Sobretensiones internas

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Dedicatoria A mi familia por su apoyo incondicional, sobre todo cuando me encontraba en situaciones difíciles, por darme la fuerza necesaria para seguir adelante. Al señor Víctor Gallegos Bautista, por sus grandes enseñanzas. Al ingeniero Holger Meza Delgado, por sus buenos aportes sobre todo en la formacin y desarrollo profesional de los alumnos de ingeniería el!ctrica.

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Contenido Dedicatoria......... Dedicatoria.................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... .......................$ .............$ %ntroduccin......... %ntroduccin.................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................... ................................ & 'aracterísticas 'aracterísticas generales de las sobretensiones......... sobretensiones................... ..................... ....................( .........( )obretensiones )obretensiones internas............. internas........................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..........* * )obretensiones )obretensiones temporales........... temporales...................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................. ....... + )obretensiones )obretensiones transitorias........... transitorias..................... ..................... ..................... ..................... ...................... .................. .......  )obretensiones )obretensiones en los sistemas con el neutro aislado.............................. )obretensin )obretensin debido a una falla a tierra slida......................................... slida......................................... )obretensin )obretensin debido a una falla a tierra intermitente.............. intermitente.............................$ ...............$ )obretensiones )obretensiones debido a la resonancia y a la ferrorresona ferrorresonancia.... ncia........ ........ ......$$ ..$$ )obretensiones )obretensiones por resonancia........... resonancia..................... ..................... ..........................................$$ ...............................$$ )obretensiones por ferroresonancia........................................................$/ )obretensiones )obretensiones durante la cone0in de lineas frias................................ $* )obretensiones debido a la reiniciacion del arco entre los contactos de los interruptores.... interruptores.............. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..............................$+ ...................$+ Interrupción de una corriente capacitiva.................................18 Interrupción de una corriente inductiva..................................19 )obretensiones )obretensiones debido a la limpieza l impieza de fallas.................... fallas.............................. .....................11 ...........11 Toda oda la lip lipie ie!a !a de un una a "all "alla a a tier tierra ra en un una a "ase "ase cerc cerca a del del interruptor....................... interruptor................................................. ......................................................## ............................## 2impieza de una falla trif#sica en un sistema aislado.............................1/ M!todos para controlar sobretensiones generadas en la operacin de interruptores interruptores de potencia............... potencia.......................... ..................... ..................... ..................... .........................1* ...............1* M!todos de control de las sobretensiones............. sobretensiones.............................................. ................................. 1 Descar$adores.......................................................................#8 %&plosores.............................................................................3# 'iltros ( supresores de sobretensión.......................................3# sobretensión.......................................3# 3stadística de los l os fenmenos, frecuencia................. frecuencia............................................... .............................. && 'onclusiones........... 'onclusiones...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................................... ........................... &/ Bibliografía........... Bibliografía..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ............................... .................... &(

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Introducción 2as redes el!ctricas de potencia son una parte del )3" muy comple4a sometidos a cambios continuos en su r!gimen de operacin. 3l diseño de los componentes se realiza atendiendo no solo a la tensin de operacin en condiciones normales sino tambi!n a las m#0imas sobretensiones 5ue pueden aparecer en condiciones transitorias. 6n sistema el!ctrico de potencia est# compuesto de diferentes elementos. 3n el capítulo uno se menciona bre7emente la 8istoria de los sistemas el!ctricos 8aciendo reseña en los grandes cambios 5ue estos 8an ido teniendo y los elementos por los 5ue est# compuesto. Asimismo, se modelan algunos de los elementos 5ue, de alguna forma, se 7en in7olucrados con el an#lisis de sobretensiones por maniobras. 2as sobretensiones son fenmenos transitorios 5ue se originan ya sea por perturbaciones e0terna a la red o propia del sistema. "ara entender me4or el concepto de un transitorio y la manera en 5ue se propaga la onda de sobretensin, se da a conocer en el capítulo dos el concepto de un transitorio mediante un e4emplo físico, para luego aplicarlo en circuitos el!ctricos sencillos de ca y cd. "osteriormente, se describen las ecuaciones de línea para el estado transitorio, se e0plican los fenmenos de onda incidente y re9e4ada 5ue son el principio para el estudio de sobretensiones.  :odo esto para 5ue el lector pueda comprender como surge este fenmeno. 3l presente traba4o gira entorno a tres aspectos de las sobretensiones por maniobra; las causas 5ue lo originan, los 7alores de tensin 5ue puede llegar a alcanzar y por ultimo las t!cnicas para reducir su impacto tanto en tiempo como en ni7el de tensin. 3n la e0plotacin de cual5uier red el!ctrica siempre es necesario considerar dos condiciones generales de operacin;

<

'ondiciones de estado estable.

<

'ondiciones de estado transitorio.

3n las condiciones de estado estable se consideran como aspectos fundamentales los siguientes factores;

<

=lu4o normal de potencia del suministro a la carga.

<

Valores nominales de las tensiones en cada punto.

<

Valor nominal de la frecuencia de la tensin.

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<

Garantía en la continuidad del ser7icio.

<

3>ciencia adecuada.

<

?tros factores.

3n las condiciones de operacin de estado estable uno de los aspectos m#s importantes a considerar es la tensin del sistema. "or tensin del sistema se entiende el 7alor efecti7o de la tensin de línea a la frecuencia nominal del sistema, por lo general (@* Hz. 3ste 7alor de tensin es el 5ue se toma como base en el estudio del sistema en estado estable.. 3n los sistemas el!ctricos se permiten des7iaciones en la magnitud de la tensin del sistema en un porciento determinado de acuerdo a la clase de tensin de 5ue se trate, siendo el 7alor m#0imo de esta des7iacin la 5ue de>ne la tensin nominal de las componentes y aparatos a instalar en el mismo. 2as tolerancias de estas des7iaciones son de  $  en sistemas de 8asta 11 CV y de 8asta  (  en sistemas de m#s de 11 CV. 2as condiciones de estado transitorio se caracterizan por un cambio brusco en las condiciones de operacin a 5ue est#n sometidas todas las componentes y aparatos del sistema. 3n las condiciones de estado transitorio se consideran como aspectos fundamentales los siguientes;

<

"osibles sobretensiones.

<

Aparicin de altas corrientes.

<

Destruccin de aparatos y componentes.

<

%nterrupcin en el ser7icio.

<

?tros aspectos.

De los aspectos antes señalados el m#s importante desde el punto de 7ista de la operacin con>able del sistema son las sobretensiones 5ue pueden aparecer y el efecto de las mismas sobre su aislamiento. 30isten di7ersas causas en la operacin de los sistemas el!ctricos 5ue permiten la aparicin de altos 7alores de tensin o sobretensiones. 2as fuentes de generacin de las sobretensiones se pueden clasi>car en dos grandes grupos;

<

)obretensiones e0ternas.

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)obretensiones internas.

