Protección del sistemas de distribución de Empresas Públicas de ...

PROTECCIÓN PROTECCI N DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
DISTRIBUCI N
DE EMPRESAS PÚBLICAS P BLICAS DE MEDELLÍN
MEDELL
SEMINARIO INTERNACIONAL
SEGURIDAD, RIESGO, CALIDAD Y PROTECCIONES
ELÉCTRICAS
Empresas Públicas de Medellín E.S.P.
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INTRODUCCIÓN
El objetivo de la protección de un sistema de distribución es
minimizar los efectos de todas las condiciones anormales : fallas de
línea, sobrevoltaje y sobrecargas.
Las protecciones deben limitar cualquier interrupción del servicio y
afectar la menor cantidad de clientes posible en el sistema.
Para minimizar los efectos indeseados de las fallas, el ingeniero de
protecciones debe conocer muy bien los tipos de perturbaciones
que pueden producirse en la red, la naturaleza de su causa y los
medios para minimizar sus efectos
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44 kV
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DESCRIPCIÓN SISTEMA EE.PP.M
110 kV
13.2 kV
44 kV
13.2 kV
Es el punto de enlace
entre el sistema de
transmisión y el de
distribución.
Se transforma la potencia
de tensiones de
transmisión a tensiones
de distribución).
Las subestación puede
tener 1, 2 ó 3
transformadores.
Utiliza en su área metropolitana 19 subestaciones de potencia, con
transformadores tridevanados de 110/44/13.2 kV, 60/20/60 MVA y en
algunos casos de 50/16.7/50 MVA. De cada transformador de potencia
se alimentan uno (1) o dos (2) circuitos de 44 kV y doce (12) circuitos de
13.2 kV.
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Subestación 13.2 kV
Industria
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CIRCUITO TÍPICO DE DISTRIBUCIÓN
Ramal 1Φ
Trafo 3Φ
Trafo 1Φ
Ramal 3Φ
Trocal 3Φ
Ramal 1Φ
Trafo 1Φ Trafo 1Φ
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CIRCUITOS A 13.2 KV
Son radiales de cuatro hilos multiaterrizados (tres fases y neutro) y
alimentan los usuarios de los sectores residencial, comercial, oficial y
pequeña industria. Los circuitos de 13.2 kV alimentan transformadores
de distribución monofásicos (7.620/240-120 V) o trifásicos (13.200/208-
120 V), los cuales surten redes de baja tensión con conductores
trenzados. En el sistema existen aproximadamente 355 circuitos de
13.2 kV y 53 circuitos de 44 kV
5

CIRCUITOS A 44 KV
Los circuitos de 44 kV son radiales y, alimentados por el devanado terciario de un
transformador de potencia, o de un autotransformador 180/180/60 MVA. En general, estos
circuitos utilizan 4 hilos y pueden ser de dos (2) configuraciones: mediante una conexión
delta, o una conexión en Y aterrizado. El cuarto hilo es utilizado como cable de guarda o
neutro. Algunos alimentadores utilizan una configuración delta aterrizado por medio de una
conexión zig - zag con puesta a tierra a través de una resistencia. Los circuitos a 44 kV
alimentan usuarios del sector industrial en la zona urbana del valle de Aburrá y Oriente
cercano y permite la alimentación de subestaciones intermedias (por ejemplo, Caldas y San
Cristóbal).
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PRINCIPALES
PERTURBACIONES
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CAUSAS DE FALLA
En general las fallas se producen por:
Rompimiento del aislamiento: gaseoso (aire, SF6),
líquido (aceite), o sólido (porcelana, vidrio, resina epóxica,
polietileno, mica, algodón, papel, etc.).
Causas que provocan ruptura del aislamiento:
Envejecimiento, Humedad, Contaminación salina o
industrial, sobretemperaturas, fuego y sobretensiones.
Agentes físicos externos: árboles, viento, animales y
acercamientos accidentales.
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DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Descargas Atmosféricas directas o inducidas sobre el sistema de
suministro eléctrico: Sobretensiones y Ruptura de Aislamiento
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FALLAS EN LA RED
Fallas en el sistema de suministro de energía: Envejecimiento,
Contaminación, etc.
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OBJETOS, ANIMALES Y TERCEROS
– Contactos con árboles, objetos o animales : Agentes Externos.
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ATENTADOS
Atentados terroristas: Agentes Externos.
