ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian

Las distancias están condicionadas por la aislación que debe tenerse en el aire entre puntos en tensión y entre éstos y masa.

Partiendo del respeto de las condiciones de aislación se llega a ubicar ejes de los equipos, considerando también tolerancias.

Finalmente las distancias entre ejes deben adoptarse en valores enteros de la unidad de medida que se utiliza (metro) con lo que se reducen posibilidades de errores.

Es criterio obligatorio que todo esté relacionado con los ejes, cuidando en particular que los centros de equipos coincidan con intersecciones de ejes.

La coordinación de la aislación engloba la selección de la tensión que debe soportar el material y la instalación, en función de las sobretensiones que pueden aparecer en la red, y las características de los dispositivos de protección disponibles.

Se trata de reducir a un nivel aceptable, desde el punto de vista económico y del servicio, la probabilidad de que las solicitaciones dieléctricas resultantes impuestas a los materiales, causen daño a las aislaciones o afecten la continuidad del servicio.

El tema es de importancia para definir los valores que debe soportar la aislación del sistema, de sus partes, de sus componentes aislantes, y de los espacios de aire.

Son los espacios de aire los que definen las distancias en el diseño de una estación eléctrica (tanto de tipo convencional como de tipo blindada).

El origen de las solicitaciones que se presentan se clasifica en:

- tensión normal de servicio

- sobretensiones temporarias

- sobretensiones de maniobra

- sobretensiones atmosféricas

La aislación puede clasificarse por su tipo:

-aislación externa: distancias en aire y superficies de contacto con la atmósfera, sometidas a la influencia de las condiciones atmosféricas y otros agentes externos, como polución, humedad, animales, etc.

Ejemplo: aislador de soporte

- la aislación externa puede ser para interior, si debe ser utilizado al abrigo de la intemperie o en el interior de un edificio), si puede estar sometida a la acción de la intemperie entonces debe ser para exterior.

- la aislación interna es la que se encuentra protegida de la influencia atmosférica y de otros agentes.

Ejemplo: en un transformador, su aislación de papel aceite, es una aislacion interna, el aislador pasatapas es una aislación en aire (superficie aislación externa)

El comportamiento de una aislación interna puede ser influenciado por el envejecimiento, y puede ser autoregeneradora si recupera íntegramente sus propiedades aislantes después de una descarga disruptiva, mientras que si no se recupera se dice no autoregenadora.

Las aislaciones autoregeneradoras son generalmente, (aunque no necesariamente) aislaciones externas.

Ejemplo: aislación en aire, aislación de un seccionador.

En un equipo genérico encontramos normalmente combinaciones de ambos tipos de aislación.

Ejemplo: transformador, reactor de compensación, etc., que tienen aislación en aire externa y en aceite/papel, interna

La aislación de los equipos se comprueba con algunos ensayos dieléctricos

- ensayo a frecuencia industrial de larga duración (este ensayo dura horas, en función de la norma y del aparato).

- ensayo a frecuencia industrial de breve duración (1 minuto).

- impulso de maniobra.

- impulso atmosférico.

La tensión normal de los aparatos que se selecciona en base a la tensión mas elevada (máxima) que se presenta en la red es la característica que liga los ensayos que deben hacerse y ofrece las opciones de valores que pueden seleccionarse.

Para un equipo, de una dada tensión nominal, en general solo son representativos algunos ensayos.

Ejemplo:

- en 145 kV se hacen ensayos de frecuencia industrial 1 minuto e impulso atmosférico.

- en 500 kV se hace el ensayo de impulso de maniobra (y quizás no se hace el ensayo de impulso atmosférico)

- para ciertos equipos son de importancia ensayos de descargas parciales, tangente delta, estabilidad térmica, que se hacen a frecuencia industrial por tiempos largos.

A fin de elegir los valores básicos que deben adoptarse, es necesario hacer distintos estudios.

Lógicamente en el estado actual de la técnica es forzoso buscar la solución dentro de las opciones ofrecidas por las normas.

La tensión nominal de una red trifásica es el valor eficaz de la tensión entre fases, con la que se denomina la red.

Los estudios de regulación de tensión y flujo de carga califican esta elección.

En una condición de carga, (en un instante) y en un punto cualquiera de la red en funcionamiento normal, se presenta la tensión más elevada (máxima).

Los componentes de la instalación se seleccionan para la tensión más elevada, (del sistema), que coincidirá en general con la tensión nominal (de los equipos).