3n las sobretensiones e0ternas la fuente de energía la aporta el rayo, por lo 5ue la misma es e0terna al sistema, en tanto 5ue en las sobretensiones internas la fuente de energía es el campo electrost#tico i electromagn!tico de la línea, por lo tanto la energía la aporta el sistema.  :anto para las condiciones de estado estable como para las condiciones de estado transitorio el aspecto m#s importante es el comportamiento del aislamiento de los aparatos y partes componentes del sistema, ya 5ue los esfuerzos a 5ue el mismo est# sometido debido a la accin del campo el!ctrico di>eren considerablemente para ambos tipos de condiciones. "ara las condiciones transitorias el esfuerzo a 5ue est# sometido el aislamiento es de corta duracin pero de gran intensidad, mientras 5ue para las condiciones de operacin de estado estable los esfuerzos son de ba4a intensidad pero de larga duracin, siendo !ste ltimo el factor fundamental en el en7e4ecimiento del mismo. 3l esfuerzo continuo a 5ue est# sometido el aislamiento de las componentes y aparatos de los sistemas el!ctricos debido a la accin del campo el!ctrico pro7ocado por la tensin nominal de traba4o 8ace 5ue el aislamiento 7aya cambiando paulatinamente, su resistencia 7a disminuyendo y las p!rdidas en el mismo 7an aumentado pudiendo llegar a producirse una falla en el mismo.

Caracter*sticas $enerales de las sobretensiones. 2as sobretensiones son comnmente fenmenos transitorios, pudiendo distinguirse claramente dos tipos; las grandemente amortiguadas de una duracin relati7amente corta Erayos y conmutacionesF y los no amortiguados de relati7amente larga duracin, aun5ue el límite entre ellos no est# claramente de>nido. 3n el mismo sentido, las sobretensiones se pueden de>nir como cual5uier tensin transitoria entre fase y tierra o entre fases 5ue tengan un 7alor respecto a la tensin del sistema mayor para las tensiones de línea a tierra o para el caso de la tensin entre líneas. )egn )inger. 'omo se especi>c antes se pueden clasi>car en Eme 8e tomado el atre7imiento de realizar la siguiente >gura ilustrati7aF

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'onsecuti7amente, las sobretensiones temporales no son m#s 5ue una sobretensin de línea a tierra, o de fase a fase, por lo comn de larga duracin d!bilmente amortiguada Einclusi7e no amortiguadaF y a frecuencia de la red generalmente.

Sobretensiones internas. 2as sobretensiones internas se pueden de>nir como cual5uier tensin transitoria entre fase y tierra o entre fases 5ue tengan un 7alor respecto a la U

tensin del sistema mayor 5ue

2 3

 para las tensiones de línea a tierra o

U 2

 para el caso de la tensin entre líneas.

2as sobretensiones internas se de>nen comnmente en 7alores por unidad, así para el caso de las sobretensiones a tierra se tiene 5ue;

Upu =

Um 3 U 2

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Donde; 6pu  )obretensin por unidad de fase a tierra. 6m  Valor pico de la sobretensin de fase a tierra. 6@

Valor efecti7o m#0imo de la tensin del sistema.

2as sobretensiones internas pueden ser de dos tipos claramente de>nidos las sobretensiones temporales y las transitorias.

Sobretensiones teporales. 6na sobretensin temporal no es m#s 5ue una sobretensin de línea a tierra, o de fase a fase, de relati7amente larga duracin muy d!bilmente amortiguada o no amortiguada, comnmente a frecuencia de potencia. 3ste tipo de sobretensin se origina a partir de; 'allas. Cabios s-bitos de car$a. %"ecto 'erranti. esonancia. 'errorresonancia. %tc. 6na falla de línea a tierra representa un e4emplo típico de este tipo de sobretensin ya 5ue en las fases no falladas se presenta un aumento en la tensin de forma sostenida mientras dure la falla. ?tro caso típico de sobretensin temporal se presenta al cerrar una línea terminada en un transformador si la característica de saturacin del transformador puede producir un alto contenido de armnicos en la forma de onda de la tensin, y an m#s si la capacitancia de la línea con la inductancia del transformador pueden modular la amplitud de la tensin a frecuencia de potencia. 2a en7ol7ente de dic8as oscilaciones normalmente se atena lentamente.

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Sobretensiones transitorias. )e conocen comnmente como sobretensiones de maniobra o de conmutacin y no son m#s 5ue la respuesta de los circuitos I2' cuando se presenta un cambio brusco de las condiciones de estado estable del mismo. 2a amplitud y duracin de las sobretensiones transitorias dependen de la con>guracin del sistema, de sus par#metros el!ctricos, de la condicin del sistema pre7io al cambio, etc., pero por lo comn son de corta duracin y altamente amortiguados. "ara estudios de coordinacin de aislamiento los mismos se de>nen m#s 5ue por la forma de onda propia por la en7ol7ente a la misma, us#ndose para simularlos en los laboratorios la onda típica de 1(J1( s. 

Aun5ue desde el punto de 7ista del aislamiento su forma y duracin son los aspectos m#s importantes los mismos se clasi>can segn su origen, siendo los m#s comunes los debido a;

<

3nergizacin de una línea.

<

Iecierre de una línea.

<

Apertura de una corriente capaciti7a.

<

Apertura de una corriente inducti7a.

<

2impieza de fallas.

<

3tc.

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Sobretensiones en los sisteas con el neutro aislado Al inicio del desarrollo el!ctrico la mayoría de los sistemas operaban aislados de tierra, pasando despu!s a medida 5ue los mismos se desarrollaban a traba4ar puestos atierra, us#ndose en la actualidad los sistemas aislados slo en tensiones de distribucin y menores. 2a 7enta4a inicialmente analizada era la de 5ue fallas a tierra permitían mantener el ser7icio, pero a esta 7enta4a se le contraponían las sobretensiones ante fallas intermitentes y los problemas concernientes al aislamiento de este tipo de falla, situaciones !stas f#ciles de controlar en los sistemas puestos a tierra.

Sobretensión debido a una "alla a tierra sólida. 3n el sistema 5ue se muestra en la =ig. Ba4o condiciones normales de operacin el punto K est# a cero potenciales a pesar de 5ue el mismo no est# conectado a tierra. 'uando se presenta una falla a tierra en una línea la corriente de falla es limitada por las capacitancias de línea a tierra 5uedando el diagrama fasorial tal como se aprecia en la parte inferior de =ig. 0as consecuencias ue se derivan de esta situación son2 3le7acin de la tensin con respecto a tierra de las fases no fallada las 5ue pasan a tener una tensin a tierra igual 5ue la tensin de línea. 3sta situacin, aun5ue indeseable, no es un gran incon7eniente pues el aislamiento del sistema debe soportar dic8a condicin sin mayores di>cultades. )e producen caídas de tensin peligrosas en el suelo en las pro0imidades del punto de falla. 3le7acin brusca del potencial del punto neutro con las consecuentes sobretensiones transitorias en el caso de fallas intermitentes.