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PROTECCIÓN
POR
SOBRECORRIENTE
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GENERALIDADES
Las protecciones por sobrecorriente son componentes
vitales de los sistemas eléctricos.
Su principal objetivo es detectar y aislar las fallas
cuando éstas ocurren. Al hacer esto se puede lograr una
operación segura del sistema y se puede evitar o
minimizar el daño a los equipos involucrados en las
fallas.
Para lograrlo es necesario garantizar la correcta
ubicación y coordinación de los diferentes dispositivos
de protección utilizados.
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Fallas Temporales Vs Fallas Permanentes
Transitoria o temporal:
Ejemplo: Contacto esporádico de una rama, un rayo, un
animal con la red. Estadísticamente se ha comprobado que
las fallas transitorias son del 80% del total de fallas. Estas
son eliminadas mediante operación del interruptor o
reconectador de cabecera.
Permanente:
Ejemplo: Cuando ocurre un daño en la red, Aislador
fracturado, un conductor roto. Estas fallas constituyen cerca
del 20% . En este caso las sucesivas operaciones de
recierre no eliminan la falla.
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DISTRIBUCIÓN DE ACUERDO AL
MODO DE FALLA
Tipo de Falla
Monofásica Bifásica Trifásica
75 % 20 % 5.0 %
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PROTECCIÓN PRINCIPAL Y DE RESPALDO
Cuando dos o más dispositivos de protección son utilizados en
cascada, el dispositivo más cercano a la falla se denomina “Protección
Principal" y aquel que le sigue en dirección de la fuente se denomina
"protección de respaldo". Si la coordinación es correcta, la protección
principal debe actuar antes que la protección de respaldo.
Respaldo
Principal
Principal
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CORRIENTE DE FALLA
Al producirse una falla a tierra, en un circuito de distribución,
circula una corriente elevada (del orden de kiloamperios), la cual
fluye desde la generación hasta el punto donde se produce la falla.
La determinación de la magnitud de esta corriente es importante
para la coordinación de las protecciones y el dimensionamiento de
los equipos.
Respaldo
Principal
Principal
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I
sc1φ
Donde:
=
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CORRIENTE DE FALLA
2
Zs
V f es el voltaje de fase
Zs
Zs + y Zso son las impedancias características de secuencia
positiva y secuencia cero por kilómetro del circuito
zc + y zc 0 son las impedancias características de secuencia positiva
y secuencia cero por kilómetro del circuito
L es la distancia entre el inicio del circuito y el lugar donde ocurre
la falla
Z f es la impedancia de falla
+
+
0
+
L*
3V
f
( 2 zc zc ) + + 0 + 3 Z f
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Frecuencia
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CÁLCULO DE IMPEDANCIA DE FALLA
1455 3576 5696 7817 9937 12058
Corriente [A]
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Observada
Simulada
100.%
80.%
60.%
40.%
20.%
.%
Impedancia de Falla
0 2 4 6 8 10
Z [Ohm]
Impedancia de falla más probable Zf =0.5 Ohmios.
Probabilidad
20

kA
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
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DISTRIBUCIÓN DE LA CORRIENTE DE
FALLA
CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO MONOFÁSICAS - EE.PP.M.
E.S.P.
I simétrica
1 2 3 km 4 5 6
I asimétrica
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NIVEL DE FALLA EN BARRAS DE 13.2 KV
La alta capacidad de transformación que posee EE.PP.M en
sus subestaciones de transformación conlleva a establecer
dos rangos de acuerdo al nivel de cortocircuito en barras
de 13.2 kV:
Grupo 1: Corriente de cortocircuito < 10 kA
(Subestaciones en áreas Rurales).
Grupo 2 : 10 kA > Corriente de corto < 25 kA
(Subestaciones dentro del Área Metropolitana).
