Sobretensión temporal

Coordinación de aislamiento es la selección de la tensión soportada
normalizada de los equipos teniendo en cuenta las sobretensiones que
pueden aparecer, así como los medios de protección que se pueden
instalar y las condiciones ambientales de la zona, para obtener un
riesgo de fallo aceptable.
Sobretensión es la tensión anormal existente entre dos puntos de una
instalación eléctrica, fase y tierra o entre fases, cuyo valor pico es
superior al valor pico de la máxima tensión de operación normal de un
equipo (Vm) o sistema (Vs).
Las sobretensiones están divididas entres grupos según su origen:
Sobretensiones por Frecuencia Nominal (Sobretensiones
Temporales)
Sobretensiones por Conexión y Desconexión (Sobretensiones de
Maniobra)
Sobretensiones por Descargas Atmosféricas
Las dos primeras se consideran de origen interno y la tercera de
origen externo.
Los valores en p.u. de las amplitudes de las sobretensiones estarán
referidos al valor pico fase-tierra de la tensión más elevada del sistema
(Vs), así:
1𝑝. 𝑢 =
√2𝑉𝑠
√3
Debido a que una sobretensión tiene un carácter aleatorio y variable
en el tiempo es difícil de caracterizar, por lo que sus parámetros tales
como: duración, amplitud y efectos en el sistema son sólo una
aproximación estadística. Los riesgos que una sobretensión
representa desde el punto de vista del aislamiento son, por ejemplo,
disfuncionamientos por la destrucción del material y en consecuencia,
la no continuidad del servicio eléctrico
Las tensiones y sobretensiones en función de la forma de onda y
tiempo de duración se clasifican como:





Tensiones permanentes.
Sobretensiones temporales.
Sobretensiones de frente lento.
Sobretensiones de frente rápido.
Sobretensiones de frente extra rápido.
Ambas clasificaciones pueden corresponder entre sí, es decir que las
sobretensiones a frecuencia industrial abarcan a sobretensiones
continuas y temporales, así como las de maniobra corresponden a las
de frente lento y las de tipo atmosférico a las de frente rápido, sin ser
esto cierto en el cien por ciento de los casos.
Sobretensión de Baja Frecuencia:
Es de larga duración y se origina con una frecuencia igual o próxima a
la de operación. Este tipo de sobretensiones se divide en:
 Tensión permanente a frecuencia industrial
 Sobretensión temporal
Tensión permanente a frecuencia industrial
Tensión a frecuencia de operación, con un valor eficaz constante, y
aplicada permanentemente.
Sobretensión temporal
Sobretensión de frecuencia industrial y duración relativamente larga.
Están asociadas principalmente a pérdidas de carga, fallas a tierra y
resonancia de diferentes tipos.
o Efectos de resonancia
o Efectos de ferrorresonancia
Fallas a tierra.
La falla más común en los sistemas de potencia es el cortocircuito
monofásico, es decir, una falla entre fase y tierra. Siendo menos
probables las fallas bifásicas o trifásicas en las que la tierra no está
involucrada.
Rechazo de carga.
Un rechazo de carga podría suscitarse ante una operación indebida de
un disyuntor, dando como resultado la elevación del voltaje en todo el
sistema.
Resonancia y Ferrorresonancia
El fenómeno de resonancia ocurre cuando un circuito que está
conformado por inductores y capacitores lineales es alimentado por un
voltaje con una frecuencia aproximadamente igual a la frecuencia
natural del sistema, en este caso existe un único punto de resonancia.
La Ferrorresonancia es un fenómeno de resonancia no lineal, es decir
cuando se tiene por ejemplo una inductancia variable lo cual
ocasionará que se puedan presentar varios puntos de resonancia y
por ende una mayor probabilidad de ocurrencia.
Este tipo de fenómeno puede afectar a las redes eléctricas puesto que
provoca la presencia de armónicos anormales y sobretensiones
transitorias o permanentes que ponen el peligro al material eléctrico.
Es así que de acuerdo al origen de la sobretensión se definen sus
parámetros característicos como: amplitud, forma de onda y duración.
Las amplitudes de las sobretensiones temporales no deben exceder el
1.5 p.u. y su duración debe ser menor de 1 seg.
En la coordinación de aislamientos estas determinan las
características nominales de los descargadores y los niveles de
protección factibles. Puede ser amortiguada o débil-mente
amortiguada. Según la causa, su frecuencia puede ser distinta o igual
a la frecuencia de operación de la red.
