Nuevos equipos de protección de sobretensión en distribución

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 Nuevos Equipos de Protección de Sobretensión en Distribución, 2008 1  Resumen—Existen variados tipos de sobretensiones en sistemas de distribución, muchas de estas desconocidas para la mayoría de las personas, pero al conocerlas se puede determinar la forma de controlarlas mediante la introducción de nuevas tecnologías  Palabras claveProtección sobretensión, líneas de distribución, I. INTRODUCCION oy en día la protección de equipos se ha hecho fundamental, tanto en sistemas de distribución como en los de trasmisión y generación, por lo que ante eventuales sobretensiones en algunos de estos sistemas, causaría graves costos para las empresas de electricidad por los daños producidos tanto en dispositivos eléctricos o electrónicos, la mayoría de las fallas por sobretensión son causadas por sobretensión de origen interno, pero cabe señalar la existencia de otros tipos, a veces desconocidos para los consumidores, que si se llegan a determinar pueden reducir drásticamente los pagos asociados en siniestros y/o fallas en equipos. II. DEFINICIÓN Y CLASIFICACION DE SOBRETENSIONES Corresponden a tensiones anormales existentes entre dos puntos de una instalación eléctrica, las cuales tienen valores superiores a las normales de funcionamiento, produciendo daños de aparamenta (conjunto de aparatos utilizados en la maniobra, protección, medida, regulación y control de las instalacione s eléctricas) y en equipos generadores instalados. Existen sobretensiones temporales, las cuales pueden ser ocurridas entre fases y tierra, entre fases y en un lugar determinado de la red, de baja duración y que no esta Paper realizado para ser entregado el día 1º Diciembre, 2008. Este trabajo fue realizado para el ramo de Distribución Eléctrica, dictado para la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Diego Sepúlveda Undurraga, Estudiante Ingeniería Eléctrica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Cristian Tapia Ojeda, Estudiante Ingeniería Eléctrica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. amortiguada. Están también las sobretensiones normalizadas, las cuales son las de maniobra y tipo rayo, con estas se pueden evaluar el comportamiento de los elementos del sistema. Clasificación sobretensión Hablando sobre el origen de las sobretensiones, estas se pueden clasificar en:  A. Sobretensiones de origen externo: Debido a fenómenos atmosféricos, mas específicamente a descargas de atmosféricas (rayos), entre las nubes, entre tierra y nube, y el conductor. La mayoría de las veces afecta a las líneas aéreas, propagándose de forma longitudinal afectando a las espiras de los transformadores y generadores, o en forma transversal entre los conductores y tierra. Dependiendo de la zona geográfica, varia el grado de actividad eléctrica por lo que usa un índice denominado densidad anual de caída de rayos y como su nombre lo indica se deben a la caída directa o indirecta de rayos. Son menos ocurrentes que las que se producen p or maniobra, pero a la vez son más peligrosas, porque poseen mayores valores Peak y de alta energía.  a) Sobretensiones transitorias conducidas: El rayo corresponde a una descarga directa entre una nube y el suelo y también entre nubes. El rayo tiene las siguientes características: - Se generan tensiones, corrientes y potencias muy elevadas. Nuevos Equipos de Protección de Sobretensión en Distribución Diego Sepúlveda y Cristian Tapia,  Estudiantes, Escuela de Ingeniería Eléctrica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso  H

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Nuevos Equipos de Protección de Sobretensión en Distribución, 2008 1

 Resumen—Existen variados tipos de sobretensiones en

sistemas de distribución, muchas de estas desconocidas

para la mayoría de las personas, pero al conocerlas se

puede determinar la forma de controlarlas mediante la

introducción de nuevas tecnologías

  Palabras clave— Protección sobretensión, líneas dedistribución,

I.  INTRODUCCION

oy en día la protección de equipos se ha hechofundamental, tanto en sistemas de distribución como en

los de trasmisión y generación, por lo que ante eventualessobretensiones en algunos de estos sistemas, causaría gravescostos para las empresas de electricidad por los dañosproducidos tanto en dispositivos eléctricos o electrónicos, lamayoría de las fallas por sobretensión son causadas porsobretensión de origen interno, pero cabe señalar la existenciade otros tipos, a veces desconocidos para los consumidores,que si se llegan a determinar pueden reducir drásticamente lospagos asociados en siniestros y/o fallas en equipos.