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18 0 0
16 0 0
14 0 0
12 0 0
10 0 0
800
600
400
200
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0
Menores de
1000 A
DISTRIBUCIÓN CORRIENTES DE FALLA
REALES I>10 KA
Distribución de Corrientes de Falla
Subestaciones con I > 10 KA
2000 A 3000 A 4000 A 5000 A 7000 A 10000 A 15000 A
Frecuencia 1100 1535 1586 1531 1300 1538 888 290 20
% acumulado 11.24% 26.92% 43.12% 58.77% 72.05% 87.76% 96.83% 99.80% 100.00%
Rangos
El 73% de las fallas superan los 2000 amperios
y mayor.a
15000 A..
12 0 .0 %
10 0 .0 %
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
.0%
23

Frecuencia
180
160
140
120
100
80
60
40
20
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0
DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTES DE FALLA
REALES I

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PROTECCIÓN POR SOBRECORRIENTE
ESQUEMA BÁSICO CIRCUITO 13.2 KV
Trafo
Ramal
Fusible
Trafo
Fusible
44 kV
Trafo
M
Fusible
2
Trocal
Principal
110 kV
Subestación
Transformador de Potencia
13.2 kV
Rele- Interruptor
Reconectador
Trafo
Trafo
Seccionalizador
Seccionalizador
Fusible
Fusible
Ramal
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN 13.2 KV
RELE
EEPPM posee en su sistema de distribución relés microprocesados
DPU-2000 el cual ofrece no solo medios de protección, sino
además de monitoreo, medida y control programable. En cuanto a
la propiedad de protección proveen gran flexibilidad en curvas de
características corriente-tiempo, de esta forma se pueden
programar curvas que se acomoden a requerimientos especiales en
la coordinación
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RELE DPU 200R
FUNCIONES
Protección de sobrecorriente de fases temporizado.
Protección de sobrecorriente de fases instantáneo.
Protección de sobrecorriente de tierra temporizado.
Protección de sobrecorriente de tierra instantáneo.
Protección de sobrecorriente temporizado de secuencia negativa.
Recierres múltiples.
Protección de sobrecorriente temporizado direccional, secuencia
de fase positiva.
Protección de sobrecorriente temporizado direccional, secuencia
de tierra negativa.
Protección de subtensión y sobretensión de una y tres fases.
Localizador de fallas.
Record y detalles de fallas, para los últimos 32 disparos.
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RELE DPU 200R
FUNCIONES
Función de arranque (ajuste bajo): Su ajuste se determina con las
corrientes de carga máxima y de falla mínima para cortocircuitos
dentro de la zona protegida. Es activada instantáneamente cuando
la corriente de falla excede su valor de ajuste (I>>1).
Función instantánea (ajuste alto): Se ajusta normalmente para
corriente de fallas cercanas a la subestación, se usa para disparar
instantáneamente los interruptores cuando la corriente de falla
excede su valor de ajuste, cuando se usa con recierres puede ser
usada para arrancarlos o para bloquearlos (I>>2).
Función temporizada: Esta función nos determina la característica
de operación tiempo-corriente del relé de protección. Existen tres
tipos de curvas que son las siguientes: Normalmente inversa, muy
inversa y extremadamente inversa. (I>1).
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RELE DPU 2000R
Los Relés DPU que posee EE.PP.M están programados con curva
temporizada IEC Extremadamente Inversa con el fin de coordinar con
las curvas de los fusibles tipo T.
Curvas IEC: Tiempo Disparo = B*K / [ (I/Is) α -1 ]
K : dial desde 0.05 hasta 1.0 en pasos de 0.05.
B α
Extrem/ Inversa 80 2
Muy Inversa 13.5 1.0
Inversa 0.14 0.2
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Tiempo [S]
100.00
10.00
1.00
0.10
0.01
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CURVAS IEC RELE DPU
CURVAS IEC
K =0.15 Is = 400A
100 1000 10000
Corriente[A]
EXT INV
INV
MUY INV
30

Tiempo [S]
100.00
10.00
1.00
0.10
0.01
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AJUSTES RELE DPU 2000R
CURVAS IEC
K =0.15 Is = 400A
100 1000 10000
Corriente[A]
EXT INV
I>> 1
I>>2
I>>3
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN 13.2 KV
FUSIBLE
Son el equipo de protección contra sobrecorrientes más simple y más económico.
Sirve de “Medio de conexión débil” para la interrupción de sobrecorrientes y la
protección de equipos contra sobrecargas y cortocircuitos.
CABEZA TIPO BOTÓN
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ARANDELA PRISIONERA
Mantiene en su lugar
Y no deja caer el hilo
Fusible dentro del tubo.
Puede ser removida
si es necesario ELEMENTO FUSIBLE DISEÑADO
Para una precisa fusión
Usando un único elemento
De estaño para la operación
de Enfriamiento.
