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FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA ELCTRICA
REGIN POZA RICA - TXPAN
Presenta:
TESINA:
DIMENSIONAMIENTO DIELCTRICO EN LNEAS DE TRANSMISIN
PARA LA COORDINACIN DE AISLAMIENTO
DIRECTOR DE TESIS:
ING. CARLOS ALARCN ROSAS
POZA RICA DE HGO., VER., AGOSTO DEL 2007
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DIMENSIONAMIENTO DIELCTRICO EN LNEAS DE TRANSMISIN PARA LA
COORDINACIN DE AISLAMIENTO
INDICE
INTRODUCCIN
CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACION
1.1 JUSTIFICACIN...1 1.2 NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL
TRABAJO...2 1.3 ENUNCIACIN DEL
TEMA....................................................................................3
1.4 EXPLICACIN DE LA ESTRUCTURA DEL
TRABAJO......................................4
CAPITULO II: MARCO TEORICO
DESARROLLO DEL TEMA
2.1 PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA
INVESTIGACIN................................5
2.2 MARCO
CONTEXTUAL.........................................................................................6
2.3 MARCO TERICO
2.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS
2.3.1
GENERALIDADES...................................................................................8
2.3.2 TENSIN NOMINAL Y
SOBRETENSIONES........................................9
2.3.3 TENSIONES PERMANENTES A LA FRECUENCIA
DEL
SISTEMA.................................................................................................18
2.3.4 SOBRETENSIN TEMPORAL A LA FRECUENCIA
DEL
SISTEMA..................................................................................................19
2.3.5 SOBRETENSIONES DE
MANIOBRA...................................................21
2.3.6 SOBRETENSIONES POR DESCARGAS
ATMOSFRICAS...............26
2.4 CONTAMINACIN EN AISLAMIENTOS ELCTRICOS
2.4.1
GENERALIDADES.................................................................................32
2.4.2 EL FENMENO DE LA
CONTAMINACIN......................................33
2.4.3 INVESTIGACIONES DEL FENMENO E INFLUENCIA
DEL
MEDIO....................................................................................................36
2.4.4 NORMALIZACIN DE LOS NIVELES
DE
CONTAMINACIN.................................................................................42
2.4.5 INDICES DE CONTAMINACIN PARA NIVELES
ESPECIFICADOSPOR CFE COMPARADOS CON RECOMENDACIONES
EHV..................................................................................................................45
2.5 PARMETROS CARACTERSTICOS DEL TERRITORIO NACIONAL Y
NORMALIZACIN DE LAS DISTANCIAS DIELCTRICAS.
2.5.1 PARMETROS
CARACTERSTICOS.................................................47
2.5.2 NORMALIZACIN DE LAS DISTANCIAS
DIELCTRICAS.............................................................................................56
2.5.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS PARA LNEAS
DE
TRASMISN...........................................................................................57
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2.5.4 DISTANCIAS DIELCTRICAS MNIMAS PARA LNEAS
DE TRANSMISIN 400
KV........................................................................58
2.5.5 DISTANCIAS DIELCTRICAS MNIMAS PARA LNEAS
DE
TRASMISION.........................................................................................59
2.5.6 DISTANCIAS DIELCTRICAS MNIMAS PARA LNEAS
DE TRANSMISIN 230
KV........................................................................60
CAPITULO III: CONCLUSIONES
3.1
CONCLUSIONES..............................................................................................61
3.2
BIBLIOGRAFIA................................................................................................62
3.3
ANEXOS............................................................................................................63
3.3.1 ANLISIS COMPARATIVO DE LOS AISLADORES ANTINIEBLA
(SMOG-TYPE), ENTRE LOS (COMERCIALES) QUE UTILIZA LA
COMISIN FEDERAL DE ELECTRICIDAD Y LAS NORMAS
CFE
52200-22...............................................................................................64
3.3.2
ESPECIFICACIONES.........................................................................65
3.3.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS DE NO FLAMEO EN AIRE.........67
3.3.4 RELACIN DE AISLAMIENTO DE FASE A TIERRA Y
DE FASE A
FASE........................................................................................68
3.3.5 MAPAS DE CONTAMINACION, MAPAS DE CLIMA Y MAPAS DE
PRECIPITACION
PLUVIAL......................................................................69
3.3.6 TABLAS DE NIVELES DE
CONTAMINACION............................73
ANEXOS
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INTRODUCCIN
INTRODUCCIN
El problema de las sobretensiones en los sistemas de potencia ha
sido estudiado desde
hace varios aos, desde el punto de vista de diseo de aislamiento
o equipo de
proteccin. Por ello es de vital importancia el estudio y cual es
su objetivo principal de
la Coordinacin de aislamiento en las lneas de transmisin.
Podemos decir que la Coordinacin de aislamiento es el total de
todas la mediciones
adoptadas en un sistema elctrico de transmisin, con el objeto de
prevenir
interrupciones por rupturas y en lo posible, flameos por
sobretensiones y en donde esto
no se puede obtener dentro de los limites econmicos, para tratar
de que los flameos se
presenten en puntos donde no se cause daos y de esta forma, las
interrupciones en el
servicio se reduzcan a un mnimo.
De acuerdo con lo anterior, la coordinacin de aislamiento, es la
correlacin de los
esfuerzos dielctricos en los aislamientos de los distintos
componentes de un
aislamiento elctrico de potencia en alta tensin, con el objeto
de minimizar el riesgo de
prdida del suministro de energa elctrica causado por
sobretensiones que pudieran
causar daos en el equipo y los distintos elementos de una
instalacin.
El Dimensionamiento dielctrico, implica determinar los posibles
grados que puede
resistir el aislamiento, considerando los esfuerzos en las lneas
de transmisin, ya que es
muy importante para tener la mayor estabilidad en nuestro
sistema.
Inicialmente en este trabajo recepcional en la modalidad de
tesina, se estudiaran, las
distancias dielctricas, pasando por los tipos de sobretensiones
que pueden llegar a
afectar a una instalacin elctrica, despus abordaremos que tanto
afecta la
contaminacin en los aislamientos elctricos, y finalmente
estudiaremos los Parmetros
Caractersticos, que influyen en las distancias dielctricas de
lneas de transmisin.
Este trabajo esta enfocado como apoyo al Ingeniero o tcnico, que
se encarga de
mantener en condiciones optimas de operacin las Instalaciones
Elctricas, basado en
las Normas de Comisin Federal de Electricidad.
-
INTRODUCCIN
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
1
1.1 JUSTIFICACION
Toda industria por mas pequea que sea e insignificante que nos
parezca tiene una
funcin econmica y social para la cual esta destinada, pero entre
mas grande sea su
campo de accin y mas enlazada este con el campo socio-econmico
su importancia
ser mayor. Siendo Veracruz y principalmente el Municipio de Poza
Rica y la Regin
un lugar donde da con da la Industria crece, adems de que es un
pilar importante de el
estado, nos debemos de preocupar por tener nuestras
Instalaciones Elctricas en
condiciones optimas de operacin.
De acuerdo a todo a estudios realizados a las Instalaciones
Elctricas de la Comisin
Federal de Electricidad y la Comisin Internacional de
Electrotecnia (IEC), se encontr
que existe Contaminacin en los Aisladores Elctricos.
Tomando en cuenta la importancia que tendra el no tener un
mantenimiento adecuado
para las Instalaciones Elctricas, nos causara una gran cantidad
de problemas, teniendo
perdidas econmicas en la industria, y de esta manera se plantea
la necesidad de realizar
estudios para el mejor funcionamiento de las Lneas de
Transmisin.
Todo lo mencionado anteriormente, nos lleva a la realizacin de
este trabajo, para
encontrar soluciones a las fallas que puede haber en las
Instalaciones Elctricas.
Es importante mencionar que este trabajo ser de gran ayuda para
el Ingeniero o
Tcnico, que pretende dar un funcionamiento optimo en las
Instalaciones Elctricas,
principalmente en los Aisladores Elctricos, para lo cual debemos
tener conocimiento
de nuestras Normas Vigentes, para la Coordinacin de Aislamiento
en Lneas de
Transmisin.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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1.2 NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
La naturaleza de este trabajo esta dentro de la modalidad de
tesina por las caractersticas
que presenta.
Este trabajo recepcional tiene como objetivo desarrollar los
alcances que tiene el
Dimensionamiento Dielctrico en las Lneas de Transmisin para la
Coordinacin de
Aislamiento, debido a las fuentes de contaminacin que existe en
toda la zona.
Por consiguiente este trabajo tiene como objetivo que toda las
Instalaciones Elctricas
tenga la mnima cantidad de perdidas en el suministro de energa
elctrica, causado por
la contaminacin el los aisladores elctricos, garantizando la
seguridad, la flexibilidad y
la economa de la Industria Elctrica.
Sabiendo que este trabajo puede servir de gua para realizar
proyectos para la
Coordinacin de Aislamiento en Lneas de Transmisin, se realizo
una investigacin
bibliografa en nuestro pas, principalmente en nuestra ciudad de
Poza rica Veracruz y
sus alrededores, sin olvidarnos de las investigaciones que se
realizaron a nivel
internacional, basndonos principalmente en las Normas de Comisin
Federal de
Electricidad y las investigaciones Realizadas por La Comisin
Internacional de
Electrotecnia (IEC).
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
3
1.3 ENUNCIACION DEL TEMA
En tiempos actuales, toda empresa local, nacional e
internacional, busca tener un
funcionamiento ptimo en el desarrollo de sus actividades; toda
empresa se preocupa
por tener sus instalaciones en condiciones adecuadas, aun en las
que se estn realizando
modificaciones o remodelaciones.
En estudios realizados anteriormente por la Comisin Federal de
Electricidad y la
Comisin Internacional de Electrotecnia (IEC), se ha detectado
que existen fallas en las
Lneas de Transmisin, esta deficiencia, ah impactado en la
Industria Elctrica, por la
sobretensin en los distintos elementos de una Instalacin,
causada principalmente por
la contaminacin en los Aisladores elctricos.
Para que toda Instalacin Elctrica, funcione correctamente, es
importante hacer un
nfasis en el Dimensionamiento Dielctrico en Lneas de Transmisin
para la
Coordinacin de Aislamiento.