II.  DEFINICIÓN Y CLASIFICACION DE SOBRETENSIONES

Corresponden a tensiones anormales existentes entre dospuntos de una instalación eléctrica, las cuales tienen valoressuperiores a las normales de funcionamiento, produciendodaños de aparamenta (conjunto de aparatos utilizados en lamaniobra, protección, medida, regulación y control de lasinstalaciones eléctricas) y en equipos generadores instalados.

Existen sobretensiones temporales, las cuales pueden serocurridas entre fases y tierra, entre fases y en un lugardeterminado de la red, de baja duración y que no esta

Paper realizado para ser entregado el día 1º Diciembre, 2008. Este trabajofue realizado para el ramo de Distribución Eléctrica, dictado para la carrera deIngeniería Eléctrica de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

Diego Sepúlveda Undurraga, Estudiante Ingeniería Eléctrica, PontificiaUniversidad Católica de Valparaíso.

Cristian Tapia Ojeda, Estudiante Ingeniería Eléctrica, PontificiaUniversidad Católica de Valparaíso.

amortiguada. Están también las sobretensiones normalizadas,las cuales son las de maniobra y tipo rayo, con estas se puedenevaluar el comportamiento de los elementos del sistema.

Clasificación sobretensión

Hablando sobre el origen de las sobretensiones, estas se

pueden clasificar en:

 A.  Sobretensiones de origen externo:

Debido a fenómenos atmosféricos, mas específicamente adescargas de atmosféricas (rayos), entre las nubes, entre tierray nube, y el conductor. La mayoría de las veces afecta a laslíneas aéreas, propagándose de forma longitudinal afectando alas espiras de los transformadores y generadores, o en formatransversal entre los conductores y tierra.

Dependiendo de la zona geográfica, varia el grado deactividad eléctrica por lo que usa un índice denominado

densidad anual de caída de rayos y como su nombre lo indicase deben a la caída directa o indirecta de rayos. Son menosocurrentes que las que se producen por maniobra, pero a la vezson más peligrosas, porque poseen mayores valores Peak y dealta energía.

 a)  Sobretensiones transitorias conducidas:

El rayo corresponde a una descarga directa entre una nubey el suelo y también entre nubes. El rayo tiene las siguientescaracterísticas:

- Se generan tensiones, corrientes y potencias muy elevadas.

Nuevos Equipos de Protección de Sobretensión

en DistribuciónDiego Sepúlveda y Cristian Tapia, Estudiantes, Escuela de Ingeniería Eléctrica,

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso 

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- Las nubes no se comportan como una superficieconductora homogénea

- Las cargas están en pequeñas gotas de agua suspendidas enel aire y se desplazan con lentitud

- Las descargas que se producen entre las nubes y suelo, en

su mayoría corresponden a descargas negativas, quiere decirque la descarga alcanzara los puntos donde el campo eléctricosea mas intenso, como por ejemplo los de radio de curvaturamás pequeño y más próximos al electrodo negativo.

Las tensiones que se generan entre las nubes durante latormenta alcanzan valores de hasta 100 [MV]. Los valores decorriente alcanzadas en cada descarga pueden alcanzar valoresde entre 20 y 60 [kA] y la duración de cada descarga puedevariar como un frente de onda de unos 3 [µs]. En la siguientefigura se mostrara una grafica de la corriente en función deltiempo durante una descarga.

Ondas de corriente de rayos sacadas de medidas experimentales

Los rayos que alcanzan directamente la línea generan unafuerte onda de potencial que se reparte por ambos lados de lalínea la cual es proporcional a la corriente que se desplaza porella y a la impedancia características de la línea.

Como ejemplo:

Si las tres fases son afectadas por una descarga directa, elpotencial generado será:

][6

*1 V 

 I  Z U  c=

 

Esta onda al alcanzar los primeros aisladores los rodeapasando una parte del frente a tierra a través de los podtesmetalicos, reduciéndose asi el potencial de U1 a un valor U2qu ees el valor de contorneamiento de la cadena de aisladores,por otra parte este ultimo valor de tensión produce un efectocorona bastante importante produciendo perdidasconsiderables.

 b)  Sobretensiones transitorias inducidas:

Por efecto de inducción electromagnética el impacto de unrayo sobre un objeto, léase antenas, árboles, pararrayos, etc.;

cercanos a alguna línea de distribución eléctrica o detelecomunicación, se transmiten corrientes transitorias por laslíneas provocando al igual que en las sobretensionesconducidas en equipos de carácter industrial y/o residencial.

