Embed Size (px)
DESCRIPTION
Sobretensiones en AT
Citation preview
CURSO
Diseño de Estaciones
Transformadoras
DESCARGADORES DE SOBRE
TENSIÓN
IAP DIFICULTADES PARA LA
INTERRUPCIÓN
Prof. Ing. Roberto E. Campoy
DESCARGADORES DE
SOBRETENSIÓN
SOBRETENSIONES
CLASIFICACIÓN DE LOS AISLAMIENTOS
DSE
SE EN ET
CURSO DE ESTACIONES
TRANSFORMADORAS
Ing. ROBERTO CAMPOY
Sobretensiones
Definición IRAM 2211/IEC 60071(BIL)
Sobretensiones de maniobra (onda
250/2500 µseg)
Sobretensiones de origen atmosférico
(onda 1,2/50 µseg)
Estado estacionario, estacionario en condición de falla y transitorio.
Parámetros concentrados(estudio de IAP) y distribuidos (longitud del circuito igual a la longitud de onda de trabajo λ=v/f)
Z=(R+jwL/G+jwC)1/2
Sobretensiones. Propagación de
ondas
LAT, Z=300 a 500 Ω
CAS, Z = 30 a 50 Ω
TRAFO, Z= 10000 Ω
Ux=U1 e (– RX/2.Z)
Sobretensiones. Propagación de
ondas
Sobretensiones. Propagación de
ondas
Modificación del frente de
SE, por distinta Z
Sobretensiones. Propagación de
ondasModificación del frente
de SE, por distinta Z
Sobretensiones. CUADRO IEC 71
Baja frecuencia temporaria
Cortocircuito a tierra.
Desde los 132 KV en
adelante es necesario
considerar más las
SE por maniobras
que las atmosféricas.
La amplitud de la SE en el
punto es
TOV= K. Umáx
K=0,5{(3.Z0/Z1/2+Z0/Z1)±J1,73}
Para sistemas directamente
puesto a tierra
0<=X0/X1<=3 (X1/X0=0,33)
0<=R0/X1<=1
Factor K es el factor de falla a
tierra
Baja frecuencia temporaria
El factor de falla a
tierra la IEC lo da
para distintos valores
R1=R2=0
R1=R2=0,2 X1
R1=R2=0,1 X1
X0/X1, puede ser
negativo si X0 es
capacitivo
Baja frecuencia temporaria
K= Factor
de Falla a
Tierra
Rde falla
Tres fenómenos.
Transitorio con onda
viajera.
Dinámico con
frecuencia industrial,
baja frecuencia y
armónicos.
Permanente de onda
periódica.
Baja frecuencia temporaria.
Energización de líneas
Inductancia
de fuente
Longitud
Cuando hay recierre, al abrir en los dos extremos, uno de los IAP abre una Icapc, y su tensión puede estar al máximo valor.
Fenómeno de carga atrapada y oposición de fases, complican el fenómeno propagándose la onda con múltiples reflexiones y llegando a 4 p.u..
Baja frecuencia temporaria.
Reenergización de líneas
Mala operación o despeje
de falla.
Se produce porque la
generación de reactivo en
las capacidades de la
LAT, no es compensada
por el consumo en su
inductancia.
Se compensa el
problema con reactores
no conectados a tierra.
Baja frecuencia temporaria.
Pérdida de carga.
Transitoria de frente rápido.
Cúmulus Nimbus.
1000 a 12000 metros.
Vientos 300 K/h.
Cargas + y -.
1/2 a 1/3 de velocidad
de la luz.
80 metros.
Kapitza.
Trozador
descendente
Transitoria de frente rápido.
Ramificaciones
Trozador ascendente
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
Una vez producida la descarga no solo es una sola, se han
registrado hasta 50 sucesivas y de promedio se consideran 4
aproximadamente.
Rayos
negativos(parte
inferior de la nube
negativa, tierra
positiva, son el 90 %).
Rayos positivos son
solo el 10 %.
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
Transitoria de frente rápido.
d>1,1{((x)2/2h)+x(2h/H)1/2}
H=2(d+h)
Cuadro resumen de
sobretensiones
TABLA II
NIVELES DE AISLACIÓN NORMALIZADOS PARA 52KV≤Um≤300KV
3
2Um
POSICIÓN TENSIÓN
NOMINAL
ENTRE
FASES Un
TENSIÓN
MÁXIMA
PARA
MATERIALES
Y EQUIPOS Um
BASE DE
VALORES EN
p.u.
