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SOBRETENSIONES EN REDES ELÉCTRICAS DE

POTENCIA. (SELECCIÓN DE APARTARRAYOS EN

MEDIA Y ALTA TENSIÓN.)

M. en I. VICTORINO TURRUBIATES GUILLEN

17 de Agosto de 2017

NATURALEZA DE LAS

SOBRETENSIONES

• CARÁCTER INTERNO

• CARÁCTER EXTERNO


CARÁCTER INTERNO

• ENERGIZACIÓN O CIERRE DE UNA LÍNEA

• RECIERRE DE LÍNEA


CARÁCTER EXTERNO

• DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

DIRECTAS

• DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

INDIRECTAS CERCANAS AL SISTEMA



SOLUCIONES A LAS SOBRETENSIONES

EN SISTEMAS ELÉCTRICOS

• DISEÑO DE LA RED (BLINDAJE)

• INSTALACIÓN DE APARTARRAYOS


DISEÑO DE LA RED (BLINDAJE)

Mediante la instalación de hilos de guarda se protege al sistema

de sobretensiones de carácter externo, los hilos de guarda se

instalan en líneas de transmisión y en subestaciones exteriores


DISEÑO DE LA RED (BLINDAJE)

𝑺𝑭𝑭𝑶𝑹 = 𝟐𝑵𝒈𝑳𝑫𝒄𝒄

𝟐𝑷𝒄 − 𝑷𝒎

Donde:

Ng

= Cantidad de descargas [km2/año]

L = Distancia de la línea [km]

Dcc

= Área máxima desprotegida [m2]

Pc

= Probabilidad de que el rayo exceda la corriente

mínima Ic

Pm

= Probabilidad de que el rayo exceda la corriente

máxima Im

MODELO GEOMÉTRICO


INSTALACIÓN DE APARTARRAYOS

Los apartarrayos son dispositivos que se encuentran

conectados permanentemente en el sistema, operan cuando se

presenta una sobretensión de determinada magnitud,

descargando la corriente a tierra. Su principio general de

operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre

dos explosores cuya operación esta determinada de antemano

de acuerdo a la tensión a la que va a operar.


TERMINOLOGÍA

Tensión nominal de un sistema trifásico.- Es la tensión

eficaz entre fases con que se designa el sistema y a la

que están referidas ciertas características de operación

del mismo.

Tensión máxima de diseño (Vm).- Es el valor máximo de

tensión entre fases para el cual está diseñado el equipo

con relación a su aislamiento así como por otras

características que se refieren a esta tensión en las

normas relativas al equipo.

Tensión nominal.- Es la tensión de designación del

apartarrayos.


TERMINOLOGÍA

Tensión residual (Vr) de un apartarrayos.- Es la tensión

que aparece entre la terminal de línea y tierra de un

apartarrayos durante el paso de la corriente de descarga

con una onda de 8/20 s.

Tensión de descarga a 60 Hz (V60) de un apartarrayos.-

Es el valor eficaz de la menor tensión a la frecuencia

nominal del sistema entre las terminales de línea y

tierra de un apartarrayos, para la cual esta previsto un

funcionamiento correcto en condiciones de

sobretensiones temporales.


TERMINOLOGÍA

Tensión de descarga por impulso (Vp) de un

apartarrayos.- Este es el valor mas alto de tensión

obtenida con un impulso de onda y polaridad dadas

(1.2/50 ó 250/2500 s para impulso por rayo o por

maniobra respectivamente), aplicada entre las terminales

de línea y tierra del apartarrayos.

Corriente de descarga del apartarrayos (Id).- Esta

corriente se calcula a partir de las características de

protección y nivel básico de aislamiento del sistema,

generalmente se expresa en kilo amperes kA.


TERMINOLOGÍA

Impulso de corriente de frente escarpado.- Un impulso de

corriente con un tiempo virtual de frente de 1 μs con

tolerancias en los valores medidos de la onda entre 0.9 μs

y 1.1 μs. El tiempo virtual del valor medio en la cola no

debe ser mayor de 20 μs.