.

 c)  Sobretensiones transitorias debidas al aumento de potencial de tierra

Corresponde a las descargas atmosféricas que no caendirectamente en la línea de transmisión, estas descargaspueden caer tanto en la torre como en el hilo de tierra. Alllegar la descarga al hilo de tierra, esta produce un frente quese mueve por ambos lados hasta llegar a las torres que las une.El potencial alcanzado por la torre depende de la corriente quecircule por ella y también de la impedancia que esta ofrezca, elcual corresponde a la impedancia de la torre más la

impedancia de tierra. Si el valor del potencial alcanzado esmuy elevado en la punta de la torre, este puede contornear lacadena de aisladores produciendo un arco inverso, el cualintroduce una onda que se desplaza por la línea con unaamplitud por lo menos igual a la tensión de contornamiento.Esta onda recorre la línea en los dos sentidos, amortiguándosea lo largo del tiempo.

La experiencia ha manifestado que si la descarga del rayocae en la torre, el 60% de la energía fluye por esta torre haciala tierra, y el resto recorre el hilo de tierra para repartirse porel resto de las torres. Mientras que si cae a mitad de dos torreses de suma importancia reducir al máximo las resistencias dela tierra de las torres, no escatimando en gastos cuando seanecesario.

 B.  Sobretensiones de origen interno:

Producido por maniobra voluntarias en la red,cortocircuitos, variaciones repentinas en el régimen de carga,etc. Estas producen generalmente variaciones en régimentransitorio de forma de onda oscilante.

 a)  Variaciones grandes y rápidas de las cargas de los generadores.

Producidas por interrupciones bruscas en las líneageneralmente, estas provocaran efectos de sobre velocidad yf.e.m inducida de los generadores, efecto que puede ser masperjudicial en el caso de que la falla se produzca lejos de lazona de generación (efecto de capacidad).

 b)   Interrupción brusca de la corriente de cortocircuito.

La apertura de un circuito bajo carga puede producir unefecto de sobre tensión pues la energía almacenada en elcircuito en forma de campo magnético, así, si en un instantedado se interrumpe una linea donde circula una corriente i, laenergía almacenada en la inductancia L será:

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Em=0.5*L*i2 

Si esta energía no se disipa como energía calorífica, ya se enun arco, o en resistencias habrá de almacenarse en lascapacidades a tierra, teniendo:

0.5*C*U2=0.5*L*i2 U=i*Zc.

 c)  Contactos con tierra de uno de los hilo de l línea.

De los estudios de cortocircuito se pueden obtener lassiguientes conclusiones:

- Elevación de tensión respecto a tierra de las fases sanas.- Elevación de tensión rápida del punto neutro respecta a

tierra.- Sistema formado por corrientes capacitivas se vuelve

asimétrico.- Se tienen tensiones de paso elevadas en los puntos de

derivación a tierra.

De las más peligrosas, corresponden las que se producen enforma intermitente, produciendo ondas oscilantes de doblefrecuencia, muy abruptas y que se propagan a lo largo de lalínea pudiendo duplicarse en los lugares con cambio deresistencia. Además estas ondas pueden reflejarse en el puntoneutro de un transformador si esta conectado en estrella,

duplicando de nuevo su potencial, así los devanados de untransformador pueden estar sometidos hasta a 4cuatro veces latensión nominal del sistema.

III.  PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS DE SOBRETENSIONES.

Para el estudio de propagación de las líneas de transmisión,se considera las líneas como circuito eléctrico de parámetrodistribuidos, estos parámetros son resistencia (R), inductancia(L), conductancia (G) y capacidad (C).

Esquema equivalente de una línea con parámetros distribuidos

Considerando un alinea ideal sin perdidas, inicialmentedescargada, se le aplica una tensión continua constante U. Enese mismo instante comenzara a circular una corriente i por lainductancia L1, cargándose el condensador C1, luego pasara lacorriente por L2, cargando C2, y así sucesivamente hasta llegaral finad de la línea.

Propagación de las ondas de corriente y tensión en una línea

 A.  Velocidad de propagacion e impedancia de onda.

Corresponde a la velocidad con que la tension viaja por lalinea cargando los condensadores con una corriente i la cualviaja a la misma velocidad.

