NIVEL BASICO DE IMPULSO (NBI) Es la resistencia del aislamiento frente a un impulso de referencia, expresado en términos del valor de cresta del voltaje de resistencia del aislamiento, a una onda completa normalizada. El comportamiento de un aislador sometido a impulsos de voltajes similares a los producidos por rayos depende principalmente de su longitud y en grado menor de la geometría del aislador, el el valor al que se flamea un aislador sometido a impulsos de voltaje depende tanto de la magnitud de los impulsos como del tiempo que estén aplicados. Si se somete un aislador a una serie de impulsos de voltaje de forma de onda normalizada (1. x !" #s$ y de diversos valores de cresta y se traza la gr%fica determinada por el valor de cresta de cada onda y el tiempo que tarda en producirse el flameo del aislador se o&tiene la l a curva mostrada en la figura '., que se llama curva voltaje – tiempo del aislador.
ONDA COMPLETA NORMALIZADA DE I MPULSO
Es un impulso que aumenta a su valor de cresta de voltaje en 1. o 1. microsegundos y cae a la mitad de su valor de cresta en !" o " microsegundos. Estos tiempos medidos desde el mismo sitio de origen. )os tiempos de origen, así como los de duraci*n de la onda, varían de acuerdo a las diferentes normas. En adici*n a estos valores, tam&ién se acostum&ra a mostrar en la curva voltaje +tiempo el voltaje de resistencia de aislamiento para una so&retensi*n de manio&ra normalizada (1""-.1"" #seg., segn /EE$0 el voltaje de resistencia del aislamiento para fr ente de onda, cuyo valor se determina en el corte de la curva voltaje + tiempo con la pendiente de onda especificada segn normas, en funci*n del voltaje nominal del pararrayos y el
voltaje de resistencia del aislamiento para onda cortada. Estas definiciones se ilustran en la figura .1.
El voltaje de flameo al impulso !"tio V de un aislador se define como el valor de cresta de la onda que causa flameo del aislador en la 2 cola de la onda el "3 de la veces que se aplica una onda normalizada de dic4a magnitud0 el nivel de aislamiento al impulso i (5/)$ de un aislador es el valor de cresta de la onda de mayor magnitud que soporta el aislador sin flamearse.
VOL#A$E C%&#ICO DE DESCA%'A
Es el voltaje de cresta de una onda de impulso normalizada, la cual causa una descarga en la cola de de la onda para el " 3 de las aplicaciones. aplicaciones.
VOL#A$E C%&#ICO DE %SIS#ENCIA DEL AISLAMIEN#O (6ritical 7it4stand oltage$ oltage$ Es el voltaje que es capaz capaz de resistir el aislamiento sin falla o descarga disruptiva cuando cuando se se somete prue&as &ajo condiciones condiciones específicas.
VOL#A$E DE %ESIS#ENCIA DEL AISLAMIEN#O NOMINAL (8ated 7it4stand oltage$ Es el voltaje al cual un aislamiento es solicitado a soportar sin falla o descarga disruptiva cuando se le somete a prue&as &ajo condiciones específicas y dentro de las limitaciones de normas anteriormente esta&lecidas.
IMPULSO DE %AO NO%MALIADO Es un impulso en forma de onda completa que tiene un tiempo de frente de onda con un valor de 1. microsegundos (#s$ y un tiempo de cola de " #s, que se presenta cuando la onda adquiere un valor equivalente la "3 de la cresta, por lo general la terminología técnica descri&e esto como un impulso de 1.2×50µ s .
#ENSI*N PE%MISIBLE AL IMPULSO Se denomina así al valor de la cresta del impulso que puede ser aplicado al aislamiento &ajo prue&a sin que se produzca falla o descarga disruptiva.
DESCA%'A DIS%UP#IVA Es el arco eléctrico, usualmente intempestivo, que perfora la aislaci*n, volviéndola conductora, definitivamente o al menos durante el tiempo que dura la descarga.