Impulso de corriente por maniobra.- Valor cresta de

una corriente de descarga que tiene un tiempo virtual

de frente entre 30 μs y 100 μs y el tiempo virtual

del valor medio en la cola sea de aproximadamente el

doble del tiempo virtual del frente.


TERMINOLOGÍA

Impulso de Corriente por Rayo.- Impulso con forma de

onda 8/20 μs con tolerancias en los valores medidos de la

onda entre 7 μs y 9 μs para el tiempo virtual de frente y

entre 18 μs y 22 μs para el tiempo al valor medio en la

cola.

Capacidad de Alivio de Presión.- Capacidad de un

apartarrayos para soportar corrientes de falla sin

explotar violentamente.


TIPOS DE APARTARRAYOS

• CLASE ESTACIÓN

• CLASE INTERMEDIA

• CLASE DISTRIBUCIÓN


CLASE CLASE ESTACIÓN

Estos apartarrayos están diseñados para la

protección de los equipos que pueden estar

expuestos a cantidades de

energía significativa debido a la apertura-cierre

de las líneas eléctricas y en lugares donde

pueda existir una corriente de falla de gran

magnitud se fabrican de 3 a 400 kV. Tienen un

rendimiento eléctrico superior porque sus

capacidades de absorción de energía son

mayores, las tensiones de descarga son más

bajas y el alivio de la presión es mayor. El valor

del equipo protegido y la importancia de

la continuidad del servicio en

general, justifican el uso

de apartarrayos clase estación a través de

su rango de tensión.


CLASE INTERMEDIA

Estos apartarrayos están diseñados para

proporcionar protección económica y fiable de

los equipos eléctricos de media tensión. Los

apartarrayos clase intermedia son una

excelente opción para la protección de

transformadores tipo seco, para su uso en la

apertura-cierre y seccionamiento de equipo en

subestaciones de pequeña potencia y para

la protección de los cables URD. Se encuentran

disponibles en rangos de 3 a 144 kV


CLASE DISTRIBUCIÓN

Estos apartarrayos se utilizan con frecuencia

para pequeños transformadores enfriados

por aceite y tipo seco, también son utilizados

para la protección de líneas de distribución

aéreas, líneas de distribución subterráneas

(tipo codo) y para transiciones aéreo

subterráneas (riser pole). Se fabrican en un

rango de 3 hasta 34.5 kV


TIPOS DE APARTARRAYOS PARA

SUBESTACIONES

Los apartarrayos también pueden clasificarse por su clase de

descarga de línea:

• Clase 2. Para tensiones hasta 34.5 kV, en aplicaciones de

transición aéreo-subterráneo.

• Clase 3. Para tensiones hasta 230 kV

• Clase 4. Para tensiones de 400 kV


CARACTERÍSTICAS DE

APLICACIÓN

• TENSIÓN NOMINAL

• LOCALIZACIÓN

• CORRIENTE DE DESCARGA

• MARGEN DE PROTECCIÓN

• TENSIÓN RESIDUAL


TENSIÓN NOMINAL

Características de aplicación de los apartarrayos.

Tensión nominal (Vn).

Vn = Ke Vmáx.

Donde:

Vn = Tensión nominal del apartarrayos en KV.

Ke = Factor de conexión a tierra cuyo valor depende de las

relaciones:

R0/X

1y X

0/X

1

Para propósitos de cálculos aproximados, el valor de Ke se

puede tomar como 0.8 para sistemas con neutro efectivamente

aterrizado en los que se debe cumplir que:

R0/X

1 1.0 y X

0/X

1 3.0

Para sistemas con neutro flotante el valor de Ke se toma como 1.0


LOCALIZACIÓN

La distancia entre el apartarrayo y el equipo a proteger debe ser

tal, que proporcione un margen de protección cuyo valor debe ser

al menos, por encima de los mínimos recomendados (20% para

impulso por rayo y 15% para impulso por maniobra).