Análisis de la obtención de velocidad:

El flujo total concatenado por los conductores de la línealuego de haber avanzado una distancia x desde el origen vienedado por la formula:

Φ=La*x*i.Siendo:

La= inductancia por unidad de longitud.i= corriente que circula por la línea.

La onda se desplaza por la línea con una velocidad v=dx/dt,después de un tiempo dt, el flujo aumento en:

dΦ=La*i*dx.

La tensión inducida en la línea es:

E=- dΦ /dt=- La*i*v.

Al asumir que no hay perdidas ohmicas, se verificara que:

U+E=0

Por lo tanto:U= La*i*v.

La corriente que circula por la línea vienen dado por laformula:

i=C*u*v.

Multiplicando las formulas de tensión (u) y corriente (i)obtenidas anteriormente, y luego despejando para la velocidad(v) se obtiene:

v=1/ √(La*C).

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Se puede entender con esta expresión que la velocidad depropagación es independiente de la forma de la onda y quesolo depende de los parámetros de la línea.

La impedancia natural o característica de la línea entre dos

conductores en el aire es:

Zc=120*Ln(d/r)

Con:

d=distancia entre los conductores.r=radio correspondiente al conductor.

Y entre un conductor y tierra:

Zc=60*Ln(2h/r)

En las siguientes tablas se mostraran los valores de algunasimpedancias características según los niveles de tensiones:

I VALORES DE LA IMPEDANCIA CARACTERISTICA DE LAS LINEAS AEREAS, ENTRE CONDUCTORES, Y ENTRE CONDUCTOR Y TIERRA 

II VALORES DE LA IMPEDANCIA CARACTERISTICA EN CABLES, ENTRE

CONDUCTORES, Y ENTRE CONDUCTOR Y TIERRA 

 B.   Reflexión de las ondas de tensión.

a)   Línea abierta en su extremo.

Como se describió anteriormente, la corriente ha medidaque avanza carga la capacidades elementales de la línea hastael valor de tensión u, y luego pasa a través de la inductanciahacia la próxima capacidad para cargarlo y a si sucesivamentehasta el final de la línea. Sin embargo al llegar al final y noencontrar mas línea por estar abierta, y la corriente por elultimo elemento de la inductancia no puede anularse por laenergía que este tienen almacenada magnéticamente, setransfiere a la ultima capacidad cargada de la línea, por lo

tanto la tensión alcanzada en dicho elemento corresponde a 2u,este proceso continua de izquierda a derecha aumentando las

tensiones al doble en cada tramo, este fenómeno se representacomo que la onda sufriera una reflexión al final de la línea.

b)   Línea cortocircuitada en su extremo.

Para este caso el ultimo elemento de la línea no puedecargarse por estar el extremo cortocircuitado por lo que lacorriente se devuelve por la línea de retorno, con esto loscondensadores posteriores al ultimo elemento comienzan adescargarse aumentando así la magnitud de la corriente deretorno hasta un valor de magnitud de 2i, y anulándose latensión desde su extremo.

c)   Línea con una impedancia terminal.

Par el caso de que exista una resistencia pura al final de lalínea se tendrá que la tensión reflejada tendrá el valor:

c

cir 

 Z  R

 Z  Ruu

+

−= *  

K uu ir  *=  

Se puede ver que la relación entre la tensión reflejada y latensión incidente depende de la constate K<1. Es decir , ambastensiones tienen la misma forma.

Para otros casos, si R es menor que Zc la onda reflejada seráde signo negativo y se restara a la onda incidente. Si R esmayor que Zc, la onda reflejada será del mismo signo que laonda incidente.

Como casos particulares:

a) R=∞, (línea en vacío) se obtiene ur=ui.b) R=0, (línea en cortocircuito) se obtiene ur=-ui.c) R= Zc, ur=0, no existe onda reflejada.

IV.  DISPOSITIVOS DE PROTECCION PARA SOBRETENSIONES Y

COORDINACIÓN DE AISLAMIENTOS.

 A.   Dispositivos de protección.

Se sabe que los dispositivos de protección deben controlarsede forma rápida antes de que dañen tanto aislamientos comodispositivos instalados en el sistema, debido a esto es que losrelé de sobretensión fallan en este acometido debido a sutiempo de operación relativamente lentos (10 ms.).