Nivel de aislamie+to , +ivel de p!otei-+ El nivel de aislamiento al impulso esta relacionado con la m%xima tensi*n del sistema, por las ta&las dadas en la norma de la 6omisi*n /nternacional de Electrotecnia (/E691$. En la 8epu&lica :exicana para los niveles de su&transmisi*n y transmisi*n, se recomiendan los valores dados en la ta&la anterior. El nivel de protecci*n al impulso de un dispositivo de protecci*n es la mas alta tensi*n (valor cresta$ que aparece en sus terminales cuando una tensi*n de impulso de forma de onda est%ndar se aplica &ajo condiciones especificas, este nivel de tensi*n se denomina frecuentemente ;nivel de protecci*n< del sistema al cual el dispositivo protecci*n esta conectado. =ormalmente el nivel de aislamiento al impulso se 4a esta&lecido en un valor del orden de " al 3 arri&a del nivel de protecci*n, verificando este valor con prue&as de so&retensi*n al impulso (con una onda de 1. -" #s$. >esafortunadamente, tanto la coordinaci*n del aislamiento como el nivel de protecci*n dependen de un nmero de condiciones que no pueden ser expresadas precisamente como simples nmeros. El nivel de protecciones de las distintas partes de una instalaci*n, depende entre otras cosas de la magnitud y repetici*n, así como de la polaridad de la so&retensi*n aplicada. Impulso del tipo atmosférico:
El nivel de aislaci*n a impulsos atmosféricos (1, - "$ se denomina ;nivel &%sico de aislaci*n< (=5? * 5/) &asic insulation level$. Seria mas correcto referirse al nivel de impulsos de manio&ra soportadas por la aislaci*n. )os so&revoltajes producidos por las descargas de rayos son impulsos unidireccionales de muy corta duraci*n (decenas de microsegundos$, con un frente escarpado y la cola de disminuci*n muy lenta, se estima que el 9"3 o mas de las descargas atmosféricas tienen una magnitud de cresta igual a, o mayor que """@, registr%ndose un valor m%ximo de ",""" @. Aara reproducir las ondas de voltaje producidas por rayos en los la&oratorios y poder normalizar las prue&as de aislamiento al impulso, se 4a definido una forma de onda como la mostrada en la Big. '., que se considera típica de las producidas por rayos. 6omo se ve en dic4a figura, el tiempo que para alcanzar el valor de cresta es de 1. #s y el tiempo en que la onda decrece a la mitad del valor de cresta es del orden de !" #s
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El fen*meno de la descarga atmosférica es un fen*meno de descarga en gases en el cual la fuente de Censi*n es de origen electrost%tico (nu&e cargada respecto a tierra$
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El fen*meno, en primerísima aproximaci*n, puede ser asimilado a la descarga de un condensador cuyo dieléctrico es el aire.
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6onceptualmente podemos esperar que al iniciarse la descarga la corriente crece a&ruptamente en un frente escarpado en el ti empo tal y como 4emos descrito en la teoría anterior. ?l evolucionar luego la descarga es espera&le que la corriente comience a perder intensidad en la medida que la nu&e se va descargando y disminuyendo la diferencia de potencial eletrost%tica con un frente muc4o menos a&rupto que el inicio de la descarga.
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En estas condiciones se puede entender por que la forma de onda de impulso normalizada tiene el andamiento indicado en la figura0
La figura 5 ilustra la característica tensión-tiempo con tensión de impulso del tipo atmosférico.
6uando la ruptura es so&re la cola de la onda, para definir los puntos de la característica tensi*nDtiempo, conviene considerar los tiempos a la ruptura tr contados a partir de t " y los correspondientes valores de tensi*n de cresta del impulso FG , ya que esta magnitud indica el m%ximo valor instant%neo de solicitaci*n que 4a soportado el aislamiento antes de la ruptura. Aor otra parte, cuando la ruptura es so&re el frente de la onda, de&en elegirse como puntos de la característica tensi*n + tiempo, las determinadas por tr y la tensi*n Fr HFG alcanzada en el momento de producirse la ruptura, ya que con respecto al proceso de esta o al evaluar la tensi*n instant%nea m%xima realmente soportada por el aislamiento no tienen ninguna relevancia los valores que la solicitaci*n 4u&iera alcanzado para tiempos t I tr. Binalmente, la característica tensi*n + tiempo trazada estar% compuesta por dos zonas, tal como se muestra en la figura J. En t Ccr , el limite entre am&as zonas, la curva representativa de la caracterizaci*n tensi*nDtiempo, presentara una ligera inflexi*n. )o que en realidad se o&tiene luego de una serie de ensayos, es una nu&e de puntos en el plano (FG , tr$ que permiten definir una franja cuya tendencia general es la mostrada en la figura J. )a disposici*n de los puntos dentro de una franja se de&e a las variaciones aleatorias de las condiciones de ensayo y a las implícitas en el propio proceso de la ruptura dieléctrica.
=/E)ES >E ?/S)?:/E=CK ?) /:AF)SK >E 8?LK =K8:?)/M?>K A?8? ?)NF=?S CE=S/K=ES =K:/=?)ES E= )/=E?S >E C8?=S:/S/K=.
)as so&retensiones de origen atmosférico (so&retensiones atmosféricas$, son ocasionadas por la actividad eléctrica natural de la atm*sfera que se manifiesta en descargas (rayos$ que pueden afectar tanto a las instalaciones de una red eléctrica, que se encuentran directamente expuestas a ellas (líneas aéreas$, como a aquellas que est%n pr*ximas a las expuestas (su&estaciones transformadoras$. So&re la frecuencia de aparici*n, forma y magnitud de las so&retensiones atmosféricas, influyen O )as características propias de la actividad atmosférica y de las descargas a tierra en la u&icaci*n geogr%fica de la instalaci*n que se analiza. O )as particularidades constructivas de esta (geometría de las líneas aéreas, presencia de conductores de guardia, etc.$. O )a configuraci*n del sistema que ella integra (nP de líneas conectadas una E.C., distancias entre aparatos, etc.$. Se suelen distinguir ' tipos de so&retensiones, segn el modo en que son generadas por una descarga atmosférica a. So&retensiones atmosféricas producidas por descarga directa so&re los conductores de fase de una línea aérea. &. So&retensiones producidas por contorneo inverso del aislamiento como consecuencia de descargas atmosféricas so&re los conductores de guardia o las torres de una línea aérea. c. So&retensiones inducidas en los conductores de una línea aérea cuando se producen descargas atmosféricas a tierra en las proximidades de la misma.