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Sobretensión debido a una "alla a tierra interitente. 2a sobretensin m#0ima 5ue se puede presentar en los sistemas con el neutro aislado es de sin embargo, en el caso de fallas intermitentes a tierra se pueden producir sobretensiones de 8asta ( @ * 7eces la tensin nominal del sistema. 3l fenmeno de ele7acin brusca del potencial se desarrolla como se indica en la =ig. 6n sistema con el neutro aislado operando ba4o condiciones normales mantiene su punto neutro al potencial de tierra, sin embargo, al presentarse una falla atierra en la fase a el tri#ngulo de tensin se desplaza a la posicin indicada en la =ig. 2a m#0ima sobretensin 5ue puede aparecer debido a esta falla se presenta cuando la tensin en la fase a es 6ma0, ya 5ue para esa condicin las tensiones de las fases b y c es de ,( 6ma0. Al presentarse para la condicin señalada, la falla a tierra, la tensin de a caer bruscamente a cero, por lo 5ue el potencial del punto neutro tiene 5ue ba4ar a 6ma0 Epara mantener el 6ma0 de la misma polaridad correspondiente a la fase aF, lo 5ue implica 5ue las tensiones de las fases b y c caen a $,( 6ma0, estabiliz#ndose a esta tensin a tra7!s de un proceso transitorio, cuya m#0ima amplitud puede llegar a ser de 8asta 1, 6ma0 debido al car#cter oscilatorio del circuito. De no establecerse un contacto slido en la falla al pasar la corriente por cero la misma se e0tingue, manteni!ndose el punto neutro al potencial ad5uirido debido a la carga atrapada.  :ranscurrido medio ciclo la tensin de la fase a se 8a in7ertido, tal como se muestra en la parte superior de la =ig. 'on esto la diferencia de potencial aplicada al punto de falla puede llegar a pro7ocar de nue7o 5ue el arco el!ctrico se reinicie, con lo 5ue el potencial de la fase a tendera de nue7o a buscar el potencial de tierra a tra7!s de un proceso oscilatorio sin embargo,

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si la corriente establecida al reiniciarse el arco pasa por cero y se e0tingue cuando el potencial del punto neutro est# en su 7alor negati7o m#0imo, el tri#ngulo de tensin 5uedar# ocupando la posicin indicada en la parte inferior de la =ig. Debido a 5ue de nue7o la línea se 8a aislado de tierra.  :ranscurrido medio ciclo m#s se repiten las mismas condiciones, por lo 5ue puede repetirse de nue7o el mismo proceso tal como se indica en la =ig.

2as condiciones señaladas para el fenmeno antes descrito son la ptimas a8ora bien, en la realidad es muy poco probable 5ue la reiniciacin del arco tenga lugar cuando la tensin de la fase fallada est! en su 7alor m#0imo, normalmente se presenta antes, con lo 5ue las sobretensiones son de menor magnitud 5ue la descrita.

Sobretensiones debido a la resonancia ( a la "errorresonancia 3ntre los fenmenos 5ue pueden dar lugar a sobretensiones a frecuencia de potencia en los sistemas el!ctricos, se encuentran los debidos a la resonancia, ya sea del armnico fundamental o de los armnicos secundarios. 3ntre los fenmenos de resonancia re7isten una importancia particularmente grande los debidos a la ferroresonancia.

Sobretensiones por resonancia. 'omo es conocido en los sistemas el!ctricos se puede presentar un aumento considerable en la corriente al ocurrir un fenmeno de resonancia. 3sta condicin se presenta al neutralizarse las reactancias inducti7as y capaciti7as entre sí, pasando el sistema a ser resisti7o. 3l aumento de la

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corriente 5ue ello conlle7a, 8ace 5ue al circular esta corriente por cada e5uipo en particular, pro7ocan los mismos una caída de tensin 5ue depender# de la impedancia del mismo, puesto 5ue la corriente est# determinada por el circuito en su con4unto.

2os fenmenos de resonancia comnmente no pro7ocan sobretensiones muy grandes debido a la magnitud tan considerable d las p!rdidas en los circuitos comerciales, es decir, debido a 5ue la corriente es limitada por la magnitud de la resistencia total del circuito sin embargo, en algunos casos especiales en 5ue las p!rdidas sean pe5ueñas se pueden presentar sobretensiones de gran magnitud, como por e4emplo en el caso de pruebas de cables. 2os sistemas el!ctricos m#s factibles de confrontar estos problemas son a5uellos 5ue alimentan e0tensas redes basado en cables soterrados, condicin esta 5ue slo se presenta n los sistemas de distribucin. 3n los sistemas de transmisin lo m#s comn es la ferroresonancia. "ara un circuito serie la ecuacin 5ue lo gobierna est# dada por;

U = I R 2

+ (2πfL −

2π fL tanα =

−

1 2πfC

)2

1 2π fC

R 

'uando la caída en la capacitancia es igual a la caída en la inductancia se cumple 5ue; U

= IR;

α=0

y

f  =

1 2π LC

o

γ

=

1 LC

'omo se aprecia a la frecuencia de resonancia la corriente slo est# limitada por la resistencia del circuito, la cual en los sistemas el!ctricos se procura mantener lo m#s pe5ueña posible.

2a caída de tensin en el elemento capaciti7o est# dada por;

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U

=

 ω    ( ω R C) +      −1 γ      2

2

2

γ=ω

"ara la resonancia debido a

Uc =

U ω R C

=

U γ R C

=

U LC R 

= U 

 Z   R

 La 5ue;

L C

= " ( impedancia

caracter! tica del circuito

)

"or lo tanto, la relacin entre la tensin en el elemento capaciti7o y la tensin total es igual a la relacin entre la impedancia característica y la resistencia 8mica del circuito. #ω

ω

"ara cual5uier des7iacin  de la frecuencia  a partir de la frecuencia γ natural , los 7alores de la corriente, así como de 6 c decrecen r#pidamente. Debido a los 7alores de las capacitancias en los circuitos el!ctricos a frecuencia de potencia, la frecuencia de resonancia corresponde a los armnicos superiores los 5ue normalmente tienen magnitudes ba4as. 3n el caso de 5ue se presente la resonancia de un armnico cual5uiera se 7a a presentar una distorsin muy marcada de la forma de onda de la tensin. 3n el caso particular de 5ue se energice un circuito resonante, las amplitudes m#0imas de la tensin y de la corriente slo pueden alcanzarse progresi7amente, mediante la acumulacin sucesi7a de energía en el circuito, desarroll#ndose el proceso segn una funcin e0ponencial. M#s peligroso 5ue en el caso de 5ue la frecuencia coincida con la frecuencia natural de oscilaciones es el caso en 5ue sea otra muy poco diferente, pues en este ltimo caso aparece un batimiento de las oscilaciones, lo 5ue 8ace

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5ue la corriente y la tensin llegue a pasar por 7alores casi del doble de su amplitud >nal. 3n las redes de distribucin la resonancia puede ocurrir en los grandes sistemas soterrados alimentados por una línea a!rea. 3n estos casos la frecuencia natural puede ser f#cilmente del orden del armnico inferior de la tensin de generacin y puede dar lugar a tensiones e0cesi7as en el sistema entero; pero an es m#s posible la resonancia de alguno de los armnicos, lo 5ue tambi!n puede dar lugar a sobretensiones, aun5ue de menor cuantía. ?tro caso peligroso para la resonancia es cuando los cables alimentadores de alta capacitancia se protegen contra corrientes de cortocircuito demasiados altos mediante el uso de reactores serie.