Se pueden exponer básicamente tres dispositivos de

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protección:

- Explosores de varilla.- Pararrayos.- Descargadores de sobretensión.

a)   Explosores.

Conformado por dos electrodos metálicos uno frente delotro, de los cuales uno esta, en la mayoría de las veces,conectado a tierra para dirigir la sobretensión a ella. La tensióncrítica del arco depende de la distancia de los electrodos, de laforma de onda y de su polaridad.

b)  Pararrayos.

(1)  Pararrayos a expulsión

Explosores dotados de un gran poder de ruptura, estánconstituidos por un tubo aislante T en cuyo interior seencuentra los electrodos de un explosor E1, con un nivel detensión crítica de arco bien definido. Otro cilindro C rodea eltubo aislante y forma el electrodo de un explosor exterior,constituido por el cilindro y un vástago unido a una masa.

El tubo aislante esta constituido por un material que sevolatiliza con la acción del calor, el cual se produce con el

arco, estos gases producidos en gran abundancia ayuda alimitar la acción del arco debido a su poca conductividad.

(2)  Pararrayos de óxidos metálicos (ZnO)

Como ventajas se puede desprender que se puede prescindirde los explosores y de las resistencias y condensadores enparalelo ya que su coeficiente de no-linealidad es superior a unpararrayo con explosores, también tiene la posibilidad de

conocer su envejecimiento midiendo la corriente resistiva ypermiten una disminución de la posibilidad de explosión del

pararrayo.

La sobretensión permanente entre los bornes debe sersiempre menor a igual a MCOV, mientras que lassobretensiones temporales deben ser limitadas y estar siempre

dentro de las especificaciones del fabricante.

La característica V-I puede ser dividida en 3 regiones:

Región 1: I < 1 mA, fundamentalmente capacitiva; el valorMCOV (máxima tensión de servicio continuo) del pararrayoses seleccionado en ésta región

Región 2: 1 mA < I < 2 kA, fundamentalmente resistiva; esla zona de sobretensiones temporales (TOV) y de maniobra

Región 3: I = 1 ∻ 100 kA, el pararrayos se comporta como

una resistencia.

c)   Descargadores de sobretensión.

Están constituidos por explosores múltiples conectados enserie a una resistencia cuya magnitud depende de la tensiónaplicada. Esta resistencia tiene una característica tensión -corriente dada por:

I=k*U1/ α 

Con los valores de α comprendidos entre 0.15 y 0.5.

El explosor 1 se regula para que no existan arcos portensiones dinámicas máximas de la red producida porfenómeno interno del sistema entre conductor y tierra.

Para tensione sobre los 20 kV, se utilizan dos descargadoresen serie, y para tensiones superiores a 60 kV, se utilizandescargadores con un anillo de guarda para ajustar su tensiónde actuación.

En la siguiente figura se observan las características deprotección de los descargadores que se suelen colocar al final

de una línea aérea en una subestación. Como ejemplo, parauna sobretensión de 1000 kV, para un descargador de 110 kV,esta queda reducida a 340 kV en la subestación.

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Características de protección (-) y nivel de protección (- ·-) de descargadoresde sobretensión (AEG).1: Característica de protección para 110 kV2: Nivel de protección (415 kV) para la serie 110 (tensión 110 kV)3: Nivel de choque inferior (550 kV, 1/50 µs) para la serie 110

4: Nivel de choque superior (630 kV, 1/50 µs) para la serie 110, (- - -), (Um1 =Tensión en la subestación, Um1 = Tensión en la línea).

La tensión dinámica mencionada anteriormente esta medidaen valor eficaz y depende de la posición del neutro de la red,según este unido a tierra directamente o a través de unaresistencia.

En redes perfectamente reguladas, si el neutro esta unidodirectamente a tierra por medio de una impedancia losuficientemente baja para que se de que Z0<3*Z2, se puedeadmitir que:

Ud=0.8*Ul 

Con:

Ud: Tensión dinámica de máxima de la red.Ul: Tensión de la línea.

En el caso que el neutro de la red este aislado, o, esteconectado a tierra por una impedancia elevada se tiene que:

Ud=Ul 

Cuando aparece una sobretensión externa, talque cargue elexplosor a través del arco y de las resistencias propias Re y dela puesta a tierra Rt, la línea queda unida a tierra, mandandohacia la tierra la sobrecarga que acompaña a la onda.

