Protecciones contra sobrevoltajes de origen atmosférico

En las protecciones eléctricas constituyen un sistema indispensable para todo tipo de instalación eléctrica, en el caso que nos ocupa de un sistema de protecciones para una subestación, tenemos que entender ésta como parte integrante del sistema de transporte y distribución, que funciona como punto de conexión o desconexión de las líneas de transporte, de las líneas de distribución, de las centrales de generación y de los transformadores elevadores y reductores. Los objetivos de las subestaciones son conseguir la máxima seguridad, flexibilidad y continuidad de servicio con los mínimos costes de inversión y operación que satisfagan los requisitos del Sistema Eléctrico y para ello, las subestaciones deben poseer unos sistemas de protección que les ayuden a realizar su cometido.

Nomenclatura

Los nombres que se adoptaran al tratar el tema serán:

Introducción

Al proyectar una instalación eléctrica, normalmente, nos preocupamos de seleccionar los dispositivos adecuados de protección, considerando sólo la aparición de posibles defectos al interior del sistema, tales como sobrecargas y cortocircuitos.

Podríamos considerar que nuestras instalaciones eléctricas pueden ver comprometida su integridad debido a dos tipos de anormalidades: una de origen interno y la otra de origen externo. En la primera, podemos encontrar, por ejemplo, las sobrecargas, cortocircuitos y defectos de aislamiento, mientras que en la segunda se ubican, en general, las sobretensiones.

Las causas de las sobretensiones de origen externo son variadas, siendo una de ellas las debidas al impacto de un rayo en la red de distribución de la empresa eléctrica del sector.

Se considera que la corriente de rayo y sus efectos pueden alcanzar la instalación por tres métodos de acceso:

• Por todas las líneas eléctricas entrando o saliendo del edificio.

• Por el suelo a raíz de su subida de potencial.

• Por el suelo a raíz de su subida de potencial.

• Por todos los cierres conductores y redes internas que pueden ser la sede de tensiones inducidas bajo el efecto del campo magnético generado por la corriente de rayo.

El principio de la protección contra los efectos indirectos del rayo consiste en impedir que la energía perturbadora, o incluso destructiva, pueda alcanzar los aparatos y equipos.

Rangos de tensión más elevada para equipos

La Norma IEC 71-1 define dos rangos de voltajes para los sistemas eléctricos en función de la tensión más elevada para los equipos, que serán considerados en el presente estudio, así:

Rango I:

Comprende tensiones desde 1 kV hasta 245 kV incluido. A este rango pertenecen las redes de distribución, subtransmisión y transmisión en alta tensión.

Rango II:

Tensiones superiores a 245 kV. Este rango se aplica en redes de transmisión de extra alta tensión.

Diferentes aspectos operacionales se aplican a cada rango, es así que, en el estudio de coordinación de aislamiento se deben tomar en cuenta criterios inherentes a cada uno de ellos.

Cabe notar que un sistema con tensión nominal de 500 kV, como es del caso de estudio, pertenece al Rango II y que de aquí en adelante se pondrá énfasis en los criterios que sobre este se apliquen.

Elementos de protección ante sobretensiones

En una subestación la incidencia de una descarga atmosférica podría darse de dos maneras. La primera es considerar la caída del rayo dentro del patio de la subestación afectando directamente a los equipos y la otra es que el rayo incida sobre la línea de transmisión asociada a la subestación, en cuyo caso, se forman olas de sobretensión que se propagan a través de las líneas hasta alcanzar los equipos.[1]

En la práctica, que una descarga atmosférica incida dentro de la subestación es un evento muy poco probable, debido a que su área de exposición es relativamente pequeña, además de tener el sistema de apantallamiento. De aquí que, el estudio de descargas atmosféricas se realizará más bien con respecto de las descargas que alcancen las líneas. [1]

Los elementos para protección contra sobretensiones tienen como propósito proteger a los equipos eléctricos contra voltajes transitorios, a través de la descarga a tierra de las corrientes de impulso, permitiendo la circulación de la

corriente de frecuencia industrial posterior al transitorio (corriente subsiguiente) y con la capacidad de repetir su función. Es decir, el dispositivo de protección debe cumplir con las siguientes funciones: [1]

• Comportarse como un aislador mientras la tensión aplicada no supere un valor determinado, superior a la tensión máxima del sistema.

• Comportarse como un conductor para descargar a tierra la onda de corriente producida por la sobretensión.

• Interrumpir la conducción de la corriente a tierra una vez que la sobretensión ha desaparecido del sistema y se ha restablecido la tensión nominal.

Partes: 1, 2