Impulso del tipo de ma+io.!a/ El nivel de aislaci*n a impulsos de manio&ra ("-""$, puede identificarse como =?/: * S/) ( sQitc4ing insulation level $. Fna denominaci*n m%s acertada sería la de nivel de impulso de manio&ra soportada. El factor dimensionante primordial de un aislamiento es la tensi*n de servicio, por lo cual no es extraRo que para cada tensi*n de servicio, las variaciones posi&les en el diseRo de un aislamiento son marginales, ligadas a la mayor o menor proporci*n de so&retensiones a soportar. Aara cada
tensi*n de servicio, los niveles de aislaci*n que pueden requerir los distintos equipos varían dentro de límites reducidos. Aor ejemplo, para una red de tensi*n m%xima de servicio de 1! @, el aislamiento puede tener un =5? entre !" a J" @. Aara tensiones de impulso del tipo de manio&ra el comportamiento de un aislante auto regenerativo, especialmente de espacios en aire, es muy diferente al que se aca&a de analizar para los impulsos del tipo atmosférico.
)os tiempos de frente y de cola de los impulsos de manio&ra son muc4o mayores que lo de los atmosféricos, lo que implica que para tiempos cercanos a Ccr, la tensi*n varia muc4o mas lentamente, esto es, valores de tensi*n cercanos al de cresta se mantienen so&re el aislamiento tiempo suficiente como para dar lugar a la formaci*n de la descarga disruptiva completa, si es que se 4a excedido el limite de la tensi*n critica correspondiente a la forma de onda utilizada. En consecuencia, aun para tensiones de cresta que son levemente superior a la tensi*n crítica, la ruptura dieléctrica se produce casi siempre so&re la cresta de la onda o so&re su frente, pero en la mayoría de los casos pr%cticos pr*xima a la cresta. Aor otra parte, se puede compro&ar que la tensi*n de cresta critica " G F varia con la forma de onda de impulso aplicada, en particular en funci*n del tiempo a la cresta Ccr. Se ve entonces que el comportamiento de una aislamiento a solicitaciones del tipo de los impulsos de manio&ra, se podr% caracterizar a los fines pr%cticos por medio de una curva ;tensi*n disruptiva critica + tiempo a la cresta< ( " G F vs. Ccr$, como muestra la figura 9. Fna característica " G F D Ccr es una simplificaci*n ya que no se 4a tenido en cuenta el car%cter aleatorio implícito en el proceso de la ruptura dieléctrica. )as so&retensiones de manio&ra son aquellas que pueden aparecer entre fases o entre fase a tierra y el cam&io de configuraci*n de la red o manio&ra que las origina, puede en realidad de&erse a causas diversas, tales como manio&ras de conexi*n o desconexi*n de circuitos y aparatos, aparici*n de fallas o cortocircuitos, variaciones &ruscas de carga, etc. )os par%metros que determinan o influyen so&re la naturaleza de un proceso transitorio que da lugar a la aparici*n de so&retensiones de manio&ra, son
numerosos y sus relaciones muy complejas, pero pueden distinguirse dos clases de par%metros O )os que caracterizan el circuito y sus componentes antes y después de la manio&ra (cam&io de configuraci*n$. O )os que identifican el tipo, la forma y momento de la ejecuci*n de la manio&ra (características del interruptor, cortocircuito, etc., que ocasiono el cam&io de configuraci*n$. )as so&retensiones de manio&ra m%s importantes suelen ser originadas por a. Energizaci*n y re energizaci*n de líneas largas. &. ?parici*n o supresi*n &rusca de fallas. c. /nterrupci*n de grandes corrientes capacitivas. d. /nterrupci*n de pequeRas corrientes inductivas. Fna particularidad de los aislamientos auto regenerativos frente a l os impulsos del tipo de manio&ra es que su característica tensi*nDtiempo suele presentar un mínimo tal como se o&serva en la figura 9.
Dete!mi+ai-+ del +ivel de aislamie+to po! ma+io.!a (NBS)0 Aara poder determinar los =5/ y =5S del equipo se pueden emplear las siguientes expresiones Aara aislamientos no auto recupera&les (aislamientos internos$, no afectados por condiciones am&ientales.
a) O+das po! ma+io.!a de i+te!!upto!es
NBS 1.1×(Tensión de arueo del pararra!os por impulso de manio"ra$ (.1$ K tam&ién NBS =1.1×(#alor de la onda m$%ima por impulso de manio"ra$. =
.) Po! !a,o NB& =1.× (Tensión residual del pararra!os para una onda impulso de '.( )5* $ NB& =1."!'×(Tensión de arueo por frente de onda del pararra!os$. El valor de 1.1 en el c%lculo del =5S y de 1. en el c%lculo de =5/ se denomina ;relaciones de protecci*n< y representan los m%rgenes de protecci*n.
