COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 OCTUBRE 2019 REVISA Y SUSTITUYE A LA EDICIÓN DE JULIO DE 1991 MÉXICO COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 P R E F A C I O Este procedimiento ha sido elaborado de acuerdo con las Bases Generales para la Normalización en CFE. La propuesta inicial fue preparada por la Dirección de Transmisión Revisaron y aprobaron el presente procedimiento las áreas siguientes: COORDINACIÓN DE PROYECTOS DE TRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN GERENCIA DE ABASTECIMIENTOS GERENCIA DE LAPEM El presente procedimiento entra en vigor a partir de la fecha abajo indicada y será actualizada y revisada tomando como base las observaciones que se deriven de la aplicación de la misma. Dichas observaciones deben enviarse a la Gerencia del LAPEM, cuyo Departamento de Normalización y Metrología coordinará la revisión. Este procedimiento revisa y sustituye a la edición de julio de 1991 y a todos los documentos normalizados de CFE relacionados con coordinación de aislamiento que se hayan publicado. ESTE DOCUMENTO FUE AUTORIZADO POR EL “SUBCOMITÉ DE NORMALIZACIÓN TÉCNICA DE LA COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD Y SUS EMPRESAS PRODUCTIVAS SUBSIDIARIAS (SCNTCFE)”, EN LA SESIÓN ORDINARIA 08/2019, CELEBRADA EL 03 DE OCTUBRE DE 2019. NOTA: Entra en vigor a partir de: 191230 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 CONTENIDO 1 OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN _________________________________________________ 1 2 NORMAS QUE APLICAN _____________________________________________________________ 1 3 DEFINICIONES ____________________________________________________________________ 2 3.1 Coordinación de Aislamiento _________________________________________________________ 2 3.2 Aislamiento Externo 3.3 Aislamiento Externo Tipo Exterior ____________________________________________________ 2 3.4 Aislamiento Externo Tipo Interior _____________________________________________________ 2 3.5 Aislamiento Interno ________________________________________________________________ 2 3.6 Aislamiento Autorrecuperable ________________________________________________________ 2 3.7 Aislamiento No Autorrecuperable _____________________________________________________ 2 3.8 Terminal Aislada ___________________________________________________________________ 2 3.9 Configuración del Aislamiento ________________________________________________________ 3 3.10 Tensión Nominal de un Sistema Trifásico (Vn) ___________________________________________ 3 3.11 Tensión Máxima de un Sistema Trifásico (Vm) ___________________________________________ 3 3.12 Tensión Máxima de Diseño del Equipo (Vd) _____________________________________________ 3 3.13 Sistema con Neutro Aislado __________________________________________________________ 3 3.14 Sistema Aterrizado Resonante (Sistema Conectado a Tierra a Través de una Bobina de Supresión _______________________________________________________________ 2 de Arco) __________________________________________________________________________ 3 3.15 Sistema con Neutro Conectado a Tierra ________________________________________________ 4 3.16 Factor de Falla a Tierra "FFT'' (k) _____________________________________________________ 4 3.17 Sobretensión (Para un Sistema o Para Equipo) _________________________________________ 11 3.18 Sobretensión de Fase a Tierra por Unidad (p.u.) ________________________________________ 11 3.19 Sobretensión de Fase a Fase por Unidad (p.u.) _________________________________________ 11 3.20 Clasificación de las Tensiones y Sobretensiones _______________________________________ 12 3.21 Sobretensión Estadística de Frente Lento (O Frente Rápido) ______________________________ 13 3.22 Sobretensión Convencional Máxima de Frente Lento (O Frente Rápido) ____________________ 13 3.23 Tensiones y Sobretensiones Representativas __________________________________________ 13 3.24 Tensión de Aguante (Supuesta o Estadística) __________________________________________ 14 3.25 Criterio de Comportamiento _________________________________________________________ 14 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 3.26 Tensión de Aguante para Coordinación _______________________________________________ 14 3.27 Condiciones Atmosféricas de Referencia Normalizadas _________________________________ 14 3.28 Tensión de Aguante Requerida ______________________________________________________ 14 3.29 Factor de Equivalencia para Prueba __________________________________________________ 14 3.30 Tensión de Aguante Nominal Normalizada _____________________________________________ 14 3.31 Aislamiento Nominal ______________________________________________________________ 15 3.32 Formas de Tensión Normalizadas ____________________________________________________ 15 3.33 Prueba de Aguante Normalizada _____________________________________________________ 15 3.34 Factor de Seguridad Estadístico _____________________________________________________ 15 3.35 Factor de Seguridad Convencional (FSC) _____________________________________________ 15 3.36 Dispositivos Limitadores de Sobretensiones __________________________________________ 16 3.37 Nivel de Protección ________________________________________________________________ 16 3.38 Pruebas de Tensión Combinada _____________________________________________________ 16 3.39 Pruebas Prototipo _________________________________________________________________ 16 3.40 Prueba de Rutina __________________________________________________________________ 16 4 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES _____________________________________ 16 4.1 Rigidez Dieléctrica del Aislamiento ___________________________________________________ 16 4.2 Clasificación de las Tensiones Máximas para Equipos __________________________________ 21 4.3 Niveles de Aislamiento _____________________________________________________________ 21 4.4 Corrección de las Tensiones de del Aislamiento Externo por Efectos Meteorológicos ________ 21 4.5 Relación Entre Aislamiento Interno y Externo __________________________________________ 26 5 PROCEDIMIENTO DE COORDINACIÓN ________________________________________________ 29 5.1 Análisis del Sistema _______________________________________________________________ 29 5.2 Determinación de las Tensiones de Aguante para Coordinación ___________________________ 33 5.3 Determinación de las Tensiones de Aguante Requeridas ________________________________ 34 5.4 Selección de las Tensiones de Aguarte Nominales ______________________________________ 34 6 ASOCIACIÓN DE TENSIONES DE AGUANTE NOMINALES NORMALIZADAS Y TENSIONES MAXIMAS PARA EL EQUIPO ________________________________________________________ 34 6.1 Tensiones de Aguante Nominales Normalizadas de corta Duración a la Frecuencia del Sistema___________________________________________________________________________35 6.2 Tensiones de Aguante al Impulso Nominales Normalizadas _______________________________ 35 7 PRUEBAS _______________________________________________________________________ 35 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 7.1 Requisitos para las Pruebas de Tensión de Aguante Nominal Normalizada __________________ 35 7.2 Requisitos para Todas las Pruebas ___________________________________________________ 35 7.3 Alternativas para Efectuar la Prueba __________________________________________________ 36 7.4 Pruebas de Aislamiento Longitudinal y de Fase a Fase __________________________________ 36 7.5 Prueba de corta duración a la frecuencia del sistema ____________________________________ 37 7.6 Pruebas de Aislamiento Fase a Fase y Longitudinal a la Frecuencia del Sistema_____________ 37 7.7 Pruebas de Impulso ________________________________________________________________ 37 7.8 Pruebas de Impulso por Maniobra de Fase a Fase para la Categoría II ______________________ 38 7.9 Prueba de Impulso por Rayo del Aislamiento de Fase a Fase y Longitudinal para la Categoria I__39 7.10 Pruebas de Impulso por Maniobra del Aislamiento Longitudinal para la Categoría II __________ 39 7.11 Pruebas de Impulso por Rayo del Aislamiento Longitudinal para la Categoría II ______________ 39 Tabla 1.- Clasificación de los sistemas de aterrizamiento ___________________________________________ 5 Tabla 2.- Representación de los valores de cresta de las sobretensiones _____________________________ 11 Tabla 3.- Rigidez dieléctrica de algunos aislamientos usuales (a frecuencia del sistema, temperatura normalizada y campo uniforme) ______________________________________________________ 18 Tabla 4.- Niveles de aislamiento normalizados para equipo de la categoría I ___________________________ 23 Tabla 5.- Niveles de aislamiento normalizados para equipos de la categoría II _________________________ 24 Tabla 6 .