HILO TENSOR
Provee alivio de
Tensión mecánico
excepcional
FERULA (UNIÓN O CASQUILLO)
Construida en cobre para un mejor
Esfuerzo, conductividad y soldadura
TUBO AUXILIAR
Provee Gases para interrupción
A Baja Corriente
CONDUCTOR TERMINAL TRENZADO
Para da Resistencia Mecánica
Y Flexibilidad
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FUSIBLES DE EXPULSIÓN
EE.PP.M emplea fusibles tipo K, T y fusibles duales.
K y Duales Transformadores de Distribución
T Ramales ( 10T, a 80T)
Las características de un fusible de expulsión son definidas por su característica tiempo
corriente TCC.
–Curva de Mínimo Tiempo de fusión MMT: .Es el tiempo en que el elemento
fusible comienza a fundirse para despejar la falla.
–Curva de Tiempo Máximo de Aclaramiento MCT: .Es el tiempo en el que el
elemento fusible se funde y despeja la falla(tiempo de fusión del elemento fusible
más tiempo de extinción del arco).
ANSI C37.43 define las característica de los fusibles K y T.
Tres puntos son establecidos para adecuadamente definir la curva del fusible : 0.1, 10 y
300 segundos.
Ratados: 6, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80, 100, 140, 200
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FUSIBLE
CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN
La característica de operación de un fusible tipo expulsión esta dada por curvas
tiempo-corriente (TCC). Estas características son para una temperatura de 25 ºC
sin condiciones de precarga.
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FUSIBLE
CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN
Tiempo [S]
1000
100
10
1
0.1
0.01
COMPARACION DE CURVAS CARACTERISTICAS
K, T, DUAL
10 100 1000
Corriente[A]
15 K
Dual 10.4
15 T
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CORTACIRCUITOS
Los elementos fusibles van incorporado en los denominados
cortacircuitos, cajas primarias o "cañuelas" con el fin de abrirse
cuando la corriente que circula por él es excesiva (cortocircuito o
sobrecarga), evitando calentamientos y el daño térmico o
mecánico de los elementos del sistema.
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CORTACIRCUITOS
Los cortacircuitos poseen en general las siguientes
especificaciones:
Voltaje máximo del sistema 15 kV.
Capacidad de interrupción asimétrica: 10, 16 o 20
KA.
BIL : 95 KV.
Corriente nominal continua: 100 o 200 Amp.
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN 13.2 KV
RECONECTADORES
• El reconectador automático es un dispositivo interruptor de falla con inteligencia
para sensar sobrecorrientes, interrumpirlas y recerrar automáticamente un
determinado número de veces (3 ó 4)
• Ante falla transitoria (de unos pocos ciclos a unos cuantos segundos) este
dispositivo con su capacidad de recierre evita salidas prolongadas.
• Ante una falla permanente hará una apertura definitiva después del número
predeterminado de recierres.
RECONECTADOR 3Ø
RECONECTADOR 1Ø
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RECONECTADORES
CLASIFICACIÓN
Estos dispositivos se clasifican por :
El número de fases (monofásicos o trifásicos),
El tipo de control (Hidráulico, electrónico y microprocesado),
El medio de interrupción (Aceite, vacío o SF6),
El medio aislante entre fases y tierra (Aceite, vacío o SF6).
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RECONECTADORES
EVOLUCIÓN
EVOLUCIÓN
EVOLUCI
TECNOLOGÍA TECNOLOG A DE
RECONECTADORES
EN VACIO, CONTROL
ELECTRÓNICO
EN VACIO,CTS DE PROTECCION,
CONTROL ELECTRONICO
HIDRAULICOS EN ACEITE
BOBINA DE DISPARO EN SERIE
EN VACIO,
AISLAMIENTO
POLIMÉRICO
EN VACIO, AISLAMIENTO SF6
EN SF6, CONTROL MICROPROCESADO
TIEMPO
40

INSTANTE DEL
CORTOCIRCUITO
DISPARO
CERRADO
RÁPIDO
ABIERTO
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RECONECTADORES
FUNCIONAMIENTO
DISPARO
RÁPIDO
DISPARO
(LENTO)
1 SEGUNDO 1 SEGUNDO 1 SEGUNDO
DISPARO
(LENTO)
TIEMPO DE RESET (REPOSICIÓN)
APROXIMADAMENTE 7 MINS.