2os capacitores est#ticos 5ue se usan para me4orar el factor de potencia de una red pueden constituir circuitos resonantes con los transformadores alimentadores, particularmente cuando est#n en 7acío debido a 5ue no e0iste el amortiguamiento 5ue introduce la carga.

Sobretensiones por "erroresonancia. 3n los an#lisis efectuados 8asta a8ora se 8a supuesto 5ue la inductancia es independiente de la corriente y por lo tanto es constante. 3sto se cumple cuando la trayectoria principal del campo magn!tico es en el aire como ocurre en el caso de la inductancia de las líneas a!reas. )i el campo magn!tico 9uye principalmente a tra7!s del 8ierro la inductancia del circuito no es constante, manteni!ndose al inicio pr#cticamente constante al aumentar la corriente, disminuyendo despu!s tal como se aprecia en la =igura siguiente.

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2a =igura 5ue corresponde al diagrama fasorial de un circuito 2' en la 5ue se puede apreciar 5ue la caída en el capacitor es lineal, en tanto 5ue la correspondiente a la inductancia no loes por su dependencia de la corriente.

'omo se puede 7er en la =igura siguiente la característica 6c $ no se corta con la de la inductancia lo 5ue implica 5ue siempre se 7a a cumplir 5ue UC 〉 UL

por lo 5ue se trata de un circuito capaciti7a. )i por el contrario las UL 〉 UC

cur7as se cortan se presentar# la siguiente situacin; inicialmente , la tensin aplicada al circuito ser# la diferencia entre 6 2 y 6', ya 5ue siempre U = UL + UC

se tiene 5ue cumplir 5ue . )i la tensin aplicada se comienza a aumentar se llegar# a un 7alor de 6 ma0 a partir del cual cual5uier incremento en el mismo implicar# un cambio brusco en el modo de operacin del circuito, el cual pasar# de inducti7o a capaciti7o ya 5ue para 7alores superiores a 6 ma0 no 8ay solucin posible a la iz5uierda del punto ? $ pasando el sistema a operar a la derec8a de dic8o punto, para el cual si se U = UL + UC

cumple 5ue , aun5ue operando a8ora como un circuito capaciti7o. 'omo se puede apreciar el cambio analizado pro7oca un aumento considerable en la magnitud de la corriente, lo 5ue 8ace 5ue tambi!n aumente la tensin aplicada a cada uno de los componentes del sistema.

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3n la =igura siguiente se puede apreciar la característica 6 7s % del sistema analizado, la cual tiene como puntos de operacin estables los puntos A y B. Al punto de operacin estable A la corresponden 7alores de 6 '  L de 62 bastante altos, los 5ue depender#n de la pendiente de la cur7a 1 ωC

correspondiente a 6 ', la 5ue est# dada por

.

3l cambio de un estado de operacin al otro 7a acompañado de un proceso transitorio 5ue puede agra7ar m#s an la situacin.

3stos fenmenos no ocurren durante la operacin normal del sistema, sino cuando se presentan perturbaciones en su operacin y despu!s de operaciones de>cientes. 6n caso típico en el cual se puede presentar tanto este fenmeno como el de la resonancia se muestra en la >gura aba4o 5ue corresponde a una interrupcin en la línea 5ue alimenta un transformador en 7acío o a un transformador de medicin y en el mismo la magnitud de la sobretensin 5ue puede aparecer depender# de la magnitud de las

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capacitancias a tierra y de si llega a presentarse o no una in7ersin en el modo de operacin del circuito. .

Sobretensiones durante la cone&ión de lineas "rias. Durante la cone0in de líneas frías la condicin peor 5ue se puede presentar es cuando ellas est#n abiertas, ya 5ue la tensin en el e0tremo abierto puede llegar a ser de 8asta dos 7eces la tensin aplicada debido a la re9e0in 5ue tiene lugar en dic8o punto y cuya secuencia se muestra en la =igura siguiente.

3n la =ig. EaF inicialmente 7ia4an 8acia el e0tremo abierto una onda de tensin y otra de corriente, las 5ue al arribar al e0tremo de la línea son re9e4adas, dobl#ndose la tensin y 8aci!ndose cero la corriente pues en este caso la tensin re9e4ada es de la misma magnitud y polaridad 5ue la incidente en tanto 5ue la corriente re9e4ada es tambi!n de igual magnitud pero de polaridad contraria, =ig. EbF. Al arribar estas señales ala fuente y como ella acta como un cortocircuito en ella se re9e4an de nue7o la onda de tensin y la de corriente, siendo en este caso la de tensin negati7a y la de corriente positi7a, =ig. '. 3stas nue7as ondas al arribar al terminal abierto de la línea y re9e4arse dan lugar a las condiciones mostradas en la =ig. EdF, es decir la línea retorna a sus condiciones iniciales, por lo 5ue el pr0imo sería el 5ue salieran de la fuente dos nue7as ondas 5ue repetirían

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el mismo proceso por lo 5ue la tensin y la corriente oscilarían alrededor de su 7alor >nal y el circuito se comportaría como un circuito oscilante.

"ara una línea real, es decir, con p!rdidas debido al amortiguamiento 5ue tiene lugar la tensin se estabilizar# a un 7alor intermedio entre 16 y cero en tanto 5ue a corriente tender# a cero.

3l caso de energizacin de una línea terminada en un circuito abierto se muestra en la en la >gura siguiente.

Sobretensiones debido a la reiniciacion del arco entre los contactos de los interruptores. 'uando se abre una línea energizada se presentan sobretensiones 5ue pueden llegar a tomar 7alores apreciables. 2os casos m#s críticos se presentan cuando se interrumpe una corriente capaciti7a, como es el caso de una línea en 7acío o una batería de capacitores y cuando se interrumpe una corriente inducti7a forzando la misma a cero, como es el caso de la

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interrupcin de la corriente de magnetizacin de un transformador en 7acío o de un inductor por un interruptor de gas.

%nterrupcin de una corriente capaciti7a. 3l caso de interrupcin de una corriente capaciti7a se puede representar en el circuito de la =ig. EaF. 3l proceso de interrupcin de la corriente por un interruptor, como es conocido, ocurre cuando la corriente pasa por cero y como en el caso analizado se trata de una corriente capaciti7a e0istir# un desfasa4e entre la tensin y la corriente de - tal como se muestra en la =ig. EbF. 'omo se aprecia en la =ig. EbF ser interrumpida la corriente la tensin est# en su 7alor m#0imo, por lo 5ue el capacitor 5ueda cargado al potencial m#0imo de la fuente.

