ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALDEL LITORAL

COORDINACION DE PROTECCION COORDINACION DE PROTECCION DE SOBREVOLTAJEDE SOBREVOLTAJE

Presentada por:•Roberto Loor S.•Fabricio Granda Q. •Gabriel Jiménez B.

IntroducciónIntroducción

La construcción de instalaciones eléctricas La construcción de instalaciones eléctricas requiere adquirir equipamientos eléctricos requiere adquirir equipamientos eléctricos que deben seleccionarse entre los existentes que deben seleccionarse entre los existentes en el mercado, en general no se construyen en el mercado, en general no se construyen equipos especialmente para una dada equipos especialmente para una dada instalación, por lo tanto se inicia instalación, por lo tanto se inicia desarrollando estudios que tienden a fijar las desarrollando estudios que tienden a fijar las características que deberían tener estos características que deberían tener estos equipos, y se verifican que éstas equipos, y se verifican que éstas características entren dentro de los rangos características entren dentro de los rangos normales de producción.normales de producción.

Comparación de las sobretensiones

- La tensión máxima que puede - La tensión máxima que puede presentarse en modo permanente, define presentarse en modo permanente, define la tensión nominal de los equipos.la tensión nominal de los equipos.

- Las sobretensiones temporarias, resultan - Las sobretensiones temporarias, resultan de cambios de configuración de la red, y de cambios de configuración de la red, y se presentan ante pérdidas de carga, se presentan ante pérdidas de carga, resonancias, fallas a tierra. Su duración resonancias, fallas a tierra. Su duración es del orden del tiempo de actuación de es del orden del tiempo de actuación de los reguladores o las protecciones.los reguladores o las protecciones.

Comparación de las sobretensiones

- Las sobretensiones de maniobra se Las sobretensiones de maniobra se presentan ante los cambios bruscos de presentan ante los cambios bruscos de configuración de la red, asociadas a configuración de la red, asociadas a cierres y aperturas de interruptores o cierres y aperturas de interruptores o a fallas.a fallas.

- Se presentan por interrupciones de Se presentan por interrupciones de carga reactiva, de líneas de carga reactiva, de líneas de transformadores, por fallas, durante el transformadores, por fallas, durante el cierre y el recierre, etc.cierre y el recierre, etc.

Comparación de las sobretensiones

- Sobretensiones atmosféricas se - Sobretensiones atmosféricas se presentan particularmente en redes presentan particularmente en redes expuestas, ante fallas del blindaje expuestas, ante fallas del blindaje dado por el hilo de guardia y la dado por el hilo de guardia y la sobretensión puede provenir de una sobretensión puede provenir de una línea o producirse en la estación, que línea o producirse en la estación, que son las partes de la red eléctrica son las partes de la red eléctrica expuestas a la atmósfera.expuestas a la atmósfera.

Comparación de las sobretensiones

La descarga puede ser directa pero un buen La descarga puede ser directa pero un buen blindaje garantiza contra este efecto. También blindaje garantiza contra este efecto. También puede producirse contorneo inverso de la puede producirse contorneo inverso de la cadena de aisladores. Esta situación es muy cadena de aisladores. Esta situación es muy poco probable que se presente en la estación poco probable que se presente en la estación por la baja resistencia de puesta a tierra de la por la baja resistencia de puesta a tierra de la misma, pero es probable en la línea (porque la misma, pero es probable en la línea (porque la resistencia de tierra de los soportes es resistencia de tierra de los soportes es elevada), y de esta manera se originan las elevada), y de esta manera se originan las sobretensiones atmosféricas que penetran a la sobretensiones atmosféricas que penetran a la estación.estación.

Características de los Características de los aislamientosaislamientos

Los aislamientos, de una forma general, Los aislamientos, de una forma general, abarcan las distancias en aire, los abarcan las distancias en aire, los aislamientos sólidos y los inmersos en aislamientos sólidos y los inmersos en líquido aislante. De acuerdo con la líquido aislante. De acuerdo con la finalidad a que se destinan, se los finalidad a que se destinan, se los clasifica como aptos para uso externo o clasifica como aptos para uso externo o uso interno, conforme se los utilice en uso interno, conforme se los utilice en instalaciones sujetas a agentes externos, instalaciones sujetas a agentes externos, tales como humedad, polución, tales como humedad, polución, intemperie, etc., o no respectivamente.intemperie, etc., o no respectivamente.