La tensión en los bornes del pararrayo queda limitadaentonces por:

Ue=(Re+Rt)*it 

Una vez pasada la onda de sobretensión, la tensión normal dela línea determinara en el pararrayo el paso de una corriente de

fuga, cuyo valor dependerá de los valores de resistencias

nombradas en la formula anterior.

El pararrayo de asegurar n eliminar el paso de esta corrienteen el menor tiempo posible después de descargada la línea,para esto será necesario que la resistencia que ofrezca el

pararrayos sea elevada para que la potencia cedida por la redsea pequeña. Por otra parte la tensión en bornes del pararrayodebe quedar por bajo las tensiones nominales d los elementospor el protegido, para esto Re no debe tener valores muyelevados.

Como ejemplo, un pararrayo de resistencia variable,también llamados como limitadores de efecto valvular, odescargadores de sobretensión, están formados por unacantidad de explosores y de elementos resistentes montadas enseries y colocadas en un cuerpo cilíndrico de porcelana en elinterior. Cada explosor esta conectado en paralelo con una

resistencia y un condensador para mantener la tensión de cargadel pararrayo más estable y así favorecer la extinción de lacorriente de fuga.

En la siguiente figura se muestra el comportamiento de estepararrayo ante un frente de choque.

Comportamiento de un descargador sobretensión AVT (AEG) ante una ondade choque1: Tensión sin descargador2: Nivel sin descargador según VDE3: Tensión en el descargador, Uas = Tensión de cebado del descargador y Ur =Tensión residual del descargador

Parámetros más importantes que definen a un pararrayos:

- Corriente de fuga: corriente que mantiene la tensión de lared cuando la tensión de descarga ha pasado.

- Tensión de excitación del arco: Valor mas elevado de detensión de servicio que interrumpe la corriente de fuga.

- Tensión residual: Valor máximo de tensión entre bornesdel pararrayo durante el paso de la corriente de descarga.

- Poder de descarga nominal: Valor máximo de corriente dedescarga, bajo el cual la tensión en bornes de pararrayos nosobrepasa lo especificado.

- Poder de descarga máximo: Valor de la corriente de breve

duración y de mayor amplitud que el pararrayo deja pasar un

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cierto número de veces sin que produzca daños ni averías enél.

- Líneas de tierra superior: Hilos colocados por sobre laslíneas aéreas de alta y muy alta tensión para protegerlas de las

sobretensiones de origen atmosféricos. Según la franja queabarcan estos hilos se disponen se uno o de dos hilos, que vanconectados a tierra a través de las masas metálicas de lastorres.

La zona de protección óptima de estos hilos se muestra en lasiguiente figura, mostrando así que la altura debe estar dadapor:

h=1.75*d

Esta altura puede limitarse si se emples dos líneas de tierra,

asi com se muestra en la siguiente figura.

Las líneas de tierra deben estar conectadas a tierra porconductores de muy pequeñas resistencia para evitar arcos deretorno sobre las líneas.

 B.  Coordinacion de aislamientos.

La coordinación consiste básicamente en establecer unacorrelación necesaria entre las resistencias de aislamientos delmaterial eléctrico y las características de los dispositivos deprotección.

La sobretensión de origen interno se puede reducirdisponiendo de forma adecuada los elementos que constituyenla instalación. Por lo tanto la coordinación de aislamientos setiene en consideración solo para sobretensiones de origenatmosféricos. Con esto, en las estaciones transformadorashabrá que establecer una valor conveniente para el valormínimo de aislamientos, cuanto mayor sea este numero, menorserán las interrupciones, pero mayor serán los costos, yviceversa.

Para elegir el valor mínimo de aislamiento se debe

considerar que el valor de tensión de choque se reducirá a lamitad o menos al cabo de 50 µs, además la experiencia nosdice que la mayoría de las veces la tensión de descargasuperficial difiere poco de la tensión de respuesta de choquedel 50% (tensión de onda normalizada con una amplitud talque de cada 10 choques se producen 5 contornamientos), porlo tanto basar la coordinación del aislamiento en este valor detensión de choque parece justificado.

Para localizar las descargas superficiales o contornamientosinevitables se debe realiza tres niveles diferentes deasilamientos, uno para todo el material, otro, inferior, para los

lugares donde se producirán los contornamientos, y otro nivelintermedio, que es necesario que actúa como reserva para el

caso de que un dispositivo de protección fallara, la descargano se produzca en el mismo material y lo dañe.