En el siguiente trabajo recepcional se efecta un anlisis, sus
implicaciones, adems de
dar las opciones para resolver este problema.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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1.4 EXPLICACION DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO.
La estructura de este trabajo se presenta de la siguiente
manera:
Previa a la exposicin del primer capitulo, se presenta una
introduccin de la
importancia de este trabajo.
En el capitulo I se da a conocer la justificacin del trabajo, en
la cual se da un breve
explicacin del por que se realiza este trabajo, un apartado
donde se seala la
naturaleza, sentido y alcance del trabajo.
En la enunciacin del tema se contempla hacia donde estar
enfocado este trabajo y por
ultimo la explicacin de la estructura de este trabajo, en donde
se da a conocer la forma
en que esta estructurada la investigacin.
En capitulo II es el desarrollo del tema en el se presenta el
planteamiento del tema de la
investigacin, que es una descripcin mnima de lo que se va a
investigar, el marco
contextual donde se describe la ubicacin geogrfica de la
investigacin, aunque aqu
hay que hacer un parntesis por que no solamente se realizaron
investigaciones en Poza
Rica Veracruz por parte de la Comisin Federal de Electricidad,
si no que tambin se
tomaron en cuenta la investigaciones Internacionales realizadas
por la Comisin
Internacional de Electrotecnia (IEC).
En cuanto al marco terico esta conformado de la siguiente
manera:
Distancias Dielctricas.
Contaminacin en Aislamientos Elctricos.
Paramentos caractersticos del territorio nacional y Normalizacin
de las Distancias Dielctricas.
El capitulo III comprende las conclusiones, bibliografita, los
anexos y el apndice.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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2.1 PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACION
Actualmente el Dimensionamiento Dielctrico en Lneas para
Coordinacin de
Aislamiento es de vital importancia, ya que el estudio de ello
llevara a mejoras en la
Industria Elctrica.
Todo lo anterior se realiza con el objetivo de prevenir fallas
por aislamiento, en las
Lneas de Transmisin, recordando que el nivel de aislamiento de
los diferentes equipos
conectados al sistema debe ser mayor que la magnitud de las
sobretensiones transitorias
que aparezcan en el sistema.
La magnitud de las sobretensiones transitorias estn usualmente
limitada a un nivel de
proteccin por medio de dispositivos de proteccin y entonces el
nivel de aislamiento
tiene que estar arriba del nivel de proteccin por un margen de
seguridad.
Normalmente el nivel de aislamiento al impulso se ha establecido
en un valor del 20 al
25% arriba del nivel de proteccin y se verifica con pruebas de
sobretensin al impulso
(con una onda de 1.2/50 micro segundos).
Desafortunadamente, tanto la coordinacin de aislamiento como el
nivel de proteccin
dependen de un nmero de condiciones que no pueden ser expresadas
precisamente
como simples nmeros. El nivel de proteccin de las distintas
partes de una instalacin
depende entre otras cosas de la magnitud y repeticin, as como de
la polaridad de la
sobretensin aplicada.
Por todo lo anterior la presente investigacin pretende dar a
conocer al ingeniero, ala
tcnico, al estudiante y al electricista practico, la informacin
bsica y necesaria que le
permita elaborar mas fcilmente proyectos, para la Coordinacin de
Aislamiento, sobre
la base de Normas, reglamentos especificaciones y procedimientos
de Ingeniera, en
menor tiempo, eficientes, con calidad y econmicos.
Su planteamiento es a base de investigaciones bibliogrficas y de
campo.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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2.2 MARCO CONTEXTUAL
Denominacin
Poza Rica de Hidalgo.
Localizacin Se encuentra ubicado en la zona centro del estado,
en las coordenadas 97 27 norte 20 3300.32" y oeste 97 2814.31", a
una altura 46.3 metros sobre el nivel del mar.
Limita al noroeste y este con Papantla; al sur con Coatzintla;
al noroeste con Tihuatln.
Su distancia aproximada al nornoroeste de la capital del Estado
por carretera es de 290
Km.
Extensin Tiene una superficie de 47 Km2., cifra que representa
un 0.065 % total del Estado.
Orografa El municipio se encuentra ubicado en la zona norte del
Estado, su suelo es irregular por
conjunto de lomeros.
Hidrografa Se encuentra regado por arroyos que son tributarios
del ro Cazones.
Clima Su clima es clido con una temperatura promedio de 24.4 C;
su precipitacin pluvial
media anual es de 1,010 mm.
Principales Ecosistemas. Los ecosistemas que coexisten en el
municipio son el de
bosque mediano, donde se desarrolla una fauna compuesta por
poblaciones de conejos,
armadillos mapaches, tlacuaches, tejones y coyotes.
Recursos Naturales Cuenta con yacimientos de petrleo y gas
natural adems de una industria petroqumica.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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UNIVERDIDAD VERACRUZANA
LOCALIZACION GEOGRAFICA
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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2.3 DISTANCIAS DIELCTRICAS
2.3.1 GENERALIDADES
Las distancias dielctricas en las lneas de transmisin deben
tener valores que den en
la operacin una confiabilidad aceptable de acuerdo con las
especificaciones que se
usen.
Para definir las distancias dielctricas se deben considerar los
distintos parmetros que
influyen sobre su comportamiento, los criterios que se utilicen
y la experiencia
desarrollada en este campo tanto Nacional como
Internacional.
En este trabajo se presentan las distintas consideraciones, para
el clculo de las
distancias dielctricas, a fin de normalizar sus valores en las
Lneas de Transmisin.
Asimismo, se anexan tablas conteniendo las distancias
dielctricas recomendables para
distintas alturas sobre el nivel del mar, cadenas de aisladores,
correspondientes con sus
distancias de fuga.
Tambin se tienen siluetas y ventanas de las torres actualmente
en uso, mapas de
condiciones metereolgicas y de contaminacin Nacionales y algunos
otros parmetros.
Los parmetros que definen las distancias dielctricas se agrupan
en esfuerzos
(tensiones o sobretensiones) de origen interno del sistema, los
esfuerzos de origen
externo, las caractersticas del medio ambiente y las
caractersticas del suelo.
Los esfuerzos de origen interno son generados por el propio
sistema, los esfuerzos de
origen externo son los originados por las descargas
atmosfricas.
Las caractersticas principales del medio ambiente que influyen
en las distancias
dielctricas son: La contaminacin, la presin baromtrica, la
lluvia, la humedad, la
presin y la temperatura.
El suelo afecta sus caractersticas resistivas al paso de la
corriente de descarga
atmosfrica y ocasiona deterioro a las estructuras cuando tienen
valores de resistencia
menores de cierto rango.
La coordinacin de aislamiento de las distintas partes de un
sistema elctrico (de ms
de (1KV), es algo parecido a la coordinacin de protecciones
contra sobrecorrientes a
base de fusibles y otros dispositivos limitadores de
corriente.
En la coordinacin de protecciones contra sobrecorrientes, se
trata de que solo el
circuito en el que se presenta la falla quede desconectado y no
todo el sistema, esto
hablando en casos muy generales. En una forma similar, se
procede para la proteccin
contra sobretensiones.
No siempre un sobreaislamiento en algunas partes de la
instalacin es conveniente
desde el punto de vista de proteccin contra sobretensiones, ya
que esto podra traer
como consecuencia cuando ocurran sobretensiones intensas que se
presenten flameos o
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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rupturas de aislamientos en partes vitales del sistema que
pudieran ser inaccesibles. As,
por ejemplo, es preferible que ocurran flameos en el aislamiento
de la lnea, a que
ocurran en las boquillas del transformador o bien, siguiendo con
la misma lnea de
rozamiento, que ocurran en las boquillas de un transformador y
no en su interior.
De acuerdo con lo anterior, se puede decir que la coordinacin de
aislamiento, es la
correlacin de los esfuerzos dielctricos en los aislamientos de
los distintos
componentes de un aislamiento elctrico de potencia en alta
tensin, con el objeto de
minimizar el riesgo de prdida del suministro de energa elctrica
causado por
sobretensiones que pudieran causar daos en el equipo y los
distintos elementos de una
instalacin.
Las compaas suministradoras de energa en la planeacin de sus
sistemas y
especificaciones en pruebas de sobretensin a equipos, deben
tener en consideracin
esto, con objeto de que en la forma ms razonable econmicamente
hablando, se
reduzcan al mnimo las interrupciones en el suministro por este
concepto.
Por coordinacin de aislamiento se quiere decir el total de todas
la mediciones
adoptadas en un sistema elctrico de transmisin, con el objeto de
prevenir
interrupciones por rupturas y en lo posible, flameos por
sobretensiones y en donde esto
no se puede obtener dentro de los limites econmicos, para tratar
de que los flameos se
presenten en puntos donde no se cause daos y de esta forma, las
interrupciones en el
servicio se reduzcan a un mnimo.
De lo anterior se observa que es necesario mantener un
equilibrio entre el sistema libre
de interrupciones y las limitaciones econmicas necesarias.
En la medida que se incrementan las tensiones en los sistemas,
los costos por
aislamiento vienen a ser mayores en proporcin con el costo
inicial de un sistema,
entonces se tiene la necesidad de reducir, dentro de los limites
tcnicamente
permisibles, la cantidad de aislamiento, coordinando los niveles
de aislamiento del
equipo.
2.3.2 TENSION NOMINAL Y SOBRETENSIONES.
Tensin nominal. Es el valor de la tensin o intervalo de
tensiones de la red elctrica
que el fabricante asigna para la operacin de un equipo o
aparato.
Se considera como tensin nominal, a las tensiones normalizadas
en los equipos que se
conectan a la red de alimentacin elctrica.
Tensiones elctricas. A lo largo de la NOM-001-SEDE-1999, las
tensiones elctricas
consideradas deben ser aquellas a las que funcionan los
circuitos. La tensin elctrica
nominal de un equipo elctrico no debe ser inferior a la nominal
del circuito al que est
conectado.