(cresta)
TENSIÓN
NOMINAL
RESISTIDA
DE IMPULSO
ATMOSFÉRICO
(cresta)
TENSIÓN
NOMINAL
RESISTIDA A
FRECUENCIA
INDUSTRIAL
1 minuto
5 66 72,5 59 325 140
6 132 145 118 450
550
650
185
230
275
7 220 245 200 750
950
1050
325
395
460
TABLA III
NIVELES DE AISLACIÓN NORMALIZADOS PARA Um>300KV
POSICIÓN TENSIÓN
NOMINAL
ENTRE
FASES Un
TENSIÓN
MÁXIMA
PARA
MATERIALES
Y EQUIPOS
Um
BASE DE
VALORES
EN p.u.
(cresta)
TENSIÓN
NOMINAL
RESISTIDA
DE
IMPULSO
DE
MANIOBRA
RELACIÓN
ENTRE
TENSIONES
RESISTIDAS
DE IMPULSO
ATMOSFÉRI
CO Y DE
MANIOBRA
TENSIÓN
NOMINAL
RESISTIDA
DE IMPULSO
ATMOSFÉRI
CO
8 330 362 296 2,85/850
3,21/950
1,12
1,24
1,11
1,24
1,12
950
1050
1175
9 500 525 429 2,45/1050
2,74/1175
1,24
1,11
1,36
1,21
1,32
1175
1300
1425
1550
3
2Um
3,21x296=950
Coordinación de la aislación
Tipo de aislamientos, sólidos, líquidos,
gaseosos.
Interiores y exteriores.
Regenerativos y no regenerativos.
Método estadístico: Se determina el riesgo
de falla según la naturaleza estadística de la
SE, y de la soportabilidd del dieléctrico
(autorregenerables, 300 KV)
Método determinístico: Se consideran las
máximas SE esperadas con un margen de
seguridad del 40 al 50 %
(autorregenerables).
DSE,
aislación
sólida y
líquida
Nivel 1, actuación del DSE,
Nivel 2 aislaciones en aire
y Nivel 3 aislaciones
sólidas o líquidas.
Coordinación de la aislación
Coordinación de la aislación
Coordinación de la aislaciónse
dseNivel de protección
Relación aplicada y resistida
Solo para aislación
externa. Relación
entre estándar/ real.
Ondas tipo
Probabilidad de soportar
las descargas(90 y 100
%)
Condiciones
atmosféricas
Montaje,
calidad y vida
DESCARGADORES DE
SOBRETENSIÓN
El símil hidráulico de los descargadores es explicado en esta diapositiva. A,
representa el frente de onda o la altura del agua del dique de contención B, que es
el elemento protegido, siendo su sistema de descarga con resistencias de óxido
metálico, el conducto de derivación, C.
La resistencia de descarga debe ser de bajo valor a grandes corrientes, para asegurar los
BIL adecuados al elemento a proteger. A la tensión nominal debe presentar un gran valor
para disminuir las corrientes de drenaje a tierra. Curvas 1 y 2 representan comportamientos
lineales. (1 corriente de fuga demasiado elevada, 2 tensión residual demasiado elevada).
Curva 3 funcionamiento autoválvula donde la parte superior dominada por procesos de
contacto electrónico a, y la inferior porque el Zn o el Si, varian con la temperatura b.
Se observa en la figura que para que la resistencia de descarga comience a trabajar,
transcurre un cierto tiempo (del orden de menos de 1 microsegundo), que hay que tenerlo
muy en cuanta pues la onda de choque viaja a la velocidad de la luz (300
metros/microsegundos).
Descargadores de sobretensión.
Problemas:
pájaros, el
clima, la
corriente
subsiguient
e el elevado
dV/dT que
provoca
sobretensio
nes
EXPLOSORES
Explosor
determina el
nivel de
cebado y de
protección
CARBURO DE SILICIO
No le hacen
falta
explosores
por la gran
alinealidad
OXODO DE ZINC
Descargadores de sobretensión.
Condición de régimen permanente,
marcada no linealidad y altas ies.
Descargadores de sobretensión.
En la región de régimen
permanente se observa
una dependencia de la
temperatura
Descargadores de sobretensión.
Componente
capacitiva predomina
para valores de Uref
Responsable de
pérdidas por
Joule
Descargadores de sobretensión.
Pico por
explosor
Tabla III
VALORES MÁXIMOS DE LAS TENSIONES DE CEBADO Y DE LA TENSIÓN
RESIDUAL
TENSIÓN
NOMINAL DEL
DSE Un(KV)
TENSIÓN
MÁXIMA
NORMALIZADA
DE CEBADO A
IMPULSO
ATMOSFÉRICO.