Características de los Características de los aislamientosaislamientos

En una subestación, los aislamientos En una subestación, los aislamientos autoregenerativos de los componentes autoregenerativos de los componentes pueden ser clasificados en dos grupos, pueden ser clasificados en dos grupos, dependiendo del tipo de utilización. dependiendo del tipo de utilización.

Características de los Características de los aislamientosaislamientos

El primer grupo es el de los aislamientos de los El primer grupo es el de los aislamientos de los equipamientos, tales como: parte externa de equipamientos, tales como: parte externa de los aisladores de los transformadores de los aisladores de los transformadores de potencia, reactores y transformadores de potencia, reactores y transformadores de medición y parte externa de los medición y parte externa de los equipamientos de maniobra y de medición equipamientos de maniobra y de medición (interruptores, seccionadores y divisores (interruptores, seccionadores y divisores capacitivos de tensión). Las partes internas capacitivos de tensión). Las partes internas de esos equipamientos, son de tipo no de esos equipamientos, son de tipo no regenerativo y, por lo tanto, los regenerativo y, por lo tanto, los equipamientos citados anteriormente poseen equipamientos citados anteriormente poseen ambos tipos de aislamientos.ambos tipos de aislamientos.

Características de los Características de los aislamientosaislamientos

El segundo grupo de aislamientos es el que se El segundo grupo de aislamientos es el que se refiere, solamente, a instalaciones refiere, solamente, a instalaciones propiamente dichas. En este grupo están propiamente dichas. En este grupo están incluidos los aislamientos en aire, incluidos los aislamientos en aire, correspondientes a la distancia conductor–correspondientes a la distancia conductor–estructura, barras–estructura, parte con estructura, barras–estructura, parte con tensión del equipamiento–estructura y tensión del equipamiento–estructura y conductor– conductor, los soportes aisladores, conductor– conductor, los soportes aisladores, las cadenas de aisladores y las columnas las cadenas de aisladores y las columnas aislantes de las bobinas de bloqueo. Todos aislantes de las bobinas de bloqueo. Todos estos son regenerativos.estos son regenerativos.

Principios básicos de Principios básicos de coordinación del aislamientocoordinación del aislamiento

Se denomina coordinación del aislamiento al Se denomina coordinación del aislamiento al conjunto de procedimientos, utilizados conjunto de procedimientos, utilizados principalmente para la especificación de los principalmente para la especificación de los equipamientos, que tiene por objetivo equipamientos, que tiene por objetivo fundamental la reducción, a nivel económico fundamental la reducción, a nivel económico y operacional aceptable, de la probabilidad de y operacional aceptable, de la probabilidad de fallas en los equipamientos y falta de fallas en los equipamientos y falta de suministro de energía, teniendo en cuenta las suministro de energía, teniendo en cuenta las solicitaciones que pueden ocurrir en el solicitaciones que pueden ocurrir en el sistema y las características de los sistema y las características de los dispositivos de protección.dispositivos de protección.

Principios básicos de Principios básicos de coordinación del aislamientocoordinación del aislamiento

Para efectuar la coordinación del aislamiento se Para efectuar la coordinación del aislamiento se actúa en dos direcciones:actúa en dos direcciones:

las máquinas y los aparatos se construyen de las máquinas y los aparatos se construyen de manera que sean capaces de soportar sin daños manera que sean capaces de soportar sin daños las solicitaciones provocadas por las las solicitaciones provocadas por las sobretensiones de tipo atmosférico o de origen sobretensiones de tipo atmosférico o de origen interno (maniobra) contenidas dentro de ciertos interno (maniobra) contenidas dentro de ciertos niveles, niveles,

con oportunos aparatos de protección con oportunos aparatos de protección (descargadores) y adoptando particulares criterios (descargadores) y adoptando particulares criterios de construcción de las instalaciones, se trata de de construcción de las instalaciones, se trata de contener las sobretensiones dentro de los niveles contener las sobretensiones dentro de los niveles tolerables para las máquinas y los equipos. tolerables para las máquinas y los equipos.