Tensin elctrica nominal. Es el valor asignado a un sistema,
parte de un sistema, un
equipo o a cualquier otro elemento y al cual se refieren ciertas
caractersticas de
operacin o comportamiento de stos.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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Tensin elctrica nominal del sistema. Es el valor asignado a un
sistema elctrico.
Como ejemplos de tensiones normalizadas, se tienen:
120/240 V; 220Y/127 V; 480Y/277 V; 480 V como valores
preferentes
2400 V como de uso restringido
440 V como valor congelado
La tensin elctrica nominal de un sistema es el valor cercano al
nivel de tensin al cual
opera normalmente el sistema. Debido a contingencias de
operacin, el sistema opera
generalmente a niveles de tensin del orden de 10% por debajo de
la tensin elctrica
nominal del sistema para la cual los componentes del sistema
estn diseados.
Tensin elctrica nominal de utilizacin. Es el valor para
determinados equipos de
utilizacin del sistema elctrico. Los valores de tensin elctrica
de utilizacin son:
En baja tensin: 115/230 V; 208Y/120 V; 460Y/265 y 460 V; como
valores preferentes.
SOBRETENSIN. Se denomina sobretensin a todo aumento de tensin
capaz de
poner en peligro el material o el buen servicio de una
instalacin elctrica. La relacin
entre la sobretensin Us, y la tensin de servicio se llama factor
de sobretensin que
viene expresado por:
ks= U
U S
Por ejemplo en una lnea cuya tensin nominal es de 6 kV, y
aumenta la tensin hasta
15 kV, el factor de sobretensin vale:
ks= 6
15= 2.5
Muchas veces es posible calcular el factor de sobretensin y, por
lo tanto, prever la
magnitud de las posibles sobretensiones que pueden presentarse
en la instalacin.
Las sobretensiones pueden producir descargas que, adems de
destruir o averiar
seriamente el material, tambin pueden ser la causa de nuevas
sobretensiones. Muchas
veces, los peligros de las sobretensiones no se deben solamente
a su magnitud, sino
tambin a la forma de onda. Si se realizan correctamente la
instalacin y las lneas de
conexin estn en buenas condiciones es poco probable que se
produzcan
sobretensiones. Si, a pesar de todas las precauciones, en una
instalacin se producen
sobretensiones debe procurarse que descarguen a tierra lo ms
rpidamente posible, por
medio de los correspondientes dispositivos de proteccin
denominados, en general,
descargadores de sobretensin.
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
11
Estas protecciones deben regularse a un factor de sobretensin
que sea menor que el
grado de seguridad de la instalacin pero que, por otra parte, no
se aproxime demasiado
al valor de la tensin de servicio ya que de lo contrario entrara
muchas veces en
funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la
instalacin. Las
sobretensiones se producen tanto en instalaciones de baja como
de alta tensin aunque,
generalmente, en las primeras tienen menos importancia que en
las ltimas, debido a
que en las instalaciones de alta tensin las propias condiciones
de funcionamiento y de
aislamiento favorecen la aparicin de sobretensiones.
Las tensiones anormales o sobretensiones pueden clasificarse,
segn su origen, en dos
grupos: las sobretensiones internas y las atmosfricas.
a) Las sobretensiones internas se forman como consecuencia de
las oscilaciones entre
las energas de los campos magntico y elctrico producidas por un
arco intermitente, es
decir arcos que se apagan al pasar la corriente alterna por
cero, pero se vuelven a
encender cuando la sinusoide de la tensin toma mayores valores.
Son las producidas al
variar las propias condiciones de servicio de la instalacin.
Estos no se producen
solamente por arqueo de aisladores sino tambin en los
interruptores cuando
desconectan altas intensidades.
A este grupo pertenecen las oscilaciones de intensidad de
corriente, las variaciones de
carga, las descargas a tierra, etc. En todos estos procesos, la
energa acumulada en los
elementos inductivos y capacitivos de los circuitos que
comprenden una instalacin,
pueden llegar a descargar de tal modo que originen perjudiciales
aumentos de la tensin.
Esta clase de sobretensiones pueden preverse en gran parte y,
por lo tanto, evitarse. Las
sobretensiones de origen interno pueden, a su vez, clasificarse
en dos categoras:
1) Sobretensiones de maniobra que designan los fenmenos
transitorios que
acompaan a los bruscos cambios de estado de una red, por
ejemplo, maniobras de
disyuntores, descargas a tierra, etc.
2) Sobretensiones de servicio que comprenden los estados
estacionarios que pueden
resultar durante la puesta en servicio o fuera de servicio de
una carga, sobre todo,
cuando la red comprende lneas de gran longitud; tambin se
incluyen en este grupo las
sobretensiones permanentes provocadas por los defectos a
tierra.
El carcter de las sobretensiones producidas por tales
oscilaciones, llamadas
sobretensiones internas, es completamente distinta del de la
elevacin de la tensin
debida a la autoexcitacin de mquinas sincrnicas o al efecto
Ferranti, pues en estos
dos casos se trata de la elevacin de la tensin de 50 Hz ( 60 Hz.
Segn el pas),
mientras que las sobretensiones internas estn caracterizadas por
ondas de otra
frecuencia que se superponen a la frecuencia bsica.
El transitorio es, casi siempre, una oscilacin amortiguada de
frecuencia media y escasa
duracin. Por el contrario, la forma de onda de las
sobretensiones producidas por
fenmenos estacionarios tienen una amplitud constante o casi
constante; estas
sobretensiones se desplazan por las lneas y aparatos en forma de
ondas de choque,
llamadas tambin ondas errantes.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
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La frecuencia de las sobretensiones internas est definida por la
frecuencia natural del
sistema siendo:
fsis =
sissisLC2
1
Donde Csis y Lsis , indican la capacitancia correspondiente a la
inductancia de todo el
sistema de transmisin, y fsis, resulta del orden de 103 Hz.
La amplitud de las oscilaciones depende principalmente de la
conexin del punto neutro
del sistema y tambin de la distribucin de las inductancias y
capacitancias. En sistemas
con punto neutro, aislado se midieron, segn Lewis,
sobretensiones internas hasta cinco
veces mayores que la tensin normal, mientras en sistemas con
punto neutro conectado
directamente a tierra no se registraron valores mayores de dos
hasta tres veces la tensin
normal.
b) El segundo grupo lo forman las sobretensiones de origen
externo, como las que
penetran en lneas areas desde la atmsfera a consecuencia de
golpes de rayo o de
influencia electroesttica. Las sobretensiones producidas por
golpes de rayo directos son
las ms peligrosas por ser mucho ms altas que las internas y las
debidas a influencia
electroesttica de las nubes. Se incluyen en este grupo, las
sobretensiones que tienen
una procedencia exterior a la instalacin y en los que, por lo
tanto sus amplitudes no
estn en relacin directa con la tensin de servicio de la
instalacin afectada.
Comprenden, sobre todo, las sobretensiones de origen atmosfrico,
tales como rayos,
cargas estticas de las lneas, etc.
Los golpes de rayo directos pueden producir tensiones del orden
de 105 hasta 10
6
voltios, y corrientes del orden de 104
hasta 105 amperios. De los oscilogramas tomados
mediante oscilgrafos de rayos catdicos resulta que la tensin y
la corriente son
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
OSCILOGRAMA DE SOBRETENSIONES
INTERNAS
PRESENTA. DIEGO JAVIER ORTIZ CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
13
impulsos de muy breve duracin que pueden representarse mediante
ondas peridicas
que se desarrollan en intervalos de 5 hasta 100 s
(microsegundos, siendo 1 s = 10-6
segundos)
Los aisladores de lnea no pueden soportar tales sobretensiones
en consecuencia se
producen descargas y se forman arcos sobre los aisladores que
perduran aun cuando la
sobretensin desaparece, siendo la tensin de servicio de lneas de
alta y media tensin
suficiente para mantenerlos en el canal de aire ionizado. Ahora
bien, el arco con su alta
temperatura destroza a los aisladores si no se interrumpe muy
pronto. La interrupcin
del arco en sistemas con el punto neutro conectado directamente
a tierra, se efecta
mediante los interruptores, ya que el arco sobre los aisladores
produce un corto circuito
monofsico. En sistemas con el punto neutro aislado, el arco
encendido por
sobretensiones atmosfricas no produce cortocircuitos, sino
corrientes de moderada
intensidad, pero que pueden destruir muy pronto el aislador ya
que degenera en arco
intermitente si el sistema no est provisto de la bobina Petersen
que lo apaga.
Hilos de guardia y disposicin de los conductores. De lo dicho
resulta que la mejor
solucin para proteger lneas areas contra sobretensiones
atmosfricas sera impedir
que stas entren en los conductores de lneas areas.
Para eliminar totalmente la influencia del campo electroesttico
atmosfrico sobre los
conductores habra que construir alrededor de ellos una jaula de
Faraday, lo que es
econmica y tcnicamente imposible. Sin embargo, la experiencia
confirma que uno o
dos cables colocados sobre los conductores de fase y paralelos a
stos garantizan una
discreta proteccin contra golpes de rayo directos. Tales cables
de proteccin
denominados hilos de guardia o hilos de tierra se colocan en el
extremo ms alto de los
soportes y se conectan mediante la misma estructura del soporte
a tierra. Generalmente
se utilizan como hilos de guardia cables de acero con secciones
de 25 hasta 50 mm2.
La probabilidad de golpes de rayo directos en los conductores
disminuye en lneas
protegidas con dos hilos de guardia hasta un valor casi
despreciable.
La eficiencia de la proteccin con hilos de guardia depende de la
posicin de los hilos
respecto de los conductores, pero siendo las relaciones muy
complicadas ya que existen
muchos factores independientes, no es posible hallar una solucin
analtica del
problema, sino solamente una aproximacin experimental.
Existen varios criterios sobre la mejor posicin de los hilos de
guardia.
Segn Schwaiger, la zona protegida por los hilos de guardia, est
determinada por
crculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del hilo de
proteccin, como est
representado en la figura siguiente:
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
14
Zonas de proteccin formadas por 1, 2 y 3 hilos de guardia
(Schwaiger)
La zona propiamente protegida, est an disminuida por una zona de
dispersin que hay
que tomar en cuenta con un ancho del 2 al 4 % del radio
correspondiente.