El valor de 1."!' se o&tiene como el cociente de 1.-1.1 y donde 1.1 es el valor de la onda cortada a ' #seg de una onda de 1.-" en por unidad del =5/ tomado como 1.1.
P!ue.as de Impulso
a$ )a magnitud mínima de la onda de impulso para estas prue&as de&e ser de 1. veces el m%ximo nivel de protecci*n del pararrayos empleado. Este criterio podría aplicarse para la selecci*n del nivel &%sico de impulso, pero para nuestro caso como ya 4emos escogido un nivel de '" @ de&emos usar este mismo voltaje para esta prue&a, como lo prescri&en las normas internacionales. Este nivel es muy superior al mínimo prescrito de 1. veces el nivel de protecci*n del pararrayos empleado de J" @ que seria de 1.×1" = '2 @. &$ Aara prue&a de impulso con onda cortada se de&e tener un mínimo de 1.1 veces el nivel de impulso de onda completa (1. x "$, es decir 1.1× '" =!"' @.
P!ue.as de so.!ete+sio+es de ma+io.!a0 a$ Aara las prue&as con ondas correspondientes a so&retensiones de manio&ra tanto en seco como en 4medo, el voltaje mínimo de prue&a fase + neutro ser% de 1.1 veces el nivel de protecci*n a manio&ra del pararrayos aplicado.
P!ue.a de so.!ete+si-+ de ma+io.!a fase 1 +eut!o/
1.1×1J" =12! @. &$ Aara las prue&as fase + fase de manio&ra, el voltaje ser% menor a '.! pu con respecto al m%ximo voltaje de pico fase + neutro del sistema.
P!ue.a de so.!ete+si-+ de ma+io.!a fase 1 fase/
Esta prue&a no depende de las características del pararrayos, sino de la clase de voltaje del sistema.
)os valores seleccionados para las prue&as de manio&ra de&en escogerse de entre los valores de niveles &%sicos de aislamiento (=5/$ que m%s se ajusten a los valores calculados para la forma de onda especificada. Es decir que la magnitud de voltaje de prue&a para onda de manio&ra se o&tiene a partir de la ta&la .', que muestra los valores normalizados de niveles &%sicos de impulso. TABLA V.3
VALORES DE NIVELES BASICOS DE IMPULSO PARA SELECCIÓN DE PRUEBAS DE SOBRETENSIONES DE MENIOBRA SEGÚN NORMAS IEC
Este método es convencional y se &asa en varias experiencias. ?sume un valor en el sistema0 y luego aplica un margen de seguridad, del cual se deriva el voltaje que de&e soportar el aislamiento. 6a&e indicar adem%s que el m%ximo valor de so&retensi*n de manio&ra asumido por este método es de . pu del voltaje m%ximo fase + neutro, es decir que, si en un sistema en estudio se presentan so&revoltajes mayores, es necesario limitar el so&revoltaje a este valor antes de aplicarlo. )os valores de prue&as a que se de&e someterse el aislamiento del transformador, así como las características de protecci*n del pararrayos, se resumen en la ta&la .!.
Aara todo este equipo eléctrico de la su&estaci*n se 4a considerado un nivel &%sico de impulso de aislamiento (=5/$ preferido por normas internacionales, para este nivel de voltaje de J @ que corresponde a un valor de '" @. (er ta&la .$. Se de&e 4acer notar que el aislamiento de este equipo eléctrico est% totalmente expuesto a las condiciones atmosféricas, es decir que sufrir% una disminuci*n de su resistencia dieléctrica proporcional al valor de densidad
relativa del aire de ".9!20 igualmente que para el aislamiento externo del transformador.
CU%VAS VOL#A$E 1 #IEMPO >e lo anotado anteriormente, y con los datos o&tenidos del aislamiento, se 4a procedido a ela&orar la coordinaci*n de aislamiento de las curvas voltaje + tiempo de los distintos aislamientos componentes de la su&estaci*n. Se 4a estimado conveniente que el nivel mayor de aislamiento este dado para las &arras de la su&estaci*n, lo cual se consigue aumentando una o dos unidades a las cadenas de la línea de transmisi*n
Aara efectuar una correcta coordinaci*n de los aislamientos de una red, es usual caracterizar a estos por medio de curvas ;tensi*nDtiempo<, que dan una informaci*n sintética de su comportamiento frente a las solicitaciones ordinarias y excepcionales a que pueden estar sometidas en condiciones normales de servicio. /nteresa sa&er para un aislamiento dado, que solicitaci*n dieléctrica puede soportar sin que se produzca su ;ruptura dieléctrica<. Se entiende por ruptura dieléctrica al proceso que sufren el o los dieléctricos que integran un aislamiento cuando de&ido a la aplicaci*n de una solicitaci*n dieléctrica excesiva se producen deterioros de tal naturaleza que sus propiedades aislantes quedan anuladas. En el proceso de ruptura dieléctrica intervienen diversas características de la solicitaci*n que la provoca, principalmente O :agnitud y polaridad de la tensi*n aplicada O >uraci*n o forma de onda O =mero de solicitaciones reiteradas y frecuencia de repetici*n En consecuencia, la curva tensi*nDtiempo de un aislamiento depende en principio, no solo de las propiedades intrínsecas de este, sino tam&ién del tipo de solicitaci*n aplicada. )a coordinaci*n de aislamiento se muestra en la figura .! en funci*n del voltaje pico @ como ordenada y el tiempo en #seg como a&scisa al nivel del mar.