KV
SERVICIO
INTENSIVO 10 Y
20 KA
TENSIÓN
MÁXIMA
NORMALIZADA
DE CEBADO A
IMPULSO
ATMOSFÉRICO.
KV
SERVICIO NO
INTENSIVO 2,5 5
Y 10 KA
TENSIÓN DE
IMPULSO
ATMOSFÉRICO
SOBRE EL
FRENTE DE
ONDA.
PENDIENTE
NOMINAL DEL
FRENTE DE
ONDA(KV/µ seg)
TENSIÓN DE
IMPULSO
ATMOSFÉRICO
SOBRE EL
FRENTE DE
ONDA. TENSIÓN
MÁXIMA DE
CEBADO.
SERVICIO
INTENSIVO.KV
TENSIÓN DE
IMPULSO
ATMOSFÉRICO
SOBRE EL
FRENTE DE
ONDA. TENSIÓN
MÁXIMA DE
CEBADO.
SERVICIO NO
INTENSIVO.KV
0,15<Un≤0,3 8,0 Un 10 12,0 Un
0,3<Un≤0,6 6,0 Un 10 7,5 Un
0,6<Un≤1,2 5,0 Un 10 6,0 Un
1,2<Un ≤ 10 3,6 Un 8,3 Un 4,15 Un
10<Un≤120 2,80 Un 3,33 Un 7,0 Un 3,2 Un 3,85 Un
120<Un≤200 2,60 Un 3,00 Un 6,00 Un 3,0 Un 3,45 Un
200<Un≤300 2,60 Un 1300 3,0 Un
300<Un≤420 2,50 Un 1500 2,9 Un
Un>420 2,50 Un 2000 2,9 Un
TENSIÓN MÁXIMA DE
CEBADO A IMPULSO DE
MANIOBRA. SERVICIO
INTENSIVO KV
TENSIÓN RESIDUAL MÁXIMA
A LA CORRIENTE NOMINAL
DE DESCARGA(KV)SERVICIO
INTENSIVO
TENSIÓN RESIDUAL MÁXIMA
A LA CORRIENTE NOMINAL
DE DESCARGA(KV)SERVICIO
NO INTENSIVO
8,0 Un
6,0 Un
5,0 Un
3,6 Un
2,80 Un 3,33 Un
2,60 Un 3,0 Un
2,75 Un 2,60 Un
2,45 Un 2,50 Un
2,45 Un 2,50 Un
Clases de descargadores según la IEC, en KJ/KV en función
de la relación de la tensión residual de impulso de maniobra
sobre la nominal, del propio descargador.
Para pastillas de Zno
con
2 KJ/KV
Clase 2 para
Ures/Ur=2
Clase 3 para
Ures/Ur=2,35
CUADRO RESUMEN DE ENERGÍAS PUESTAS EN JUEGO POR
SOBRETENSIONES DE MANIOBRA
SOBRETENSIÓN MÁXIMA
SOBRETENSIÓN
ESPERADA
NIVEL DE
ENERGÍA DE
DESCARGA
DURACIÓN DE LA
CORRIENTE DE
DESCARGA
Conexión o
desconexión de líneas
en vacío o
transformadores
2 p.u. >1,5 KJ/KV Prolongada
Conexión y
desconexión de
capacitores.
Reencendidos
3 p.u. >2 KJ/KV Prolongada
Ferrorresonancia 5 p.u. >2 KJ/KV Prolongada
Fusión de fusibles
limitadores de
correinte
2 p.u. >1,5 KJ/KV Chica
PROTECCIÓN DE EETT
CONTRA LAS
SOBRETENSIONES
PROTECCIÓN DE EETT
ONDAS ERRANTES
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
Pendiente (tensión de cebado y distancia).
Nivel de la SE (BIL).
Nivel de I que produce ruptura del aislante Ic=2U50%/Z
SE atmosférica
U=Ic.Z/2 (división de la onda)
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
Si impacta el rayo Vc=Ca. Vt, Va=Vt-Vc
Respecto al Ca
Ca Va Vt Vt- Vc Observac.
0 0 inf. Inf. Si DR
1 Vt Va 0 No DR
0,5 0,5 Vt 2Va 2,5 Vt Puede haber
función Rpat
Va Tensión disruptiva cadena aisladores
DR back flashover
En las figuras se observa la formación del frente de onda, por la ruptura dieléctrica y la distorción producto del acoplamiento entre conductor e hilo de guardia (2 ó 3 vanos) y el efecto corona.
