*TRANSITORIOS EN SISTEMAS ELECTRICOSDr. Armando LlamasDr. Federico Viramontes

Octubre 31 de 2011

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*Agenda

Solucin de la tarea.Apartarrayos.Proteccin contra fenmenos

transitorios.Comentarios.

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*Terminacin en capacitancia

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*Efecto del capacitortttttt0-V+V0+V0+V0+V+2V0+V0+V+2VCircuito abierto: El voltaje refractado cambia instantneamente de 0 a 2 VCapacitor: El voltaje refractado cambia de 0 a 2V de acuerdo a la constante de tiempo, ZAC

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*Surge Capacitor Protective CapacitorLos capacitores surge sirven para limitar la razn de cambio del voltaje en:MotoresGeneradores

Para asegurar el efecto de limitar la razn de cambio del disturbio en terminales del equipo a proteger se deben instalar lo ms cerca posible del mismo.http://www.geindustrial.com/publibrary/checkout/38652.30055.9967.55496/PDF/DEA-224.pdf

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*Terminacin en inductancia

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*Efecto del inductortttttt0-V+V0+V0+V0+V+2V0+V0+V+2VEl inductor NO evita que el voltaje refractado cambie de 0 a 2V en poco tiempo.Por esta razn se deben emplear capacitores con muy poca inductancia en serie.

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Proteccin contra sobre-voltajes.Los sobre-voltajes se producen por:Descargas atmosfricas.Maniobras con interruptores

Cambios repentinos en el sistemaManiobras con interruptoresFallasRechazos de cargaEtc.*

Proteccin contra sobre-voltajes.Descargas atmosfricas:

Proteccin contra sobre-voltajes.Pruebas de aislamiento:Existen estndares que reconocen la necesidad de que los equipos elctricos resistan, durante un perodo de tiempo limitado, un exceso de voltaje, por encima del voltaje de operacin. Las pruebas estndares son:Un sobre-voltaje con duracin de un minuto con frecuencia de 60 Hz.La prueba de impulso 1,2/50. *

Proteccin contra sobre-voltajes.A los transformadores se les hacen tambin pruebas de:

Onda cortadaManiobras con interruptores

Otros equipos tienen otras pruebas. Se recomienda ver el captulo No. 6 del Libro Rojo. IEEE Std 141-1993*

Proteccin contra sobre-voltajes.*Informacin tomada del Std 141-1993.

Proteccin contra sobre-voltajes.*Informacin tomada del Std 141-1993.

Proteccin contra sobre-voltajes.*Informacin tomada del Std 141-1993.

Proteccin contra sobre-voltajes.*VtVc10Entre hierroGenerador de impulso.

Proteccin contra sobre-voltajes.*

Proteccin contra sobre-voltajes.*

Proteccin contra sobre-voltajes.*

Proteccin contra sobre-voltajes.*

*Ondas viajeras

Los frentes de onda se amortiguan a medida que viajan; sin embargo, se instalan apartarrayos al menos en los extremos de la lnea.

LNEAUna descarga atmosfrica da lugar a un frente pronunciado que viaja en ambos sentidos.

Captulo 6 del libro Rojo.

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*Caracterstica v-i apartarrayosCuando v = Vref i = 1 A16.4.2 del texto + Microtran handbook

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*Arreglo para v-i apartarrayos

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*Circuito para prueba de apartarrayos de xido metlicoEl voltaje del apartarrayos se obtuvo con una punta atenuadora con una relacin de 956:1

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*GE TRANQUELL de 4.5 kV rms

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*Vref = 6 kV, a = 50vi, A

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*Zener Suppressor P6KE15C

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*Varistor 150 MCOV

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*Gas Tube Surge Protector

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*Voltaje obtenido con la proteccin de la resistencia no lineal de un supresorAllan Greenwood, Electrical Transients in Power Sysrtems, 2nd Edition, p 521

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*MCOV and Duty RatingMaximum Continuous Operating Voltage. Es el voltaje mximo en valor rms al que se puede utilizar sin que haya problemas de inestabilidad trmica.Duty Rating. Despus de someter al apartarrayos de xido metlico a una serie de impulsos de corriente, se le aplica este voltaje y el apartarrayos debe tolerarlo sin presentar inestabilidad trmica.

16.4.5 Allan Greenwood, p 531

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*Cambio de impedancia ApartarrayosApartarrayos Aminoran los sobrevoltajes a niveles que los equipos toleran.Lneas areas ms expuestas que los cables. A pesar de esto se debe instalar un apartarrayos en todo cambio de impedancia.

AreaCable

Captulo 6 del libro Rojo.

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*Falla prematura de aislamientoOcurrencia de estrs en voltaje:TransitorioDe corta duracinSostenido, de estado estableEl aislamiento elctrico de tipo orgnico se deteriora a tal punto que ocurre una falla a consecuencia del efecto acumulativo al aislamiento que finalmente alcanza una etapa crtica, se presenta rpidamente una trayectoria conductora a travs de la capa de aislamiento y ocurre la falla (corto circuito).La temperatura aumenta de manera excesiva, aumenta la zona de dao y ocurre destruccin rpidamente a menos que se interrumpa rpidamente el suministro elctrico.