#e+si-+ de flameo al impulso )a tensi*n de flameo al impulso de un aislador es el valor de cresta de la onda de impulso, que &ajo condiciones especificas produce flameo a través del medio circundante.
#e+si-+ !itia de flameo al impulso
Es el valor de cresta de la onda de impulso, que &ajo condiciones especificas produce flameo a través del medio circundante en el "3 de las aplicaciones. En esta definici*n conviene aclarar que se de&en aplicar ondas positivas y negativas en el aire para el caso de tensiones inferiores de '" @, siendo las ondas positivas las criticas.
Dete!mi+ai-+ de la dista+ia !"tia de flameo0
oltaje crítico de flameo 6B (T$ es el voltaje al cual ocurre el flameo o arco e léctrico. Se calcula segn se 4alla seleccionado la coordinaci*n de aislamiento por rayo (5/)$ o por manio&ra (=5S$, las ecuaciones que definen el 6B son
#e+si-+ al impulso (+o dis!uptiva) )a tensi*n al impulso es el valor de cresta, de la onda de impulso que &ajo condiciones especificas de&e resistir un aislador, sin que en este se produzca flameo o perforaci*n en el mismo.
Dista+ia de fu2a )a distancia de fuga de un aislador, es la suma de las distancias m%s cortas medidas a lo largo de las superficies aislantes entre las partes conductoras (longitud del contorno del aislador$.
Dista+ia de flameo e+ seo )a distancia de flameo en seco, de un aislador es la distancia m%s corta medida a través del medio circundante entre las partes conductoras. En caso de existir partes met%licas conductoras intermedias, la distancia de fuga en seco es la suma de las distancias parciales medidas segn se indica en la definici*n de distancia de fuga. )as prue&as m%s comnmente realizadas a aisladores pueden agruparse en tres categorías prue&as prototipo, prue&as de flameo y prue&as de rutina. )as prue&as prototipo por lo general se 4acen para pro&ar la calidad del producto de los fa&ricantes, las prue&as de flameo normalmente se 4acen para 4acer correcciones al diseRo y las prue&as de rutina se 4acen a todos los aisladores cuyos prototipos 4an sido aceptados.
P!ue.a de flameo al 34 5 de la te+si-+ de impulso
Esta prue&a se de&e 4acer so&re un aislador lim pio montado en forma normal como lo indica la norma y el generador de impulsos de&e aplicar una onda normalizada de 1.-" #s de una amplitud tal que el "3 de los impulsos aplicados causen flameos, se invierte la polaridad de las ondas aplicadas y se repite la prue&a. Se de&en aplicar por lo menos una serie de veinte ondas de impulso en cada impulso y el aislador no de&e presentar daRo alguno para pasar dic4a prue&a.
P!ue.a de te+si-+ pe!misi.le al impulso (p!ue.a de Bil)
Arue&as de aislamiento, existen dos tipos de prue&as la prue&a de &aja frecuencia y la de 5/). )a prue&a de 5/), est% &asada en un impulso de so&revoltaje de gran magnitud en un pequeRo intervalo de tiempo, siendo el m%ximo valor de aislamiento que de&e existir sin que se flamee o se perfore el aislamiento, la onda de impulso de 5/), es una onda normalizada de una duraci*n de 1. x !" #s. )a prue&a de &aja frecuencia se &asa en, aplicar una so&retensi*n al sistema seleccionado, con la característica de que dic4a so&retensi*n se encuentre a la misma frecuencia que la nominal. )a norma =E:? esta&lece, aplicar el 1"" 3 del voltaje nominal m%s """ volts durante un periodo de minutos. )a norma /E6 esta&lece, aplicar un so&revoltaje del 9 3 del nominal m%s 1""" volts, durante un 1 minuto.
P!ue.a de flameo e+ seo po! u+ mi+uto
Esta prue&a consiste en aplicar a un aislador limpio montado en la forma normal una tensi*n a la frecuencia nominal del sistema (J"Uz en nuestro país$, la tensi*n se aumenta en forma gradual 4asta los valores que especifica la norma y se mantiene durante un minuto 4asta que el flameo ocurra.
El aislador se 4ace flamear por lo menos otras cuatro veces incrementando en cada caso la tensi*n de flameo 4asta que llegue al valor de prue&a aproximadamente en 1" segundos y la media de las aplicaciones consecutivas no de&e ser menor que el valor que se esta&lezca en la norma.