A medida 5ue transcurre el tiempo la tensin 5ue 5ueda aplicada a los e0tremos del interruptor 7a aumentando si la razn de crecimiento de la tensin entre los polos del interruptor es menor 5ue la correspondiente al proceso de recobrado de las propiedades aislantes del medio 5ue separa los contactos, el proceso de interrupcin ser# completo y la energía almacenada en el capacitor se disipar# debido a las p!rdidas en el aislamiento. 3n caso contrario se reiniciar# el arco entre los contactos del interruptor tal como se muestra en la =ig. EcF, =ig. EdF y =ig. EeF

3n el caso de la =ig. EcF, el reinicio del arco se efecta antes de 5ue la tensin 8aya cambiado de polaridad, condicin para la cual se restablece la corriente de frecuencia de potencia, no produci!ndose sobretensiones en el sistema, slo una pe5ueña perturbacin de frecuencia superior a la de potencia. 3n el caso de la =ig. EdF el arco se reinicia cuando la diferencia de potencial entre los contactos la m#0ima posible, pues la tensin ya 8a in7ertido su polaridad y est# en su 7alor negati7o m#0imo, 8abiendo entre los contactos una tensin de 1 6 ma0; al reiniciarse el arco, si se establece de nue7o la corriente de frecuencia de potencia como es el caso de esta >gura, el potencial de 'b tender# a la tensin 6 a despu!s de un proceso oscilatorio el

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cual se propaga por la línea. )i por el contrario al pasar la corriente transitoria por su primer cero se e0tingue el arco el!ctrico el condensador ' b 5uedar# cargado a una tensin de @1 6 ma0 tal como se muestra en la =ig. EeF. 3n este ltimo caso de nue7o la tensin entre los seguir# aumentando lo 5ue puede producir otra reiniciacin del arco entre los contactos, siendo la condicin peor cuando la misma se presenta despu!s 5ue la tensin a in7ertido de nue7o su sentido y est# en su 7alor m#0imo positi7o, lo 5ue puede en dic8o caso producir una oscilacin 5ue 7a desde @1 6 ma0 8asta / 6ma0 produci!ndose ya sobretensiones muy peligrosas para el aislamiento.

%nterrupcin de una corriente inducti7a. Aun5ue se interrumpa bruscamente en cual5uier punto un circuito 5ue contenga inductancia la corriente no puede de4ar de circular por la inductancia 8asta tanto la energía almacenada en el campo no se 8aya disipada totalmente en forma de p!rdidas o 8aya pasado a almacenarse en el campo electrost#tico del sistema de 5ue se trate.

3n el circuito de la siguiente >gura, para un instante de tiempo cual5uiera la energía total almacenada est# dada por; 1 2

(C U

2

+

I

2

L

)

De interrumpirse bruscamente la corriente la energía total almacenada en el campo magn!tico tiene 5ue pasar a almacenarse en el capacitor, para lo cual la tensin en !l tiene 5ue aumentar. 2a tensin 5ue alcanza est# dada por;

L U = U c2 + I 2 C

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'omo se puede 7er la magnitud de la sobretensin depender# b#sicamente de la magnitud de la corriente en el momento de la interrupcin y de la relacin entre la inductancia y la capacitancia del sistema. "or e4emplo, para " = %00 $

el caso de una línea en 5ue

 y la corriente en el momento de la U 2c

descone0in sea de / A Despreciando  la tensin es de & /  V. 3n la realidad estos 7alores no son posibles, ya 5ue es imposible interrumpir instant#neamente la corriente pues siempre se establece un arco entre los contactos del interruptor. 3ste arco re5uiere para e0tinguirse un tiempo determinado, actuando a la 7ez como 7#l7ula de seguridad, ya 5ue cuanto mayor es la sobretensin mayor es la duracin del arco.

3n este tipo de circuito la frecuencia natural de oscilaciones est# dada por;

f 0 =

1 2 π LC

)i la apertura del interruptor 8ace 5ue la corriente se interrumpa en un tiempo menor 5ue medio ciclo de la duracin del periodo propio de oscilaciones del circuito oscilante, el fenmeno se desarrolla como una oscilacin amortiguada. )i la ruptura se efecta en un tiempo relati7amente largo, superior a la cuarta parte del periodo propio del circuito oscilante, la oscilacin, mientras permanece encendido el arco, 5ueda sometida a un amortiguamiento aperidico, y en estos casos la sobretensin debe calcularse por la relacin;

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UNSA U=L

dI dt

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+ IR 

Así, de esta forma, la energía disipada en el arco y en las dem#s resistencias del circuito 8ace 5ue la magnitud de la sobretensin sea muc8o menor.  :ericamente el caso analizado no debe presentarse en corriente alterna ya 5ue en los mismos la interrupcin de la corriente debe efectuarse cuando esta pasa por cero, sin embargo, e0isten condiciones particulares en las cuales se puede presentar, como es el caso de 5ue la interrupcin sea pro7ocada por un fusible de un tiempo de interrupcin muy corto o en el caso, m#s factible aun, de 5ue se trate de la descone0in de un transformador en 7acío o de un inductor usando interruptores de aire ya 5ue el mecanismo de interrupcin de ellos puede forzar la corriente a cero sin 5ue la misma 8aya llegado al cero. 3sto ltimo es posible debido a la corriente tan pe5ueña d las mismas, la cual est# sometida a un mecanismo de interrupcin de corrientes incomparablemente superiores. )i en el circuito de la >gura siguiente la corriente es forzada a cero debido a las razones antes e0puestas, los capacitores ' 6 y ' se cargaran a tensiones muy superiores a las nominales. 3sta sobretensin aparece tanto en el transformador como en el interruptor, lo 5ue pro7oca de nue7o el reencendido del arco descarg#ndose '6 a tra7!s del circuito y '  a tra7!s del transformador sin embargo, es muy posible 5ue el sistema de interrupcin del arco del interruptor 7uel7a a forzar la corriente a cero, y del Nproceso se repite, pero cada 7ez a 7alores de tensin superiores. 'ono se 8a planteado el encendido del arco cada 7ez se produce a tensiones superiores y el mismo limita la magnitud de la sobretensin, siendo las sobretensiones m#0imas detectadas del orden de seis 7eces la tensin aplicada al transformador. 3l fenmeno 5ue se presenta es de gran comple4idad, ya 5ue la capacitancia del e5uipo tiene una gran importancia pues al aumentar !sta se presenta un efecto bene>cioso y otro per4udicial. 3l efecto bene>cioso se debe a 5ue se reduce la tensin m#0ima posible entre los contactos y el per4udicial es 5ue retrasa el establecimiento de la tensin necesaria para el reencendido del arco y ello da tiempo a 5ue la separacin entre los contactos aumente, lo 5ue 8ace 5ue la tensin necesaria para la reiniciacin del arco sea mayor.  :ambi!n la 7elocidad de separacin de los contactos tiene una gran in9uencia pues si el reencendido se produce a pe5ueñas distancias el mismo se repetir# 7arias 7eces y en cada uno de ellos se disipar# parte de la energía, lo 5ue 8ace disminuir el 7alor m#0imo de la sobretensin. 3ste fenmeno 8ace 5ue la descone0in de circuitos de corriente directa cortocircuitados pueda generar grandes sobretensiones, pues en ellos la

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corriente slo ser# cero cuando la misma sea interrumpida por el interruptor.

Sobretensiones debido a la lipie!a de "allas. 'uando se interrumpe una falla siempre se presenta un proceso transitorio con la correspondiente sobretensin. 2os casos m#s típicos son los de la limpieza de fallas a tierra y en ellos 4uega un papel importante la distancia a 5ue este la falla. ?tro elemento 5ue puede dar lugar a una sobretensin es la diferencia en el tiempo de e0tincin del arco entre los contactos de unos interruptores trif#sicos en un sistema aislando al abrir una falla trif#sica.

