SELECCION DE DPS’s Durante la selección del DPS se deben tener en cuenta los siguientes parámetros: a) Tensión del sistema y nivel de aislamiento. b) Conexión de puesta a tierra del sistema (coeficiente de puesta a tierra) o relaciones de 𝑋0 /𝑋1 y 𝑅0 /𝑋1 (determinación de las máximas sobretensiones en fases sanas para fallas a tierra). c) Magnitud de la corriente de descargas atmosféricas (promedio). d) Corrientes de cortocircuito del sistema. PROCEDIMIENTO PARA LA SELECCIÓN DE DPS • Determinar la corriente nominal de descarga y tipo de DPS a implementar. Se debe estimar teniendo en cuenta la máxima sobretensión procedente de una línea y debida a la caída de un rayo en ella; contemplando también la característica tensión-corriente propia del equipo. Se recomienda la implementación de DPS con las siguientes características (con forma de onda 8µs/20µs): • Transformadores tipo poste: Corriente nominal de descarga de 10 𝑘𝐴 tipo ciclo pesado o IEC clase 1. • Transformadores tipo pedestal: Corriente nominal de descarga de 5 𝑘𝐴 tipo ciclo ligero. • Derivaciones de red y transiciones aérea-subterránea: Corriente nominal de descarga de 10 𝑘𝐴 tipo ciclo pesado o IEC clase 1 para derivaciones y tipo ciclo de transición (Riser pole) para transiciones aéreasubterránea. • Secundario de los transformadores con tensión serie 1.2 𝑘𝑉: Corriente nominal de descarga de 5 𝑘𝐴 tipo ciclo ligero. • Selección de la máxima tensión continua de operación (MCOV). 𝑴𝑪𝑶𝑽 = 𝑽𝒎 𝟑 = 𝑽𝒏 ∗ 𝟏, 𝟏 𝟑 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 1 DONDE: El factor de 1.1 se deriva de la máxima regulación de tensión permitida por normativa en el sistema eléctrico colombiano. 𝑽𝒎 : Es la tensión máxima del sistema. 𝑽𝒏 : Es la tensión nominal del sistema. • Determinar sobretensión temporal durante falla a tierra (VTG). 𝑽𝑻𝑮 = 𝑬𝑳𝑮 ∗ 𝑴𝑪𝑶𝑽 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 2 DONDE: 𝐸𝐿𝐺 : Es el factor de falla a tierra que depende de la relación 𝑋0 /𝑋1 y 𝑅0 /𝑋1 (impedancias de secuencia cero y positiva), que se presenta en la siguiente tabla. Sobretensión fase-tierra debido a una falla monofásica de acuerdo con el régimen de conexión del neutro Sistema Magnitud de la sobretensión sobre la tensión fase-tierra nominal de sistema, 𝑬𝑳𝑮 Tres cables con alta resistencia a tierra o sistemas en delta 1,73 Cuatro cables con baja resistencia y múltiple conexión a tierra 1,25 Cuatro cables con alta resistencia y múltiple conexión a tierra 1,35 Tres cables con baja resistencia a tierra y puesto a tierra en los extremos 1,4 Nota: Para las redes de distribución de energía se consideran sistemas con alta resistencia a tierra los que presenten valores mayores a 20 Ω y con baja resistencia a tierra los que tengan valores iguales o menores a 20 Ω • Selección de otra máxima tensión continua de operación calculada por la capacidad de sobretensión temporal del DPS (MCOV2). 𝑴𝑪𝑶𝑽𝟐 = 𝑽𝑻𝑮 𝑲𝒕 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 3 DONDE: 𝑲𝒕 : Es la capacidad de sobretensión temporal del DPS expresada como múltiplo de la máxima tensión continua de operación durante el tiempo de duración de la sobretensión temporal (TOV). La duración de la sobretensión temporal generada por una falla línea tierra, depende del sistema objeto de estudio y los equipos de protección asociados a este. En la tabla a continuación, se presentan los valores de referencia de duración de la sobretensión. Valores de referencia de duración de la sobretensión Sistemas con neutro aterrizado Sistemas con neutro aislado Protección de línea 0,2 s Sin despeje de falla a tierra 3h Protección de respaldo 1s Con despeje de falla a tierra 4s El valor mínimo de tensión continua de operación seleccionado debe ser el valor máximo entre 𝑀𝐶𝑂𝑉 y 𝑀𝐶𝑂𝑉2 . Este se debe aproximar al valor