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
Cálculo de Va
Va={1,2.E50%/1+K(1,2
.E50%)d}
K es una cte.
d distancia de viaje
de la onda
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
Verificación de back flashover (Whitehead)
ra= 6,7.(Ic0,8)
rt= 0,9. ra
Ic.Rm+(Un/1,73)<BIL
Rm=BIL-(Un/1,73)/Ic
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
BC y AC` zona de
entrada de rayos
A > ra y > rt < BC y
AC`
A > Ic < BC y AC`
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
Volviendo a la expresión de la SE es
V=2Va/2 + Ûn
Para estimar la pendiente se ingresa con Va y según el tipo de conductor se tiene la pendiente.
La Norma especifica 100 KV/µSEG por cada 12 KV de Un.
Estimación de las ondas de
SE que llegan a las EETT
452 KV
0,0
6
Elección del DSE. Unominal
1) Coef. de tensión contínua Ro=COV/Coef pat
2) Coef. SE temporal
Re=TOV/Kt
TOV=Ke.COV
Ke= 1,4 pat ríg.
Kt según gráfico
El > de los dos
Kt
Id=(2,4. E50%-Vr)/Z0
Vr residual
Z0 característica
Icc=Scc/1,73.Umáx
Asimétricos y a 0,2
seg(dato fabricante)
Elección del DSE. Id e Icc
Ei=Va
Er=Vr
2Ei
2Ei/Z0
Elección del DSE. Energías
puestas en juego
Tensión nominal del
descargador KV eficaz
TENSION DE IMPULSO
de arqueo por frente de onda
Tensión residual para una onda de impulso de corriente
de descarga de 8 x 20 y valor de corriente
Indice de elevación de
tensión (pendiente)
KV/micro -seg.
KV
Cresta
Máxima.
5 kA 10 kA 20 kA
3 25 12 8.5 9 10
6 50 24 17 19 20
9 75 35 24 26 28
12 100 45 32 35 38
15 125 55 40 44 47
21 175 72 55 60 65
24 200 90 65 71 76
30 250 105 80 87 94
36 300 125 96 105 113
39 325 130 104 114 123
48 400 155 136 142 153
60 500 190 160 174 189
72 600 230 195 212 230
90 750 290 240 262 283
96 800 304 258 280 304
108 900 340 282 316 333
120 1000 370 320 350 378
144 1200 440 375 408 440
168 1200 510 450 490 530
180 1200 545 470 510 552
192 1200 575 500 545 588
240 1200 685 640 695 755
258 1200 730 522 584 666
276 1200 770 558 624 714
Mp%=((BIL-Vp)/Vp).100
Vp Tensión de arqueo al frente de onda
Distancia entre DSE y equipo
X=300(Vmáx-Vp)/2.S
m
KV/µseg
Tiempo de actuación
1 µseg
Elección del DSE.Nivel de
protección y ubicación
Elección del DSE. Tensión
que llega al trafo
v
lSUU TDORTRANSFORMA 2
eCDrABT ULdt
diLUL
dt
diLU
PROTECCIÓN DE EETT
Impactos directos de rayos.
Blindaje.
Impactos directos de rayos. Blindaje con
un cable de guardia.
H= altura de hilo de
guardia
M= punto de impacto
G= hilo de guardia
L= distancia del G al
objeto protegido
S= altura del objeto a
proteger
Impactos directos de rayos. Blindaje con
dos cables de guardia.
Si se instalan dos
hilos de guarda la
expresión para el
cálculo de la altura es
Impactos directos de rayos. Blindaje con
bayonetas o puntas Franklin.
Para el cálculo de la
altura de la bayoneta,
se pueden usar dos
criterios
a) ángulo de 30
grados y
b) esfera rodante.
Cuando hay
solapamiento 45º
IAP DIFICULTADES PARA LA
INTERRUPCIÓN
FALLA TERMINAL
FALLA DE LÍNEA CORTA
CORTE DE PEQUEÑAS CORRIENTES INDUCTIVAS
CORTE DE CORRIENTES CAPACITIVAS
CURSO DE ESTACIONES
TRANSFORMADORAS
Prof. Ing. ROBERTO CAMPOY
IAP, falla terminal
La peor condición es para Sk”máx. Proceso de interrupción.
