Nivel Básico de Aislamiento (NBI) 𝑁𝐵𝐼 = 𝑉50% (1 − 1.3𝜎) 𝑁𝐵𝑆 = 𝑉50% (1 − 1.3𝜎) Impulso por rayo Impulso de maniobra σ=0.06 impulso maniobra σ=0.03 impulso rayo σ=0.02 frec. Industrial Distancia Eléctrica de Aislamiento (d) L. Paris 𝑉50% = 𝑘 ∗ 500 ∗ 𝑑0.6 Gallet Leroy 𝑉50% = 𝑘 ∗ 𝑉50% 𝑑 𝑐 = 𝑓(𝑘) (2m ≤ d ≤ 7m) I. de Maniobra I. por Rayo =𝑐 3450 1+8⁄𝑑 (1m ≤ d ≤ 30m) V50% = tensión critica de flameo (TCF) [KV] d = distancia de electrodos o GAP [m] k = factor que depende de la geometría del GAP. (Figura 12.1) c = gradiente de tensión [KV/m]. (Figura 12.4) Calculo de número de aisladores Sin polución 2.00 a 2.30 [cm/KV] Polución leve 3.2 [cm/KV] 𝑉𝑀𝐴𝑋 ∗𝑑𝑓𝑒 𝑛° 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = Polución intensa 4.5 [cm/KV] 𝑑𝑓 Polución muy intensa 6.3 [cm/KV] VMAX = máxima tensión de operación fase – tierra [KV]. df = distancia de fuga [cm]. Depende del diseño del fabricante (catálogos). dfe = distancia de fuga especifica [cm/KV] que es función de la polución. Factores de Corrección por Humedad (Kh) y Densidad (Kd) del Aire 𝑉50% 𝑑𝑖𝑠𝑒𝑛𝑜 Temperatura Ambiente [°C] Presión Atmosférica [mbar] Humedad [g/m3] 𝑘ℎ = 𝑉50% 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 ∗ 𝑘𝑑 Método 1 𝑏 𝑚 273+𝑇 𝑛 𝑘𝑑 = (𝑏 ) ∗ ( 273+𝑇0) 0 donde: 𝑏= 1013∗𝐻 760 ∗ (1 − 1.8 ∗ 10−4 ∗ 𝑇) 𝑘ℎ = (𝑘)𝑤 b = presión atmosférica local [mbar] b0 = presión atmosférica standard (1013[mbar]) T = temperatura ambiente [°C] T0 = temperatura standard [°C] K = f(humedad abs.) y del tipo de tensión aplicada. (Figura 21) IEC 20 1013 11 ANSI 25 1013 15 m, n, w = valores que dependen del tipo de tensión, polaridad y long. del GAP. (Figura 22) Para humedad absoluta, en función de temperaturas de bulbo seco y húmedo respect. y la humedad relativa. (Figura 23) Método 2 𝑘𝑑 = 𝑃 ∗ (273 + 20) 0.386 ∗ 𝑃 = 760 ∗ (273 + 𝑇) 273 + 𝑇 Según IEC 𝑘ℎ = 1 + 0.009 ∗ (11 − 𝐻) 𝑘𝑑 = 𝑃 ∗ (273 + 25) 0.392 ∗ 𝑃 = 760 ∗ (273 + 𝑇) 273 + 𝑇 Según ANSI 𝑘ℎ = 1 + 0.009 ∗ (15 − 𝐻) P = Presión barométrica del ambiente [mm de Hg] T = temperatura ambiente [°C] H = humedad absoluta del local [g/m3] Distancias Eléctricas corregida por Altitud 𝑑ℎ = 𝑑1000 + 0.0125 ∗ ( ℎ − 1000 ) ∗ 𝑑1000 100 dh = distancia Eléctrica a la altura h msnm. d1000 = distancia eléctrica a 1000 msnm. Distancias fase – fase 𝑅= R = 1.6 para NBI de maniobra entre 650 y 950 KV R = 1.7 para NBI de maniobra entre 1050 y 1175 KV R = 1.8 