INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERAMECNICA Y ELCTRICACOORDINACIN DE AISLAMIENTO EN UNASUBESTACIN ELCTRICA DE MANIOBRA DE 230 KVTESISQUE PARA OBTENER EL TITULO DE:INGENIERO ELECTRICISTAPRESENTA:JORGE MARTNEZ MENDOZAMxico, D.F. 2010AGRADECIMIENTOSA Dios, por darme la oportunidad de terminar la carrera y mostrarme que hay unmaana por el cual seguir adelante, prepararse y ser mejorA padres, Nemesio Jorge Martnez Olivay Mara del Carmen Mendoza Martnezquienes siempre me dieron su apoyo y confianza incondicionalmente en todomomento y principalmente cuando ms los he necesitado.A hermanoJuan Jos Martnez Mendoza que a pesar de todo siempre cree en my dice que puedo salir adelante, y a mis hermanas Ana B. Martnez Mendoza eAdriana Martnez Mendoza que me recuerdan que somos una familia.Al ingeniero Ral Mndez Albores, por su asesora, apoyo y confianza en laelaboracin de este trabajo.Al ingeniero Sandra C. Hernndez Silva, por todo su apoyo, tiempo y consejos queayudaron a culminar este trabajo.Al ingeniero Efran Moreno que me ha apoyado y demostrado que la ingeniera esms que solo untrabajo, es una forma de vida digna.Y a todas las personas que han hecho posible la realizacin de este trabajo, queme han apoyado moral y fsicamente y especialmente a ti Gabriela VsquezBanda que me has mostrado que la vida es bella.OBJETIVO:Desarrollar diferentes tcnicas referentes a la coordinacin de aislamiento,aplicndolos a una subestacin elctrica de maniobra, para obtenerdiferentes alternativas de seleccin y aplicacin.COORDINACIN DE AISLAMIENTO.NDICELISTADO DE FIGURASLISTADO DE TABLASINTRODUCCIN....ICAPTULO I. DISPOSITIVOS DE PROTECCIN CONTRASOBRTETENSIONES.I.1. HILOS DE GUARDA..3I.2. BAYONETAS..3I.3. CUERNOS DE ARQUEO..3I.4. APARTARRAYOS..3I.5. PROCEDIMIENTO DE SELECCIN DE APARTARRAYOS Y SUSCARACTERSTICAS PROPIAS12CAPTULO II. APLICACIN DE LAS NORMAS DECOORDINACIN DE AISLAMIENTO.II.1. APLICACIN DE LAS NORMAS DE COORDINACIN DEAISLAMIENTO NMX-J-150/1 Y 2 E IEC 60071-1 Y 211II.2. GENERALIDADES..13II.3. DETERMINACIN DE LAS SOBRETENSIONESREPRESENTATIVAS (URP).13II.4. DETERMINACIN DE LAS TENSIONES DE AGUANTE DECOORDINACIN (UCW)...14II.5. TENSIONES DE AGUANTE REQUERIDAS...15II.6. TENSIONES DE AGUANTE NORMALIZADAS..16II.7. TENSIONES DE AGUANTE NORMALIZADAS YPROCEDIMIENTOS DE PRUEBA....16II.8. FACTORES DE CONVERSIN DE PRUEBA16COORDINACIN DE AISLAMIENTO.CAPTULO III. FILOSOFA DE DIMENSIONAMIENTO DE LOSAISLAMIENTOS.III1. EL AISLAMIENTO22III.2. CARACTERSTICAS DE LOS AISLAMIENTOS...22III.3. AISLAMIENTOS LQUIDOS Y GASEOSOS..23CAPTULO IV. EJEMPLO DEL CLCULO DE LACOORDINACIN DE LA SUBESTACIN ELCTRICAAISLAMIENTO EJIDO SAN LUIS.IV.1. CLCULO DE SOBRETENSIONES TEMPORALES A LAFRECUENCIA DEL SISTEMA26IV.2. TENSIONES DE AGUANTE DE COORDINACIN..29IV.3. TENSIONES DE AGUANTE REQUERIDAS.....31IV.4. TENSIONES DE AGUANTE NORMALIZADAS....34IV.5. CLCULO DE DISTANCIA DIELCTRICAS.....37IV.6. CLCULO DE LA CADENA DE AISLADORES.41IV.7. ALTURA MNIMA DE BASE SOBRE EL NIVEL DEL SUELO43IV.8. ALTURA MNIMA DE LOS EQUIPOS CORREGIDA A 10 MSNM.43IV.9. ALTURA MNIMA DE LA LLEGADA DE LAS LNEAS CORREGIDAA 10 MSNM......43IV.10. MODELO DE DISEO POR CONTAMINACIN (MTODO DESD)......44IV. 11. MTODOS DE BLINDAJE ELECTROSTTICO58IV.12. MTODO DEL MODELO ELECTROGEOMTRICO.67IV.13. MTODO GRFICO DE WAGNER..80CAPTULO V. APLICACIN Y SELECCIN DEAPARTARRAYOS.V.1. APLICACIN Y SELECCIN DE APARTARRAYOS DEXIDOS METLICOS...97V.2. SELECCIN DE LOS APARTARRAYOS DE XIDOS METLICOS97V.3. CLCULO Y SELECCIN DEL APARTARRAYOS......98NOMENCLATURA UTILIZADA....104CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..106APNDICE A..107APNDICE B..112REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS...130COORDINACIN