BLOQUEO
DEBE SER MANUALMENTE
REPUESTO
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CRITERIOS PARA UBICACIÓN UBICACI N DE LOS
RECONECTADORES
• Sectores con una alta densidad de arborización.
• Para separar la parte de carga urbana de la rural
• Ramales demasiado extensos.
• Ramales que originen fallas transitorias debido a
pájaros u otros objetos sobre la línea
• Ramales trifásicos con carga superior a 100 Amp.
• Se tiene como política no instalar reconectadores
en circuitos industriales o comerciales, donde el
recierre puede afectar el funcionamiento de los
equipos electrónicos.
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EL SECCIONALIZADOR AUTOMÁTICO
ELECTRÓNICO
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APLICACIÓN
• Conjuntamente con un reconectador automático (o Interruptor de
subestación) es el equipo adecuado y de última generación para
protección de ramales en sistemas de distribución aérea.
• La utilización de seccionalizadores en ramales y derivaciones en lugar
de fusibles permite una mejor coordinación frente a fallas
permanentes y transitorias.
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COORDINACIÓN REC-FUS
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COORDINACIÓN REC-SEC
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CONSTRUCCIÓN
Contacto Superior Plateado
Fundición Superior del Tubo
Ojo de halada con Pértiga
Tubo de Cobre, nivelada
Fundición Inferior del tubo
Dispositivo Asegurador
Electrónica
Contacto Inferior
Anillo para Pértiga
Muñon
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
• El circuito lógico esta contenido en un circuito impreso al interior
del seccionalizador el cual es alimentado por el transformador de
corriente montado en el tubo conductor.
• El circuito lógico esta inactivo en condiciones normales de carga. Si
la corriente de línea crece por encima de la corriente de disparo
(valor predefinido), el circuito lógico se activa.
• La falla es temporalmente aislada cuando el dispositivo de respaldo
(reconectador) abre. El incidente es almacenado por el circuito
lógico por 30. segundos. Si la falla desaparece (falla transitoria), el
seccionalizador volverá a su estado normal.
• Si la falla es permanente, el seccionalizador realizará los conteos
predeterminados y aislara el tramo de red mientras el
Reconectador esta en posición abierta.
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SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN CON
SECCIONALIZADORES
Principal
RA
SECCIONALIZADOR
FALLA
SECCIONALIZADOR
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OPERACIÓN EN FALLA TRANSITORIA
50

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OPERACIÓN EN FALLA PERMANENTE
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CARACTERÍSTICAS OPERACIONALES
Corriente nominal:
El seccionalizador debe tener una corriente nominal mayor o
Igual Que la carga del sistema mas la sobrecarga.
Corriente mínima de actuación:
Esta corriente debe ser inferior a la corriente de disparo del
reconectador.
Número de conteos ( 2 ó 3)
El seccionalizador debe estar ajustado en al menos un conteo
Menos que el dispositivo de respaldo.
Tiempo de reset:
Corresponde a la memoria del Seccionalizador (30 seg) con el fin
de no olvidar el conteo.
Tiempo de Actuación:
Es el tiempo que demora el seccionalizador en actuar y debe ser
inferior al intervalo de recierre (tiempo muerto) del reconectador
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Empresas Públicas de Medellín E.S.P.
INTERCAMBIABILIDAD
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Empresas Públicas de Medellín E.S.P.
REARME MANUAL
54

Empresas Públicas de Medellín E.S.P.
MONTAJE
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CRITERIOS DE COORDINACIÓN
CORDINACIÓN FUSIBLE-FUSIBLE
Se debe asegurar que : MCT (Protección principal) < 75% de MMT
(Protección de Respaldo).
COORDINACIÓN RELE - FUSIBLE
MCT(fus) + (0.2- 0.3 seg) < Curva Temporizada E-I.
COORDINACIÓN RELE - RECONECTADOR
El Rec se ajusta con 2 curvas rápidas y 2 curvas lentas
Curva lenta Rec + (0.2-0.3 seg) < Curva Temporizada E-I
Curvas rápidas < instantáneo del rele
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PROTECCIÓN
POR
SOBREVOLTAJE
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INTRODUCCIÓN
Los sistemas de distribución son diseñados para operar a un voltaje
particular y cuando el voltaje excede el nivel de diseño, ya sea debido
a una onda o a un incremento gradual en voltaje, el personal técnico y
el sistema mismo están en riesgo.
