Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
La Coordinación de Aislamiento en el Sistema de Energía se introdujo para arreglar los niveles de aislamiento eléctrico de diferentes componentes en el sistema de energía eléctrica, incluida la red de transmisión, de tal manera que la falla del aislante , si ocurre, confina al lugar donde resultaría en el menor riesgo. Daño del sistema, fácil de reparar y reemplazar, y resulta en la menor perturbación de la fuente de alimentación.
Cuando cualquier exceso de voltajeaparece en el sistema de energía eléctrica, entonces puede haber una posibilidad de falla de su sistema de aislamiento. La probabilidad de falla del aislamiento es alta en el punto de aislamiento más débil más cercano a la fuente de sobretensión. En el sistema de energía y las redes de transmisión, se proporciona aislamiento a todos los equipos y componentes.
Los aisladores en algunos puntos son fácilmente reemplazables y reparables en comparación con otros. El aislamiento en algunos puntos no se puede reemplazar y reparar con tanta facilidad, y el reemplazo y la reparación pueden ser muy costosos y requerir una interrupción prolongada del suministro eléctrico. Además, la falla del aislante en estos puntos puede causar que una gran parte de la red eléctrica quede fuera de servicio. Por lo tanto, es deseable que en una situación de falla del aislador, solo falle el aislador fácilmente reemplazable y reparable. El objetivo general de la coordinación del aislamientoconsiste en reducir a un nivel aceptable desde el punto de vista económico y operativo el costo y las perturbaciones causadas por la falla del aislamiento. En el método de coordinación de aislamiento, el aislamiento de las diversas partes del sistema debe estar clasificado de tal manera que, si ocurre, debe producirse un destello en los puntos previstos.
Para comprender adecuadamente la coordinación del aislamiento , primero debemos comprender algunas terminologías básicas del sistema de energía eléctrica. Tengamos una discusión.
Indice de contenidos
Voltaje nominal del sistema
El voltaje nominal del sistema es el voltaje de fase a fase del sistema para el cual el sistema está diseñado normalmente. Como sistemas de 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV.
Voltaje máximo del sistema
El voltaje máximo del sistema es el voltaje de frecuencia de energía máximo permitido que puede ocurrir durante un tiempo prolongado durante una condición de carga baja o sin carga del sistema de energía. También se mide fase a fase.
La lista de diferentes voltajes nominales del sistema y su correspondiente voltaje máximo del sistema se da a continuación como referencia,
| Voltaje nominal del sistema en KV | 11 | 33 | 66 | 132 | 220 | 400 |
| Voltaje máximo del sistema en KV | 12 | 36 | 72,5 | 145 | 245 | 420 |
NB – Se observa en la tabla anterior que generalmente el voltaje máximo del sistema es 110% del voltaje nominal del sistema correspondiente hasta un nivel de voltaje de 220 KV, y para 400 KV y más es 105%.
Factor de puesta a tierra
Esta es la relación entre el voltaje rms más alto de frecuencia de potencia de fase a tierra en una fase sana durante una falla a tierra y el voltaje rms de frecuencia de potencia de fase a fase que se obtendría en la ubicación seleccionada sin la falla.
Esta relación caracteriza, en términos generales, las condiciones de conexión a tierra de un sistema visto desde la ubicación de la falla seleccionada.
Sistema efectivamente conectado a tierra
Se dice que un sistema está efectivamente conectado a tierra si el factor de conexión a tierra no excede el 80% y no efectivamente conectado a tierra si lo hace.
El factor de puesta a tierra es del 100% para un sistema neutro aislado, mientras que es de 57,7% (1 / √3 = 0,577) para un sistema con puesta a tierra sólida.
Nivel de aislamiento
Cada equipo eléctrico tiene que sufrir diferentes situaciones de sobrevoltaje transitorio anormal en diferentes momentos durante su vida útil total. El equipo puede tener que soportar impulsos de rayo, impulsos de conmutación y / o sobretensiones de frecuencia de potencia de corta duración . Dependiendo del nivel máximo de voltajes de impulso y sobre voltajes de frecuencia de potencia de corta duración que puede soportar un componente del sistema de energía, se determina el nivel de aislamiento del sistema de energía de alto voltaje.
Durante la determinación del nivel de aislamiento del sistema nominal inferior a 300 KV, la tensión soportada de impulso tipo rayo y la tensión soportada de frecuencia industrial de corta duraciónson considerados. Para equipos con una potencia nominal superior o igual a 300 KV, se consideran la tensión soportada de impulso de conmutación y la tensión soportada de frecuencia industrial de corta duración.
