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01 Descargadores
01 Descargadores
01 Descargadores
probabilidad de resistencia del 90% (o una probabilidad de falla del 10%) bajo condiciones
especificadas, aplicable particularmente a los aislamientos de recuperación automática.
BSL estadístico: Valores de cresta del impulso de conmutación estándar cuyo aislamiento muestra
una probabilidad de resistencia del 90% (o una probabilidad de falla del 10%) bajo condiciones
especificadas, aplicable particularmente a los aislamientos de recuperación automática.
Coeficiente de la puesta a tierra (COG): Relación, ELG/ELL (expresada como porcentaje), entre
el ELG eficaz más alto de la tensión de la frecuencia industrial entre la línea y la puesta a tierra
sobre una fase sonora en una ubicación seleccionada durante una falla a tierra que afecta una o más
fases y el ELL de la tensión de la frecuencia industrial entre fases que podría obtenerse en una
ubicación seleccionada si se quita la falla.
Cola de onda: (de un impulso) Parte comprendida entre el valor de cresta y el final del impulso.
Coordinación del aislamiento: Selección de la fortaleza del aislamiento de acuerdo con las
sobretensiones esperadas a fin de obtener un riesgo de falla aceptable.
Corriente de descarga del disipador: Corriente que fluye a través de un disipador debido a una
sobretensión transitoria incidente.
Disipador de distribución:
(A) de servicio pesado: Este tipo de disipadores por lo general se utiliza para proteger los sistemas
de distribución aéreos que están expuestos a corrientes del rayo severas.
(B) de servicio liviano: Este tipo de disipadores por lo general se instala en sistemas de distribución
subterráneos donde la mayor parte de la corriente de choque del rayo se descarga a través de un
disipador colocado en la unión aérea entre la línea y el cable.
(C) normal: Este tipo de disipadores por lo general se utiliza para proteger los sistemas de
distribución aéreos que están expuestos a corrientes del rayo normales.
Disipador de frente muerto: Disipador montado dentro de una cubierta apantallada que
proporciona aislamiento del sistema y pantalla de tierra conductora. Se instala en una caja a fin de
proteger los equipos y circuitos de distribución subterráneos y encofrados.
Disipador de poste vertical: Disipador que se monta en un poste y que generalmente se utiliza con
el propósito de proteger cables y equipos de distribución subterráneos.
Disipador de sobretensiones: Dispositivo protector que limita las tensiones iniciales en el equipo.
Para ello, descarga o pone en cortocircuito la corriente inicial. Limita el flujo de potencia de la
corriente subsiguiente a la tierra y puede repetir estas funciones según se lo especifique.
Duración virtual del frente de onda: (de un impulso) A continuación se detalla el valor virtual
para la duración del frente de onda:
a) Para ondas de tensión cuyas duraciones de frente de onda son inferiores a 30 µs, ya sea completas
o cortadas en el frente, la cresta o la cola: 1,67 veces el tiempo que tarda la tensión en aumentar del
30% al 90% de su valor de cresta.
b) Para ondas de tensión cuyas duraciones de frente de onda son de 30 µs o más: el tiempo que tarda
la tensión en aumentar del cero real al valor de cresta máximo.
c) Para ondas de corriente: 1,67 veces el tiempo que tarda la corriente en aumentar del 10% al 90%
del valor de cresta.
Elemento de válvula: Resistor que, debido a su característica de corriente-tensión alineal, limita la
tensión en los terminales del disipador durante el flujo de corriente de descarga y contribuye a
limitar también la corriente subsiguiente a una tensión de frecuencia industrial normal.
Espacio en serie: Espacios intencionales entre los electrodos espaciados en serie. En sus elementos
de válvula aparece toda la tensión aplicada en los terminales del disipador o parte de ella.
Especificación del régimen de trabajo del disipador: Valor eficaz máximo permisible designado
para la tensión de la frecuencia industrial entre su línea y sus terminales de tierra a la que debe
llevar a cabo su régimen de trabajo de acuerdo con el diseño.
Forma de onda: (de una onda de prueba de un impulso) Gráfico de una onda de prueba de un
impulso como función del tiempo.
Frente de onda: (de un impulso) Parte de un impulso que se produce antes del valor de cresta.