para NBI de maniobra superiores a 1300 KV 𝑉𝑀𝐴𝑋 𝑓−𝑓 𝑉𝑀𝐴𝑋 𝑓−𝑡 𝑉𝑃𝑅 = 𝑎 ∗ 𝑉𝑁 max 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [𝐾𝑉] Tensión nominal del PR 2 𝑥0 ⁄𝑥1 1 𝑎 = ∗ √3 ∗ ( ) +1 𝑥 2 2 + 0⁄𝑥 1 a=1 a = 0.8 sistema aislado, o sea VPR=VN max sistema efectivamente conectado a tierra, o sea VPR=0.8*VN max Corriente de descarga 𝐼𝑑 = 2∗𝐸−𝑉𝑟 𝑍0 +𝑅 = 2∗𝑁𝐵𝐼 𝑍0 E = sobretensión que incide en la SE [Kv], o NBI. Vr = tensión residual del PR [KV] (usualmente se desprecia) Z0 = impedancia característica de la línea [ohm] R = resistencia de la línea [ohm] (usualmente se desprecia) Margen de Protección 𝑀𝑃𝑟 = 𝑁𝐵𝐼𝑟 −𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑎𝑥 ∗ 100 𝑀𝑃𝑚 = 𝑁𝐵𝐼𝑚 −𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑎𝑥 ∗ 100 NBIr = nivel básico de impulso por rayo [KV] NBIm = nivel básico de impulso por maniobra [KV] VMAX = tensión máxima en el PR [KV], cuyo valor se toma del mayor valor entre: a) Tensión máxima de descarga debida al impulso por rayo (1.2x50). b) Tensión residual para la corriente de descarga nominal (para Id elegida). c) Tensión de descarga con impulso de frente de onda lineal dividida entre 1.15. En general el margen de protección varía entre 10% y 35%. El valor superior se recomienda para descargas atmosféricas y el valor inferior para impulsos de maniobra. Localización del PR 𝑉(𝑥) = 𝑉𝑝 + 2 ∗ 𝑠 ∗ 𝑡 Vp = nivel de protección del PR. 𝑡 = 𝑥⁄𝑣 = 𝑥⁄300 Tiempo que insume la onda en recorrer la dist. x con vel. de 300[m/μsg]. s = 𝑑𝑉⁄𝑑𝑡 pendiente del frente de onda [KV/μsg]. 𝑥= 300 ∗ (𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑝 ) 2∗𝑠 Según ANSI 𝑠 = 100 ∗ 𝑉𝑁 12 [𝐾𝑉/𝜇𝑠𝑔] Nivel de protección del PR Tensión nominal del sistema VN > 3 KV 3 ≤ VN ≤ 240 KV VN ≥ 240 KV Pendiente s del frente de onda 10 [KV/μsg] 100/12 [KV/μsg] por cada KV nominal de PR 2000 [KV/μsg] 𝑑𝑖 𝑉𝑝 = 𝑉 + ∆𝑉 + 𝐸𝑓𝑖 = 𝑉 + 𝐿 𝑑𝑡 + 𝐸𝑓𝑖 = 𝑉 + V = tensión de descarga del PR [KV]. ΔV = caída de tensión en la conexión del PR [KV]. 𝑑𝑉⁄ = gradiente de tensión [KV/μsg]. 𝑑𝑡 𝐸𝑓𝑖 = √2 𝑉 √3 𝑁 𝑚𝑎𝑥 Máxima tensión operativa a frecuencia industrial [KV]. Z = impedancia característica del sistema [ohm]. L = inductancia de la conexión del PR [μH]. 