- Niveles de contaminación ____________________________________________________________ 27 Tabla 7.- Relación entre el nivel de contaminación y el factor de distancia de fuga mínima especifica _____ 28 Tabla 8.- Factor de corrección por diámetro del aislador __________________________________________ 28 Tabla 9.- Clases y formas de esfuerzos de tensiones y sobretensiones _______________________________ 31 Tabla 10.- Criterios de comportamiento __________________________________________________________ 33 Tabla 11.- Resumen de pruebas a la tensión de aguante nominal ____________________________________ 36 Figura 1.- Factores de falla a tierra k en base a Xo / X1 para R1 / X1 = R = 0 _____________________________ 6 Figura 2.- Relación de Ro / X1 y Xo / X1 para diversos valores del factor de falla tierra k cuando R1 = 0 _____ 7 Figura 3.- Relación de Ro / X1 y Xo / X1 para diversos valores del factor de falla a tierra k cuando R1 = 0.5 X1 __________________________________________________________________________ 8 Figura 4.- Relación de Ro / X1 y Xo / X1 para diversos valores del factor de falla a tierra k cuando R1 = X1 ___ 9 Figura 5.- Relación de Ro / X1 y Xo / X1 para diversos valores del factor de falla a tierra k cuando R1 = 2 X1 10 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 Figura 6.- Valores del exponente “m” para la corrección de la tensión nominal de impulso de maniobra para coordinación _______________________________________________________________________ 25 Figura 7.- Diseño de aletas regulares en aisladores para transformadores de instrumento _______________ 30 Figura 8.- Diseño de aletas alternas en aisladores para transformadores de instrumento ________________ 30 Figura 9.- Diagrama de flujo para la determinación del aislamiento nominal ___________________________ 32 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 1 de 39 1 OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN Establece los criterios para la coordinación de los aislamientos de los equipos e instalaciones de la Comisión Federal de Electricidad, en sistemas trifásicos de corriente alterna con tensiones máximas hasta 420 kV. Cubre también los aislamientos de fase a tierra, fase a fase y longitudinales. 2 NORMAS QUE APLICAN NOM-008-SCFI-2002 Sistema General de Unidades de Medida. NMX-J-150- 1-ANCE-2008 Coordinación de aislamiento-Parte 1: Definiciones, Principios y Reglas. NMX-J-271/1- ANCE-2007 Técnicas de Prueba en Alta Tensión-Parte 1: Definiciones Generales y Requisitos de Prueba. CFE L0000-02-1985 Tensiones de Sistemas de Distribución, Transmisión. CSA C308-1985 (R1999) The Principles and Practices of lnsulation Coordination lEC 60060-1-2010 High-voltage test techniques - Part 1: General definitions and test requirements. IEC 60060-2-2010 High-voltage test techniques - Part 2: Measuring systems lEC 60071-1-2006 Insulation co-ordination - Part 1: Definitions, principles and rules IEC-60071-2-2018 Insulation co-ordination - Part 2: Application guidelines lEC 60721 2-1:2013 Classification of environmental conditions - Part 2-1: Environmental conditions appearing in nature - Temperature and humidity lEC 60721-2-2:2012 Classification of environmental conditions - Part 2-2: Environmental conditions appearing in nature - Precipitation and wind lEC 60721-3-0:1984 Classification of environmental conditions. Part 3: Classification of Groups of Environmental Parameters and their Severities. Introducción lEC TS 60815-1:2008 Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted conditions - Part 1: Definitions, information and general principles Sub-Transmisión y NOTA: En caso de que los documentos anteriores sean revisados o modificados debe tomarse en cuenta la edición en vigor o la última edición en la fecha de apertura de las ofertas de la licitación, salvo que la CFE indique otra cosa. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 2 de 39 3 DEFINICIONES Para los efectos de esta especificación se establecen las definiciones siguientes, así como las contenidas en las normas NMX-J150-1, NMX-008-SCFI, IEC 60060-1, IEC-60071-1. 3.1 Coordinación de Aislamiento Es la selección de la tensión de aguante del equipo e instalación en relación con las sobretensiones que puedan presentarse en un punto del sistema, considerando las características de los dispositivos de protección, para reducir a un nivel técnico y económicamente aceptable, la probabilidad de que los esfuerzos dieléctricos puedan ocasionar falla del aislamiento y/o afectar la continuidad del servicio. 