LOCALIZACIÓN


LOCALIZACIÓN

En la figura 1 se puede observar que a medida que se aleja el

apartarrayos, la tensión que aparece en la instalación V(X) es

mayor, si se hace un análisis por el método de las reflexiones

sucesivas se obtiene que la tensión que aparece en un objeto a

una distancia x del apartarrayos se calcula con la expresión

siguiente:

V(X) = Vp

+ 2 s t

siendo:

s = Pendiente del frente de onda (índice de

elevación) en KV/s.

Vp

= Tensión de descarga del apartarrayos en KV.

t = Tiempo de recorrido de la onda en s.


LOCALIZACIÓN

Como en conductores aéreos la onda de sobre tensión viaja a la velocidad

de la luz, entonces:

𝒗 = 𝟑𝟎𝟎𝒎/𝝁𝒔

Por lo tanto, el tiempo de recorrido de la onda es:

𝒕 =𝒙

𝒗(𝝁𝒔)

teniendo entonces:

𝒕 =𝒙

𝟑𝟎𝟎(𝝁𝒔)

La tensión a la distancia x es:

Entonces: 𝑽 𝒙 = 𝑽𝒑 +𝟐𝒔𝒙

𝟑𝟎𝟎

𝒙 =𝟑𝟎𝟎 (𝑽 𝒙 − 𝑽𝒑)

𝟐𝒔donde:

x=Distancia eléctrica del apartarrayos al objeto por proteger, en metros.


CORRIENTE DE DESCARGA

Con relación a la selección de la corriente de descarga de los

apartarrayos, se puede mencionar que sólo las descargas cercanas a las

subestaciones, someten a los apartarrayos a condiciones severas de

operación y para determinar este aspecto cuantitativamente se requiere

de la determinación de datos estadísticos de mediciones de corriente de

rayo.

Para dar una idea de este aspecto se puede mencionar, que la norma

americana ANSI C 62.2 (Standard Guide for Aplication of Valve Arresters

for A. C. Systems), muestra que las corrientes de descarga de los

apartarrayos en las subestaciones tienen una distribución como la

indicada en la tabla.

TABLA 1

Porcentaje de las corrientes del

rayo que pueden exceder a los

valores de corriente indicados

Valor en KA

5% 65

10% 50

20% 35

70% 9



La corriente de descarga del apartarrayos se calcula a partir de las

características de protección y nivel básico de aislamiento (NBI) del

sistema generalmente se expresa en kiloamperes a partir de la expresión:

𝑰𝒅 =𝟐𝑬 − 𝑽𝒓𝒁𝟎 + 𝑹

donde:

𝑬 = Es la magnitud de la onda entrante a la subestación a través de la

línea de transmisión expresada en KV, que se puede determinar como:

𝑬 =𝟐𝒆

𝑵Siendo e el valor de la onda incidente y n el número de líneas

entrantes a la subestación.

𝑽𝒓 = Tensión residual del apartarrayos (KV).

𝒁 𝟎 = Impedancia característica de la línea en ohms.

𝑹 = Resistencia del apartarrayos en ohms.

𝑰𝒅 = Corriente de descarga en KA



De una manera sencilla, para una línea de entrada en la

subestación, la corriente de descarga del apartarrayos se calcula

a partir de las características de protección y nivel básico de

aislamiento (NBI) del sistema generalmente se expresa en

kiloamperes a partir de la expresión:

𝑰𝒅 = 𝑲𝟐 𝑵𝑩𝑨𝑰

𝒁𝟎

N = Nivel Básico de Aislamiento del sistema en KV

K = Factor que depende de la distancia al punto de descarga

Id = Corriente de descarga en KA



La selección de los apartarrayos debería estar basada sobre las

condiciones de sobretensiones máximas esperadas, de manera que el

apartarrayos empleado debe ser capaz de soportar estas condiciones con

un riesgo de falla mínimo en el mismo.