En resumen:

Un nivel mínimo: formado por pararrayos o descargadoresde sobretensión.

Un nivel intermedio: por aisladores o distancia deseparación en el aire.

Un nivel máximo: aislantes sólidos y líquidos en el interiorde transformadores y aparatos, etc.

Para la coordinación entre líneas y estacionestransformadoras, existen dos soluciones posibles:

a) Aislar la línea débilmente con respecto a las estaciones,así no estarán sometidas a sobretensiones críticas.

b) Aislar fuertemente las líneas para tener así pocasperturbaciones y dejar que se produzcan contornamientosinevitables en las estaciones o antes de ellas.

En la practica se utiliza la opción b) pues las sobretensionesse amortiguan rápidamente, así en las estaciones son menoselevadas.

V.  NUEVOS EQUIPOS DE PROTECCION DE SOBRETENSION EN

DISTRIBUCION 

a)  Pararrayos.

(1)  Pararrayos a expulsión

Pararrayos J9200-1, JOSLYN Manufacturing Co.

Características Eléctricas

Máximo Frente de Onda Disruptiva (V)  4100V Máximo 60Hz S Disruptivo (Vrms)  2300V *10kV/ µs tasa de incremento.Los pararrayos cumplen con todos los estándares aplicables de: ANSI, NEMAy del IEEE.

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Nuevos Equipos de Protección de Sobretensión en Distribución, 2008 8

(2)  Pararrayos de óxidos metálicos (ZnO)

La goma siliconada UltraSIL experimentó una gran cantidad

de pruebas para encontrar su mejor configuración, vida útil,resistencia a la humedad, rayos UV, cargas mecánicas,cambios de temperatura, agentes químicos, etc.

HB Sistemas Eléctricos

b)   Descargadores de sobretensión.

- Descargadores con envolvente de polímero PEXLIM

Ventajas

El descargador PEXLIM al poseer envoltura de silicona tienelas siguientes ventajas:

- Su poco peso.

- Resistencia a la contaminación y cortocircuitos.- Áreas con tendencia a los movimientos sísmicos- PEXLIM está equipado con discos de óxido metálico

ABB, caracterizados por resistencia a altas energías, susexcelentes características de protección y su larga duración.

PEXLIM es el componente principal del conceptoPEXLINKTM para protección de las líneas de transmisión.

- Descargadores con envolvente de porcelana, EXLIM ZnO

Dada la antigüedad de su uso la tecnología EXLIM ZnOposee un gran respaldo sobre el resto de los descargadores.Funcionan en casi todos los terrenos y condiciones extremasde temperatura(-50 °C) y (+50 °C) y condiciones ambientales,heladas y contaminación por arena.

Al igual que la tecnología PEXLIM, ésta resistemovimientos sísmicos.

También resiste altos grados de salinidad ambiental.

HS PEXLIM

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Solución de descargador con envolvente de polímerosilicona para aplicaciones de alta resistencia mecánica.

Este descargador es usado para zonas donde existe altacarga mecánica, superior a los casos anteriores, en especial, ensistemas de tensión superior a 420 kV..

- Descargador de sobretensión Y10C-15

Descargador MWM Fujian Y10C-15, Flores y Kersting

VI.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

 A.  Para proteger dispositivos de distribución, tanto de

media como de alta tensión, se deben considerar, todos los

efectos climatológicos, atmosféricos, ambientales y sísmicos

del entorno

 B.   En la actualidad los dispositivos mas usados siguen

siendo los pararrayos de oxido metálicos y descargadores

de sobretensión, por las necesidades de protección de altas

cantidades de energía.

C.   La puesta a tierra en sistemas de potencia se hace de

vital importancia para poder restringir los valores de

sobretensiones debido a una falla de origen atmosférico,

sobre todo las tierras que se ubican en las torres de alta

tensión.

VII.  BIBLIOGRAFIA 

a) “Centrales eléctricas III”, Ángel Luis Orille Fernández,Primera Edición, 1993b)  www.abb.cl c) www.mercantil.cl/maquetas/comerciallibra/Catalogo%20General%20de%20Pararrayos%20Joslyn%20Espa%C3%B1ol_.pdf  d)  “Protección de sobretensiones en sistemas de distribuciónde baja tensión”, Yuri Alexis Rizo Delgado, 2005e) www.schneider-electric.cl