Coordinación de la aislación Coordinación de la aislación (relación entre valores)(relación entre valores)

► Veamos algún ejemplo:Veamos algún ejemplo: La red de 132 kV, tiene una tensión máxima de La red de 132 kV, tiene una tensión máxima de

servicio de 145 kV, por lo tanto los equipos que servicio de 145 kV, por lo tanto los equipos que se utilizan en ella tienen tensión nominal 145 kV, se utilizan en ella tienen tensión nominal 145 kV, no habiendo objeción en utilizar equipos de no habiendo objeción en utilizar equipos de mayor tensión (170 kV) pero que cuestan más. mayor tensión (170 kV) pero que cuestan más.

En media tensión la industria produce equipos de En media tensión la industria produce equipos de tensiones nominales de 12 kV, y 17.5 kV según el tensiones nominales de 12 kV, y 17.5 kV según el origen (país) de los equipos. Nuestras redes de origen (país) de los equipos. Nuestras redes de media tensión son de tensión nominal 13.2 kV, y media tensión son de tensión nominal 13.2 kV, y con tensión máxima de servicio de 14.5 kV y por con tensión máxima de servicio de 14.5 kV y por lo tanto sólo admiten el uso de equipos de 17.5 lo tanto sólo admiten el uso de equipos de 17.5 kV (o de 24 kV) pero no de 12 kV. kV (o de 24 kV) pero no de 12 kV.

Métodos de Coordinación de Métodos de Coordinación de AislamientoAislamiento

►En forma semejante a las lineas de En forma semejante a las lineas de transmisión para la coordinación de transmisión para la coordinación de aislamiento en subestaciones aislamiento en subestaciones electricas existen básicamente dos electricas existen básicamente dos metodos: metodos:

1.- Semiprobabilisticos o 1.- Semiprobabilisticos o convencionales.convencionales.

2.- Probabilisticos 2.- Probabilisticos

Selección de las caracteristicas Selección de las caracteristicas del apartarrayodel apartarrayo

Esta selección deberia basarse en las Esta selección deberia basarse en las condiciones de sobretensiones condiciones de sobretensiones maximas esperadas, de manera que el maximas esperadas, de manera que el apartarrayo empleado debe ser capaz apartarrayo empleado debe ser capaz de soportar estas condiciones con un de soportar estas condiciones con un riesgo minimo de falla en el mismo. riesgo minimo de falla en el mismo.

Suponiendo que se emplean apartarrayos en la Suponiendo que se emplean apartarrayos en la instalación, seleccionar los niveles básicos de instalación, seleccionar los niveles básicos de

aislamiento por rayo (NBI) yaislamiento por rayo (NBI) ypor maniobra de interruptores (NBS).por maniobra de interruptores (NBS).

En sistemas de extra alta tensión, los En sistemas de extra alta tensión, los apartarrayos se localizan tan cerca como sea apartarrayos se localizan tan cerca como sea posible del transformador. Las caracteristicas posible del transformador. Las caracteristicas de protección del apartarrayos se usan con un de protección del apartarrayos se usan con un margen de protección, para determinar de esta margen de protección, para determinar de esta forma los niveles básicos de aislamiento por forma los niveles básicos de aislamiento por impulso y por maniobra de interruptor para el impulso y por maniobra de interruptor para el transformador; para otros equipos, como el transformador; para otros equipos, como el interruptor y las cuchillas desconectadoras, interruptor y las cuchillas desconectadoras, estos niveles se calculan de la misma forma.estos niveles se calculan de la misma forma.

Para niveles de extra alta tensión y ultra alta Para niveles de extra alta tensión y ultra alta tensión (mas de 400Kv) en el aislamiento tensión (mas de 400Kv) en el aislamiento autorrecuperables, se determinan los niveles autorrecuperables, se determinan los niveles básicos de aislamiento por maniobra de básicos de aislamiento por maniobra de interruptores (NBS).interruptores (NBS).

En estos niveles de tensión en el sistema, En estos niveles de tensión en el sistema, existe la posibilidad de que se permitan existe la posibilidad de que se permitan valores inferiores de NBS, dado que las valores inferiores de NBS, dado que las características de protección del características de protección del apartarrayos para ondas de switcheo apartarrayos para ondas de switcheo pueden ser mayores que las ondas pueden ser mayores que las ondas producidas por las maniobras de producidas por las maniobras de interruptores en el sistema.interruptores en el sistema.