Para tomar en consideración el efecto de las reflexiones sucesivas de las

ondas del rayo desde el punto de la descarga y que tienden a incrementar

la corriente de descarga del apartarrayos, a las expresiones para el

cálculo de esta corriente se les multiplica por un factor “K” que depende

de la distancia al punto de la descarga (D) y de la longitud de la cola de

onda pudiéndose tomar los valores que aparecen en la siguiente tabla:

TABLA 2

D (mts) Factor K

700 3

1,600 2

3,200 1


MARGEN DE PROTECCIÓN

A la diferencia que debe existir, entre el nivel básico de

aislamiento al impulso del aislamiento por proteger y la

máxima tensión que puede aparecer en el apartarrayos, se le

conoce como MARGEN DE PROTECCIÓN. Se establece que

debe ser como mínimo del 20% para impulsos por rayo y 15%

para impulsos por maniobra, generalmente se expresa en por

ciento y se obtiene con las siguientes expresiones:



Para impulsos por rayos:

Margen de protección = (NBAI) – (Máxima tensión en el apartarrayos) x 100

Máxima tensión en el apartarrayos

Para impulso por maniobra:

Margen de protección = (NBAI) – (Máxima tensión en el apartarrayos) x 100

Máxima tensión en el apartarrayos

La máxima tensión en el apartarrayos puede ser la tensión de

descarga por impulso o la tensión residual, (la mayor de las dos).


TENSIÓN RESIDUAL

Es el valor cresta de tensión que aparece en las

terminales de un apartarrayos durante el paso de la

corriente de descarga.


NIVELES DE AISLAMIENTO

NORMALIZADOS

TABLA 3. NIVELES DE AISLAMIENTO NORMALIZADOS PARA EQUIPO DE LA CATEGORÍA "A".

Tensión nominal

del sistema.

KV (eficaz)

Tensión máxima

de diseño.

KV (eficaz)

Nivel básico de aislamiento al

impulso (NBI) de fase a tierra.

KV (cresta)

Tensión resistente

nominal a 60 Hz de

fase a tierra.

KV (eficaz)Hasta

500 KV

Arriba de 500

KV

13.8 15.5 95 110 34

23 26.4 150 50

34.5 38 150 70



NORMALIZADOS

TABLA 4. NIVELES DE AISLAMIENTOS NORMALIZADOS PARA EQUIPO DE

CATEGORÍA “B”

Tensión nominal

del sistema

Tensión nominal

de diseño

Nivel básico de

aislamiento al

impulso (NBI) de

fase a tierra

Nivel básico de

aislamiento por

impulso (NBI) de

fase a fase.

Tensión

resistente

nominal a 60 Hz

de fase a tierra

KV (eficaz) KV (eficaz) KV (cresta) KV (cresta) KV (eficaz)

69 72.5325

350

325

350140

115 123450

550

450

550

185

230

138 145

450

550

650

450

550

650

185

230

275

161 170

550

650

750

550

650

750

230

275

325

230 245

650

750

850

950

1050

650

750

850

950

1050

275

325

360

395

460



NORMALIZADOS

TABLA 5. NIVELES DE AISLAMIENTO NORMAILIZADO PARA EQUIPO DE LA

CATEGORIA “C”

Tensión nominal

del sistema.

Tensión máxima

de diseño.

Nivel básico de

aislamiento al

impulso (NBI) de

fase a tierra.

Nivel básico de

aislamiento por

impulso (NBS) de

fase a tierra.

Nivel básico de

aislamiento por

maniobra (NBS)

de fase a fase.