Los sobrevoltajes son causados por numerosos eventos que ocurren
durante la operación normal de un sistema de distribución, pero estos
frecuentemente no son planeados y no son considerados condiciones
normales.
La protección contra tales peligros, por tanto debe involucrar criterios
de diseño y medidas de protección que son una parte integral del
sistema de distribución
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FUENTES DE SOBREVOLTAJE
La mayoría de las causas de sobrevoltaje son transitorias, y su duración
varía entre varios microsegundos a unos pocos ciclos. Su origen se puede
clasificar en causas externas y causas internas:
Causas Externas: Descargas atmosféricas
Causas Internas:
Energización de Condensadores.
Fallas línea a tierra.
Ferroresonancia
Resonancia Armónica
Regulación de voltaje
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DESCARGAS ATMOSFERICAS
Son la principal fuente de sobrevoltaje dañinos. Puede producir ondas ya sea a través de
descargas directas o inducidas.
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DESCARGAS ATMOSFERICAS
Total rayos en 1997: 10.384
Total rayos en 1998: 10.397 Promedio : 24.6 rayos/día
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CATEGORÍAS DE AISLAMIENTO
Existen dos categorías básicas de aislamiento:
Autorestaurativo
Incluye materiales como: Aire, Porcelana, Madera, Fibra de vidrio y
Polimeros cuyas propiedades aislantes son completamente
recuperadas después de una descarga (flameo).
No autorestaurativo.
Incluye materiales como: Aceite, papel y otros aislamientos líquidos,
sólidos o gaseosos. Las propiedades aislantes se pierden o dañan
después de un flameo.
Idealmente cada categoría o combinación especifica de aislantes posee
un valor absoluto de resistencia al voltaje por encima del cual el flameo
siempre ocurrirá y por debajo de este nunca ocurriría.
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CAPACIDAD DE AISLAMIENTO
Para establecer la capacidad de los equipos y componentes de un
sistema de distribución a resistir los sobrevoltajes presentes en el
sistema, es necesario conocer la característica de comportamiento del
aislamiento de los equipos.
Estas características son usualmente especificadas en términos del
flameo o resistencia al voltaje para una forma de onda aplicada (onda
1.2x50 µs).
Las características de comportamiento del aislamiento se clasifican en
dos áreas:
Comportamiento al impulso
Resistencia al voltaje de baja frecuencia
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COMPORTAMIENTO AL IMPULSO
Hay dos tipos de BIL:
BIL Estadístico:
Usado para aislamiento autorestaurativo. Es el valor pico de una onda
de impulso estándar para el cual el aislamiento tiene un 10% de
probabilidad de fallar. BIL = 0.96xCFO
CFO (Critical Flashover Overvoltage) : Es el voltaje pico de una
onda de impulso aplicada que causará flameo en el 50% de las veces.
(Es la media de una distribución normal).
BIL Convencional
Usado para aislamiento no auto restaurativo. Es el valor cresta de una
onda tipo rayo para la cual el aislamiento no fallará. BIL = 0.9xCFO
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RESISTENCIA AL VOLTAJE DE BAJA
FRECUENCIA
El aislamiento en los equipos también requiere resistir voltajes a 60 Hz
más grandes que el voltaje de operación nominal máximo.
Existen dos características:
Flameo baja frecuencia en seco durante 1.0 minuto
Flameo baja frecuencia en húmedo durante 10 segundos.
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CAPACIDAD DE AISLAMIENTO
AISLADORES
Los tipos de aisladores más usados en líneas aéreas de distribución son el tipo
Pin (Ansi clase 55), tipo Poste (Ansi Clase 57) y Tipo Suspensión (Ansi Clase
52-4). Los niveles típicos de flameo al impulso critico (CFO) para onda de 1.2x50
us se resumen a continuación
Tensión Tipo
13.2 kV
44 KV
Polaridad
Positiva
CFO (kV)
Polaridad
Negativa
FLAMEO BAJA
FRECUENCIA
Seco Húmedo
Pin 105 130 65 35
Suspensión 100 100 60 30
Pin 225 310 140 95
Poste 210 260 125 100
Los estudios han indicado que un (1) metro de madera o de fibra de
vidrio agregan aproximadamente 330 – 500 kV a la resistencia al
impulso del aislamiento total.
