La aparamenta de MT está diseñada para resistir las solicitaciones dieléctricas de onda de choque y frecuencia industrial para sus niveles de aislamiento asignados según las normas internacionales y nacionales (IEC - 298, UNE EN 60298).
Según su exposición a la intemperie o la protección de aislamiento contemplado contra ella, se habla de aislamiento exterior o interior. La resistencia eléctrica de la envolvente exterior depende de las características del aire libre que la rodea (densidad del aire, humedad, etc.)
Con mayor altura sobre el nivel del mar disminuye la densidad del aire y con ello su resistencia eléctrica, debiéndose considerar esta particularidad al dimensionar el aislamiento de los equipos que van a ser instalados en alturas superiores a los 1000 m. sobre el nivel del mar. La desclasificación o corrección mediante un factor de altitud se refiere bien a la tensión nominal o bien al poder de aislamiento del equipo en cuestión.
En la práctica se puede calcular esta desclasificación, siempre que tengamos en cuenta los siguientes conceptos:
1 Nivel de aislamiento.
El nivel de aislamiento asignado se define por la aptitud del equipo para resistir las solicitaciones dieléctricas ocasionadas por:
- La frecuencia industrial; esto es, la tensión alterna a una frecuencia de 50 Hz (ó 60), durante un minuto, sin que se produzcan descargas disruptivas (cebados o contorneos).
- La onda de choque “tipo rayo”; que es un brusco impulso de tensión, de polaridad positiva o negativa, de tiempo de subida 1,2 microsegundos, y un tiempo de amortiguamiento a la mitad de su amplitud de 50 microsegundos. En el ensayo se aplican 15 impulsos a polaridad positiva, y otros 15 de polaridad negativa, no pudiendo producirse más de dos cebados en cada serie.
Cada nivel de aislamiento se designa por el valor de la “tensión más elevada de la red para la que está prevista la aparamenta”. Naturalmente, el valor de la tensión de servicio ha de ser menor o igual que el nivel de aislamiento. Los valores de la Tabla 1 definen cada nivel de aislamiento:
Tensión asignada más
elevada de la red.
(kV)
|
Tensión asignada
soportada a los impulsos tipo rayo (valor de cresta).
(kV)
|
Tensión asignada
soportada a frecuencia industrial (valor eficaz).
(kV)
|
|
Lista 1
|
Lista 2
|
||
3,6
|
20
|
40
|
10
|
7,2
|
40
|
60
|
20
|
12
|
60
|
75
|
28
|
17,5
|
75
|
95
|
38
|
24
|
95
|
125
|
50
|
36
|
145
|
170
|
70
|
Tabla 1: Niveles de aislamiento nominales para materiales de 1 a 52 kV
Podemos ver que para nivel de aislamiento (p.ej. 24 kV), se define un único valor de resistencia al ensayo de frecuencia industrial (50 kV), y dos valores para la resistencia a onda de choque, Lista 1 (95 kV), y Lista 2 (125 kV). Estas dos categorías de resistencia a la onda de choque son las que tradicionalmente se han conocido como “aislamiento reducido” (lista 1), y “aislamiento pleno” (lista 2).
El Reglamento de Alta Tensión (RAT) define claramente las condiciones de utilización de los equipos que respondan a las prestaciones de Lista 1 y Lista 2 en los puntos 1.1.3 y 1.1.4 de la Instrucción Técnica Complementaria ITC 12. Como breve resumen, y sin pretender entrar en todo el detalle y la casuística que aborda el Reglamento, el material que tan solo cumple Lista 1 se puede instalar únicamente:
- En redes e instalaciones no conectadas a líneas aéreas, cuando el neutro del sistema está rígidamente puesto a tierra, puesto a tierra a través de una impedancia pequeña comparada con una bobina de extinción, o puesto a tierra por una bobina de extinción.
- En redes e instalaciones conectadas a líneas aéreas a través de transformadores, cuando el neutro del sistema está rígidamente puesto a tierra, puesto a tierra a través de una impedancia pequeña comparada con una bobina de extinción, o puesto a tierra por una bobina de extinción. En estos casos, puede ser necesaria la instalación de pararrayos autovalvulares para la protección contra sobretensiones.
- En redes e instalaciones conectadas directamente a líneas aéreas, cuando el neutro del sistema está rígidamente puesto a tierra, puesto a tierra a través de una impedancia pequeña comparada con una bobina de extinción, o puesto a tierra por una bobina de extinción. En estos casos es necesaria una protección adecuada contra las sobretensiones por medio de pararrayos correctamente dimensionados.
En todos los demás casos (neutro aislado, impedante, etc.), o cuando sea necesario un alto grado de seguridad, se utilizará el material correspondiente a la Lista 2.