KV (eficaz) KV (eficaz) KV (cresta) KV (cresta) KV (cresta)

400 420

1050

1175

1300

1425

950

1050

1425

1550


CARACTERISTICAS DE PROTECCIÓN DE

APARTARRAYOS PARA SUBESTACIÓN

TABLA 6. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS PARA APARTARRAYOS CLASE 2

Tensión nominal

del sistema Vn

Tensión nominal

del apartarrayos

Vap

Tensión de

operación

continua Vc

Indice de

elevación de

tensión

(pendiente) del

frente de onda S

Tensiones residuales máximas Vr

A impulsos de

corriente por

maniobra 30/60

µs

Al impulso de

corriente de rayo,

10kA cresta, 8/20

µs

Al impulso de

corriente

escarpado, 10 kA

cresta, 1/20 µs

kV (eficaz) kV (eficaz) kV (eficaz) kV/µs kV (cresta) kV (cresta) kV (cresta)

13.8 12 10.2 100 28 34 41

23 21 17 175 45 57 66

34.5 30 24.4 250 65 81 94





Tensión

nominal del

sistema Vn

Tensión

nominal del

apartarrayos

Vap

Tensión de

operación

continua Vc

Indice de

elevación de

tensión

(pendiente) del

frente de onda

S

Tensiones residuales máximas (Vr)

A impulsos de

corriente por

maniobra

30/60 µs

Al impulso de

corriente de

rayo, 10kA

cresta, 8/20 µs

Al impulso de

corriente

escarpado, 10

kA cresta,

1/20 µs


13.8 12 10.2 100.0 28 36 41

2321

24

17

19.5175

200

45

52

58

66

64

73

34.527

30

22

24.4225

250

58

64

75

78

82

91

6954

60

42

48400

500

107

122

134

149

148

168

85 90 70 750 190 222 260

115

90

96

108

70

76

84

750

800

900

190

200

225

222

237

268

260

275

310

138108

120

84

98900

1000

225

250

268

300

310

345

161

120

132

144

98

106

115

1000

1200

1200

250

275

317

300

330

360

345

380

410

230

172

180

192

138

144

154

1200

1200

1200

360

370

390

430

445

475

500

520

550





Tensión nominal

del sistema Vn

Tensión nominal

del apartarrayos

Vap

Tensión de

operación

continua Vc

Indice de

elevación de

tensión

(pendiente) del

frente de onda S

Tensiones residuales máximas (Vr)

A impulsos de

corriente por

maniobra 30/60

µs

Al impulso de

corriente de rayo,

20kA cresta, 8/20

µs

Al impulso de

corriente

escarpado, 20 kA

cresta, 1/20 µs


400

312

336

360

250

269

288

1200

1200

1200

650

690

733

798

855

918

872

938

1 005



APARTARRAYOS PARA REDES DE

DISTRIBUCIÓN


TABLA 9 - CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS APARTARRAYOS CLASE 1

Tensión

nominal del

sistema Un

Tensión

nominal del

apartarrayos

Ur

Tensión de

operación

continua Uc

Índice de

elevación de

tensión

(pendiente) del

frente de onda

S

Tensiones residuales máximas

A impulsos de

corriente por

maniobra

30/60 µs

Al impulso de

corriente de

rayo, 10 kA

cresta,

8/20 µs

Al impulso de

corriente

escarpado, 10

kA cresta,

1/20 µs

kV (eficaz) kV (eficaz) kV (eficaz) kV/µs kV cresta kV cresta kV cresta

13,810

12

8.4

10.2

75

100

29

35

36

44

40

48

2318

21

15.3

17.0

150

175

53

61

65

76

72

84

34,527

30

22.0

24.4

225

250

79

87

98

108

108

120

EJEMPLOS DE SELECCIÓN DE


Ejemplo 1.

Determinar las características de protección de los apartarrayos de 115 KV y 34.5 KV

de una subestación de 115/34.5 KV.