DE AISLAMIENTO.LISTADO DE FIGURASFigura 1. Anlisis de Sobretensiones..1Figura 2. Apartarrayos en Lnea de Transmisin.........4Figura 3. Apartarrayos de xidos Metlicos...10Figura 4. Diagrama de Flujo para la Determinacin del Nivelde Aislamiento.....12Figura 5. Interruptor Automtico de SF6 Tipo HPL........24Figura 6. Anlisis de la Coordinacin de Aislamiento....25Figura 7. Gama de las Sobretensiones de Frente Lento 2 % en elExtremo Receptor Debidas a la Energizacin y Reenergizacin27Figura 8. Relacin entre los Valores 2 %de las Sobretensiones deFrente Lento de Fase a Fase Y de Fase a Tierra..27Figura 9. Valores del Exponente "M" para la Correccin de la TensinNominal de Impulso de Maniobra Para Coordinacin...32Figura 9. Valores del Exponente "M" Para la Correccin de la TensinNominal de Impulso de Maniobra para Coordinacin38Figura 10. Aislador de Vidrio Templado Tipo Suspensin con Calaveray Bola (Niebla) de 280 X 146 mm, Distancia de Fuga 445 mm....41Figura 10. Aislador de Vidrio Templado Tipo Suspensin con Calaveray Bola (Niebla). de 280 X 146 mm, Distancia de Fuga 445 mm51Figura 11. Modelo para el Clculo de Diseo por Contaminacin...44Figura 12. Mapa, Regiones de Contaminacin en el Pas46Figura 13. Mapa, Altimetra y Orografa en el Pas....46Figura 14. Mapa, Extrapolacin de las Regiones de Contaminacinen el Pas....47Figura 15.Organigrama: Indica Tanto la Geografa y el Clima, como lasCaractersticas del Comportamiento de la Contaminacin.....47Figura 16. Histograma: Muestra como Vara la Acumulacin deContaminacin Durante el Ao...48Figura 17. Grfica, Muestra la Dinmica de Acumulacin deContaminacin Durante el Tiempo.48Figura 18. Grfica, Comportamiento de los Aisladores paraSubestaciones Elctricas (DES mg/cm2)..52Figura 19. Grfica. Factor de Correccin por Proporcin de Sales ADiferentes Niveles de Contaminacin...53Figura 20. Grfica. Factor de Correccin por Densidad de MaterialInsoluble (Mg/Cm)..54Figura 21. Zona de Proteccin con Un Solo Hilo de Guarda....58Figura 22. Zona de Proteccin con Dos Hilos de Guarda.....59Figura 23. Zona de Proteccin con Un Solo Hilo de Guarda59Figura 24. Zona de Equipo entre Estructuras con Hilo de Guarda..60Figura 25. Blindaje con Una Bayoneta.61Figura 26. Blindaje con Dos Bayonetas62Figura 27. Blindaje con Una Bayoneta, Mtodo de los ngulos Fijos IEEE..63Figura 28. Blindaje con Una Bayoneta, Mtodo de los ngulos Fijos CFE...65Figura 29. Separacin Mxima (T), que Puede Haber entre la Bayonetaal Bus Protegido...70COORDINACIN DE AISLAMIENTO.Figura 30. a) Y b) Distancia Horizontal del Bus Protegido al Origen de laEsfera Rodante, c) Separacin Mxima entre Dos Bayonetas72Figura 31. a) Elevacin entre el Origen del Esfera y la Elevacin de lasBayonetas, b) Distancia Diagonal entre Bayonetas cuando laEsfera Rodante es Soportada por 4 Bayonetas..75Figura 32. Proteccin (C), Ofrecida por Un Hilo de Guarda (H.G.).76Figura 33. Proteccin de 3 Bayonetas para una Subestacin ElctricaDe 230 kV ., a) Distancia Entre Bayonetas Cuando la Esferaes Soportada por 3 Bayonetas, b) Distancia Mxima entreBayonetas para Descargas Verticales Cuando la Esfera esSoportada por 3 Bayonetas.....77Figura 34. Proteccin de Un Bus por Dos Bayoneta en Una SubestacinElctrica de 230 Kv...78Figura 35. rea Protegida de la Subestacin Elctrica Ejido San Luis...79Figura 36. Grfica A.1 Proteccin de un Objeto Expuesto porUna Bayoneta................................................................................80Figura 37. Grfica A. 2 Anillo de Proteccin de Una Bayoneta paraObjetos Expuestos81Figura 38. Grfica A.3 Proteccin de un Objeto Expuesto por DosBayonetas...82Figura 39. Grfica A.4 Proteccin de un Objeto Expuesto por DosBayonetas (s=0.5s)..82Figura 40. Grfica A.5 Proteccin de Un Hilo de Guarda para ConductoresHorizontales Expuestos..83Figura 41. Grfica A.6 Proteccin de Dos Hilos de Guarda paraConductores Horizontales Expuestos83Figura 42. Proteccin de una bayoneta para un objeto expuesto86Figura 43. Anillo de Proteccin de Una Bayoneta para Objetos Expuestos..88Figura 44. Proteccin de dos Bayonetas para Un Objeto Expuesto60Figura 45. Proteccin de Dos Bayonetas para Objetos Expuestos.91Figura 46. Proteccin de Un Hilo de Guarda para Conductores HorizontalesExpuestos (Bus)93Figura 47. Proteccin de Dos Hilos de Guarda para ConductoresHorizontales Expuestos (Bus).....95Figura 48. Relacin de R0/X1 Y X0/X1 para Diversos Valores del Factor deFalla a Tierra K Cuando R1 = 0.103COORDINACIN DE AISLAMIENTO.LISTADO DE TABLAS.Tabla 1.- Clases de Esfuerzos de Tensiones y Sobretensiones....2Tabla 2 - Caractersticas Elctricas de los Apartarrayos Clase II......8Tabla 3 - Caractersticas Elctricas de los Apartarrayos Clase III Y IV...........8Tabla 4. Tabla de Normas Aplicables a la Coordinacin de Aislamiento...11Tabla 5. Niveles de Aislamiento Normalizados para Equipo de laCategora I(1).18Tabla 6. Niveles de Aislamiento Normalizados para Equipos de laCategora II(1)19Tabla 7. Factores de Conversin de Prueba en la Categora I paraConvertir las Tensiones de Aguante Requeridas de Impulsopor Maniobra a Tensiones de Aguante de Corta Duracin a60 Hz y a Tensiones de Aguante de Impulso por Rayo.....20Tabla 8.- Factores de Conversin de Prueba en la Categora II paraConvertir la Tensin de Aguante Requerida de Corta Duracina 60 Hz a Tensin de Aguante de Impulso por Maniobra....21Tabla 9. Sobretensiones de Frente Lento de AislamientosInternos y Externos..28Tabla 10. Ejemplo de Coordinacin de Aislamiento para la SubestacinEjido San Luis de Vm= 245 Kv.36Tabla 11. Proporciona los Criterios de Diseo y sus Valores...49Tabla 12. Nivel de Contaminacin.50Tabla 13. Tipo de Contaminacin..50Tabla 14. Tabla de Resultados Mtodo DESD...56Tabla 15. Tabla Comparativa de Resultados Mtodos DESD e IEC..57Tabla 16. Cobertura de Proteccin X en Funcin de la Altura de LaBayoneta a Diferentes ngulos de Proteccin..65Tabla 17. Cobertura de Proteccin (X) en Funcin de la Altura de Unoy Dos Hilos de Guarda (H.G.)..67Tabla 18. Radios de Proteccin para Objetos Protegidos porUna Bayoneta.85Tabla 19. Radios del Anillo de Proteccin para Objetos Protegidospor Una Bayoneta..87Tabla 20. Radios de Proteccin para Objetos Protegidos porDos Bayonetas89Tabla 21. Radios de Proteccin para Objetos Protegidos porDos Bayonetas usando (s= 0.5 de s) .....91Tabla 22. Radios de Proteccin de Un Hilo de Guarda para ConductoresHorizontales Expuestos (Bus)..92Tabla 23. Radios de Proteccin de Dos Hilos de Guarda para ConductoresHorizontales Expuestos (Bus)..94Tabla 24. Radios Obtenidos por el Mtodo de las Graficas de Wagner........96CAPTULOI. DISPOSITIVOS DE PROTECCIN.-1-Anlisis De Sobretensiones.Figura 1. Anlisis de Sobretensiones.Tensiones ysobretensionesInternas ExternasTemporales Rayo Frente Muy RpidoSe originan por:-Fallas A Tierra.-Resonancia.-FerroresonanciaEn Ctos. NoLineales.-Desconexin DeCargas Importantes-Desbocado DelGenerador PorRechazo De Carga.-Autoexitacin DelGenerador.-Mal FuncionamientoDel Equipo DeRegulacin.Se Originan PorApertura Y Cierre De:-LTs.-Cables.-Capacitores EnDerivacin/Serie-Reactores EnDerivacin.-Transformadores.-Generadores/Motores-Salto De Arco EnEl Sistema.-Reencendido DeC.C.Se Originan Solo EnSubestacionesElctricas QueFuncionan ConTecnologa De Sf6ManiobraSe Originan PorDescargasAtmosfricasInternasA La FrecuenciaDel SistemaCAPTULOI. DISPOSITIVOS DE PROTECCIN.-2-BAJAFRECUENCIAFRENTEMUY-RPIDO3