UNIVERISIDAD VERACRUZANA
ZONAS DE PROTECCIN
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
15
La aplicacin del mtodo a un soporte para doble lnea, est
representado en la figura
superior.
Se puede definir la posicin de los hilos de guardia, mediante el
ngulo de proteccin.
Se considera que un ngulo menor de 40 30, entre el hilo de
proteccin y
conductores, asegura la lnea contra los golpes directos. Las
alturas de los soportes
construidos de acuerdo con este criterio, resultan menores que
las exigidas por la teora
de Schwaiger.
Con lo dicho quedaran definidos los criterios para la disposicin
de los conductores y
de los hilos de guardia, pero los hilos de guardia colocados
sobre los conductores de
lnea, an si soportan el golpe de rayo, no garantizan por s
mismos una eficaz
proteccin del sistema, si el aislamiento de la lnea no se ajusta
a las consecuencias que
produce el golpe de rayo en el hilo de guardia. Como ya se dijo,
el rayo da origen a
corrientes del orden hasta 105
A. Esta corriente que fluye hacia tierra se distribuye sobre
varios soportes de lnea si la lnea est provista de hilos de
guardia pero los soportes
prximos al lugar donde cay el rayo pueden ser recorridos por
intensidades de hasta
104
A. Esta corriente produce en el hilo de guardia, soporte y
puesta a tierra una cada de
tensin debida a la resistencia de estos elementos.
El producto Irayo*Rtierra resulta del orden de 105 hasta 10
6 voltios, ya que, las puestas a
tierra en los dems casos representan resistencias de 10 hasta
102 ohmios. En
consecuencia el soporte toma un potencial muy alto, que puede
producir una descarga
secundaria entre soporte y conductor, si el aislamiento de los
conductores de fase no
soporta tal diferencia de potencial. En el momento de la
descarga, el potencial de los
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ZONAS DE PROTECCIN
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
16
conductores no ser el correspondiente a la tensin normal de la
lnea, porque antes la
cada del rayo las nubes influenciaron tambin en stos una carga
electroesttica. Al
caer el rayo sta se vuelve libre y produce ondas migratorias
llamadas tambin ondas
errantes en los conductores. El valor de, la carga
electroesttica depende del gradiente
atmosfrico existente a la altura de la lnea antes la cada del
rayo, y, por tanto, no se
puede definirla. En las consideraciones que siguen se asumir que
el potencial de los
conductores de lnea que estn recorridos por la tensin alterna U,
es decir + U mx y - U
mx es cero, suposicin que es ms desfavorable que la
realidad.
Distribucin de la corriente de un rayo en una lnea con hilos de
guardia.
Las lneas areas se someten a los esfuerzos de origen interno
siguientes:
o Las tensiones permanentes a la frecuencia del sistema. o Las
sobretensiones temporales a la frecuencia del sistema. o Las
sobretensiones de maniobra.
Los esfuerzos de origen externo son las sobretensiones
originadas por las descargas
atmosfricas.
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ZONAS DE PROTECCIN
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
17
o Descargas atmosfricas.
Las descargas atmosfricas han presentado un problema para los
sistemas de trasmisin
de energa elctrica, ya que la mayora de fallas son debidas a
este tipo de fenmenos.
El estudio de las descargas atmosfricas fue iniciado en forma
rudimentaria por Franklin
en 1740 a partir de las teoras para electricidad esttica.
Actualmente las descargas atmosfricas y en particular en el pas
an no se han
estudiado suficientemente y solo se dispone de lagunas teoras
para tratar de explicar su
origen y algunos experimentos para estudiar sus efectos.
Experimentalmente se ha comprobado que la tierra representa un
electrodo negativo y a
una distancia de 100 a 150 km sobre su superficie se encuentra
una capa de aire que
representa el electrodo positivo. Cuando las corrientes de aire
entre la tierra y esta capa
producen una ionizacin alta se establece una descarga de iones
que si su valor es
elevado puede degenerar en una descarga elctrica.
Para explicar el fenmeno de la descarga elctrica existen algunas
teoras en la que se
pude contar como las ms destacadas las siguientes:
A) Teora de Simpson B) Teora de Elster y Geitel C) Teora de
Wilson D) Teora de los cristales de hielo
A) TEORIA DE SIMPSON. Manifiesta que la formacin de cargas
elctricas en las
nubes se debe a corriente del aire que se encuentra en actividad
en su interior. Las
corrientes en el aire transportan vapor hmedo del mar o de la
superficie de la tierra este
vapor al encontrase a determinada altura y bajo condiciones
atmosfricas propicias se
condensa transformndose en gotas de agua.
B) TEORIA DE ELSTER Y GEITEL. Esta teora se fundamenta sobre
estudios
realizados sobre una gota grande de lluvia a travs del campo
elctrico de la misma
cuyo gradiente en la superficie es de 100 V/m de vida a la accin
de este campo, la gota
se polariza en la parte superior por una carga negativa y en el
inferior por una carga
positiva.
C) TEORIA DE WILSON. Wilson hizo un nuevo desarrollo cientfico
respecto a la
electrificacin de las nubes, su teora esta basada en que las
gotas de lluvia al caer
adquiere carga producida por iones elctricos que se encuentran
presentes en las
corrientes de aire ascendentes.
D) TEORIA DE CRISTALES DE HIELO. Esta teora trata de explicar la
importancia
que representan los cristales de hielo comnmente conocidos como
granizos
especialmente en las partes superiores de las nubes y tambin en
las regiones antrticas;
as se trata de dar algunas explicaciones a este fenmeno.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
18
Los equipos sometidos a los esfuerzos elctricos mencionados
deben soportarlos de
acuerdo con las Normas de Seguridad que se apliquen. Lo anterior
define las
TENSIONES RESISTENTES que son las tensiones de soporte de los
equipos para las diferentes sobretensiones que se apliquen.
Para cada una de las tensiones y sobretensiones mencionadas,
existen las
correspondientes tensiones resistentes a los diferentes equipos
y aislamientos o de las
Lneas de Transmisin.
2.3.3 TENSIONES PERMANENTES A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
Son las que se tienen en el sistema durante su operacin normal
siendo ondas senoidales
a la frecuencia de 60 ciclos por segundo y que se definen por su
valor eficaz entre fases.
Para efectos de normalizacin de los diferentes niveles de tensin
comprendidos en este
grupo de esfuerzos en los sistemas elctricos, se debern tomar en
cuenta las siguientes
definiciones:
TENSIN NOMINAL DE UN SISTEMA TRIFSICO (V).
Es el valor eficaz entre fases con que se designa el sistema y a
la que estn referidas
ciertas caractersticas de operacin del mismo.
TENSIN MXIMA DE UN SISTEMA TRIFSICO.
Es el valor eficaz de tensin ms alto ente fases que ocurren en
un sistema de
condiciones normales de operacin en cualquier momento y en
cualquier punto.
TENSIN MXIMA DE DISEO DE EQUIPO (Vm).
Es el valor mximo de tensin entre fases para el cual est diseado
el equipo con
relacin a su aislamiento, as como para otras caractersticas que
se refieren a esta
tensin en las normas relativas del equipo. Esta tensin es el
valor mximo de la tensin
mas alta del sistema (tensin de operacin mxima) para el cual el
equipo puede usar.
Las tensiones mximas de diseo se dividen en las siguientes
categoras (TABLAS 1,
2,3 COLUMNAS 1 y 2, ESPECIFICACIN CFE L 0000-06).
CATEGORIA A Tensiones mayores de 1 kV y hasta 52 kV
CATEGORIA B Tensiones mayores de 52 kV y menos de 300 kV
CATEGORIA C Tensiones de 300 kV y mayores.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
19
o Sobretensiones de origen interno.
Estas se pueden dividir en dos clases:
A) SOBRETENSIONES INTERNAS DE ALTA FRECUENCIA.
Estas sobretensiones se deben a fenmenos transitorios, que
aparecen cuando el estado
de una red se cambia por operaciones de maniobra (switcheo) o
por una condicin de
falla. La tensin resultante que toma la forma de una senoide
amortiguada, tiene una
frecuencia del orden de 20 KHz y de hecho esta gobernada por la
inductancia y
capacitancia inherente al corto circuito.
B) SOBRETENSIONES INTERNAS DE BAJA FRECUENCIA.
Estas ocurren a la frecuencia nominal del sistema e incluyen la
tensin en estado
permanente que pueda resultar, con pequeas variaciones por la
desconexin de una
carga, particularmente se presentan en el caso de las lneas de
transmisin largas.
2.3.4 SOBRETENSIN TEMPORAL A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
Es una sobretensin oscilatoria de fase a tierra o de fase a fase
en un punto dado el
sistema que tiene una relacin relativamente grande (del orden de
segundos) la cual no
esta amortiguada o tiene dbil amortiguacin.
Estas sobretensiones se originan normalmente de desconexiones
bruscas de carga
(rechazo de carga), falla a tierra o por el funcionamiento de
una lnea larga en vaco
(efecto Ferranti). Estas sobretensiones pueden alcanzar valores
de las siguientes rdenes
en pu.
PARA DESCONEXIONES BRUSCAS:
ENTRE FASES Igual o mayor de 1.4 pu
FASE A TIERRA Igual o mayor de 1.4 pu
PARA FALLAS A TIERRA:
ENTRE FASES Igual o mayor de 1 pu
FASE A TIERRA Igual o mayor de 1.25 pu
PARA FUNCIONAMIENTO DE UNA LNEA LARGA EN VACO.
ENTRE FASES Igual o mayor de 1.10 pu
ENTRE FASE Y TIERRA Igual o mayor de 1.10 pu
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
20
COMBINADOS LOS TRES FACTORES SE OBTIENEN LOS SIGUIENTES
FACTORES DE SOBRETENSIN.
ENTRE FASES Igual o mayor de 1.45 pu
ENTRE FASE Y TIERRA Igual o mayor de 1.8 pu
Los valores de diseo permisibles en el sistema se sujetan a las
Normas para los valores
de tensin resistente, que regulan la fabricacin de los
equipos.