Impulsos de conmutación estándares: Las formas de onda de los ensayos de impulsos estándares
dependen del equipo sometido a ensayo:
1) 30-60/90-180 µs
2) 50-300/400-900 µs
Impulso del rayo estándar: La forma de onda del impulso estándar utilizado es 1,2/50 µs (si no
contradice las normas de los productos).
Nivel básico de aislamiento del impulso de conmutación (BSL): Rigidez eléctrica del aislamiento
expresada según el valor de cresta de un impulso de conmutación estándar. Este nivel puede
expresarse en términos estadísticos o convencionales.
Nivel básico de aislamiento del impulso del rayo (BIL): Rigidez eléctrica del aislamiento
expresada según el valor de cresta de un impulso del rayo estándar bajo condiciones atmosféricas
estándares. Este nivel puede expresarse en términos estadísticos o convencionales.
Sobretensión de conmutación: Combinación de sobretensiones transitorias de conmutación y
sobretensiones temporarias asociadas con un solo episodio de conmutación.
Sobretensión inducida por el rayo: Tensión de cresta que aparece en un disipador o aislamiento
provocada por una sobretensión transitoria inducida por el rayo.
Sobretensión temporaria: Sobretensión oscilatoria asociada con la conmutación o las fallas (como
por ejemplo rechazo de carga, fallas monofásicas) y/o con alinealidades (efectos de la
ferrorresonancia, armónicas, etc.) cuya duración es relativamente extensa y que está levemente
amortiguada o no.
Tensión de descarga del disipador: Tensión que aparece en los terminales de un disipador durante
el pasaje de la corriente de descarga.
Tensión de resistencia: Tensión que puede soportar el aislamiento con una probabilidad de falla
determinada. En términos de aislamiento, se expresa como una tensión de resistencia convencional
o estadística.
Tensión de resistencia convencional: Tensión que puede soportar el aislamiento con una
probabilidad de falla del 0%.
Tensión de resistencia estadística: Tensión que puede soportar el aislamiento con una
probabilidad de falla determinada, correspondiente a una probabilidad de falla especificada (es
decir, 10%, 0,1%).
Tensión de salto crítica (CFO): Amplitud de tensión de una forma de onda determinada que, bajo
condiciones especificadas, genera contorneamientos a través del medio ambiente en el 50% de las
aplicaciones de tensión.
Tensión del sistema: Tensión de frecuencia industrial eficaz entre fases en un sistema eléctrico de
corriente alterna trifásico.
Tensión nominal de servicio máxima continua (MCOV): Valor eficaz máximo designado para la
tensión de frecuencia de la red que puede aplicarse en forma continua entre los terminales del
disipador.
Tensión nominal del sistema: Valor nominal asignado para designar un sistema que posee una
clase de tensión determinada.
Valor de cresta: (de un impulso) Valor máximo que alcanza un impulso. Sinónimo: valor máximo.
1.3.1 Diseño
Los disipadores de óxido metálico se clasifican en tres categorías de diseño amplias. Ellas son:
disipadores sin explosores, disipadores con explosores en derivación y disipadores con explosores
en serie. A continuación se describen los principios generales de estos tres tipos de diseños.
La norma IEEE C62.11-1993 sobre el diseño de óxido metálico especifica una tensión nominal
doble para cada disipador. La especificación de la tensión de trabajo convencional (ver 3.8) ahora
tiene una tensión nominal de servicio máxima continua correspondiente (ver 3.27). Consulte la
Tabla I de la Norma IEEE C62.11-1993. Al aplicar los disipadores de óxido metálico, es
fundamental que su tensión nominal de servicio máxima continua sea igual o mayor que la tensión
máxima continua a la que está expuesto el disipador en cualquier momento.
La tensión nominal de servicio máxima continua define la tensión máxima continua a la que puede
funcionar un disipador de acuerdo con su diseño. Sin embargo, los disipadores de óxido metálico
pueden operar a tensiones que superen esta tensión durante períodos de tiempo limitados. Todos los
fabricantes publican información sobre la capacidad para soportar sobretensiones. La Figura 5
muestra una curva de capacidad de sobretensión temporaria típica de 60 Hz. Además, la norma
IEEE C62.11-1993 describe el ensayo que se lleva a cabo para confirmar esta capacidad.