P!ue.a de flameo e+ 67medo , p!ue.a de lluvia po! u+ mi+uto
En estas prue&as el aislador montado normalmente se moja con agua inyectada en forma de roci* con características tales que tenga una resistencia entre "" y 11"" o4ms-mm con una temperatura del orden de 1" P6 de la temperatura am&iente en la vecindad del aislador durante la prue&a. El agua se aplica con un %ngulo de !P teniendo un volumen equivalente a una precipitaci*n media del orden de '."" mm-min. El aislador con una tensi*n aplicada del "3 de la prue&a de un minuto se le rocía con el agua durante minutos y entonces se eleva la tensi*n al valor de la prue&a durante un minuto, en un tiempo de 1" segundos aproximadamente y se mantiene en ese valor durante un minuto. ? partir de este valor se aumenta la tensi*n 4asta que ocurre el flameo, el procedimiento se repite tomando un tiempo entre prue&as de unos 1" segundos 4asta que el aislador flamee por lo menos otras cuatro veces, la tensi*n de flameo no de&e ser menor que las que se especifiquen en las normas segn sea el tipo de aislador. )a raz*n se de&e a que en un impulso, el tiempo que transcurre entre la aplicaci*n y el valor de cresta pico de la onda, es excesivamente corto ( de 1 a #s$, y no 4ay tiempo para preparaciones en la trayectoria de la tensi*n ruptura del medio circundante. 6on las tensiones a la frecuencia nominal del sistema, por tratarse de una caída de tensi*n alterna 4ay tiempo suficiente para que se presente el proceso de colisi*n que resulta de la ionizaci*n, este fen*meno tiene un efecto sensi&lemente menor en la tensi*n de ruptura. )a relaci*n entre las dos tensiones de flameo que se presentan en un aislador se conoce con el nom&re de relación de impulso y se expresa de la siguiente manera
Coo!di+ai-+ de Aislamie+to0 )a coordinaci*n de aislamiento eléctrico es la correlaci*n de esfuerzos dieléctri cos en los aislamientos de los distintos componentes de un sistema eléctrico de potencia en alta tensi*n, con el o&jeto de minimizar el riesgo de pérdida del suministro de Energía Eléctrica, causado por so&retensiones qu e pudieran causar daRos en el equipo y en los distintos elementos de una instalaci*n.
)a coordinaci*n de aislamiento es necesaria ya que los sistemas de transmisi* n est%n expuestos a so&revoltajes temporales que pueden ocurrir por una gran variedad de causas, entre las m%s importantes tenemos fallas, operaci*n de interruptores y rayos. El aislamiento puede ser se leccionado en funci*n de la altitud de la línea so&re el nivel del mar, manteniendo el nivel &%sico de impulso de la tensi*n nominal de operaci*n. El diseRo de aislamiento consistir% en la selecci*n del espaciamient o entre fases, fases y tierra, nmero adecuado de aisladores. Selecci*n del criterio y nivel de aislamiento. >e acuerdo al nivel de voltaje seleccionado a partir del momento eléctrico y seg n las normas, para cada voltaje est%ndar se define los siguientes voltajes nivel &%sico de aislamiento para imp ulso de rayo (=5/ o 5/) 5asic )ig4tning /mpulse /nsulation )evel$ y nivel &%sico de aislamiento por manio&ra de interruptores( =5S o 5S) 5asic SQitc4ing /mpulse /nsulation )evel$. >ic4os niveles esta&lecen el m%ximo impulso de voltaje de los equipos conectados a la )ínea de Cransmisi*n pueden soportar sin que se prod uzca flameo (arcos eléctricos$. Se suele designar a los aislamientos de acuerdo a su u&icaci*n en las condiciones de servicio, segn la siguiente clasificaci*n O
aislaciones ara interiores exteriores
O
aislaciones internas
externas ara
>efiniciones adecuadas se pueden encontrar en la norma /8?: 11, artículos 6DJ al 6D. En la /E6 Au&licaci*n 91D1, artículos 1" y 11, se 4a introducido una clasificaci*n de los aislamientos segn su comportamiento natural luego de sufrir una ruptura dieléctrica causada por una solicitaci*n dieléctrica excesiva. >istinguiremos así entre a. ?islamientos auto regenerativos, que luego de una descarga disruptiva, recuperan completamente sus propiedades aislantes. &. ?islamientos no + auto regenerativos, que no logran por si mismo recuperar sus propiedades dieléctricas, luego de una descargar disruptiva.