Estos tienen valores de pruebas especificados de acuerdo con las
CATEGORAS A, B,
y C ya mencionadas anteriormente.
Para las CATEGORAS A y B el comportamiento al voltaje de
operacin y a los
sobrevoltajes temporales a la frecuencia del sistema, se
verifican con la PRUEBA DE CORTA DURACIN A LA FRECUENCIA DEL
SISTEMA. La verificacin del envejecimiento del asilamiento interno
y a la contaminacin del aislamiento externo,
cuando pueden ser afectados por los voltajes de operacin y
sobrevoltajes temporales a
la frecuencia del sistema, generalmente requieren PRUEBAS DE
LARGA DURACIN A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
Las pruebas de corta duracin a la frecuencia del sistema se
realizan de acuerdo con los
valores recomendados en las TABLAS 1 Y 2 (ESPECIFICACIN CFE L
0000-06).
TENSIN RESISTENTE NOMINAL A 60 HZ DE FASE A TIERRA
Para la CATEGORA C el comportamiento a los voltajes de operacin
y a los
sobrevoltajes temporales a la frecuencia del sistema se
verifican mediante las
PRUEBAS DE LARGA DURACIN A LA FRECUENCIA DEL SISTEMA teniendo
como propsito verificar la capacidad del equipo con respecto a la
vejez o a la
contaminacin. Las recomendaciones para las pruebas
correspondientes se especifican
para los diferentes equipos o instalaciones y, para el caso
especfico de las Lneas de
Transmisin se tratarn con mayor amplitud ms adelante.
SOBRETENSIONES DE ORIGEN EXTERNO.
Estas son de orgen atmosfrico y comnmente toman la forma de un
impulso
unidireccional, la amplitud mxima que se puede presentar no
tiene ninguna relacin
con la tensin de operacin del sistema. Estas sobretensiones se
pueden deber a las
siguientes causas:
A) Descargas directas del rayo B) Tensiones inducidas causadas
por una descarga a tierra en un lugar cercano de la
lnea.
C) Tensiones inducidas debido a variaciones atmosfricas a lo
largo de la lnea de transmisin.
D) Sobretensiones electrostticas inducidas causadas por nubes
cargadas. E) Sobretensiones electrostticas inducidas, causadas por
el efecto de la friccin de
pequeas partculas como el polvo en la atmsfera.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
21
2.3.5 SOBRETENSIONES DE MANIOBRA.
Es una sobretensin de fase a tierra o de fase a fase en un punto
dado del sistema debido
a una operacin especfica de maniobra de interruptores. Estas
sobretensiones tienen por
lo general un alto amortiguamiento y corta duracin.
Estos fenmenos tienen influencia en las tensiones de CATEGORA C
y son
significativos en los siguientes casos:
A) Desconexin de corrientes capacitivas (Lneas o Cables en Vaco,
o Batera de
Condensadores).
B) Desconexin de corrientes inductivas o magnetizantes (como el
caso de
transformadores en vaco).
C) Desconexin de corrientes de falla (sobretensiones de
restablecimiento).
D) Cierre o recierre de Lneas en vaco.
E) Caractersticas de las Sobretensiones de Maniobra.
Es necesario definir como son las ondas de sobretensiones, como
se presentan
(ocurrencia) y qu criterios y valores se toman para los diseos
de aislamiento.
Forma de Onda.
Las Normas tanto Internacionales como Nacionales consideran como
tipo de onda la
representada en el ANEXO 1 que se caracteriza con el tiempo de
frente T1, tiempo para
alcanzar la cresta (V), Tcr= 250 seg y tiempo para la cola Tc=
2500 seg,
regularmente a esta onda se le llama 250/2500 seg.
Ocurrencia de las Sobretensiones de Maniobra.
Para un aislante determinado (puede ser una cadena de
aisladores, un aislador soporte,
espacio en aire, etc.), las caractersticas de la ocurrencia de
los valores de Cresta V de
una sobretensin de maniobra para un evento determinado se
considera como una
distribucin Gaussiana donde la funcin ocurrencia o densidad
normal f (V) (ANEXO
2) tiene la siguiente expresin.
s
vf2
1)( -(V-)
2/ (2 s )
2
-------------------- (1)
Siendo:
s = Desviacin Estndar.
= Valor Medio de V.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
22
La funcin de densidad normal estndar es:
f (z) = 2
1 -( 2
2z)
-------------------- (2)
z = S
x
= 0 s = 1
La probabilidad de que V sea mayora un valor V esta dada por la
funcin f (V) cuya expresin es:
F (V) =
')'(
VdvVf -------------------- (3)
Que se llama funcin de distribucin normal de Probabilidad de la
Sobretensin V
(ANEXO 3).
Tensin resistente.
Si el mismo aislante se somete a una tensin V, las
caractersticas de su resistencia a esa
tensin tambin consisten en la distribucin Gaussiana (ANEXO 4), o
sea que las
formulas 1 y 2 son vlidas slo que (v) y (z) representan la
distribucin de la falla para los valores de Tensin V.
La probabilidad que la tensin de falla V sea menor que un valor
V esta dada por la funcin:
p (V) = '
)(v
dvVfp -------------------- (4)
La probabilidad de resistencia esta dada por la expresin:
Pr (V) = 1-P (V)
Se han realizado modelos digitales de diversas lneas, para
obtener los valores de
probabilidad de ocurrencia del sobrevoltaje V, tambin se han
obtenido los valores de la
unidad analgica TNA. En el ANEXO 7 presentado por cigre WG
13.05, se pueden
observar los valores obtenidos en la lnea indicada, obtenindose
los valores mximos
del orden de dos pu que corresponde a una probabilidad de 2%,
valores similares se han
obtenido en otras instalaciones, incluyendo los trabajos
realizados en la Comisin
Federal de Electricidad.
En el caso de una Lnea de Transmisin, se tienen varias cadenas
de aisladores y el
valor de la Sobretensin vara a lo largo de la lnea, como se
puede ver en el ANEXO 8
Representado por EDF, pudiendo observar que los valores mximos
se presentan al
extremo de la lnea en el ANEXO 9 se presentan los diversos
valores de obtenidos tambin en EDF.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
23
Reduccin de los valores de Sobretensin.
Los valores mencionados son susceptibles de reducirse con la
utilizacin de medios
como los siguientes:
o Cierre con resistencias de preinsercin, en el ANEXO 10 se
pueden apreciar algunos oscilogramas que muestran los efectos.
o Control de cierre con relacin a la polaridad en los dos lados
del interruptor.
o Drenar carga atrapada a travs de transformador de tensin y de
resistencia a tierra.
Lo anterior ha logrado que se puedan disear las lneas con
valores reducidos de
sobretensiones de maniobra.
O VALORES QUE SE ESPECIFICAN PARA LOS DISEOS DE LOS
AISLAMIENTOS.
De las caractersticas mencionadas de las sobretensiones de
maniobra, las Normas
Internacionales y Nacionales consideran para la ocurrencia de la
sobretensin V una
probabilidad F (V) de 2% de que sea mayor de V especificando,
con valores de desviacin estndar s que varan entre 10 y 20%.
En el pas se esta usando en valor de V 2.5 pu.
Tensiones resistentes al impulso por maniobra.
Las Normas Nacionales e Internacionales consideran las
siguientes definiciones y
valores de diseo:
o Tensin Estadstica Resistente por Maniobra.
Es el valor de cresta V de la onda normalizada por maniobra para
el que se tiene una probabilidad de 90% de que resista en
condiciones especificadas.
o Tensin Convencional Resistente por Maniobra.
Es el valor de cresta de una tensin de prueba de maniobra para
el que no se produce
falla alguna cuando se aplica un nmero especificado de impulsos
en condiciones
normalizadas.
o Tensin Nominal Resistente por Maniobra.
Es el valor de cresta de la tensin de maniobra que caracteriza
el aislamiento del equipo
con respecto a las pruebas. Cuando la probabilidad de
resistencia de este valor nominal
es de 90% se llama NIVEL BASICO DE AISLAMIENTO POR MANIOBRA
(NBAM), cuyos valores para los equipos de CATEGORIA C que se
utilizan para la
CFE se pueden ver en la tabla 3 de la ESPECIFICACIN CFE L
0000-06.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
24
TABLA 3. Niveles de aislamiento normalizadas para equipos de la
categora C.
Tensin
nominal del
sistema.
kV(eficaz)
Tensin
mxima de
diseo.
kV(eficaz)
Niveles bsicos
de aislamiento
de impulso
(NBAI) de fase
a tierra.
kV (cresta)
Nivel bsico de
aislamiento por
maniobra
(NBAM) de
fase a tierra.
kV (cresta)
Nivel bsico de
aislamiento por
maniobra
(NBAM) de
fase a fase.
kV (cresta)
4001)
7052)
420
800
1050
1175
1300
1425
1800
1950
2100
2400
950
1050
1425
1550
1425
1550
2400
2550
NOTAS:
1) Tensiones normalizadas preferentes segn especificacin CFE
L0000-02. 2) Tensiones normalizadas segn especificacin CFE
L0000-02.
Para el dimensionamiento de las distancias en aire o a travs de
aisladores en
condiciones normales (ms adelante se hablar de la influencia del
medio). Se considera
la TENSIN CRITICA DE FLAMEO (TCM) como el valor V50. La Norma
IEC considera la relacin entre TCM y NBAM por medio de la
frmula:
TCM= T
NBAM
3.11
La especificacin CFE considera.
T = 6%
La formula que la Especificacin CFE considera para la relacin
con la distancia
dielctrica es:
TCM = K2
d
81
3400
-------------------- (6)
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
25
Para las torres se tienen los valores de K2
PARA VENTANAS K2 = 1.20
PARA FASES EXT. K2 = 1.35
o Riesgo de Falla y Factor de Seguridad.
El factor de seguridad () es la relacin entre la tensin V para
el que hay una probabilidad de falla P (V) y una tensin de
ocurrencia V para una probabilidad F (V) consideradas como se han
definido anteriormente, o sea
= ''
'
V
V -------------------- (7)
O sea mientras mayor sea V de V habr mayor seguridad de que
soporte el aislante al voltaje aplicado y, por lo tanto menor el
riesgo de falla.