V1 y V2 dependen
del valor de Ik”
Ipostcero
Exigencias Ik” y TTR
t0 y t2
TTR función de
Cos φ
Factor de primer polo
Grado de asimetría de la
Ik”
Períodos:1) de alta I,
2)térmico y 3)dieléctrico
IAP, falla terminal
IAP, falla terminal. Factor de primer
polo(K ó Kp)
- Neutro aislado y falla a tierra Kp = 1,5 1,0 para neutro perfectamente pat
- Neutro p.a.t. y falla aislada Kp = 1,5 1,5 para neutro aislado
- Neutro p.a.t. y falla a tierra Kp = 1,3 (IEC da 1,3)
0,33
3,0
Para
R0/X1=1
Y
X0/X1=3
Kp=1,3
IAP, falla terminal. Factor de primer
polo
Estos abren
simultáneamente
1,5
Tensión
Nominal
(KV)
Factor de
Primer Polo
Kp (p.u.)
Factor de
Amplitud
Kc (p.u.)
Pico de la
TTR
(TRV)(KV)
Velocidad de
Crecimiento de
la TTR
(RRRV)
(KV/µseg)
3,6 1,5 1,4 6,2 0,15
7,2 1,5 1,4 12,3 0,24
15 1,5 1,4 25,7 0,34
17,5 1,5 1,4 30 0,42
36 1,5 1,4 62 0,57
38 1,5 1,4 65 0,52
72,5 1,5 1,4 124 0,75
145 1,3 1,4 215 2
245 1,3 1,4 364 2
550 1,3 1,4 817 2
IAP, falla terminal. Factor de primer
polo. IEC 62271.
Si la Ik” se inicia con U=0, la
componente de cc es máx., la
TTR es menor. Si la Ik” se
inicia con U=máx., la
componente de cc es mín., lo
que significa mayor TTR, por
lo tanto la IEC establecía 20%
de cc.
dc%=100.e(Top+Tr/ζ)
Top tiempo de apertura del
primer polo
Tr = 0 ó medio ciclo masζ es una cte = 60 mseg para U
< 450 KV
IAP, falla terminal. Asimetría de la
Ik”.
Top+Tr
a) Colapso de aislación, (Û) no hay Idc.
b y c) SE ocurre en cualquier situación hay Idc.
Decaimiento según condiciones del circuito que interrumpe(Ver 20%).
IAP, falla terminal. Asimetría de la
Ik”.
Mientras mayor es la
Idc, en el momento
de la apertura de los
contactos, menor es
el valor pico de la
TTR, imponiendo una
menor solicitación al
IAP.
IAP, falla terminal. Asimetría de la
Ik”.
Idc=0
Uc=Umáx
Idc≠0
Uc<Umáx
Una componente a 50
Hz, la otra función del
circuito w0=1/(L0/C0)1/2
El pico de TTR se
establece a t=1/2f0 , por
lo que la relación entre la
Umáx, y el pico de la TTR
que es Kc varía entre 1 y
2.
IEC da 1,4 según tabla.
IAP, falla terminal. Parámetros de la
TTR.
Como conclusión el valor pico o de cresta de la TTR es (Uc):
y que es INDEPENDIENTE del valor de corriente que interrumpe.
La velocidad de crecimiento de la TTR es
en KV/µseg
Si wo es muy elevado, o sea LC muy pequeño, la velocidad de crecimiento de laTTR es muy grande y puede ser que supere la velocidad de recuperación de larigidez dieléctrica del medio de extinción del arco y el arco se reencienda.
La velocidad de crecimiento puede variar de 0,15 a 2 KV/µseg. Correspondiendo: a)el valor menor cuando hay capacidades importante en el circuito a interrumpir y b) elmayor valor para conexión de los transformadores de AT/MT al tablero de MTcon conductos de barras.
En la TABLA se ven los valores máximos que da la IEC para la velocidad decrecimiento, Kp y Kc.
IAP, falla terminal. Parámetros de la
TTR.
3
2... UlKpKcUc
310.....92,1)(
UlKpKcfodt
tdU 310.85,0
1.
3
2....2
)( UlKpKcfo
Ul
tdU
En las figuras que se muestran a continuación, se resume un trabajo
presentado por los Ingenieros, Minio, Cragno y Tobías, como resultado de
investigaciones realizadas sobre estaciones transformadoras, que
presentaron, sus IAP, problemas en la interrupción de distintos tipos de
fallas.
En las EETT Nº 1 y
2 (ambas
siniestradas) y en
la Nº 3, se
comprobó que
dv/dt inicial era del
orden de los 4
KV/μseg y fo del
orden de 100 KHz.
La figura 8 muestra
el oscilo. Kc= 1,02.
Escala 10 μseg por
división.
Kc= 1,14
Fo = 58 KHz
En la ET Nº 1, además
de la capacidad de 1
μF, sea gregó una
resistencia de 15 Ω. El
oscilo es el de la
Figura 10.
