■ Generalidades
La coordinación del
aislamiento de una instalación consiste en determinar las características de
aislamiento necesarias en los diversos constituyentes de la red, con objeto de
obtener una resistencia homogénea a las tensiones normales, así como a las diferentes
sobretensiones (ver figura 1).
Su finalidad es
permitir una distribución segura y optimizada de la energía eléctrica.
Esta optimización
permite encontrar la mejor relación económica entre los diferentes parámetros
que dependen de esta coordinación:
- Coste del aislamiento del material
- Coste de las protecciones contra sobretensiones
- Coste de las averías (parte de la explotación y destrucción de material), teniendo en cuenta las posibilidades de ocurrencia.
El coste del sobre
aislamiento de los materiales son muy elevados, por lo cual, estos no pueden
ser dimensionados para resistir todas las sobretensiones estudiadas en este blog, ver los siguientes posts:
Sobretensiones
provocadas por defectos a tierra
Sobretensiones de
maniobra
Resonancia y
Ferrorresonancia en redes eléctricas (Parte 1ª)
Resonancia y
Ferrorresonancia en redes eléctricas (y Parte 2ª)
Sobretensiones por
ferroresonancia en Parques Eólicos
Consecuencias debidas
a la rotura del conductor neutro en una red eléctrica de BT
Sobretensiones
atmosféricas
Figura 1: Coordinación
de aislamiento: posicionar correctamente el nivel de protección y la tensión
soportada de la aparamenta en función de las sobretensiones probables.
Superar los efectos
nocivos de las sobretensiones supone un primer paso que consiste en hacer
frente a los fenómenos que los generan, lo cual no es siempre evidente. En
efecto, si con la ayuda de técnicas de corte apropiadas las sobretensiones de
maniobra de la aparamenta pueden limitarse, la descarga del
rayo es imposible evitarla.
● Distancia
de aislamiento (ver fig. 2)
Esta denominación
reagrupa dos nociones:
- Distancia en gas (aire, SF6,…), es la distancia más corta entre dos partes conductoras.
- Línea de fuga: Es igualmente el camino más corto entre dos conductores, pero siguiendo la superficie externa de un aislante sólido (aislador por ejemplo).
La distancia de
aislamiento esta directamente ligada a la resistencia del material ante las
diferentes sobretensiones.
Figura 2: Distancia en el aire y línea de fuga
● Tensión soportada
La tensión soportada
depende de la naturaleza de la sobretensión aplicada (amplitud, forma de onda,
frecuencia y duración,…)
También se ve
influenciada por factores externos tales como:
- Envejecimiento
- Condiciones medioambientales (humedad, polución)
- Variaciones de presión del aire o del gas aislante.
El material eléctrico
se caracteriza por su resistencia a las diferentes sobretensiones,
distinguiéndose:
- La tensión soportada a frecuencia industrial
- La tensión soportada al choque tipo maniobra
- La tensión soportada al choque tipo rayo
□ Tensión
soportada a frecuencia industrial
Corresponde a la
resistencia del material a las sobretensiones con frecuencia industrial
susceptibles de aparecer en la red y donde la duración depende del modo de
explotación y de protección de la red.
La resistencia del
material se verifica en los ensayos aplicando una tensión sinusoidal de
frecuencia comprendida entre 48 Hz y 62 Hz durante un minuto. El ensayo es
valido para las frecuencias nominales de la red de 50 Hz y 60 Hz (ver IEC 60071-1).
La determinación de
esta categoría de características es fácil y los diferentes aislantes son
fácilmente comparables. Por ejemplo: la figura 3 da una comparación de las tensiones
de rigidez en el aire y en el SF6 en función de la presión.
Figura 3: Tensión
disruptiva del SF6 y del aire en función de la presión absoluta
Ver post:
Ensayos dieléctricos
de Transformadores
□ Tensión
soportada al choque tipo maniobra
Caracteriza la
resistencia del material al choque de tipo maniobra (únicamente para materiales
donde la tensión nominal es superior o igual a 300 kV).
El ensayo del material
(ver IEC 60060-1) se efectúa aplicando una onda de duración del frente de
subida de 250 µs y duración de descenso hasta la mitad de la amplitud de 2500
µs.
Figura 4: Curva
de mínimos de tensión soportada en función de la duración del
frente de
onda aplicada con polaridad positiva.
□ Tensión
soportada al choque tipo rayo
Caracteriza la
resistencia del material a la onda de tensión de choque tipo rayo 1,2 µs / 50
µs.
Esta tensión soportada
concierne a todas las gamas de tensión y comprende la baja tensión.
□ Ejemplos de
tensión soportada del material (ver tabla 1)
Tabla 1:
Tensiones soportadas normalizadas para 3,6 kV < Um < 72,5 kV
Ver posts:
Sobretensiones
atmosféricas
Ensayo de impulso tipo
rayo en Transformadores
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/05/ensayo-de-impulso-tipo-rayo-en.html
Tabla 2: Forma de
sobretensiones representativas
y ensayos considerados en la norma IEC 60071-1.
■ Reducción de riesgos
y del nivel de sobretensiones
La reducción de
riesgos de las sobretensiones por el peligro que representan para las
personas y el material se mejoran si se
respetan ciertas medidas de protección:
- Limitación de las resistencia de puesta a tierra del centro para la reducción de sobretensiones a frecuencia industrial.
- Reducción de sobretensiones de maniobra por la elección de aparamenta de corte apropiado (corte en SF6).
- Derivación a tierra de la descargas del rayo para un primer descrestado (autoválvulas o explosores a la entrada del centro) con limitación de las resistencias de puesta a tierra e impedancias de las torres.
- Limitación de la tensión residual del primer descrestado por autoválvulas AT transmitidas aguas abajo de la red, para prever un segundo nivel de protección en el secundario del transformador.
- Protección de los equipos sensibles en BT por defectos en MT en el centro de transformación.