Si consideramos la misma escala de tensiones para las curvas de
los ANEXOS 2 y 5 y
superponemos estos ANEXOS, se obtiene el ANEXO 11 en donde se
pueden hacer las
siguientes observaciones.
Si V = V y si P (V)= 10% y
F (V)= F (V) = 2% se tiene lo que se define como coeficiente de
seguridad estadstico.
V da la tensin nominal resistente del equipo.
P (V) * f (V) es el ndice del cambio de riesgo con respecto a V
y est representado por
la curva indicada en la grfica, siendo el riesgo total el rea
bajo esta curva con un
valor.
R=
0)(*)( dvvfVP
Su relacin con respecto al factor de seguridad se muestra en el
ANEXO 12.
Aumentar el factor de seguridad significa utilizar para el diseo
un valor de V mayor que V. Para su interpretacin en la grafica se
traslada P (V) hacia la derecha, dando a V las veces que se desee
que sea superior a V (ANEXOS 12 Y 13).
En el ANEXO 14 se puede ver la relacin entre los factores de
seguridad y el riesgo de falla (R).
Los criterios y valores mencionados son los que se utilizan para
el calculo de las
sobretensiones por maniobra y el grado de confiabilidad que se
de a la lnea, depende
del factor de seguridad que se aplique.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
26
SOBREVOLTAJES POR OPERACIONES DE MANIOBRA.
Se entiende por una operacin de maniobra a una apertura o cierre
de interruptores en
un sistema.
En el caso de los sistemas de potencia los problemas graves se
presentan en las redes de
85 KV o mayores pero tambin en redes de menor tensin con fuertes
cargas inductivas
o bancos de capacitores a 4.16, 6.6, 20 25 KV.
Para la interrupcin del problema que se presenta, es actualmente
el medio de
desconexin empleado por los interruptores es a base de separacin
de contactos en
medio de una determinada constante dielctrica, ya que no se ha
diseado otra forma de
desconexin, puede provocar que el arco elctrico entre contactos
fijo y mvil que han
quedado separados se vuelva a restablecer cuando por la magnitud
de la falla, la rigidez
dielctrica del medio de extincin (aceite, aire SF6) baja debido
a la ionizacin. Este
arco elctrico somete a los contactos a un voltaje adicional
llamado Voltaje de Restablecimiento o Voltaje de Recuperacin.
VOLTAJE DE RESTABLECIMIENTO O VOLTAJE DE RECUPERACION.
Desde el punto de vista de la red este fenmeno se presenta
cuando hay cierre sobre
falla es decir que se cierra un interruptor cuando una falla an
no ha sido liberada.
Este voltaje de recuperacin puede alcanzar valores elevados que
someten a la
instalacin esfuerzos dielctricos graves, sin embargo se puede
considerar que esta
implcito en la operacin de los interruptores an cuando no se
interrumpan fallas
graves.
2.3.6 SOBRETENSIONES POR DESCARGAS ATMOSFERICAS.
DESCARGAS ELECTRICAS DE ORIGEN ATOSFERICO.
Existen varias teoras que tratan de explicar el origen de las
descargas elctricas de
origen atmosfrico, pero en principio se establece que una
descarga electrica de este tipo
ocurre cuando una nube adquiere un potencial tan alto con
respecto a tierra o con
respecto a otra nube que se encuentra cercana al mismo nivel o
en otro nivel, que las
propiedades dielctricas del aire circundante, se destruyen. Se
dice que esta elevacin de
potencial se debe al efecto de la friccin causado por le
disturbio atmosfrico que acta
sobre las partculas que forman la nube.
EFECTOS DE LAS DESCARGAS ATMOSFERICAS.
Los fenmenos de sobrevoltaje ms frecuentes en instalaciones son
originados por
fenmenos externos como lo son las descargas atmosfricas. Este
tipo de situacin
ocasiona salidas frecuentes en las instalaciones que provocan
interrupciones en el
servicio, por lo que es importante el conocimiento de los
efectos de las descargas
atmosfricas, a fin de proporcionar la proteccin mas adecuada a
la instalacin.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
27
Basta con que se tengan nubes sobre la lnea de transmisin para
que se presente la
posibilidad de un sobrevoltaje.
Las nubes en un medio seco y con viento y con una velocidad
aproximada de 40 km/hr
originan sobrevoltajes en la instalacin. Se entiende por
sobrevoltaje nominal, al que
puede haber en la instalacin por un efecto externo, por lo
general una descarga
atmosfrica. En general los sobrevoltajes de tipo externo pueden
ser de tres tipos:
A) Por carga esttica B) Por descarga indirecta C) Por descarga
directa
A) Sobrevoltajes por carga esttica. Estos sobrevoltajes se
presentan en las
instalaciones y en particular en las lneas de transmisin por el
simple hecho de que
existen nubes sobre stas, y que las nubes sean desplazadas por
el viento; este caso es el
menos peligroso ya que se disminuye considerablemente; su efecto
mediante el uso de
hilos de guarda en la lnea de transmisin y bayonetas e hilos de
guarda en las
subestaciones que se encuentran permanentemente conectadas a
tierra y representan un
medio de descarga natural.
B) Sobrevoltajes por descargas indirectas. Se presentan en la
instalacin por la
presencia de rayos que caen en puntos cercanos y que por efecto
de induccin
electrosttica y electromagntica introducen transitorios en las
instalaciones. Este tipo
de sobrevoltaje es el ms frecuente y pude ser grave dependiendo
de la intensidad de
descarga, ya que de mediciones realizadas en el campo se sabe
que los sobrevoltajes son
del orden de 100 y hasta 200 KV con corrientes de 25 a 75
KA.
C) Sobrevoltajes por descargas directas. Este tipo de
sobrevoltajes son los menos
frecuentes en las instalaciones pero los que pueden causar daos
mas graves, debido a
la enorme cantidad de energa que trae consigo una descarga
atmosfrica las corrientes
que se presentan por este tipo de descarga, puede alcanzar
valores hasta de 100 KA
instantneos, pero que introducen esfuerzos dinmicos y trmicos en
las instalaciones.
Por lo general una descarga directa sobre una lnea de transmisin
provoca una onda de
sobrevoltaje inicial que se divide en dos ondas viajeras que van
hacia la izquierda y
hacia la derecha del punto donde se produce la descarga con una
velocidad igual a la de
la luz en el caso de conductores areos.
o El fenmeno de la descarga. El Modelo Electrogeomtrico.
Las descargas atmosfricas (los rayos), se deben a las cargas
electrostticas de las
nubes, que al acercarse a puntos altos de la superficie
terrestre se propagan a travs de
trayectorias de menor resistencia.
Las lneas de transmisin forman estas condiciones que, facilitan
la ocurrencia de las
descargas atmosfricas produciendo sobretensiones a lo largo de
estas lneas.
La cantidad forma magnitud y direccin de incidencia de este
fenmeno, dependen de
condiciones metereologicas, por lo que tienen caractersticas
aleatorias. La forma como
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
28
se propagan las lneas y las condiciones en que llega a los
aislamientos, son afectados
por los parmetros de dicha lnea.
Cuando la nube cargada se acerca a la Lnea de Transmisin se
presenta una diferencia
de potencial entre las dos y, la descarga se realiza cuando el
gradiente del potencial
obtenido es mayor que la rigidez dielctrica del espacio de aire
que los separa. Este
espacio es lo que se llama DISTANCIA CRITICA DE ARQUEO.
Para la obtencin de estas distancias se usa el MODELO
ELECTROGEOMTRICO que se define con la expresin:
rc = 9.4 (1.11)
2/3 -------------------- (9)
Donde:
rc = Distancia critica de arqueo (metros)
I = corriente del rayo en KA
De acuerdo con lo anterior rc depende de la corriente del rayo
I, misma que puede
presentarse con una determinada magnitud, con una frecuencia con
un ngulo de
incidencia, a cierta distancia de la lnea y algn punto a lo
largo de la misma.
Todas las caractersticas son del tipo aleatorio. Para la
magnitud Popolansky, propone la
distribucin acumulada del ANEXO 15 que representa la
probabilidad de que tengan los
valores indicados en las abscisas, es una distribucin bastante
representativa por que
esta basada en 618 mediciones de 8 diferentes pases.
La frecuencia de ocurrencia de las descargas depende la zona en
que atraviese la lnea
por lo que es caracterstica propia del pas y esta definida por
el mapa cerunico, que se
trata con mayor amplitud mas adelante.
Brown y Whitehead propone una funcin de densidad de probabilidad
para el ngulo de
incidencia del rayo que se puede ver en el ANEXO 16.
El rango de distancias con respecto al eje de la lnea se
considera una milla teniendo su
propia distribucin; a lo largo de la lnea del fenmeno se
presenta dependiendo del tipo
de lnea, para los de alta y extra alta tensin, con cable de
guarda se considera que los
que inciden en el cable de guarda el 70% terminan en la torre y
el 30% en la mitad del
claro con su propia curva de distribucin.
La forma de onda se calcula de acuerdo con los parmetros propios
de la lnea.
Para un valor determinado rc (Distancia critica de arqueo) y
aplicando el MODELO ELECTROGEOMTRICO, para una lnea determinada se
pueden obtener los puntos de incidencia del rayo. El ANEXO 17
representa un ejemplo para la lnea con un cable
de guarda y dos conductores de fase (para facilidad), se puede
ver en el ANEXO las
zonas de influencia del cable de guarda, del conductor de fase y
de la tierra, las
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
29
trayectorias de los rayos quedan definidas por los ngulos (ngulo
de incidencia del rayo) y las abscisas x (Absisas sobre el nivel
del suelo), considerando al eje de la lnea
como referencia, se podr observar que el rayo caer al cable de
guarda, a la fase o a la
tierra, dependiendo del valor o trayectoria de I (Corriente de
rayo), de la altura de los
conductores y del cable de guarda sobre el piso y como se ver
enseguida, de la
colocacin relativa entre los conductores de fase y cable de
guarda.