Sobretensión Transitoria
Es de corta duración (algunos milisegundos), y muy amortiguada.
Puede estar seguida por una sobretensión temporal; en tal caso
ambas sobretensiones se analizan como sucesos separados.
Estas sobretensiones se dividen a su vez en:
 Sobretensión de frente lento
 Sobretensión de frente rápido
 Sobretensión de frente muy rápido
Sobretensión de Frente Lento
Oscilatoria, con un tiempo a la cresta comprendido entre 20 y 5000
μs, y un tiempo de cola igual o inferior a 20 ms.
Sobretensión de Frente Rápido
Unidireccional, con un tiempo a la cresta comprendido entre 0.1 y 20
μs, y un tiempo de cola igual o inferior a 300 μs.
Sobretensión de Frente muy Rápido
Generalmente oscilatoria, con un tiempo a la cresta inferior a 0.1 μs,
una duración total inferior a 3 ms, y oscilaciones de frecuencias de
hasta 100 MHz.
Sobretensión por Conexión y Desconexión (sobretensión
por maniobra)
Las sobretensiones de maniobra están asociadas a todas las
operaciones de maniobra o súbitas modificaciones en la topología de
la red eléctrica, tales como: energización y re-cierre de una línea, inicio
y despeje de fallas, rechazos de carga y establecimiento o interrupción
de corrientes capacitivas o inductivas. Así como también por
descargas atmosféricas sobre las líneas de transmisión en un punto
alejado a la subestación. Todos estos eventos provocan fenómenos
transitorios que se traducen en una onda de sobretensión que se
caracteriza por tener un frente de onda de algunas decenas a miles de
microsegundos.
Sus altas amplitudes están generalmente en el rango de 2 a 4 p. U.
Dependiendo mucho de los valores reales de diseño del sistema y de
los medios para limitarlos.
La forma de onda puede variar mucho pero puede ser representada
por una onda de algunos cientos a algunos miles de ciclos,
superpuesta en una onda a frecuencia industrial, o por una onda doble
exponencial con un tiempo de frente de 10 a 1000 us.
La Figura muestra la forma de onda típica de una Sobretensión de
Conexión y desconexión.
Además, este tipo de sobretensiones son de mayor magnitud que las
sobretensiones temporales.
Sobretensión por Descargas Atmosfericas
Son debidas a una descarga atmosférica, tienen una duración muy
corta y una amplitud que puede ser varias veces la tensión de pico
nominal.
La importancia de las sobretensiones atmosféricas crece conforme
disminuye la tensión nominal de los componentes afectados por el
rayo.
El valor de las sobretensiones que se pueden producir en una red de
distribución originadas por un rayo es tan elevado frente al valor de la
tensión nominal de la red que tanto el nivel de aislamiento de los
componentes como la selección y coordinación de protecciones se
realiza teniendo en cuenta el efecto de las sobretensiones
atmosféricas.
Un rayo puede originar una sobretensión que termine provocando un
fallo en la línea aérea afectada o que se propague por la línea y pueda
provocar una avería en algún otro equipo.
La aparición de una sobretensión de origen atmosférico en una línea
aérea puede ser debida a uno de los mecanismos siguientes
o La descarga cae sobre un cable de tierra o un poste, en ambos
casos una parte de la corriente del rayo termina propagándose a
tierra donde originará sucesivas reflexiones que pueden dar
lugar a una tensión superior a la rigidez dieléctrica del
aislamiento entre el poste y alguno de los conductores de fase
o La descarga cae sobre un conductor de fase debido a un
apantallamiento insuficiente del cable de tierra o a la inexistencia
de éste; se produce una falta si la onda de tensión supera la
rigidez dieléctrica del aislamiento
o La descarga cae en las cercanías de una línea aérea, pudiendo
inducir en ésta tensiones superiores al nivel de aislamiento.
Sin embargo, todavía existen muchos puntos sobre los que no hay un
conocimiento suficientemente preciso; probablemente, los más
importantes sean la propia naturaleza del rayo y los principales
parámetros que describen su comportamiento.