2 Corrección de nivel de aislamiento debido a la altitud.
Como hemos indicado anteriormente, la aparamenta se puede utilizar sin corrección de nivel de aislamiento hasta los 1000 m de altitud sobre el nivel del mar.
Por encima de este nivel es necesario:
- Bien utilizar un aparato de un nivel de tensión asignada superior (36 kV para red de 24 kV, por ejemplo).
- Bien utilizar (si la Reglamentación lo admite y es aceptado por el usuario) el material de Lista 2 como material de Lista 1
- O bien utilizar equipos de aislamiento integral en SF6 (GIS), que no se ven afectados por el enrarecimiento del aire, al no utilizarlo como aislante.
2.1 Procedimiento de corrección
2.1.1 Cálculo del coeficiente K:
m = coeficiente de corrección de la densidad del aire y de la humedad = 1 para la tensión de choque
b0 = presión atmosférica de referencia = 90 kPa para una altura de 1000 m (s.n.m.).
b = (presión atmosférica) donde el descenso en función de la altitud es:
Altitud
|
1000 m
|
2000 m
|
3000 m
|
4000 m
|
5000 m
|
Presión
atmosférica (kPa)
|
90
|
80
|
70
|
60
|
50
|
Tabla 2: Presiones atmosféricas en función de la altitud (kPa)
t = temperatura donde el descenso aproximado en función de la altura es igual a 6º C para 1000 m
2.1.2 Ejemplo: Cálculo del coeficiente k para una altura de 2400 m.-
2.1.3 Tensiones de ensayo:
2.1.3.1.- Tensión de Choque.- k = 1,150 (m =1)
Aparamenta – 1000 m (24 kV) ® 125 kV
Tensión de choque 2400 m = 125 · 1,150 = 143,75 kV
2.1.3.2.- Tensión inducida a frecuencia industrial (50 Hz) (con m = 1)
Aparamenta – 1000 m (24 kV) ® 50 kV
Tensión de aislamiento a frecuencia industrial 2400 m = 50 · 1,150 = 57,5 kV
Por consiguiente, el aislamiento de la aparamenta debe resistir una tensión de choque de 143,75 kV y una tensión alterna de ensayo de 57,5 kV, siempre que estos ensayos se realicen en laboratorios situados a menos de 1000 m sobre el nivel del mar.
2.1.3.3.- Tensión nominal
Aparamenta – 1000 m = 24 kV
Aparamenta 2400 m = 24 · 1,150 = 27, 6 kV
La aparamenta para emplazamientos a 2400 m de altitud deben haber sido dimensionadas para Un = 36 kV.
2.2 Caso particular de Transformadores
Los transformadores en baño de aceite, en cuanto a su aislamiento, son insensibles a la atmosfera exterior al estar protegidas sus partes activas por una envolvente (cuba) llena de aceite aislante, quedando bajo la influencia del medio ambiente los aisladores, estos sí deberán tener la resistencia eléctrica (línea de fuga) necesaria y suficiente que corresponda a la altura de la instalación según lo indicado anteriormente. Sin embargo, la disminución de la densidad del aire debida a la altura repercute en su calentamiento, debiendo desclasificarse, por este motivo, de la forma siguiente, según IEC 60076-2:
- Para transformadores con refrigeración natural (..AN) el límite de calentamiento medio de los arrollamientos deberá reducirse en 1 K para cada intervalo de 400 m en los que la altitud de la instalación supere los 1000 m (s.n.m.).
- Para transformadores con refrigeración forzada (..AF) la reducción debe ser de 1 K por cada 250 m (s.n.m.).
Para los transformadores secos encapsulados en resina, la norma IEC 60076-11 tiene en cuenta dos factores para su desclasificación por altura:
- Reducción del calentamiento del 2,5% por cada escalón de 500 m por encima de los 1000 m (para transformadores con refrigeración natural). Reducción del calentamiento del 5% por cada escalón de 500 m por encima de los 1000 m (para transformadores con refrigeración forzada).
NOTA: Temperatura del sistema de aislamiento de transformadores secos en capsulados = 155 ºC, para aislamiento clase F ó 180 ºC para la clase H (ver tabla 3).
- Aumento de la tensión asignada a frecuencia industrial del 1% por cada escalón de 100 m por encima de los 1000 m. Por encima de los 3000 m el nivel de aislamiento debe definirse por acuerdo entre el suministrador y el comprador.
Temperatura del sistema de aislamiento, ºC
|
Límite del calentamiento medio de los
arrollamientos con la corriente asignada, K
|
105 (A)
|
60
|
120 (E)
|
75
|
130 (B)
|
80
|
155 (F)
|
100
|
180 (H)
|
125
|
200
|
135
|
220
|
150
|
NOTA: Las letras se
refieren a las clasificaciones de
temperatura dadas en la norma IEC 60085
| |
Tabla 3: Límites del calentamiento medio de los arrollamientos de transformadores para alturas hasta 1000 m
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