2𝐿 𝑑𝑉 𝑍 𝑑𝑡 + 𝐸𝑓𝑖 Soportabilidad del Transformador 𝑉𝑇 = 𝑇𝑆𝑁𝐼𝐴 + 𝐸𝑓𝑖 (Figura 42) Aislamientos no Auto recuperables NBS = 1.15*(tensión de arqueo del PR por impulso de maniobra). NBS = 1.15*(valor de onda máxima de impulso de maniobra). NBI = 1.2*(tensión residual para onda 1.2*50). NBI = 1.2*(tensión de arqueo para onda 1.2*50). NBI = 1.043*(tensión de arqueo para frente de onda del PR). Aislamiento Auto recuperables 1.15 NBS = (0.96∗𝛿 𝑟) 𝑛 *(tensión de arqueo del PR por impulso de maniobra). 𝑛 *(máxima tensión por maniobra). 1.15 NBS = (0.96∗𝛿 𝑟) n=1.08-0.035*d NBS = NBS = d: dist. Min. de no arqueo entre conductor y estructura. 1.2 *(tensión (0.96∗𝛿𝑟 )𝑛 1.2 *(tensión (0.96∗𝛿𝑟 )𝑛 residual del PR). de arqueo con frente de onda del PR). Tensión soportable nominal por impulso de maniobra (TSNIM) TSNIM ≥ 1.15*NBS (por lo menos 15% mayor que NBS) Tensión soportable nominal por impulso atmosférico (TSNIA) TSNIA ≥ 1.25*NBI (por lo menos 25% mayor que NBI) Recomendación ANSI e IEC TSNIM = 0.83*TSNIA Capacidad de Absorción de Energía del PR (W[kW*sg]) 1 2 𝑊 = ∗ (𝑉𝑀𝐴𝑋 )2 ∗ 𝐶 𝑉𝑀𝐴𝑋 = 𝐾 ∗ 𝑉𝑁 𝑚𝑎𝑥 ∗ donde √2 √3 𝐶= 1 𝑤∗𝑋𝑐 = 1 2∗𝜋∗𝑓∗𝑋𝑐 Valores Normales de Tensión entre Fases VN [KV] VMAX para el equipo [KV] 66 – 69 72.5 110 – 115 123 132 – 138 145 150 – 161 170 220 – 230 245 275 – 287 300 330 – 345 362 380 – 400 420 500 525 700 a 750 765 Diseño de Subestaciones Eléctricas – Tabla 2.1 Niveles de Aislamientos Tensión más Tensión de Prueba en Impulsos con Elevada del Onda 1.2x50μsg [KV] Sistema [KV] 3.6 45 7.2 60 12 75 17.5 95 24 125 36 170 52 250 72.5 325 Aislamiento Aislamiento pleno (KV cresta) reduci (KV cresta) 100 450 380 123 550 450 145 650 550 170 750 650 245 1050 900 825 300 1175 1050 1550 420 1425 A. Bossi-E. Sesto, Instalaciones Industriales Tensión de Prueba a Frecuencia Industrial [KV] 1° columna 2° columna 1.6 21 22 27 27 36 38 45 50 55 70 75 95 105 140 140 Aislamiento Aislamiento pleno [KV] reducido [KV] 185 150 230 185 275 230 325 275 460 345 360 510 460 680 630 Tensión máxima del equipamiento [KV eficaz] 3.6 Nivel de aislamiento a impulso atmosférico [KV cresta] 20 40 7.2 40 60 15 95 110 25.8 125 150 38 170 200 48.3 250 Faja A de tensiones (ABNT) Norma Brasilera Tensión máxima del equipamiento [KV eficaz] 72.5 Nivel de aislamiento a impulso atmosférico [KV cresta] 325 380 92.4 450 450 145 550 650 650 750 242 850 950 1050 Faja B de tensiones (ABNT) Norma Brasilera Aislamiento a frecuencia industrial [KV eficaz] 10 20 34 60 80 105 Aislamiento a frecuencia industrial [KV eficaz] 140 150 185 185 230 275 275 325 360 395 460