Si se hacen estos ANEXOS para distintos valores de rc (Distancia
crtica de arqueo) se
podr observar tambin que, para valores pequeos de I (Corriente
de rayo) y
consecuentemente de rc (Distancia crtica de arqueo) la exposicin
del conductor de fase
es mayor. Lo que indica que los problemas de blindaje se
presentarn para valores
elevados de I (Corriente de rayo).
o Incidencia de las descargas atmosfricas sobre las Lneas de
Trasmisin.
Las descargas atmosfricas que caen sobre las Lneas de Trasmisin
pueden incidir:
1. Sobre el cable de guarda. 2. Sobre el cable de fase.
Vistos los parmetros que influyen en las descargas sobre las
lneas veremos la relacin
entre las zonas de influencia de acuerdo con la posicin relativa
de los diferentes
elementos.
El riesgo de que el rayo caiga al cable de fase se puede ver en
la probabilidad de que
esto ocurra en el ANEXO 18, donde se produce una parte del ANEXO
17.
El arco CB con radio rc que es la distancia crtica de arqueo,
representa la zona de
influencia del conductor de fase. La recta QA equidistante a CF
y CG limita en C la
influencia del cable de guarda por lo que entre C y A el rayo
que lo atraviese cae sobre
le cable de fase.
El arco PBA que es una parbola, da los puntos equidistantes de
CF y la tierra, en el
punto B limita la influencia de la tierra, por lo que toda
descarga que atraviesa BA cae
sobre el cable de fase.
El rea adjurada ABC es la zona en que si atraviesa un rayo cae
sobre la fase. Mientras
mas pequea sea esta rea, menos probabilidad hay de que un rayo
caiga sobre la fase.
El tamao del rea ABC es definido por la colocacin relativa del
conductor de fase CF
y del cable de guarda CG, que se mide por medio del ngulo que se
llama ngulo de blindaje de la lnea.
o Funcionamiento del Cable de Guarda.
El ngulo de blindaje es determinante para que el rayo caiga
sobre el cable de guarda o
sobre la lnea, de caer sobre el cable de guarda, se propaga
hacia las torres, en forma de
onda viajera funcionando un circuito elctrico cuyo equivalente
se muestra en el
ANEXO 19 donde e es el rayo trasmitido del punto de arqueo, i la
corriente del rayo, zg
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
30
la impedancia del cable de guarda y zt la impedancia de la torre
y resistencia la pie de la
misma.
Se observar que el valor de la sobretensin que se aplique a las
terminales de las
cadenas de aisladores o espacios aislantes en aire depende la
corriente i del rayo, de las
impedancias del cable de guarda de la torre y la resistencia al
pie de la torre.
Para una lnea determinada los dos primeros parmetros son
constantes, la resistencia al
pie de la torre depende del suelo por donde atraviesa la lnea,
as como las condiciones
metereolgicas de la zona, por lo que este parmetro es aleatorio
y su valor tiene una
alta influencia, en la magnitud de la sobretensin que se
presenta en los espacios
aislantes o cadenas de aisladores DISTANCIAS DIELECTRICAS por
separado se presenta un trabajo sobre resistencias al pie de la
torre.
o Tensiones resistentes.
En la misma forma en como se definieron las tensiones
resistentes al impulso por
maniobra se definen las del impulso por rayo o sean: la tensin
estadstica por rayo, la
tensin convencional resistente por rayo y la tensin nominal
resistente por rayo.
Los valores del Nivel Bsico de aislamiento por rayo NBAI, se
presentan en la
ESPECIFICACIN CFE L 0000-06, TABLAS 1, 2 Y 3 AGRUPANDOSE EN
CATEGORAS A, B Y C.
La onda normalizada para las pruebas de los equipos o Lneas de
Trasmisin tienen la
misma forma del ANEXO 1 con Tcr = 1.2 seg.
Tc = 50 seg y se llama regularmente 1.2/50 seg.
Para el dimensionamiento de las distancias en aire o a travs de
los aisladores en
condiciones normales (se hablara de la influencia del medio mas
adelante), se considera
tambin la TENSIN CRITICA DE FLAMEO por rayo (TCF), que es el
valor de V50 y su relacin con NBAI de acuerdo con la Norma IEC
es:
TCI = 3.11
NBAI ----------- (10)
La especificacin CFE considera = 3 %
La formula de la Especificacin CFE considera para la relacin con
la distancia
dielctrica es:
TCF = K3 d ----------- (11)
Para las torres se tienen valores de K3
Para ventanas K3 = 550
Para fases exteriores K3 = 550
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
31
o Riesgos de falla.
El nmero de salida por cada 100 km y por ao nos da el ndice de
confiabilidad de una
Lnea y se aceptan como valores los siguientes:
TENSIN NOMINAL DE INDICE ACEPTABLE EN SALIDAS
LA LNEA kv POR 100 km Y POR AO
115 5 A 7
230 3 A 4
400 1 A 2
El nmero de salidas para una lnea determinada es la suma de las
fallas por blindaje y
las fallas por sobretensiones de retorno.
o Fallas por Blindaje.
Los rayos se propagan sobre el conductor de fase, siendo estos
rayos los de valores de
corrientes menores de la densidad de distribucin como ya vimos.
Las corrientes que
ocasionan fallas en los aisladores o distancias aislantes.
DISTANCIAS DIELECTRICAS son las que generan sobretensiones
superiores al nivel bsico de impulso por rayo (NBAI), y fluyen del
cable de fase a la torre, su expresin para una
determinada Lnea est dada por la siguiente formula:
I = cZ
NBAI)(2 KA
Donde Zc es la impedancia caracterstica de la Lnea. Si
recordamos el anlisis hecho
con la curva del ANEXO 18, observamos que los parmetros que
influyen en la falla de
blindaje son: primeramente el ngulo de blindaje, luego la altura
del cable de guarda y
finalmente el NBAI para el calculo de las distancias dielctricas
(FORMULAS 10 y 11)
y los niveles cerunicos. Las graficas del ANEXO 20, muestran el
grado de influencia
de estos parmetros.
o Fallas por sobretensiones de retorno.
Ocurren cuando los rayos caen sobre el cable de guarda o la
torre y la sobretensin es
mayor que la resistencia dielctrica del espacio aislante o
aisladores de la torre al
conductor de fase, fluyendo la corriente de falla por ese
sentido.
Los parmetros que influyen en las fallas del aislamiento de la
Lnea son primeramente
las resistencias al pie de la torre, en seguida la distancia
dielctrica, los claros entre las
torres y los niveles cerunicos como se puede observar en las
Graficas (ANEXOS 21 Y
22).
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
32
2.4 CONTAMINACION EN AISLAMIENTOS ELECTRICOS.
2.4.1 GENERALIDADES
El fenmeno de la contaminacin en aislamientos elctricos, ocurre
cuando el aire
atmosfrico lleva diversas substancias, que al tener contacto con
los aislamientos los
impregna creando una capa que en ambiente seco no causa
problemas, pero al
humedecerse se vuelve conductor que permite la circulacin de la
corriente elctrica,
que es la llamada falla por contaminacin. Las tensiones y
sobretensiones a la
frecuencia del sistema son las que afectan los aislamientos
contaminados. Se considera
3 grupos de contaminacin: Contaminacin Salina, Contaminacin
Industrial y
Contaminacin Desrtica.
Contaminacin Salina.
Las partculas que se encuentran en suspensin en la atmsfera
pueden sufrir un proceso
de sedimentacin, depositndose en la superficie de los aisladores
elctricos.
Estas deposiciones pueden llegar a convertirse en elementos
conductores de la
electricidad en funcin de sus propiedades fsico-qumicas,
concentracin, humedad,
temperatura, etc., en ese momento los aisladores de las lneas
elctricas dejan de
comportarse como tal, pierden su funcionalidad inicial, siendo
preciso detectar dicho
comportamiento cuanto antes con el fin de tomar las medidas
correctivas oportunas, (la
limpieza de los mismos).
En la zona costera las deposiciones son debidas principalmente a
los aerosoles marinos
que los vientos arrastran hacia la costa y al polvo en suspensin
proveniente del
continente Africano, fenmeno conocido como Calima. El conjunto
de estas
deposiciones recibe el nombre de contaminacin salina.
Contaminacin Industrial.
Entendemos por contaminacin industrial a la emisin de sustancias
nocivas, txicas o
peligrosas, directa o indirectamente de las instalaciones o
procesos industriales al medio
natural.
Almacenamientos o disposicin de residuos industriales. En estas
emisiones quedan
incluidas las que se derivan de los productos o subproductos que
las industrias ponen en
el mercado. Por ejemplo, la contaminacin de dioxinas que pueden
producir la
combustin de productos de PVC en vertederos y por incineracin o
la destruccin de la
capa de ozono estratosfrico por gases clorofluorcarbonados.
Contaminacin Desrtica.
Se produce en zonas desrticas caracterizadas por largos perodos
sin lluvia, expuestas
a vientos fuertes que transportan arena y sal, y sometidas a una
condensacin regula y
esta en una zona clasificada como una de las mas fuertes de
contaminacin.
En las Regiones del Pas sonde se tienen operando o en proyectos
o Lneas de
Transmisin existen estos tres Grupos de Contaminacin por lo que
es necesario
considerarlos en los Diseos de Aislamiento.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
33
2.4.2 EL FENOMENO DE LA CONTAMINACIN.
Los aisladores tipo suspensin limpios tienen una distribucin de
tensin como se
muestra en el ANEXO 23. Cuando se contamina cambia la
distribucin de tensin como
se muestra en el ANEXO 24, que muestra los diferentes efectos de
la contaminacin: La
Curva 1 (uno) es para una contaminacin uniforme, la Curva 2
(Dos), se calcul, la
Curva 3 (Tres) indica como se uniformiza el gradiente con la
contaminacin, la Curva 4
(Cuatro) muestra como sube el gradiente en la zona cercana a la
calavera cuando
aumenta la corriente de fuga y seca el contaminante, la Curva 6
(Seis) es de un aislador
contaminado artificialmente.