Solución:

Para 115 KV según la tabla 4 la tensión máxima de diseño es de 123 kV y si el neutro

está sólidamente conectado a tierra Ke = 0.8

La tensión nominal del apartarrayos debe ser:

𝑽𝒏 = 𝑲𝒆 ∙ 𝑽𝒎á𝒙 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟏𝟐𝟑 𝒌𝑽 = 𝟗𝟖. 𝟒 𝒌𝑽

Suponiendo que la descarga ocurre en un rango de 700 metros de distancia a la

subestación, la corriente de descarga es:

𝑰𝒅 = 𝑲𝟐 𝑵𝑩𝑰

𝒁𝟎




Con K = 3 (tabla 2) y NBI=550 (tabla 4) ; considerando Z0 = 350

𝑰𝒅 = 𝟑𝟐 ∙ 𝟓𝟓𝟎

𝟑𝟓𝟎= 𝟗. 𝟒 𝒌𝑨

Con estos valores para Id y Vn se consultan las tablas de características de

apartarrayos (tabla 7).

Como en las tablas no se encuentra el valor de 98.4 KV se analizan los valores más

próximos.

Tensión nominal (Vn) kV 96 108

Corriente de descarga (Id) kA 10 10

Tensión de operación continua Vc kV 76 84

Tensión residual con onda de impulso de corriente de descarga de 8/20

s KV237 268

Índice de elevación de tensión (pendiente del frente de onda) 800 900


Valores obtenidos de la Norma de Referencia NRF-003-CFE Apartarrayos de Óxidos Metálicos para

Subestaciones



Si se supone la instalación de los apartarrayos muy cercana al transformador, los

márgenes de protección son:

𝑴𝑷𝟏 =𝟓𝟓𝟎 − 𝟐𝟑𝟕

𝟐𝟑𝟕∙ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟏𝟑𝟐%

𝑴𝑷𝟐 =𝟓𝟓𝟎 − 𝟐𝟔𝟖

𝟐𝟔𝟖∙ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟏𝟎𝟓. 𝟐%

En ambos casos los resultados son correctos, por lo que dependiendo de las

condiciones técnico – económicas, se selecciona la alternativa más adecuada.




Solución:

Para 34.5 KV según la tabla 3 la tensión máxima de diseño es de 38 kV y si el neutro

está sólidamente conectado a tierra Ke = 0.8


𝑽𝒏 = 𝑲𝒆 ∙ 𝑽𝒎á𝒙 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟑𝟖 𝒌𝑽 = 𝟑𝟎. 𝟒 𝒌𝑽




𝒁𝟎





𝑰𝒅 = 𝟑𝟐 ∙ 𝟏𝟓𝟎

𝟑𝟖𝟎= 𝟐. 𝟑𝟔 𝒌𝑨



Tomando los valores para 30 kV tenemos lo siguiente

Tensión nominal (Vn) kV 30

Corriente de descarga (Id) kA 10

Tensión de operación continua Vc kV 24.4


s KV81

Índice de elevación de tensión (pendiente del frente de onda) 250



Subestaciones



Si se supone la instalación de los apartarrayos muy cercana al transformador, el

margen de protección sería

𝐌𝐏 =𝟏𝟓𝟎 − 𝟖𝟏

𝟖𝟏∙ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟖𝟓%

El margen de protección es el adecuado.




Determinar la distancia máxima permisible del apartarrayos del lado de 115 kVSolución:

𝑽𝒏 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟏𝟐𝟑 = 𝟗𝟖. 𝟒 𝒌𝑽

De la tabla 7, se selecciona un apartarrayos de 108 KV.

𝑽𝒏 = 𝟗𝟔 𝒌𝑽 𝒄𝒐𝒏 𝑺 = 𝟗𝟎𝟎 𝒌𝑽/𝝁𝒔Y la tensión de descarga está en el rango de 200 – 275 kV para el apartarrayos de 96 kV(tabla 7), por lo quetenemos que Vp = 275 KV

𝑽𝒑 = 𝟐𝟕𝟓 𝒌𝑽

𝑽(𝒙) = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝑵𝑩𝑰 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟓𝟓𝟎 = 𝟒𝟒𝟎 𝒌𝑽

𝒙 =𝟑𝟎𝟎(𝟒𝟒𝟎 − 𝟐𝟕𝟓)

𝟐 ∙ 𝟗𝟎𝟎= 𝟐𝟏. 𝟔𝟔 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔




Determinar la distancia máxima permisible del apartarrayos del lado de 34.5 kVSolución:

