Nivel Basico de Aislamiento

Instituto Tecnológico Superior Progreso Ing. Electromecánica 8vo Semestre - Nivel Básico de Aislamiento -

Subestaciones Eléctricas Ing. Ramón Salvador Mezquita Martínez

Magaña Carrillo Carlos Abraham

IMPULSO DE RAYO NORMALIZADO Es un impulso en forma de onda completa que tiene un tiempo de frente de onda con un valor de 1.2 microsegundos (μs) y un tiempo de cola de 50 μs, que se presenta cuando la onda adquiere un valor equivalente al 50% de la cresta, por lo general la terminología técnica describe esto como un impulso de: 1.250s. TENSIÓN PERMISIBLE AL IMPULSO Se denomina así al valor de la cresta del impulso que puede ser aplicado al aislamiento bajo prueba sin que se produzca falla o descarga disruptiva. NIVEL BÁSICO DE AISLAMIENTO AL IMPULSO Es un valor de referencia para la resistencia del aislamiento al impulso, expresado en términos de valor de cresta de la tensión permisible al impulso de rayo normalizado. En la tabla siguiente, se dan los valores de niveles de aislamiento al impulso de rayo normalizado para líneas de transmisión en la República Mexicana. NIVELES DE AISLAMIENTO AL IMPULSO DE RAYO NORMALIZADO PARA ALGUNAS TENSIONES NOMINALES EN LINEAS DE TRANSMISION.

Tabla 1 Niveles de aislamiento al impulso para algunas tensiones normalizadas

NIVEL DE AISLAMIENTO Y NIVEL DE PROTECCIÓN. Hasta el momento el nivel de aislamiento de una parte de un equipo se define como la relación de su impulso y tensión permisible. La tensión permisible de impulso o “nivel de aislamiento al impulso” se verifica por pruebas de sobretensión de impulso y son frecuentemente referidas como, “nivel básico de aislamiento al impulso “o “prueba de BIL (NBI)“. El nivel de aislamiento al impulso está relacionado con la máxima tensión del sistema, por las tablas dadas en la norma de la Comisión Internacional de Electrotecnia (IEC71). En la República Mexicana para los niveles de subtransmisión y transmisión, se recomiendan los valores dados en la tabla anterior. El nivel de protección al impulso de un dispositivo de protección es la más alta tensión (valor cresta) que aparece en sus terminales cuando una tensión de impulso de forma de onda estándar se aplica bajo condiciones específicas, este nivel de tensión se denomina frecuentemente “nivel de protección” del sistema al cual el dispositivo protección está conectado. CARACTERÍSTICAS DE AISLAMIENTO DE LOS AISLADORES Para poder seleccionar los aisladores para una aplicación determinada, es necesario conocer su comportamiento al aplicable los tres tipos de sobrevoltajes que pueden presentarse en un sistema eléctrico de potencia. NIVEL DE AISLAMIENTO A BAJA FRECUENCIA Los aisladores están sometidos normalmente a una diferencia de potencial de baja frecuencia (60 Hz), resultante del voltaje de operación del sistema en que están instalados, podrán también estar sometidos a sobrevoltajes de baja frecuencia en casos de fallas monofásicas o bifásicas a tierra, cuya magnitud depende de las características del sistema. Además, si los aisladores están colocados a la intemperie, que es el caso más frecuente en las instalaciones en alta tensión, habrá que considerar su comportamiento en condiciones de atmósfera seca y húmeda. El parámetro dominante en el comportamiento de los aisladores sometidos a voltajes de baja frecuencia es la longitud del contorno del aislador o línea de fuga superficial, que determina la resistencia que ofrece el aislador al paso de la corriente por su superficie; en condiciones atmosféricas normales se considera adecuada una longitud de 25 cm. de línea de escape superficial por cada mil volts de fase a

tierra; en atmósferas contaminadas es necesario aumentar la longitud de esta línea, utilizando aisladores de diseño especial. Los aisladores se diseñan de manera que el valor del voltaje necesario para perforar el aislamiento sea mayor (por lo menos del orden de un 30%) que el voltaje necesario para flamear exteriormente al aislador. El nivel de aislamiento de los aisladores para sobrevoltajes de baja frecuencia, en atmósfera seca, está determinado por la longitud de la línea de flameo en seco, en atmósfera húmeda, el nivel de aislamiento para sobrevoltajes de baja frecuencia está determinado por la longitud de la línea de flameo en húmedo, que en aislador mostrado en la figura es la suma de los segmentos de la recta d + e + c, que son normales a la superficie del aislador.

La figura anterior muestra los principales parámetros de un aislador, el segmento de líneas punteadas es la longitud de escape superficial, también llamada distancia de fuga, la suma de los segmentos de recta a+ b+ c, es conocida como línea de flameo en seco y la suma de los segmentos de recta d + e + c, es conocida como línea de flameo en húmedo. NIVEL DE AISLAMIENTO AL IMPULSO 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 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 (1.5 x 40 μs) y de diversos valores de cresta y se traza la gráfica determinada por el valor de cresta de cada onda y el tiempo que

tarda en producirse el flameo del aislador se obtiene la curva mostrada en la figura 3.5, que se llama curva voltaje – tiempo del aislador.

El voltaje de flameo al impulso crítico Vc de un aislador se define como el valor de cresta de la onda que causa flameo del aislador en la cola de la onda el 50% de la veces que se aplica una onda normalizada de dicha magnitud; el nivel de aislamiento al impulso Vi (BIL) de un aislador es el valor de cresta de la onda de mayor magnitud que soporta el aislador sin flamearse. NIVEL DE AISLAMIENTO FRECUENCIA

PARA

SOBREVOLTAJES

DE

ALTA

En las líneas de transmisión y de subestaciones de voltaje muy elevado, el nivel de aislamiento está determinado principalmente, por los sobrevoltajes producidos por la apertura o cierre de interruptores. A diferencia de los sobrevoltajes producidos por rayos, que son impulsos unidireccionales de gran magnitud y corta duración, los sobrevoltajes debidos a la operación de interruptores son voltajes oscilantes de alta frecuencia (de 400 a 300 hz) que alcanzan su valor de cresta en cientos de microsegundos y que decaen en tiempos del orden de mil microsegundos. Las pruebas de laboratorio han demostrado que al aumentar la magnitud de este tipo de sobrevoltajes, la distancia a través

del aire para tener un nivel de aislamiento suficiente para que no se produzca un arco a tierra, no aumenta proporcionalmente a la magnitud de voltaje, si no como se indica en la figura, donde se observa que la distancia crece más rápidamente que el voltaje.