 :oda la limpieza de una falla a tierra en una fase cerca del interruptor. 'ambios bruscos en los sistemas el!ctricos producen procesos transitorios debido a 5ue los mismos son sistemas oscilatorios. 6n caso de inter!s se presenta para la tensin de recuperacin despu!s de una falla, ya 5ue una 7ez 5ue la misma 8a sido limpiada por los sistemas de proteccin transcurre un período transitorio a tra7!s del cual la tensin se estabiliza. A este proceso se le denomina comnmente tensin de recuperacin. 'onsiderando el caso 5ue se muestra en la >gura siguiente correspondiente a la limpieza de una falla a tierra cerca del interruptor en un circuito trif#sico y considerando 5ue; 3l suministro se considera como una barra in>nita. 2a tensin en el arco se desprecia comparada con la tensin del circuito. I, 2, ', y G son independientes de la frecuencia y de la corriente.

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"ara este caso el proceso de recuperacin de la tensin en el capacitor est# gobernado por la e0presin;

   

U C = U ma& 1 − co!

1 LC

  t      

'omo se aprecia por la e0presin la m#0ima tensin 5ue puede aparecer aplicada al capacitor es de 1 6ma0 , en caso de 5ue no e0istiera ningn tipo de amortiguamiento y la misma se presentaría para un tiempo igual a la mitad del periodo de la señal de oscilaciones a la frecuencia natural tal como se puede apreciar en la >gura anterior.

0ipie!a de una "alla a tierra en una "ase ale4ada del interruptor. 3n el caso en 5ue la falla sea ale4ada de los interruptores es necesario considerar la inductancia y la capacitancia 5ue 5ueda entre el interruptor y el punto de falla tal como se indica en la s 3n este las tensiones a ambos lados del interruptor est#n gobernadas por las siguientes e0presiones;

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   

U1 = U ma&  co! ω t

U2

  L = U    L + L

−

2

ma &

1

2

L1 L1 + L 2

   

co!ω1 t    

   

co! ω 2 t    

3n este caso la tensin aplicada entre los contactos del interruptor estar# dada por;

U C' = U 1 − U 2

0ipie!a de una "alla tri"5sica en un sistea aislado. ?tro tipo de sobretensin 5ue se presenta al limpiar una falla es el caso de los sistemas con el neutro aislado en los cuales ocurre una falla trif#sica, ya 5ue debido al desfasa4e e0istente una de ellas pasar# primero por cero e0tingui!ndose el arco en el polo del interruptor conectado a esa fase primero 5ue en los dem#s, tal como se muestra en la >gura siguiente.

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"ara las condiciones representadas;

U′ = U a

−

U (

−I

"

"ero; I=

− Uc

U 

2"

2uego;

   U ( − U c          ′ U = U a − U ( −   2 "  "            "or lo tanto; U′ = U a

−

U 

− Uc 2

"or la >gura se sabe 5ue; U (

− Uc = − Ua Técnicas de Alta Tensión

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U′ =1*) U a

'omo se puede apreciar debido a la accin de las otras dos fases la tensin entre los contactos del primer polo del interruptor en 5ue se e0tingue el arco aumenta instant#neamente a $,( 6 a pro7ocando con ello un proceso oscilatorio en el sistema.

6étodos para controlar sobretensiones $eneradas en la operación de interruptores de potencia 'uando las sobretensiones son originadas por maniobras con interruptores, las medidas destinadas a limitar su 7alor tienen como ob4eti7o >nal alterar o controlar el proceso transitorio 5ue se origina con la maniobra. 2as sobretensiones por maniobra se pueden limitar o e7itar empleando interruptores con cierre sincronizado. "uesto 5ue, como ya se 8a mencionado, la sobretensin 5ue se puede originar con una maniobra depende de la tensin 5ue e0ista en el lado de la fuente cuando se cierra el interruptor, el 7alor de la sobretensin puede reducirse dr#sticamente, o incluso no originarse sobretensin, si el cierre se sincroniza con la tensin de la fuente, y tiene lugar cuando esta tensin es nula o cercana a cero. 3l uso de resistencias de preinsercin es uno de los m!todos m#s efecti7os para controlar sobretensiones generadas en la operacin de los interruptores de potencia. 3stas resistencias se conectan en serie a la línea pre7io al cierre de los contactos principales del disyuntor para una 7ez 5ue el disyuntor 8a efectuado el cierre se forme un di7isor de tensin con la resistencia preinsertada para así reducir la tensin inicial. 6na 7ez 5ue esto 8a sucedido las resistencias se cortocircuitan para ser eliminadas del circuito. 2a =igura siguiente muestra dos arreglos para el uso de las resistencias de preinsercin. 3n ambos casos debe primero cerrarse el contacto A para permitir 5ue entre la resistencia I, y luego de un inter7alo de tiempo deber# cerrar B para cortocircuitar a I. 3l 7alor de I suele ser similar al de la impedancia característica de la línea, y su tiempo de permanencia est# entre * y $( ms.

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2os transformadores de tensin inducti7os, conectados a los e0tremos de una línea, reducen e>cazmente las cargas atrapadas en las fases de una línea despu!s de su cone0in, con lo 5ue las sobretensiones de reenganc8e generalmente se limitan a las de cone0in. 2a presencia de pararrayos de 0idos met#licos limita las sobretensiones de frente lento al ni7el de proteccin correspondiente a impulsos tipo maniobra. 3n general, las sobretensiones pueden alcanzar 7alores superiores al ni7el de proteccin proporcionado por los pararrayos durante la cone0in y reenganc8e de líneas, o con maniobras de corrientes capaciti7as e inducti7as, pero no así con las otras sobretensiones de frente lento, cuya magnitud ser# inferior al ni7el de proteccin. 2os pararrayos de resistencia no lineal con e0plosores funcionan con sobretensiones de frente lento nicamente en casos e0tremos, debido a las características de cebado de los e0plosores en serie. 2os casos m#s importantes de descone0in 5ue dan lugar a transitorios de sobretensiones son los siguientes;

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6étodos de control de las sobretensiones 2os e5uipamientos son solicitados por las sobretensiones durante todo el funcionamiento de un sistema el!ctrico y en efecto estas solicitaciones del aislamiento de los e5uipamientos deben ser minimizadas, para permitir una gran con>abilidad aceptable para la operacin del sistema. 2as sobretensiones tienen una naturaleza intrínsecamente estadística, debido a una serie de 7ariables aleatorias, tales como; dispersin del instante de cierre de los contactos de los interruptores, instante de ocurrencia de una falla del sistema, amplitud y relacin de crecimiento de las descargas atmosf!ricas, condiciones operati7as del sistema en el instante de ocurrencia, etc. y son, pr#cticamente, imposibles de ser eliminadas o mantenidas ba4o riguroso control.