1.4 NIVELES DE PROTECCIÓN
El nivel de protección de un disipador es la tensión de cresta máxima que aparece en sus terminales
bajo condiciones de trabajo especificadas. En el caso de los disipadores de óxido metálico sin
explosores, el nivel de protección es la tensión de descarga del disipador para una corriente de
descarga especificada. Para los que tienen explosores (en derivación o en serie), el nivel de
protección es el valor más alto de la tensión de descarga disruptiva del explosor o de la tensión de
descarga.
El nivel de protección contra los impulsos del rayo es la tensión de descarga más alta determinada
con los ensayos mediante el uso de impulsos de corriente de descarga de 8/20 µs o tensiones de
descarga disruptiva del explosor para ondas de sobretensión transitoria especificadas. La tensión de
descarga es una función de la magnitud de la corriente. La Norma IEEE C62.11-1993 especifica
que los ensayos deben llevarse a cabo con corrientes de 8/20 µs de 1.500 A, 3.000 A, 5.000 A,
10.000 A y 20.000 A. Si la corriente de clasificación del impulso del rayo del disipador que muestra
la Tabla 3 de la Norma IEEE C62-11-1993 no es una de ellas, se debe realizar otro ensayo a la
corriente de clasificación de la clase de disipador en particular.
El nivel de protección del frente de onda de los disipadores de óxido metálico es el valor más alto
de:
a) La tensión de descarga de cresta que se produce a partir de una onda de corriente que pasa a
través del disipador y que tiene una magnitud de corriente de clasificación del impulso del
rayo cuya velocidad de subida es lo suficientemente alta como para producir una tensión de
cresta del disipador de 0,5 µs; o
b) La descarga disruptiva del explosor para velocidades de subida especificadas de las formas
de onda que describe la Norma IEEE C62.11-1993.
1.4.4 Nivel de protección del impulso de conmutación (SPL)
a) La tensión de descarga medida con una onda de corriente a través del disipador de magnitud
de corriente de clasificación del impulso de conmutación y un tiempo para la cresta de la
corriente real de 45-60 µs; o
b) La tensión de la descarga disruptiva del explosor en formas de onda similares.
Para calcular las corrientes de clasificación del impulso de conmutación que muestra la Tabla 4 de
la Norma IEEE C62.11-1993 correspondientes a una subestación bifásica, se dividió la tensión de
carga de la línea (E) menos el nivel de protección de la sobretensión transitoria de conmutación de
la especificación mínima del disipador utilizado a dicha tensión por una mitad de la impedancia de
la sobretensión transitoria (ZL) especificada en la Tabla 5 de la Norma IEEE C62.11-1993. Estas
corrientes se denominan conservadoras para la mayoría de las aplicaciones del disipador. Sin
embargo, estos valores pueden ser más altos cuando se utilizan baterías de condensadores o cables o
en otros circuitos con impedancia baja. Se debe consultar con el fabricante la información sobre los
niveles de protección de las corrientes que superan la corriente de clasificación del impulso de
conmutación.
La fortaleza del aislamiento se expresa en términos de BIL (nivel básico de aislamiento) y BSL
(nivel básico de conmutación) convencional o estadístico. Las tensiones de resistencia relevantes
para las aplicaciones del disipador se extraen de la lista de valores preferidos para el BIL y el BSL
detallada en la Norma IEEE 1313.1-1993.
a) Resistencia de onda cortada: Se llevan a cabo ensayos con un impulso de 1,2/50 µs cortado
debido a la acción de un explosor en un tiempo mínimo igual al especificado en la norma del
producto.
b) Nivel básico de aislamiento del impulso del rayo (BIL): Se llevan a cabo ensayos con
impulsos de onda completa de 1,2/50 según lo especificado en la norma del equipo.
c) Nivel básico de aislamiento del impulso de conmutación (BSL): El impulso de prueba
depende del tipo de equipo.
La fortaleza del aislamiento del aparato ubicado en la central se expresa en términos de un BIL, una
tensión de onda cortada y un BSL para el caso de los sistemas con tensiones más altas. Tal como lo
indican las definiciones, el BIL y el BSL pueden ser convencionales o estadísticos. El BIL (o BSL)
estadístico es igual a la tensión de salto crítica (1,28 s).
1.6 EFECTOS DE LA SEPARACIÓN
Generalmente, la tensión del aislamiento protegido va a ser más alta que la de los terminales del
disipador debido a las oscilaciones a las que están sujetos los conductores de conexión (Witzke y
Bliss [B133]). Este aumento de la tensión se denomina efecto de la separación.
