factores de seguridad adicional. Por tanto. Así. Resistencia del aislamiento externo Es el valor máximo de la tensión aplicada (para una forma de onda especificada) que no genera un arco en el descargador. la capacidad de cortocircuito se verifica con diferentes niveles de corriente. dependiendo de la impedancia y las condiciones de puesta a tierra de la red.operación de este tipo se debe cambiar el descargador. los descargadores están diseñados para descargar internamente y la tensión en el revestimiento no puede sobrepasar nunca los niveles de protección. el aislamiento externo está autoprotegido si su resistencia es superior a los niveles de protección corregidos para la altitud de instalación. La corriente de cortocircuito de servicio puede ser alta o baja. la distancia de fuga específica es igual a la distancia de fuga nominal. la tabla también rige actualmente para esos revestimientos. Seleccionar el valor Ur estándar inmediato superior (vea ”Datos de protección garantizados). por ejemplo.EJEMPLO Datos de subestación: Tensión máxima de red: 145 Kv Ubicación del descargador: tierra Puesta a tierra de servicio: Tiempo de eliminación de falla de red: Distancia de fuga: mm Fase a Efectiva 1s 3.72xUm (según la tabla 1) = 0.000 Tabla 1 Primero Ur0 = 0. .4 kVrms. 108 kVrmsrms.72x145 = 104. PEXLIM Q con la misma tensión nominal de 108 kV. Por tanto. elija un descargador de clase 3. Con un Uwl pico de 550 kV se obtendría un margen de protección de (550/2801)x100 = 96 %. o sea Upl pico de 280 kV a 10 kA (según la tabla 3). es decir PEXLIM R. Tercero Este margen parece excelente. Quinto . Este descargador tiene una relación Upl/Ur de 2. es muy importante instalar el descargador lo más cerca posible del objeto a proteger. dependiendo del efecto de distancia y el posible envejecimiento del aislamiento. por ejemplo. pero debe tenerse en cuenta que. el margen se reduce a tan solo el 10%-15% después de considerarse el efecto de distancia y según la empinadura y amplitud del impulso elegido. Cuarto Si el margen se considera insuficiente.59.Tabla 2 Segundo Según la tabla 2. para 145 kVrms se elegiría normalmente un descargador con descarga de línea de clase 2. debe seleccionarse un revestimiento YH145 (XH145 para PEXLIM Q). la designación de tipo del descargador seleccionado será: PEXLIM R108-YH145 (o PEXLIM Q108-XH145) Teniendo en cuenta que estos valores fueron sacado del catálogo descargadores de sobre tención ABB . 20. por ejemplo.000 mm.Para una distancia de fuga de 3. Sexto Entonces.7 mm/kV.