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Aislador Pin
para 44 Kv.
islador Pin
ara fase
Aislador tipo carrete
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Aislador
para viento
Aislador tipo Poste
Aislador
Suspensión 44 kV.
Tipo Suspensión 13.2 kV
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CAPACIDAD DE AISLAMIENTO
EQUIPOS
INCLUYE EQUIPOS TALES COMO: RECONECTADORES, SUICHES,
TRANSFORMADORES, REGULADORES, ETC.
CIRCUITOS A 13.2 KV : BIL : 95 A 110 KV
CIRCUITOS A 44 KV: BIL : 250 KV
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PROTECCIÓN POR SOBREVOLTAJE
Tres factores importantes e interrelacionados entre si están
involucrados en la protección por sobrevoltaje debido a rayos:
La capacidad de aislamiento de los componentes del sistema
(Aisladores, Crucetas, Etc).
El aislamiento de los equipos de distribución (BIL)
(Transformadores, reguladores, etc)
Los dispositivos de protección (Cable de guarda y Pararrayos).
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN
CABLES DE GUARDA
Los cables de guarda son conductores conectados a tierra y colocados sobre
los conductores de fase para interceptar las descargas tipo rayo las cuales
podrían caer directamente sobre las fases. La corriente de la descarga tipo rayo
es desviada a tierra a través de una línea de tierra en el poste. Para que sea
efectivo, el cable de guarda deberá tener su puesta a tierra en cada poste.
Los cables de guarda proveerán una protección efectiva solamente si:
1. Se utilizan buenas prácticas de diseño del aislamiento para proveer
suficiente CFO entre la línea de tierra y los conductores de fase.
2. Se obtienen bajas resistencias a tierra en el poste.
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EFECTIVIDAD
CABLES DE GUARDA
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PUESTA A TIERRA Y NIVEL DE
AISLAMIENTO
La efectividad del cable de guarda es altamente dependiente de las puestas
a tierra. Para que el diseño de un cable de guarda sea efectivo, las
resistencias a tierra deben ser menores a 10 Ohmios si el CFO es menor
de 200 kV.
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN
PARARRAYOS
Un pararrayos es el dispositivo más común usado para protección por
sobrevoltaje en equipos. Es definido en las normas ANSI C62.1-1981
como “ un dispositivo de protección para limitar el voltaje sobre los
equipos mediante la descarga o bypass de la onda de corriente” Las
tres clasificaciones básicas de un pararrayos son: Distribución,
intermedio y tipo estación
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN
PARARRAYOS
Para un pararrayos evitar que el voltaje a través del equipo protegido se
convierta excesivo, su característica debe ser coordinada con el BIL del
equipo. Es decir el proceso de selección del pararrayos debe tener en
cuenta la habilidad del equipo a resistir un sobrevoltaje y tener certeza
que la función del pararrayos esta bien dentro de los limites de
aislamiento del equipo
KV
1
Tensión
Residual
Pararrayos
2
Sobretensión
3
Margen de Protección
4 5
BIL
t us
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PARARRAYOS
CARACTERÍSTICAS
Circuitos 13.2 kV
Tensión nominal : 10 kV
Corriente de descarga : 10 kA
MCOV : 8.4 Kv
Tensión residual: 35 kV
Circuitos 44 kV
Tensión nominal : 60 kV
Corriente de descarga : 10 kA
MCOV : 48 kV
Tensión residual: 160 kV
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EQUIPOS DE PROTECCIÓN
PARARRAYOS
Los pararrayos pueden ser utilizados para proteger el aislamiento de las
líneas de distribución previniendo flameos e interrupciones del circuito.
Cuando utilizamos pararrayos para protección, la rata de falla de los
pararrayos adicionados deberá ser considerada junto con la mejora en el
comportamiento al flameo de la línea obtenida por aumentar los pararrayos.
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CORDINACIÓN AISLAMIENTO
NORMAS
IEEE Std 1410-1997- IEEE Guide for Improving the Lightning
Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines.
IEEE Std 1313.2-1999- IEEE Guide for the Application of
Insulation Coordination.
IEEE Std 1313.1-1996(R2002)- IEEE Standard for Insulation
Coordination—Definitions, Principles, and Rules.
IEC 60071-2-1996- Insulation co-ordination – Part 2: Application
guide.
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN ATENCI N !!
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