𝑽𝒏 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟑𝟖 = 𝟑𝟎. 𝟒 𝒌𝑽


𝑽𝒏 = 𝟑𝟎 𝒌𝑽 𝒄𝒐𝒏 𝑺 = 𝟐𝟓𝟎 𝒌𝑽/𝝁𝒔Y la tensión de descarga está en el rango de 65 – 94 kV para el apartarrayos de 30 kV(tabla 6), por lo que tenemosque Vp = 94 KV

𝑽𝒑 = 𝟗𝟒 𝒌𝑽

𝑽(𝒙) = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝑵𝑩𝑰 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟏𝟓𝟎 = 𝟏𝟐𝟎 𝒌𝑽

𝒙 =𝟑𝟎𝟎(𝟏𝟐𝟎 − 𝟗𝟒)

𝟐 ∙ 𝟐𝟓𝟎= 𝟏𝟓. 𝟔 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔





115 kV 34.5 kV

x=21.6

x=15.6

EJEMPLO PARA REDES DE

DISTRIBUCIÓN

Ejemplo 2.

Determinar las características de protección del apartarrayos de para una transición

en una línea de distribución de 13.8 kV

Solución:

Para 13.8 KV según la tabla 3 la tensión máxima de diseño es de 15.5 kV y si el

neutro está sólidamente conectado a tierra Ke = 0.8


𝑽𝒏 = 𝑲𝒆 ∙ 𝑽𝒎á𝒙 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟏𝟓. 𝟓 𝒌𝑽 = 𝟏𝟐. 𝟒𝒌𝑽




𝒁𝟎



DISTRIBUCIÓN


𝑰𝒅 = 𝟐𝟐 ∙ 𝟏𝟏𝟎

𝟒𝟎𝟎= 𝟏. 𝟏 𝒌𝑨



Como en las tablas no se encuentra el valor de 12.4 KV se analiza el valor más

proximo

Tensión nominal (Vn) kV 12

Corriente de descarga (Id) KA 10

Tensión de operación continua Vc kV 10.2


s KV44

Índice de elevación de tensión (pendiente del frente de onda) 100



Redes de Distribución

Si se supone la instalación de los apartarrayos muy cercana al transformador, los

márgenes de protección son:

𝑴𝑷𝟏 =𝟏𝟏𝟎 − 𝟒𝟒

𝟒𝟒∙ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟏𝟓𝟎%

El margen de protección es el adecuado.



DISTRIBUCIÓN

Determinar la distancia máxima permisible del apartarrayos del ejercio anterioSolución:


𝑽𝒏 = 𝟏𝟐 𝒌𝑽 𝒄𝒐𝒏 𝑺 = 𝟏𝟏𝟎 𝒌𝑽/𝝁𝒔Y la tensión de descarga está en el rango de 35 – 48 kV para el apartarrayos de 12 kV(tabla 9), por lo que tenemosque Vp = 48 KV

𝑽𝒑 = 𝟒𝟖 𝒌𝑽

𝑽(𝒙) = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝑵𝑩𝑰 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝟏𝟏𝟎 = 𝟖𝟖 𝒌𝑽

𝒙 =𝟑𝟎𝟎(𝟖𝟖 − 𝟒𝟖)

𝟐 ∙ 𝟏𝟎𝟎= 𝟔𝟎𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔



DISTRIBUCIÓN


x=60

13.8 KV.


DISTRIBUCIÓN

CONCLUSIONES

La tecnología moderna permite limitar las sobretensiones a la frecuencia

de servicio, de tal forma que los contorneamientos y perforaciones

puedan ser completamente impedidos por medios económicos.

Una correcta selección y aplicación de los apartarrayos, va a permitir

que se logre un buen equilibrio entre protección y economía, que

minimizará los daños a los aislamientos del sistema al mismo tiempo que

evitará un gasto económico necesario.

Por su amable atención ¡Gracias!


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