Captulo 6 del libro Rojo.

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*Uso de equipos de proteccin contra sobrevoltajes transitoriosConocer el aguante, tolerancia o resistencia del equipo a proteger (Tablas 6-1 a 6-4 del Rojo) Coordinar con el equipo de proteccinSe complica un poco porque el aguante del equipo disminuye por el efecto acumulativo de los sobrevoltajes en el aislamiento.

Captulo 6 del libro Rojo.

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*Trminos Empleados para describir formas de onda de voltaje y de corrienteCaptulo 6 del libro Rojo.

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*Onda 1.2 / 50100% = 110 kV Basic Impulse Level = 110 kV

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*Ondas para pruebas de impulsoCaptulo 6 libro Rojo.

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*Niveles pruebas impulso transformadores aceiteCaptulo 6 libro Rojo.

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*Niveles bsico aislamiento impulso interruptores de potencia, y buses metal cladCaptulo 6 libro Rojo.

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*Niveles de prueba de impulso transformadores secos Captulo 6 libro Rojo.Bil menor que el de transformadores en aceite.

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*Niveles prueba alto potencial para mquinasCaptulo 6 libro Rojo.

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*Pruebas de aislamientoHigh- potential (Alto potencial) 1 minuto 60 HzTrafo aceite clase 15 kV, 34 kV a 60 Hz 1 minPrueba de impulso de voltaje 1.2/50 (BIL, Full Wave) (Nivel bsico de impulso, onda completa)Trafo aceite potencia, 15 kV, 110 kV BILOnda cortada (Chopped wave)Trafo aceite potencia, 15 kV, 130 kV cresta, 2 ms de tiempo mnimo para arqueo (flashover).Onda de maniobra de conexin / desconexin 250/2500 voltaje (switching surge) (BSL)Trafo aceite potencia, 15 kV, 75 kV cresta

Captulo 6 libro Rojo + A. Greenwood, p 503.

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*Line-to-ground vs turn-to-turnLa cresta de la onda completa se aumenta alrededor de un 15% ( + IVA) y mediante unas barras de gap se recorta la onda en el tiempo mnimo especificado en Tabla 6-1 Onda cortadaLa onda cortada tiene una pendiente negativa muy altaLa onda cortada somete a prueba el aguante del aislamiento entre vueltas, mientras que la onda completa verifica el aguante del sistema de aislamiento a tierra (el gabinete).

Captulo 6 libro Rojo.

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*Nivel de transitorios por maniobras con interruptores y frente de ondaSwitching surge level Certifica la capacidad del aislamiento para tolerar los sobrevoltajes transitrios ocasionados por maniobras con interruptores para conectar/desconectar capacitores, lneas o transformadores. Front of wave Nivel de aguante de los transformadores en el aislamiento entre vueltas, similar a la onda cortada; pero con ms voltaje de cresta y se corta en la cresta.

Captulo 6 libro Rojo.

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*Aislamiento de cables y lneas areas y mquinas giratoriasLas lneas areas tienen un BIL superior al de los transformadores en aceiteLnea de 13.8 kV 150 500 kV BILA los cables no se les asigna un BIL; pero tambin tienen capacidad de soportar los impulsos superior a la de un transformador sumergido. Mquinas giratorias:High Potential Test: 1 min, 60 Hz, (2 VLL + 1000)No existe un BIL para mquinas giratorias, existe la propuesta de aplicarles frentes de onda dados por Fig. 6-13 en un Grupo de Trabajo de IEEE

Captulo 6 libro Rojo.

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*Aislamiento de lnea a tierra y entre vueltasMajor insulation = Line-to-ground insulationTurn insulation = Turn-to-turn insulationSe prueba mediante la onda completaSe verifica con la onda cortada6.3.3 libro Rojo.En algunos casos falla aislamiento entre vueltas y en otros falla el aislamiento a tierra

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*Propiedades fsicas que afectan la resistencia del aislamiento6.3.3 libro Rojo.Un equipo puede fallar a los 50 segundos de la prueba de alto potencialPodra soportar la prueba durante los 60 segundos y haber fallado 0.1 segundos despus.

?Esto se debe al deterioro acumulado y progresivo en el dielctrico como resultado de la historia total de exposicin y estrs por sobrevolatje

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*Aislamientos slidos + lquidosTransformadores en aceiteEl efecto acumulativo solamente ocurre en una banda angosta de voltajes por debajo del umbral de dao.La exposicin a voltajes por debajo de esa banda puede dar lugar a una falla incompleta del aislamiento slido, pero la penetracin del lquido puede reparar parcialmente la regin averiada.

6.3.3 libro Rojo.

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*Ms sobre el efecto acumulativo de las sobretensionesEl aislamiento se puede daar durante el proceso de prueba Se debe evitar hacer pruebas de ms con CA.Por eso se prefiere probar con CD.El diseo del sistema de proteccin para asegurar la integridad del sistema de aislamiento debe reconocer la relacin inversa entre la magnitud del estrs y la duracin del mismo.Los problemas relacionados a la seguridad del aislamiento entre vueltas en bobinas de mltiples vueltas son muchos y complejos. (En generadores grandes, las bobinas son de una vuelta, el devanado es de muchas bobinas)

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*Comentarios

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