En las figuras que se muestran a continuación, se resume un trabajo
presentado por los Ingenieros, Minio, Cragno y Tobías, como resultado de
investigaciones realizadas sobre estaciones transformadoras, que
presentaron, sus IAP, problemas en la interrupción de distintos tipos de
fallas.
Falla de línea corta.
La Ik” que debe abrir elIAP , es menor, el pico de la TTR es también menor pero la velocidad de crecimiento de la TTR es mucho mayor.
La solicitación sobre el interruptor es mayor.
LA APERTURA DE UN IAP DE TRAFO DEL LADO AT,
CON FALLA EN MT, PRESENTA LA MISMA
RESPUESTA.
LADO FUENTE
LADO CARGA
Falla de línea corta.
Representación
del sistema del
lado de fuente con
parámetros
concentrados
Representación
del sistema del
lado de línea con
parámetros
distribuidos
Falla de línea corta.
Ucrz
Ucrs
50 Hz
Solicitación IAP
Falla de línea corta. Tensión
inicial a tierra
CsLsfs
.2
1
CzLzdfz
.4
1
3
)(2)1(
KVUnSUo
aXzelladolinereactnciadXs
teXselladofuenreactnciad
erruptorpenelIk
penlafallaIkS
int1"
1"
Esto es así, pues
al viajar la onda
diente de sierra,
desde el IAP,al
punto de falla
sufre reflexiones
entre estos dos
puntos.
Velocidad crecimiento
Falla de línea corta. Tensión
transitoria lado línea.
Isenwtti 2)(c
dT
2LzCz
c1
segKVHzfzKApfallaIkZVcz /10).(.2).(".2).( 6
300
μseg
Propagación. Bergerón. 100000 a
3000000 Km/seg. Entre un
cortocircuito y un circuito abierto.
2
. rimerpicoTiempodelpccelafallandeseproduLongituddo
Falla de línea corta. Tensión
transitoria lado línea.
SF6 y aire muy
sensibles a
Vc(μseg).
A > distancia de
falla S disminuye
y también la
pendiente.
Amplitud del primer pico en KV
Líneas cortas producen elevados valores de la Vc, pero bajos picos. Largas es al revés.
Falla de línea corta. Tensión
transitoria lado línea.
)1.()/().(
2.
3
)(2).( S
segKmcHyLz
KVUnZUcrz
Amplitud del primer pico en KV
Velocidad de crecimiento KV/μseg
Falla de línea corta. Tensión
transitoria lado fuente.
CL
tewt
XsXz
XsUmáxtUs RCt
.cos.cos.)( /
2
wf
CsLsfs
.2
1
UCsLs
tewtUmáxStUs RsCst
.cos..cos.)( /
UUotUs )( 3
2..
UlKpKcUc
3
2).4,01(
UlSUcrs
610).(.2).(1".2).( HzfsKApIAPIkZUcs
Determinación de la Z de
onda
Z0 y Z1, los
determino a través
de L y C según
Clarke
La Û y la Vc son directamente proporcionales a la
Z por lo que es más difícil para el IAP, abrir el
último polo con falla monofásica a tierra.
Relación de
Zeq
Test según IEC 62271
La IEC 62271-100, al igual que para Falla Terminal da la
siguiente tabla para Falla de Línea Corta.
Tensión
Nominal
(KV)
Factor de
Primer
Polo Kp
(p.u.)
Factor de
Amplitud
Kc (p.u.)
Pico de la
TTR
(TRV)(KV)
Velocidad
de
Crecimient
o de la
TTR
(RRRV)
(KV/µseg)
72,5 1 1,4 124 0,50
145 1 1,4 114 2
245 1 1,4 280 2
550 1 1,4 629 2
Representación de la TTR.
Método de los dos parámetros
Se indica solamente la
frecuencia o el tiempo del
circuito a interrumpir y el
factor de amplitud o la
tensión.
En laboratorio fácil
conseguirlo pero no es
una simulación muy
exacta para LAT.
Son los dos
parámetros
Cresta inicial eA/Em
Pendiente inicial S=Ea/Ta
Cresta máxima relativa eC/Em
Instante de cresta máximo Tc
Como envolvente de la TTR hasta llegar a la cresta máxima se usa una línea quebrada definida por los puntos 0-(eA,TA)-(eC,Tc)
Representación de la TTR.
Método de los cuatro parámetros
Corte de pequeñas corrientes
inductivas.
El fenómeno que se produce depende del lugardonde está ubicado el IAP, siendo la corrienteque produce el problema, denominada de“Chopeo”, calculable según la siguienteexpresión:
k vale 7…10.104 para IAP de PVA
k vale 4…17.104 para IAP de SF6
k vale 15…20.104 para IAP de Aire con soplado
Donde C es la capacidad del lado de fuente ydel lado de carga y k es el Factor de Chopeo.