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'omo ob4eti7o para e7itar 5ue el riesgo de falla del aislamiento de los e5uipamientos per4udi5ue la operacin del sistema y 5ue los e5uipos se dañen con frecuencia, se adoptan dispositi7os, o medidas especiales, para permitir un control de las sobretensiones, de manera de reducir sus amplitudes m#0imas y probabilidad de ocurrencia. 2a utilizacin de m!todos de control de las sobretensiones depende del tipo de solicitacin 5ue se pretende controlar, de las características del sistema el!ctrico, de factores climatolgicos asociados con la regin donde el sistema se e0tiende, etc. 2a adopcin de un determinado tipo de mecanismo, para el control de las sobretensiones debe tener en consideracin aspectos relacionados con su e>cacia, costos y simplicidad de implementacin, y otros. 3n principio, los sistemas de tensin m#s ele7ada son a5uellos 5ue necesitan de un mayor control en cuanto se re>ere a las solicitaciones de los e5uipamientos.

2os m!todos o dispositi7os m#s utilizados para controlar las sobretensiones son las resistencias de preinsercin, los descargadores, las modi>caciones de la con>guracin del sistema y el blinda4e de líneas de transmisin y de subestaciones contra descargas atmosf!ricas. 2as resistencias de preinsercin se conectan por un bre7e tiempo antes de 5ue se produzca el cierre del contacto principal de los interruptores 5ue ponen en tensin líneas de una cierta longitud 5ue se considera importante. Algunos interruptores 5ue por su principio de interrupcin generan sobretensiones, se diseñan para 8acer la interrupcin en dos etapas, primero insertando una resistencia de apertura y luego interrumpiendo la corriente reducida.

Descargadores 2os descargadores son aparatos destinados a proteger el material el!ctrico contra las sobretensiones transitorias ele7adas, dren#ndolas y limitando su duracin, y e7entualmente la amplitud de la corriente subsiguiente. 3stos aparatos comenzaron con formas de cuernos entre los cuales ba4o una sobretensin se iniciaba una descarga, e7olucionaron con resistencias no lineales Ede carburo de silicioF en serie a un e0plosor, y luego apareci el 0ido de cinc. 2os descargadores de 0ido de zinc son los m#s modernos, comenzaron a penetrar en el mercado en la d!cada de los años +, y su efecto puede ser comparado al de los diodos zenner utilizados en electrnica. 2a característica u O fEiF del 0ido de zinc se muestra en la >gura +.$ donde se la compara con la de carburo de silicio y con una resistencia lineal. 2as intensidades de corriente 5ue circulan a tra7!s de estas resistencias para un

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determinado 7alor de tensin no re5uieren e0plicacin, y se destaca el comportamiento del 0ido de zinc. 3l ba4o 7alor de la corriente, 5ue se obser7a al utilizar resistencias no lineales a base de 0ido de zinc, facilita la e0tincin de la corriente de fuga, 8abi!ndose podido suprimir el e0plosor de disparo Egapless arresstersF, elimin#ndose de este modo el comportamiento err#tico, desde un punto de 7ista probabilístico, de este dispositi7o. 3ste tipo de descargadores 5ueda conectado gal7#nicamente a la red, drenan corriente permanentemente y su comportamiento t!rmico re5uiere mayor cuidado. 2a corriente 5ue demandan de la red es pe5ueña, igualmente 5ue las p!rdidas 5ue resultan del orden de ,$( PJCV. Habitualmente se conectan entre los conductores de la red y tierra Een LF, en esta forma protegen de sobretensiones fase tierra.

2as sobretensiones fase tierra son características de las descargas atmosf!ricas, las sobretensiones llegan a una fase y 5uiz#s por acoplamiento capaciti7o inducen en otras fases tambi!n una sobretensin, pero de igual polaridad, por lo 5ue las sobretensiones entre fases no pueden ser mayores. 2as maniobras Einterrupciones especialmenteF generan sobretensiones distintas en las fases, y en consecuencia aparecen sobretensiones entre fases 5ue pueden superar los 7alores 5ue se presentan a tierra. 3stas situaciones se presentan en los generadores Epor accionamiento del interruptor de m#5uinaF y en los transformadores Epor su interruptor de maniobraF y en algunos casos, en 5ue se 4usti>ca por su importancia E7alor de sobretensin o frecuencia con 5ue se presenta, maniobraF se re5uiere limitar las sobretensiones entre fases. "ara estos casos se conectan descargadores entre bornes de los aparatos protegidos Een delta, entre los conductoresF, es así 5ue se tiene * descargadores tres fase@ tierra y tres entre fases. 6na alternati7a 5ue permite realizarse con solo / descargadores es la disposicin llamada candelabro o tridente 5ue tienen tres descargadores conectados a cada fase y a un punto intermedio, y un descargador entre este ltimo punto y tierra como se obser7a en la >gura +.1. 3n este caso siempre 8abr# dos pararrayos conectados Een serieF entre cada una de las fases y tierra, lo 5ue permite su diseño para menos de la tensin nominal del sistema, y tambi!n dos descargadores en serie entre dos fases tambi!n de tensin nominal menor a la 5ue re5uiere el sistema.

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6na falla o daño permanente en uno de los pararrayos superiores Eentre fasesF podría conducir a un se7ero cortocircuito en bornes del e5uipo protegido Emotor o generadorF. 3s con7eniente 5ue estos pararrayos tengan una tensin nominal superior Een ( o m#sF a la del e5uipo 5ue debe proteger.

0as caracter*sticas de los descar$adores son2  :ensin nominal, 5ue es el 7alor m#0imo especi>cado de tensin e>caz a frecuencia industrial admisible entre bornes para la cual el descargador funciona correctamente. 3sta tensin puede ser aplicada en forma continua sin modi>car sus características de funcionamiento. 'omo generalmente el descargador se instala entre fases y tierra, la eleccin de su tensin nominal debe tener en cuenta el grado de puesta a tierra de la red en el punto en 5ue el descargador se instala.

'uando la puesta a tierra est# asegurada, los descargadores pueden ser para el   de la tensin compuesta del sistema, a medida 5ue la puesta a tierra es menos efecti7a, este 7alor aumenta pudiendo llegar a ser necesario $  o m#s. 'recuencia noinal7 no reuiere e&plicaciones. 2as ondas de impulso Etensiones o corrientesF se caracterizan por ser unidireccionales, sin oscilaciones apreciables, 5ue crecen r#pidamente 8asta el 7alor m#0imo y caen luego a cero con e7entuales pe5ueñas ondas de polaridad opuesta. 0os par5etros ue si$uientes2

denen

una

onda

de

ipulso

son los

"olaridad Valor de cresta Em#0imoF Duracin del frente E5ue precede a la crestaF : $ Duracin de la cola 8asta el 8emi7alor : 1 2as ondas rectangulares de impulso en cambio crecen r#pidamente, se mantienen en un 7alor pr#cticamente constante durante un tiempo largo y caen r#pidamente a cero. 0os par5etros ue denen esta onda son2 "olaridad Valor de cresta