Voltaje de impulso de relámpago
Las perturbaciones del sistema se producen debido a los rayos naturales, se pueden representar mediante tres formas de onda básicas diferentes. Si un voltaje de impulso de rayo viaja una cierta distancia a lo largo de la línea de transmisión antes de llegar a un aislante, su forma de onda se acerca a la onda completa, y esta onda se denomina onda 1,2 / 50. Si durante el viaje, la onda de perturbación del rayo provoca un destello a través de un aislante, la forma de la onda se convierte en onda cortada. Si un rayo golpea directamente el aislante, entonces el voltaje de impulso del rayo puede aumentar abruptamente hasta que se alivie con un relámpago, causando un colapso repentino y muy pronunciado del voltaje. Estas tres ondas son bastante diferentes en duración y formas.
Impulso de cambio
Durante la operación de conmutación, puede aparecer voltaje unipolar en el sistema. La forma de onda de la cual puede ser amortiguada u oscilante periódicamente. La forma de onda de impulso de conmutación tiene un frente empinado y una larga cola oscilante amortiguada.
Voltaje soportado de frecuencia de potencia de corta duración
La tensión soportada a frecuencia industrial de corta duración es el valor eficaz prescrito de la tensión de frecuencia industrial sinusoidal que el equipo eléctrico debe soportar durante un período de tiempo específico, normalmente 60 segundos.
Voltaje de nivel de protección del dispositivo de protección
Los dispositivos de protección contra sobretensiones, como los supresores de sobretensión o pararrayos, están diseñados para soportar un cierto nivel de sobretensión transitoria más allá del cual los dispositivos drenan la energía de sobretensión al suelo y, por lo tanto, mantienen el nivel de sobretensión transitoria hasta un nivel específico. Por lo tanto, la sobretensión transitoria no puede exceder ese nivel. El nivel de protección del dispositivo de protección contra sobretensión es el valor de voltaje pico más alto que no debe excederse en los terminales del dispositivo de protección contra sobretensión cuando se aplican impulsos de conmutación e impulsos de relámpago.
Ahora analicemos los métodos de coordinación de aislamiento uno por uno:
Uso de cable blindado o cable de tierra
La sobrecarga de un rayo en la línea de transmisión aérea puede ser causada por impactos directos de rayos. Puede protegerse proporcionando un cable blindado o un cable de tierra a una altura adecuada desde el conductor superior de la línea de transmisión. Si el cable blindado conductor está conectado correctamente al cuerpo de la torre de transmisión y la torre está correctamente conectada a tierra, se pueden evitar los rayos directos de todos los conductores que se encuentran bajo el ángulo de protección del cable de tierra. El cable de tierra aéreo o el cable de tierra o el cable blindado también se utilizan sobre la subestación eléctrica para proteger diferentes equipos eléctricos de los rayos.
Método convencional de coordinación de aislamiento
Como discutimos anteriormente, un componente del sistema de energía eléctrica puede sufrir diferentes niveles de tensiones transitorias de voltaje, voltaje de impulso de conmutación y voltaje de impulso de rayo. La amplitud máxima de sobretensiones transitorias que llegan a los componentes se puede limitar mediante el uso de dispositivos de protección como pararrayos en el sistema. Si mantenemos el nivel de aislamiento de todos los componentes del sistema de potencia por encima del nivel de protección del dispositivo de protección, idealmente no habrá posibilidad de que se rompa el aislamiento de ningún componente. Dado que la sobretensión transitoria llega al aislamiento después de cruzar, los dispositivos de protección contra sobretensiones tendrán una amplitud igual a la tensión de nivel de protección y al nivel de aislamiento de impulso de tensión de nivel de protección de los componentes.
Generalmente, el nivel de aislamiento de impulsos se establece entre un 15 y un 25% por encima del voltaje del nivel de protección de los dispositivos de protección.
Métodos estadísticos de coordinación de aislamiento
A voltajes de transmisión más altos, la longitud de las cadenas de aisladores y el espacio libre en el aire no aumentan linealmente con el voltaje sino aproximadamente a V 1.6. A continuación se muestra la cantidad requerida de discos aislantes en la cadena de suspensión para diferentes sobretensiones. Se ve que el aumento en el número de discos es solo leve para el sistema de 220 KV, con el aumento en el factor de sobretensión de 2 a 3,5 pero que hay un rápido aumento en el sistema de 750 kV. Por lo tanto, si bien puede ser económicamente factible proteger las líneas de voltaje más bajo hasta un factor de sobrevoltaje de 3.5 (digamos), definitivamente no es económicamente factible tener un factor de sobrevoltaje de más de aproximadamente 2 a 2.5 en las líneas de voltaje más alto. . En los sistemas de voltaje más alto, es el cambio de voltaje lo que predomina. Sin embargo, estos pueden controlarse mediante el diseño adecuado de dispositivos de conmutación.