Ya dijimos anteriormente que la contaminacin se forma por las
partculas suspendidas
en el aire y se impregna a los aisladores. La contaminacin de
tipo salina se presenta
principalmente en las costas y es mayor cuando los vientos
dominantes son hacia tierra
adentro. La contaminacin industrial se presenta en las zonas
febriles y las desrticas en
zonas de ese tipo.
Para los aisladores de suspensin, los contaminantes se impregnan
principalmente en las
faldas por los efectos de los gradientes de potencial.
o Efectos de las precipitaciones.
Cuando en forma sbita llueve sobre los aisladores, estos se
lavan quitando los
contaminantes. En cambio cuando la lluvia es pequea (llovizna) o
cuando hay neblina,
los contaminantes impregnados se humedecen solamente formando un
electrolito de
caractersticas conductoras.
Al comenzar a humedecerse la capa contaminante empieza a
conducir corriente del
orden de un miliamper, que se manifiesta con un dhisporroteo de
color azul denominado
corona (VER ANEXO 25). Cuando la mayor neblina contina entre un
minuto y ms,
aparece una descarga mayor del orden de 1 a 10 miliamperes de
color amarillento
llamada prescintilacin con tiempos de arqueo del orden de
microsegundos. Finalmente
se inician las descargas de scintilacin que alcanzan pulsos del
orden de 10 a 1000
miliamperes cuando las amplitudes de esos puntos son mayores de
300 miliamperes el
aislador falla.
En el comienzo de la circulacin de la corriente, seca puntos
diversos de la superficie en
los que se recupera la alta resistencia. Cuando varios de estos
puntos que se secan estn
a la misma distancia de la bola, se reduce la seccin de buena
conduccin de corriente
aumentando su densidad en esas secciones que hacen aparecer
grandes corrientes de
scintilacion que forman las llamadas bandas secas. Estas
condiciones se repiten
mientras no se produce la falla total ya que el aislador vuelve
a humedecerse.
o Efectos de la contaminacin en aislamiento de lneas de
transmisin.
La resistencia dielctrica del aislamiento externo depende de: la
densidad del aire,
humedad, precipitacin y contaminacin y estas cantidades se
refieren por lo general a
valores estndar de temperatura (25C) presin (760 mm de Hg) o
1013 mbar y una
humedad absoluta de 11 gr/m3.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
34
La tensin que produce la descarga disruptiva vara con la
densidad del aire y la
humedad, reduciendo su movilidad debido a que son capturadas por
molculas de agua.
La tensin de descarga disruptiva se encuentra relacionado a una
atmsfera estndar con
las caractersticas mencionadas anteriormente y segn las normas
CEI (+) por el factor.
n
m
kh
kd
Donde Kd es la densidad relativa de aire expresada como:
Kd = )273(
393.0
t
b
Donde:
KD = densidad del aire en condiciones atmosfricas no
normalizadas.
(b) = Presin baromtrica en mm de mercurio en lugar donde se
desea conocer la
densidad del aire.
(t) = temperatura en C en el lugar donde se desea conocer la
densidad del aire.
(+) COMISIN INTERNACIONAL DE ELECTROTECNIA (IEC)
Kh es le factor de humedad y esta expresado en monogramas y
graficas y los
exponentes m y n en forma tabular en la publicacin
CEI-42(13)
.
Estos parmetros dependen del tipo y polaridad de las tensiones y
de la longitud del gap
y sus valores numricos se expresan en diferentes formas segn sea
la norma de que se
trate.
Como se sabe, la lluvia reduce la tensin de descarga disruptiva
muy considerablemente
para impulsos a la frecuencia y de maniobra de interruptores,
pero muy poco para
impulsos del rayo, para aislamientos en exteriores los impulsos
de tensin a la
frecuencia nominal y por maniobra de interruptores se miden con
pruebas en hmedo,
mientras que los impulsos del rayo se miden solo en seco.
Como una indicacin del efecto de la lluvia en la tensin critica
de flameo (VCF) a la
frecuencia para una cadena de aisladores vertical en por unidad
de su valor en seco es
0.8 con una precipitacin de 1.5 mm/min y 0.75 para una
precipitacin de 3.0 mm/min.
EFECTOS CONTAMINANTES.
La contaminacin es causada por una gran variedad de agentes como
son: Polvos
obtenidos de la combustin de carbn o petrleo, polvos de cemento,
lluvia salina,
irrigacin con plaguicidas, fertilizantes, etc., estos agentes
cuando se mezclan por efecto
de niebla o lluvia ligera pueden reducir la tensin de flameo a
la frecuencia nominal en
aisladores de porcelana hasta la mitad y en ocasiones hasta una
cuarta parte
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
35
dependiendo del tipo y densidad de contaminantes as como de la
frecuencia de las
lluvias de lavado.
Los datos relativos al tipo y densidad de los contaminantes se
obtienen en forma
experimental por mediciones hechas exprofeso en distintas zonas
geogrficas de un pas
y que arrojan como resultado una clasificacin de estas zonas que
son usadas con
propsitos de diseo en el aislamiento de las lneas de
transmisin.
ZONA DE CONTAMINACIN
CARACTERSTICAS NOTABLES
EXTRAFUERTE (EF)
Polvos de carbn, petrleo, productos
qumicos cementos, grandes cantidades de
cenizas en suspensin y salinidad.
FUERTE (F)
Lluvia marina, polvos de carbn, petrleo
cemento y combinaciones entre estas con
niebla y lluvia ligera.
MEDIA (M)
Lluvia marina ligera, irrigacin con
plaguicidas. Fertilizantes y combinaciones
entre estas con niebla y lluvia ligera.
LIGERA (L)
Niebla, fertilizantes, plaguicidas, lluvias
intensas. (Zonas rurales sin quema de
forraje o hierba).
De acuerdo con el EHV Trasmisin Line Reference Book (5) (tabla
7.2) se tienen los
siguientes valores de diseo para las lneas de extra alta
tensin.
ZONA DE
CONTAMINACION
DISTANCIA DE FUGA
(cm/Kv RMS LINEA A
TIERRA).
KV PROMEDIO R.M.S.
POR CENTIMETRO DE
LONGITUD AXIAL
EF
5.36
0.39
F
4.42
0.47
M
3.33
0.63
L
2.64
0.78
(1) INSTITUTO DE INVESTIGACIONES DE LA INSDUSTRIA ELECTRICA
CFE,
1975.
-
ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
36
En virtud de lo anterior para el clculo de aislamiento en lneas
de transmisin por
efecto de contaminacin en tanto no se disponga de la informacin
mencionada
anteriormente y en forma confiable, se recomienda que se
considere en aquellas zonas
contaminadas con una clasificacin de Media y la experiencia
indicara si es o no
adecuado.
2.4.3 INVESTIGACIONES DEL FENOMENO E INFLUENCIAS DEL MEDIO.
En Francia, Alemania, Italia, Inglaterra, EUA y Japn
principalmente, se llevan ya ms
de 20 aos realizando trabajos en los problemas de contaminacin
sobre instalaciones
elctricas. Se investiga en el campo y en el laboratorio y los
resultados que se tienen han
dado lugar a procedimientos de clculo, diseos, mantenimiento y
nuevos equipos o
materiales para lneas de transmisin y subestaciones.
Para nuestro pas se han estado considerando algunas experiencias
internacionales y las
propias para los diseos de lneas de transmisin y subestaciones.
Para conocer el
comportamiento de las lneas de transmisin y subestaciones, bajo
condiciones de
contaminacin y en diferentes regiones de nuestro pas se estn
realizando los siguientes
trabajos:
Coleccin de datos de campo: Se est haciendo por medio de
estaciones de muestreo de
contaminacin, los que suman 19 en operacin en estos momentos
pero se completarn
a 22. (ANEXO siguiente).
I- Victoria II- Veracruz II III- Mexicali II IV- Puerto Mrquez
V- Juchitan VI- Cd. Del Carmen VII- Nizuc- Kukutlan VIII- Empalme
IX- Mazatln II X- Manzanillo XI- Guadalajara II XII- Villa Garca
XIII- Gmez Palacio XIV- Reforma (Cd. Jurez) XV- Tampico I XVI-
Aeropuerto (Reynosa) XVII- Erendira XVIII- Micares (Ro Escondido)
XIX- Coatzacoalcos II XX- Puerto Progreso XXI- Lzaro Crdenas XXII-
Cerro Prieto I
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
37
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
ESTACIONES DE MUESTREO
PRESENTA: DIEGO JAVIER ORTIZ
CRUZ
FIME
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ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACIN
38
Las estaciones contienen aisladores de vidrio y porcelana usados
en sistemas de
corriente alterna de los siguientes tipos: aislador de calavera
y bola, tipo pedestal y
alfiler rgido.
Se ha dado preferencia a los de fabricacin nacional y a los que
son factibles de
realizarse en el pas, o es imprescindible su importacin.
Los sitios seleccionados para las estaciones obedecen a las
caractersticas climatolgicas
de contaminacin de la lnea y subestaciones actualmente en
operacin y del desarrollo
futuro. La mayora est ubicada en las costas por ser donde se
presenta la contaminacin
salina y, se tienen instalaciones importantes especialmente de
generacin. Las ciudades
como el Distrito Federal, Monterrey, Guadalajara tienen
contaminacin industrial y en
las zonas del norte se tiene la contaminacin desrtica.
En la primera fase de este trabajo se obtendr la severidad,
utilizando el mtodo de Densidad equivalente de sal en el deposito
mencionado anteriormente. En la siguiente etapa se aplicaran los
otros mtodos, dependiendo de las facilidades que se tengan en
las
estaciones que se seleccionen. La informacin que se esta
obteniendo es muy abundante
por lo que se estn utilizando mtodos estadsticos y diversos
procedimientos digitales.
o Trabajo de laboratorio: Por medio de las cmaras para aplicar
los mtodos de niebla, limpia o salina se podrn obtener las curvas
de tensin crtica de flameo
o tensiones resistentes, de los tipos de aisladores que
experimentan en el campo,
al poder reproducir los valores registrados de contaminacin.
Para lo anterior se
utiliz la cmara LAPEM en Irapuato, que se encuentra prcticamente
en
condiciones para experimentar hasta 400 KV entre fases. Asi