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Duracin con7encional de la cresta Duracin con7encional total. )e dice 5ue una onda de tensin de impulso es plena cuando no es interrumpida EcortadaF por una descarga, contorneo o perforacin, la onda cortada puede serlo en el frente, en la cresta, o en la cola, y a partir del instante de corte la tensin cae bruscamente. 2a onda de sobretensin normalizada 5ue simula la descarga atmosf!rica es $.1J( microsegundos. 2a onda de sobretensin cuyo tiempo de frente con7encional es superior a & microsegundos se clasi>ca como sobretensin de maniobra. 6na 7ez comenzada la descarga, por una falla del descargador debida a sobretensiones anormales, corriente de descarga ele7ada o instalaciones e5ui7ocadas, puede no ser interrumpida la corriente subsiguiente para e7itar la e0plosin del descargador se pre7!n elementos de descone0in o dispositi7os de ali7io de presin, cuya funcin es e7itar 5ue permanezca la falla o al menos impedir la e0plosin. 2os ensayos tratan de representar en forma normalizada las solicitaciones 5ue el descargador sufrir# en su 7ida, y permiten controlar la calidad del diseño y uniformidad de la produccin. 3nsayo de estabilidad t!rmica a la tensin m#0ima 5ue les corresponde soportar Edescargadores de 0ido de cincF. 3nsayo de descarga a impulso, con impulsos de 7alor creciente se determina la cur7a tensin@tiempo, tanto para ondas de impulso atmosf!rico, como para maniobras si corresponde. 3nsayo de 7eri>cacin de tensin residual, con corrientes de forma J1 microsegundos, entre ,( y 1 7eces la corriente nominal del descargador se obtienen 7alores representati7os. 3nsayos de resistencia a corrientes de impulso de gran amplitud, se aplica un impulso de corriente /J$ microsegundos del orden de $ 7eces la corriente nominal del descargador. 3nsayos con corrientes de larga duracin E1 microsegundosF, se aplican 1 descargas, y las condiciones >nales deben ser como para el ensayo anterior. 3nsayo de funcionamiento, !ste trata de representar condiciones reales de funcionamiento aplicando simult#neamente una tensin de impulso y una tensin de frecuencia industrial sincronizada de tal manera de 5ue las solicitaciones 5ue se presentan sean las m#0imas.

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2a tensin 5ue se tiene en bornes del descargador di>ere de la 5ue se presenta en bornes del aparato protegido, por las caídas de tensin 5ue se producen en los conductores de cone0in del descargador a la línea y a la tierra y por las condiciones de propagacin de la onda. 3n consecuencia es de gran importancia 5ue estas cone0iones sean lo m#s cortas posibles, y 5ue la red de tierra sea un punto comn entre el descargador y el elemento protegido en la medida en 5ue la realizacin constructi7a se ale4e de esta condicin la tensin sobre el elemento protegido sea mayor. Asimismo es importante 5ue el descargador est! pr0imo al elemento 5ue debe proteger para 5ue la proteccin tenga m#0ima e>ciencia en la medida 5ue la distancia entre descargador y elemento protegido aumente, la proteccin resultar# menos e>ciente.

30plosores Dos electrodos en aire, con forma adecuada son llamados e0plosores, y tambi!n realizan cierta proteccin contra sobretensiones, limitando el 7alor m#0imo de la tensin 5ue puede 8aber. 3l comportamiento posterior del e0plosor, depende de sus características, y particularmente de la potencia de cortocircuito en el punto en 5ue el e0plosor se encuentra. "or accin de estos elementos la onda de sobretensin se trunca, lo 5ue produce otra solicitacin 5ue sigue a las 5ue corresponden al frente. 'on potencias de cortocircuito ele7adas el arco en el e0plosor implica la actuacin de las protecciones, por ser un arco a tierra Ecortocircuito monof#sicoF.

=iltros y supresores de sobretensin 6na onda de sobretensin 5ue se propaga en una línea, se desplaza sin cambiar su forma Esuponemos no 8ay efecto coronaF, si la línea >naliza, se produce la re9e0in de la onda, y se duplica su 7alor. 2os descargadores se ponen precisamente en ese punto para limitar el efecto de re9e0in de la sobretensin. 6n capacitor en el e0tremo de la línea crea un efecto parecido, particularmente reduce la pendiente del crecimiento de la sobretensin, in9uyendo de manera importante.

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3ste efecto bene>cioso se presenta tambi!n cuando la línea prosigue, con la misma o distinta impedancia, y es muy utilizado cuando la línea es seguida por un e5uipo m#s sensible a las sobretensiones Eproteccin de generadores, por e4emploF. 'uando los fenmenos 5ue se presentan son oscilatorios, el capacitor esta combinado con un resistor, 5ue cumple la funcin de disipar energía de las oscilaciones de manera de eliminarlas Ereducir su amplitudF en menor tiempo. 3sta proteccin es particularmente importante cuando se presentan sobretensiones debidas a maniobras Einterrupcin de corrientes inducti7as, por e4emplo, transformadores 5ue se desconectan frecuentemente como es el caso de alimentacin de 8ornos de arcoF.

%stad*stica de los "enóenos7 "recuencia 2os fenmenos de sobretensiones tienen características aleatorias, no siempre se presentan con el mismo 7alor, por lo 5ue es difícil razonar sobre el 7alor m#0imo 5ue alcanzan. 3sto es intuiti7o, al obser7ar fenmenos debidos a descargas atmosf!ricas. Al obser7ar sobretensiones de maniobra, tambi!n se adopta el enfo5ue estadístico, el interruptor 8ace muc8as maniobras, y se obtiene cierta distribucin estadística de sobretensiones, los distintos interruptores a su 7ez producen distintos 7alores de sobretensin en un punto determinado.

2a presencia de descargadores de 0ido de Qinc, auto7#l7ula o cuernos modi>ca los 7alores de las sobretensiones. 3n particular los descargadores deben drenar las sobretensiones atmosf!ricas. 3n ciertos casos se desea 5ue drenen y limiten las sobretensiones de maniobra lgicamente deben ser adecuados para soportar la solicitacin consiguiente. 3s importante tratar de lograr una relacin entre el 7alor de la sobretensin y la frecuencia con 5ue se presenta. 3n la pr#ctica, adem#s de los 7alores posibles de sobretensiones en los terminales de los e5uipamientos, resulta de inter!s tambi!n, la determinacin de los 7alores de corriente y energía en los descargadores.

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Conclusiones •

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2as sobretensiones son comnmente fenmenos transitorios, pudiendo distinguirse claramente dos tipos; las grandemente amortiguadas de una duracin relati7amente corta Erayos y conmutacionesF y los no amortiguados de relati7amente larga duracin, aun5ue el límite entre ellos no est# claramente de>nido. 6na sobretensin temporal no es m#s 5ue una sobretensin de línea a tierra, o de fase a fase, de relati7amente larga duracin muy d!bilmente amortiguada o no amortiguada, comnmente a frecuencia de potencia. 3ntre los fenmenos 5ue pueden dar lugar a sobretensiones a frecuencia de potencia en los sistemas el!ctricos, se encuentran los debidos a la resonancia, ya sea del armnico fundamental o de los armnicos secundarios. 3ntre los fenmenos de resonancia re7isten una importancia particularmente grande los debidos a la ferroresonancia.

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