En fin en una subestación la incidencia de una descarga atmosférica
podría darse de dos maneras. La primera es considerar la caída del
rayo dentro del patio de la subestación afectando directamente a los
equipos y la otra es que el rayo incida sobre la línea de transmisión
asociada a la subestación, en cuyo caso, se forman olas de
sobretensión que se propagan a través de las líneas hasta alcanzar
los equipos. En la práctica, que una descarga atmosférica incida
dentro de la subestación es un evento muy poco probable, debido a
que su área de exposición es relativamente pequeña, además de tener
el sistema de apantallamiento.
¿Cómo se producen las sobretensiones?
1.
2.
3.
4.
A) y B) Descargas atmosféricas directas.
Descargas atmosféricas en lugares próximos.
Descargas atmosféricas en lugares alejados.
Sobretensiones de conmutación.
TENSIONES PICO DE FASE PARA SOBRETENSIONES
DESCARGADOR DE SOBRETENSIÓN
Un descargador es un dispositivo para llevar a tierra las descargas
eléctricas asociadas a los sobrevoltajes producidas por descargas
atmosféricas y por la operación de interruptores, eliminando así los
sobrevoltajes y evitando que dañen el aislamiento del equipo y las
instalaciones eléctricas.
Con el circuito eléctrico el cual protege, en condiciones normales, el
descargador debe comportarse como un aislador, al aplicarse un
sobrevoltaje de una cierta magnitud, debe convertirse en conductor.
Por último, al desaparecer ese sobrevoltaje, el descargador debe
convertirse de nuevo en aislador, interrumpiendo la corriente que se
ha establecido a través de él.
NIVELES DE AISLAMIENTO
 Para tensiones de 52 a 245 KV tensiones soportadas a la
frecuencia industrial y al impulso atmosférico.
 Para tensiones de 300 a 765 KV tensiones de impulsos atmosféricos
Cálculo de la coordinación de aislamiento
La coordinación empieza con la estimación de los diferentes tipos de
sobretensiones que someten a esfuerzo el aislamiento; a partir de este
dato los niveles de aislamiento pueden ser determinados por los
métodos convencionales o estadísticos.
FACTORES DE CORRECCIÓN DE LOS NIVELES DE
AISLAMIENTO
Debido al cambio de la densidad del aire por la altura sobre el nivel del
mar, es necesario corregir el aislamiento externo de los equipos para
así lograr una debida coordinación de aislamientos. Dicha corrección
se hace para alturas mayores a 1000 metros (a equipos sumergidos
en aceite no se les corrige por altura). Además las tensiones de flameo
sobre superficies aislantes cambian con la humedad relativa, lo cual
implica una corrección adicional a los niveles de aislamiento.
CONCLUSIÓN:
Sobretensión se puede definir como la Tensión anormal existente
entre dos puntos de una instalación eléctrica, superior al valor máximo
que puede existir entre ellos en servicio normal.
Sobretensión frecuencia nominal es la sobretensión entre fase y tierra
o entre fases en un lugar determinado de la red, de duración
relativamente larga y que no esta amortiguada, o solo lo esta
débilmente.
Sobretensión tipo maniobra es la sobretensión entre fase y tierra o
entre fases en un lugar determinado de la red debida a una maniobra,
defecto u otra causa y cuya forma puede asimilarse, en lo relativo a la
coordinación de aislamiento, a la de los impulsos normalizados
utilizados para los ensayos de impulso tipo maniobra.
Sobretensión tipo rayo es la sobretensión entre fase y tierra o entre
fases en un lugar determinado de la red debido a una descarga
atmosférica u otra causa y cuya forma puede asimilarse, en lo relativo
a la coordinación de aislamiento, a la de los impulsos normalizados
utilizados para los ensayos de impulso tipo rayo.
ANEXOS
Clases, formas de onda y tiempos característicos de sobretensiones
BIBLIOGRAFIA:
http://novella.mhhe.com/sites/dl/free/8448166973/572353/Pre
sentacion_autores_9788448166977.pdf
http://www.obobettermann.com/downloads/es/kataloge/uss_info_es.pdf
http://www.angelfire.com/nc2/misdocumentos/subestacion/d
atosycalculos.html
http://books.google.com.ec/books?id=GEAEm88Mc34C&pg=
PR9&lpg=PR9&dq=coordinacion+de+aislamiento,+sobretens
ion+por+conexion+y+desconexion&source=bl&ots=At1y6oz
04H&sig=tr9BK7V87WGlXWB1SknpI3sgPQE&hl=es&ei=MVN
eS_WRA4GYtgeLr5ykAg&sa=X&oi=book_result&ct=result&r
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