normalizado de 𝑀𝐶𝑂𝑉 inmediatamente superior del fabricante de DPS. • Cálculo de la disipación de energía por sobretensión de maniobra. La capacidad de disipación de energía se debe verificar solamente para los DPS tipo intermedio y estación. Los DPS absorben y disipan la energía generada por las sobretensiones de maniobra. La cantidad de energía disipada por un DPS depende de magnitud y forma de la sobretensión, la impedancia del sistema, la topología del circuito, las características del dispositivo de protección contra sobretensiones y el número de operaciones (eventos sencillos o múltiples). La energía debido a maniobras de energización y recierre de líneas de transmisión se puede estimar aproximadamente a partir de la siguiente ecuación: 𝟐 ∗ 𝑫𝑳 ∗ 𝑬𝑨 ∗ 𝑰𝑨 𝒗 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 4 𝑱= DONDE: 𝐸𝐴 : Es la tensión de descarga por maniobra del DPS (en KV) para 𝐼𝐴 . 𝐼𝐴 : es la corriente de descarga por maniobra (en KA). 𝐷𝐿 : es la longitud de la línea (en Km). 𝑣: es la velocidad de la luz, 300 km/ms. En este cálculo se asume que la línea entera se carga con una sobretensión de maniobra esperada (que se presenta en el punto de conexión del DPS) y se disipa a través del dispositivo de protección contra sobretensiones durante dos veces el tiempo de propagación del impulso a través de la línea. La tensión y corriente de descarga se relacionan con la siguiente ecuación: 𝐼𝐴 = (𝐸𝑆 − 𝐸𝐴 ) 𝑍 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 5 DONDE: 𝐸𝑆 : Es la sobretensión de maniobra esperada (en KV). 𝑍: Es la impedancia monofásica de la línea durante la sobretensión (en ohmios). La estimación de la energía a disipar por el DPS se puede realizar por medio de un procedimiento iterativo, en el que se obtengan los límites inferior y superior de J en función de 𝐸𝑆 variando 𝐷𝐿 , 𝐸𝐴 y 𝑍. Los valores asumidos para 𝐸𝐴 e 𝐼𝐴 deben variar dentro de parámetros razonables, por lo que se recomienda consultar catálogos de fabricantes antes de realizar el proceso iterativo. • Evaluación de la coordinación. La coordinación del aislamiento del DPS con el equipo a proteger consiste en verificar que el resultado de las siguientes ecuaciones sea mayor a 1.2. 𝑷𝑹𝑳𝟏 = 𝑪𝑾𝑾 𝑭𝑶𝑾 + 𝑽𝒍𝒆𝒂𝒅 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 6 𝑷𝑹𝑳𝟐 = 𝑩𝑰𝑳 𝑳𝑷𝑳 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 7 DONDE: 𝑃𝑅𝐿1 : Relación de protección por frente de onda. 𝑃𝑅𝐿2 : Relación de protección por onda de impulso. 𝐶𝑊𝑊: Nivel de aislamiento por onda recortada del equipo a proteger. 𝐹𝑂𝑊: Tensión residual al impulso tipo maniobra del DPS seleccionado (dato suministrado por el fabricante). 𝐵𝐼𝐿: Nivel básico de aislamiento del equipo a proteger. 𝐿𝑃𝐿: Tensión residual al impulso tipo rayo del DPS seleccionado (dato suministrado por el fabricante). 𝑉𝑙𝑒𝑎𝑑 : Tensión en los conductores de conexión del DPS. La tensión en los conductores de conexión se calcula a partir de la siguiente ecuación: 𝐕=𝑳 𝒅𝒊 𝒅𝒕 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 8 DONDE: 𝐿: Es la inductancia del conductor de conexión del DPS 𝒅𝒊 𝒅𝒕 ∶ Es la tasa de crecimiento de la corriente durante un evento Se recomienda asumir los siguientes valores típicos para sistemas de distribución: 𝑳 = 𝟏. 𝟑 µ𝑯/𝒎 𝒅𝒊 = 𝟐𝟎 𝒌𝑨/µ𝒔 𝒅𝒕 CORRECCIÓN DEL BIL DEL DPS POR ALTURA El nivel básico de aislamiento del DPS debe ser siempre mayor o igual al del equipo a proteger. Cuando el sistema opere a alturas por encima de los 1000 𝑚. 𝑠. 𝑛. 𝑚 se debe aplicar un factor de corrección al valor del BIL de la envolvente del DPS suministrado por el fabricante. Los factores de corrección se presentan en la tabla a continuación. Altura [m.s.n.m] Factor de corrección ≤ 1000 1,00 1200 0,98 1500 0,95 1800 0,92 2100 0,89 2400 0,86 2700 0,83 3000 0,80 3600 0,75 4200 0,70 4500 0,67