En principio este par%metro indicaría que cualquier solicitaci*n del tipo especificado cuya magnitud exceda la m%xima tensi*n soporta&le provocaría siempre la ruptura dieléctrica del aislamiento, mientras que si la magnitud de la
solicitaci*n es menor o igual que la m%xima tensi*n soporta&le, nunca 4a&ría ruptura dieléctrica. Sin em&argo, como en el proceso de las descargas eléctricas, intervienen fen*menos aleatorios, es evidente que no se puede tener total certeza so&re el comportamiento del aislamiento, de modo que la m%xima tensi*n soporta&le tendr% tam&ién car%cter aleatorio. Es decir, si se determina experimentalmente la m%xima tensi*n soportada o resistida por cada uno de una serie de especimenes idénticos de un aislamiento dado frente a cierto tipo de solicitaci*n, encontraremos que no es exactamente igual para todos ellos. )a mejor manera de descri&ir el comportamiento del aislamiento estudiado es por medio de la funci*n estadística de distri&uci*n de las m%ximas tensiones soportadas que se determinan experimentalmente. Surge así la posi&ilidad de definir una tensi*n soporta&le estadística que seria el valor de cresta o magnitud de la solicitaci*n de forma dada, para la cual la pro&a&ilidad de que se produzca una descarga disruptiva es igual a cierta pro&a&ilidad de referencia prefijada. En la /E6D91, articulo J, se 4a elegido una pro&a&ilidad de referencia igual a "3. En el caso de aislamientos auto regenerativos, es f%cil realizar una seria de prue&as ensayos que provean la informaci*n necesaria para determinar la tensi*n soporta&le estadística, con un grado suficiente de precisi*n, ya que un solo espécimen del tipo del aislamiento en estudio, puede ser utilizado repetidas veces en los ensayos, aunque se produzcan descargas disruptivas. 6uando se trata de aislamiento no + auto regenerativos, 4aría falta ensayar un gran numero de especimenes, que luego de una descarga disruptiva quedarían inutilizados. >eterminar de este modo la tensi*n estadística soporta&le seria excesivamente costoso. Es por eso que en la practica se especifica para los aislamientos no + auto regenerativos, una tensi*n soporta&le convencional que la /E6 91, articulo 9, define como el valor de cresta o magnitud de una solicitaci*n de forma dada que el aislamiento 4a de soportar cierto numero de veces en el curso de un ensayo sin que se produzca ninguna descarga disruptiva (y sin evidenciar deterioro del aislante$. Evidentemente, si se esta&lece cierta ;tensi*n soporta&le convencional< para su aislamiento mediante un ensayo, no quiere decir en a&soluto que esta se la m%xima solicitud soporta&le, pero se puede inferir un cam&io con cierto grado de confianza, que solicitaciones menores que la o las de ensayo serian soportadas sin inconvenientes. El primer factor a considerar en el diseRo de los aislamientos, de&e ser la tensi*n nominal de servicio, ajustando este diseRo desde un punto de vista técnicoDecon*mico, teniendo en cuenta la magnitud y clase de las so&retensiones que se esperan, su pro&a&le frecuencia de repetici*n, los medios para controlarlas o limitarlas y el riesgo de falla de aislaci*n compati&le con la confia&ilidad requeri&le del sistema. )a coordinaci*n de&e realizarse en dos sentidos a. seleccionar para cada equipo el aislamiento adecuado para soportar las solicitaciones previstas
&. coordinar los niveles de aislaci*n de los equipos entre si y con los dispositivos de protecci*n, de modo de minimizar el costo para un riesgo de falla determinado . Enfoques para la coordinaci*n de aislamientos. El cuadro de la fi2u!a 89 enuncia en forma sintética, los principales aspectos que de&e considerarse para la evaluaci*n técnica de alternativas de coordinaci*n.
)a presencia de diversos tipos de solicitaciones, distintas clases de aislantes y diferentes criterios de evaluaci*n técnica, dan lugar al pro&lema de coordinaci*n de aislaci*n, características complejas. En la figura 1! se muestra que las so&retensiones atmosféricas son dominantes para tensiones de servicio inferiores a !"" @. Aara niveles de tensiones superiores, adquieren importancia las de manio&ra, si se consideran para estas una magnitud m%xima de , pu.
Aor ello conviene adoptar medios para reducir las so&retensiones de manio&ra en los sistemas de :?C a valores inferiores a pu. )as distancias disruptivas criticas en aire para las ondas de impulso del tipo manio&ra crecen en forma proporcional a la tensi*n de cresta del impulso elevado a una potencia mayor que 1 (figura 1$, mientras que esto no sucede para los impulsos atmosféricos.
Esto significa que se requieren cada vez mayores inversiones marginales para soportar, a mayores tensiones de servicio, una magnitud constante en valores
de pu de so&retensiones de manio&ra. >ic4o efecto es extremadamente importante a tensiones nominales superiores a 9"" @ (figura 1J$.
Es entonces plenamente justificado utilizar dispositivos de control y reducci*n de las so&re tensiones de manio&ra 4asta niveles pr*ximos a 1, pu. ?l adoptar estas medidas, se llega a valores pr*ximos a los de m%xima so&retensiones temporarias a frecuencia industrial, las cuales condicionan a su vez la aplicaci*n de los dispositivos de protecci*n contra so&re tensiones, tales como descargadores.