El valor de la tensión máxima de la red, no tiene en cuenta variaciones temporarias debido a condiciones anormales, (por ejemplo desconexión brusca de cargas importantes), ni variaciones transitorias (por ejemplo debidas a maniobras).

Pasada la etapa de determinación y ajuste de valores de funcionamiento normal, se deben examinar las sobretensiones que se presentan en la red, las posibles limitaciones de estos valores, con dispositivos de protección, y la capacidad de soportar sobretensiones que los equipos y la instalación deben tener.

Se desarrollan estudios de propagación de sobretensiones atmosféricas, y de evaluación de sobretensiones de maniobras. Los resultados aconsejan los valores a adoptar o las modificaciones oportunas de la red para mejorar la situación.

Estas adopciones se orientan básicamente a reducir los costos y mantener aceptables condiciones de servicio.

Sobretensión es toda tensión función del tiempo, entre conductor de fase y tierra que sobrepasa el valor de pico de la tensión (máxima) fase tierra o entre conductores de fase, que sobrepasa el valor pico de la tensión fase-fase.

Los valores fase tierra se refieren a Um raíz(2/3) = 0.8165 Um, mientras que los fase-fase se refieren a Um raíz(2) = 1.4142 Um (siendo Um: tensión más elevada del material).

Las sobretensiones se evalúan en por unidad, cuando se trata de sobretensiones fase-fase se expresan como K raíz(3) = 1.7321 K.

Las sobretensiones son siempre fenómenos transitorios.

Groseramente se pueden distinguir sobretensiones no amortiguadas, (o poco), de duración relativamente larga, y amortiguadas de duración relativamente breve.

La frontera entre los dos grupos de sobretensiones no puede fijarse con precisión.

Las sobretensiones de breve duración se clasifican por su origen en sobretensiones de maniobra y sobretensiones atmosféricas.

Estas últimas son de muy breve duración (y unidireccionales).

De todos modos a los fines de la coordinación de la aislación se clasifican por su forma (y no por su origen).

A estos fines es suficiente describir estas sobretensiones con su clasificación y su valor de cresta.

Las sobretensiones temporarias, son oscilaciones que aparecen en un punto de la red, y tienen duración relativamente larga.

Se originan por maniobras o fallas, (aperturas de cargas importantes, fallas monofásicas), o por fenómenos no lineales, (ferroresonancia, armónicas) y se caracterizan por su amplitud, sus frecuencias de oscilación, su duración, su amortiguamiento.

Las tensiones y sobretensiones que se presentan en un sistema trifásico dependen del estado del neutro.

Se puede tener: - red con neutro aislado - red compensada por bobina de extinción (Petersen) - red con neutro a tierra (efectivo, o a través de resistencia y/o reactancia de valor relativamente pequeño) En general los sistemas de alta tensión tienen el neutro puesto efectivamente a tierra.

Para limitar la corriente de falla monofásica, cuando su valor es elevado, se ponen a tierra sólo algunos neutros de los transformadores.

Factor de falla a tierra (factor de puesta a tierra), en un punto de una red trifásica y para un esquema de funcionamiento dado, es la relación entre la tensión eficaz más elevada, (a frecuencia de red), entre una fase sana y la tierra durante una falla a tierra, (que afecta una fase cualquiera ó más, en un punto cualquiera de la red) y la tensión fase tierra que se tiene en el mismo punto en ausencia de falla.

Si el neutro está efectivamente a tierra este factor es 1, si está aislado puede ser 1.73, si hay resonancia puede ser aún mayor.

Este factor se puede calcular a partir de los valores de impedancia de la red.

Se considera neutro efectivamente a tierra cuando este valor es inferior a 0.8 * 1.73 = 1.4.

La magnitud de las sobretensiones que aparecen en la red, es un fenómeno estadístico, cada valor de sobretensión tiene una probabilidad de ocurrencia.

Por otra parte la aplicación de una sobretensión a un objeto tiene cierta probabilidad de ser soportada.

Sobretensión estadística, aquella cuyo valor de cresta puede ser superada con una probabilidad de referencia (adoptada en 2 %).

Tensión soportada estadística, con dado valor de cresta puede ser soportada con una probabilidad de referencia (adoptada en 90 %).

Este concepto es solo aplicable a aislaciones autoregenerables para las aislaciones no autogenerables el concepto a aplicar es el de tensión soportada convencional, que aplicada cierto número de veces, no produce ninguna descarga.