La Norma IEEE 1313.1-1996 y esta guía definen a la coordinación del aislamiento como “la
selección de la fortaleza del aislamiento que concuerda con las sobretensiones esperadas a fin de
obtener un riesgo de falla aceptable”.
=
ó
La “tensión del equipo protegido” incluye el efecto de la separación, pero sólo si este es
significativo. De lo contrario, es igual al nivel de protección del disipador.
Generalmente se utilizan tres razones de protección que comparan los niveles de protección con las
resistencias del aislamiento correspondientes.
= ≥ ,
!
= ≥ ,
!!
#!
" = ≥ , $
#!
1.8 PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN
Para esto de deben considerar aspectos relacionados al nivel de tensión en que se encontrarán
ubicados (características de elementos a proteger) y tipo de sobretensiones que protegerán
(disposición de los descargadores).
&ௗ :
En base a esta clasificación se ha establecido la selección de la Tensión Nominal del descargador
,:
Factor función tipo de conexión a los descargadores;
Este factor varía entre 1 y 1,1. Por lo general (experiencia Ing. Martínez) se toma 1,05.
Estaciones Transformadoras: +ଶ = √2
1.8.1.3. Cifra de puesta a tierra
%á࢞ .'()*࢙࢘
=
%ሺíࢋࢇሻ '()*࢙࢘
%á࢞ .'()*࢙࢘
(= "
%ሺࢌࢇ࢙ࢋሻ '()*࢙࢘
( = √" × /
Caso 1
En 0 = 0ି ⇒ & → &
&á௫ 1 &
,= ⇒ , =
1
En 0 = 0ା ⇒ & → & &ሺíሻ √3 ∙ & √3
= = 0,577
Caso 2
En resumen:
TIPO DE Tipo de k K m m Un
ELEMENTO Conexión del Para 1 Para 2
Sistema Generador Geradores
Mínima Máxima
× '()*ࢉ࢘ࢋ࢙࢚ࢇ − '()*ࢉ࢘ࢋ࢙࢚ࢇ
ࢊ '(3*
4'5*
=
Donde:
Impedancia característica
+ @Aࡸ
4 = ?
B + @
!
4 ≅ ?
× '()*ࢉ࢘ࢋ࢙࢚ࢇ × , × !
ࢊ '(3*
4'5* 4'5*
= =
1.8.3. Verificación por Método de los tres puntos
La Norma IEEE 1313.1-1996 define a la coordinación del aislamiento como “la selección de la
fortaleza del aislamiento que concuerda con las sobretensiones esperadas a fin de obtener un riesgo
de falla aceptable”.
=
ó
= ≥ ,
!
= ≥ ,
!!
#!
" = ≥ , $
#!
Donde:
96:: Nivel básico de aislamiento del impulso del equipo protegido 'kV*௦௧
CDD: Resistencia de onda cortada del equipo protegido 'kV*௦௧
CDD = 1,1 × 96:
EFD: Nivel de protección del frente de onda del disipador 'kV*௦௧
EFD = 1,1 × :G:
:G:: Nivel de protección contra el impulso del rayo 'kV*௦௧
HG:: Nivel de protección del impulso de conmutación 'kV*௦௧
9H:: Nivel básico de conmutación 'kV*௦௧
9H: = 0,83 × 96:
1.9 EJEMPLO
13,2 ± 2 × 2,5%⁄0,4 − 0,23
= 5 %
Hଷ
´´
Hଵ
´´
Se ubicarán tres descargadores, uno en cada fase vinculado a tierra en MT de una subestación
transformadora.
Siendo:
+ଵ = 1,05
+ଶ = √2
,=1
& = 13,2 +2
LCF2 = 16 +2
:G: = 48 +2
HG: = 39,4 +2
EFD = 54,8 +2
Siendo:
96: = 95 +2
Siendo:
78 = 1,2 × 95 'kV*MN7O0=
7= = 'kV*MN7O0=
> : Impedancia característica de la LAT 13,2. Se adopta > = 100'Ω*
× , × !'()*ࢉ࢘ࢋ࢙࢚ࢇ × , × I$
= , " '(3*
4'5* KK
ࢊ = = ⇒ ࢊ
CDD
GP1 =
EFD
≥ 1,2
96:
GP2 =
:G:
≥ 1,2
%ࢊ = K () ; ࢊ = K (3