P!oedimie+to de oo!di+ai-+ de los aislamie+tos e+ A#0 )os aislamientos se pueden clasificar en auto regenerativos y no + auto regenerativos. Entre los primeros podemos citar las cadenas de aisladores de líneas aéreas o el aislamiento de un seccionador. ? la segunda categoría pertenece el aislamiento interno de un transformador. >e&ido a la manera distinta en que estos dos tipos de aislamientos se comportan, resulta necesario proteger a los noDauto regenerativos de las excesivas so&retensiones (mediante descargadores$, mientras que los auto regenerativos, son generalmente aislamientos no protegidos. En la figura 19 se 4a esquematizado la secuencia l*gica de desarrollo de los momentos que constituyen el procedimiento de la coordinaci*n, destac%ndose el tratamiento diferente dado a los aislamientos auto regenerativos y a los noD auto regenerativos.
El punto de partida del dimensionamiento es la tensi*n de servicio (&loque 1$ del sistema y las características estructurales y operativas de la red (&loque $. 6on estos datos iniciales se calculan las so&re tensiones temporarias previstas, se selecciona un nivel de aislaci*n general para todos los equipos, ya sea que tenga aislamiento auto regenerativo o no (&loque $. Se elige a continuaci*n los descargadores de so&retensi*n (&loque J$, cuya tensi*n nominal de&e ser ligeramente superior a las m%ximas so&retensiones temporarias. Elegidos los descargadores de so&retensiones se los distri&uye de modo tal de proteger adecuadamente todos los aislamientos noDauto regenerativos. Se fija luego el nivel de protecci*n conseguido, es decir, la magnitud a que quedan reducidas las m%ximas so&retensiones de origen atmosférico por el efecto limitador de los descargadores y en funci*n de este se ajustan los aislamientos noDauto regenerativos (&loque 9$, eligiendo un =5? ligeramente superior al nivel de protecci*n asegurado por el descargador (f s 1,$. 6orresponde finalmente verificar el nivel de protecci*n que pueden asegurar los descargadores elegidos con respecto a las so&re tensiones de manio&ra y definir en consecuencia el =?/: para los aislamientos no + auto regenerativos (línea de trazos del &loque ! al 9$. Si los aislamientos no + auto regenerativos así definidos resultasen excesivamente onerosos, se intentara modificar la concepci*n estructural de la red o sus condiciones operativas de modo que se reduzcan las so&retensiones temporarias (línea de trazo del &loque 9 al $. Esta reducci*n permitir% elegir descargadores de menor tensi*n nominal y por consiguiente, con menores niveles de protecci*n, lo que a su vez posi&ilita una reducci*n de los niveles de aislaci*n de los aislamientos noauto regenerativos. Este procedimiento de aproximaciones sucesivas se contina 4asta lograr niveles de aislaci*n técnicamente adecuados y econ*micamente acepta&les. Se procede luego a ajustar los aislamientos auto regenerativos (&loque 2$, fijando para ello un =?/: superior al valor de las m%ximas so&re tensiones de manio&ra que se pueden esperar (&loque !$, de&idamente corregidas luego de las modificaciones que pueden 4a&erse introducido a la red durante el proceso de selecci*n de los aislamientos noDauto regenerativos. El factor de seguridad a utilizar varía de 1,1 a 1,. Si los aislamientos auto regenerativos parecieran ser demasiado caros, se de&er%n considerar medidas adecuadas de control de las so&retensiones de manio&ra modificando convenientemente las características de la red (línea de trazos del &loque 2 al $ y en funci*n de estas modificaciones recalcular las so&re tensiones m%ximas (&loque !$ y reajustar los aislamientos (&loque 2$. >e&er% tenerse tam&ién en cuenta el posi&le efecto reductor de las so&retensiones de manio&ra que en algunos casos pueden soportar los descargadores (línea de trazos del &loque J al 2$. )uego de determinar las características de las descargas atmosféricas en la zona geogr%fica de la instalaci*n (&loque $ y teniendo en cuenta los datos relevantes del diseRo de esta ultima (&loque 1" resistencias de puesta a tierra,
4ilo de guardia, =5? de líneas, etc.$ se calculan las so&re tensiones de origen atmosférico que 4a&r%n de soportar los aislamientos no protegidos (&loque 11$. Fna vez determinada las solicitaciones de este tipo, se elige el =5? conveniente y si es necesario, se reajustan los aislamientos auto regenerativos (&loque 1$ para asegurar que poseen un =5? suficiente, manteniendo a la vez el =?/: mínimo definido anteriormente (&loque 2$. Si los aislamientos así definidos no resultan econ*micamente acepta&les, se modificaran las características de la instalaci*n para reducir a valores convenientes las so&re tensiones atmosféricas resultantes (línea de trazos del &loque 1 al 1"$. El procedimiento descrito en forma esquem%tica, muestra la complejidad de la coordinaci*n de los niveles de aislaci*n, tanto desde el punto de vista técnico, como del econ*mico. ?islamientos auto regenerativos, que luego de una descarga disruptiva, recuperan completamente sus propiedades aislantes. &. ?islamientos no + auto regenerativos, que no logran por si mismo recuperar sus propiedades dieléctricas, luego de una descargar disruptiva.