Si se interrumpe este valor de corriente con elIAP, seguro tenemos el problema y se produceun efecto de traspaso de la energía almacenadaen la inductancia del sistema, a la capacidad delsistema, y entonces aplicando la fórmula deKENELLY, se determina la sobretensiónproducida
Ckich .
senwoteC
LichU t
L
R
2 CLwo
.
1
fm
alarespuestcloparavernumerodecit
CLfm
.2
1
LAT,
BARRAS,etc
Reac. cc sistema
Cos fi=0,15(L/C)1/2=
10 a 100
KΩ
El fenómeno de CPCI, se produce porque el IAP, está diseñado para el corte de
grandes corrientes y al ser la corriente a cortar muy inferior a la de diseño, la
recuperación de la rigidez dieléctrica del medio es tan rápida que obliga al IAP a
cortar la corriente antes de su paso por cero. Primer bucle frecuencias del orden
de los Mhz. Segundo bucle 100 a 500 Mhz y composición de ambos 5 a 20 Khz. En
los IAP de vacío o SF6, el fenómeno de chopeado o arrancado es mínimo, no así
en PVA.
Corte de pequeñas corrientes
inductivas. Ideal.
Dif de tensiones
lado carga y
fuente
<2Vm
Corte de pequeñas corrientes
inductivas. Real.
Corte de pequeñas corrientes
inductivas. Real.
Se comporta como si la
rigidez dieléctrica se
recuperara totalmente
Corte de pequeñas corrientes
inductivas. Real.
Estos
reencendidos
múltiples tienen
un efecto
favorable en el
IAP, pues permite
a las C,
involucradas en el
proceso
descargarse
limitando de esta
manera la SE.
Tensiones a uno y
otro lado y en el
propio IAP.
Carga
Fuente
IAP
Conexión de capacitores. La peor condición se
da con un ángulo de conexión cerca de los valores máximos de tensión
ya que la corriente comienza a fluir antes que se cierren los contactos,
cuando se supere la rigidez dieléctrica que los separa.
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 0.01 0.02 0.03 0.04
Tiempo (segundos)
Te
ns
ión
(V
pu
)
La frecuencia del
fenómeno está dada
por f=1/(2.π.(LC)1/2)
L= Inductancia del circuito
C= Capacidad a maniobrar
Ec= Tensión en el C
Es= Tensión de fuente
Conexión de capacitores.Batería única.
Capacitor descargado y con resistencia de descarga R. Las IEC 60871 y 62291, establecen que en un t=10
min., la carga residual no debe superar una tensión de 75 V. Además presenta los problemas de los IAP
en la interrupción. Los fenómenos oscilatorios están asociados a la potencia de la batería y a las
constantes de la red asociada.
Frecuencia
propia de las
oscilaciones
SA=SB=
2p.u.
Corriente pico
de cierre
Conexión de capacitores.N baterías.
La conexión de un C, con otros ya conectados e iguales, va acompañada de
fenómenos transitorios. La sobretensión propagada es tanto menor en cuanto más
números de C hay conectados, mientras que la corriente de inserción es mayor a
mayor númeo de C.
Descarga sobre
los conectados
Descarga sobre
la red, de los
conectados,
más lento de
frecuencia y de
menor
intensidad
En A, la corr. capacitiva se hace cero, la tensión lado línea Ub queda al valor de tensión lado fuente Ua. Entonces Ua = Ub. En el
instante A la diferencia Ua-Ub, es muy pequeña o nula. En el medio ciclo siguiente, ésta diferencia aumenta hasta que en el punto B
la diferencia de tensión en los terminales del IAP es el doble del valor máximo de Ua.Se ve claramente la necesidad de que el IAP
corte antes del cuarto ciclo. Justo en el cuarto ciclo en sus bornes ya está la tensión nominal, A’.
Dentro de este medio ciclo el IAP está sometido a una severa condición y se establecen oscilaciones de alta frecuencia que pueden
hacer ascender la tensión a 5 Ug si el IAP corta aún un ciclo después o sea a los 40 mseg. Para que esto no ocurra es necesario que
la TTR no corte en ningún momento a la curva de recuperación dieléctrica del medio de extinción del arco del IAP.
A A`
B
Corte de la
recupración
dieléctrica
Corte de corrientes
capacitivas.
En la Figura , se puede ver que en A, cuando la corriente
capacitiva se hace cero, la tensión del lado de la línea Ul queda
al valor de la tensión generada o presente del lado de fuente Ug.
Tenemos entonces Ul = Ug. En el instante A la diferencia de
tensiones es muy pequeña o nula. A medida que transcurre el
medio ciclo siguiente, ésta diferencia aumenta hasta que en el
punto B la diferencia de tensión en los terminales del IAP es el
doble del valor máximo de Ug.
Se ve entonces claramente la necesidad de que el IAP corte
antes del cuarto ciclo. Justo en el cuarto ciclo en sus bornes ya
está la tensión nominal, punto A’.
Dentro de este medio ciclo el IAP está sometido a una severa
condición y se establecen oscilaciones de alta frecuencia que
pueden hacer ascender la tensión a 5 Ug si el IAP corta aún un
ciclo después o sea a los 40 mseg. Para que esto no ocurra es
necesario que la TTR no corte en ningún momento a la curva de
recuperación dieléctrica del medio de extinción del arco del IAP.
Esta situación se presenta más fácilmente si además en el
circuito aparecen inductancias y capacidades distribuidas como
L y C1, siendo siempre:
C1 << C2.
12
1
LCfg
)21(2
11
CCLf
Conexión de capacitores.
En el sistema de MT, no crea problemas y si los hay se resuelve con DSE.
Como las f son de 300 a 1000 Hz, pasan a través de los trafos de distribución.
Los usuarios en BT también las producen pero con energías de 1 J, contra 1000 J en MT.
I=(Es-Ec)/(L/C)1/2
La conexión de un banco trifásico, estrella con neutro flotante da como máximo 2,5 p.u..
Magnificación capacitiva. El fenómeno se
produce cuando un banco es operado en MT, y del lado de BT hay otro
banco. Si la frecuencia de resonancia de las ramas es igual o muy
parecida (LsC1=LtC2), la magnificación aparece sobre Lt y C2.
0
500
1000
1500
2000
2500
0 200 400 600
Tamaño capacitor LV (kVAr)
En
erg
ía (
J)
Capacitor
A. V.
6 MVAr
3 MVAr
2 MVAr
1 MVAr-750
-500
-250
0
250
500
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
Tiempo (segundos)
Te
ns
ión
(V
)
En BT
tensiones de 4
p.u., si se
conecta C1, o
2 p.u. con
CAS
ENERGÍAS
según la
potencia
reactiva
MT y
BT
El tiempo que dura la
magnificación es el
de conexión del C1
La magnificación se manifiesta en equipos sensibles y en DSE,
aún en sitios muy alejados de los C de MT. Un equipo muy
perjudicado es el variador de velocidad, que en su etapa de
entrada con fuente conmutada, tiene un filtro capacitivo que
absorbe la corriente e incrementa la tensión en la etapa de
continua.Otros equipos pueden presentar el mismo problema.
Tensión de alimentación
Corriente tomada de la red
Tensión sobre etapa de continua
Corte de corrientes
capacitivas.
Corte de corrientes
capacitivas.
Cálculo de I capacitivas, IEC 62271
Equipo
maniobrado
Cierre sin
resistor de
preinserción
.Cierre
Cierre sin
resistor de
preinserción.
Recierre
Cierre con
resistor de
preinserción.
Cierre
Cierre con
resistor de
preinserción.
Recierre
Apertura
Reencendido
Apertura
corte de
corrientes
LAT 2,5 a 3,0 2,5 a 4,0 1,5 a 2,1 1,7 a 2,5 2,0 a 3,0 No
esperado
Transforma
dores con
LAT
2,5 a 3,0 2,5 a 4,0 1,5 a 2,1 1,5 a 2,1 2,0 a 3,0 No
esperado
Transforma
dores
1,2 a 1,5 1,2 a 1,5 No 1,5 a 3,0
Cables 2,0 a 2,5 2,0 a 3,0 1,5 a 2,0 1,5 a 2,0 2,0 a 3,0 No
esperado
Reactores
de
compensaci
ón de LAT
1,8 a 2,5 2,0 a 3,5 1,2 a 2,0 1,5 a 2,0 1,5 a 2,5 No
esperado
Operación
de
reactores
1,0 a 1,5 1,0 a 1,5 1,2 a 2,0
Maniobra
de
capacitores
1,5 a 3,0 2,0 a 3,5 1,8 a 3,5 No
Corte de corrientes. Cuadro
resumen.
MUCHAS
GRACIAS
Ing. Roberto E. Campoy
![Descargadores de sobretensiones (español) [22 MB]](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/586f82b01a28ab6f528baec7/descargadores-de-sobretensiones-espanol-22-mb.jpg)