3.2 Aislamiento Externo Comprende las superficies externas de los equipos, el aire ambiente que los rodea y las distancias en aire. La tensión de aguante del aislamiento externo depende de las condiciones atmosféricas (presión, temperatura y humedad) y de otras condiciones de intemperie (contaminación, niebla, lluvia, rayos ultravioleta, etc.). 3.3 Aislamiento Externo Tipo Exterior Es el aislamiento que está diseñado para operar fuera de los edificios y consecuentemente está expuesto a las condiciones atmosféricas y de intemperie. 3.4 Aislamiento Externo Tipo Interior Es el aislamiento externo que está diseñado para operar dentro de los edificios y consecuentemente no está expuesto a las condiciones de intemperie. 3.5 Aislamiento Interno Comprende los aislamientos internos sólidos, líquidos o gaseosos que forman parte del aislamiento de los equipos y que están protegidos de las condiciones atmosféricas y de intemperie. 3.6 Aislamiento Autorrecuperable Es el aislamiento que recupera completamente y en un tiempo relativamente corto sus características aislantes, después de la aplicación de-un esfuerzo de tensión, aunque haya o no ocurrido una descarga disruptiva; un aislamiento de este tipo es generalmente, pero no necesariamente, un aislamiento externo. 3.7 Aislamiento No Autorrecuperable Es el aislamiento que pierde sus propiedades aislantes o que no las recupera completamente después de una descarga disruptiva causada por la aplicación de un esfuerzo de tensión; un aislamiento de este tipo es por lo general, aunque no necesariamente, un aislamiento interno. 3.8 Terminal Aislada Es cualquiera de los electrodos (conductor de fase, núcleo magnético, tanque metálico o estructura, plano de tierra, etc.) entre los cuales se aplica la tensión que esfuerza al aislamiento. En la práctica se divide en terminales de fase y de tierra. NOTA- Todos los electrodos que se encuentran al mismo potencial se consideran como una terminal. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 3 de 39 3.9 Configuración del Aislamiento Es la configuración geométrica total del aislamiento en servicio, que consiste del propio aislamiento y de todas sus terminales. Incluye todos los elementos (aislantes y conductores) los cuales influyen en su comportamiento dieléctrico. Las diversas configuraciones del aislamiento están caracterizadas por las terminales tomando en cuenta lo siguiente: 3.10 - Terminal trifásica: Configuración del aislamiento con tres terminales, las cuales en servicio cada una se energizan con las tensiones de fase a tierra del sistema y una terminal aterrizada. - Terminal de fase a tierra: Configuración trifásica del aislamiento en la cual se eliminan dos terminales de fase. - Terminal de fase a fase: Configuración trifásica del aislamiento en la cual se elimina una terminal de fase. En servicio bajo condiciones particulares se elimina la terminal aterrizada. - Terminal longitudinal: Configuración del aislamiento en servicio con dos terminales en la misma fase y otra terminal en el neutro a tierra. Las terminales de la misma fase de un sistema trifásico están separadas temporalmente (dispositivo de maniobra abierto) y energizadas independientemente. Se desprecian las cuatro terminales de las otras dos fases restantes. En condiciones particulares una de las terminales de la misma fase es aterrizada. Tensión Nominal de un Sistema Trifásico (Vn) Es el valor eficaz de la tensión entre fases con que se designa el sistema y al que están referidas ciertas características de operación del mismo. 3.11 Tensión Máxima de un Sistema Trifásico (Vm) Es el valor eficaz de la tensión de operación entre fases más alto, el cual ocurre bajo condiciones normales de operación, a cualquier tiempo y en cualquier punto del sistema. 3.12 Tensión Máxima de Diseño del Equipo (Vd) Es el valor eficaz de tensión entre fases más alto para el cual está diseñado el equipo con respecto a su aislamiento y a otras características asociadas con esta tensión, en las normas relativas al equipo. 3.13 Sistema con Neutro Aislado Es un sistema cuyo neutro no tiene ninguna conexión intencional a tierra, excepto a través de aparatos de señalización, de medición o de protección, de muy alta impedancia. 3.14 Sistema Aterrizado Resonante (Sistema Conectado a Tierra a Través de una Bobina de Supresión de Arco) Es un sistema con el neutro conectado a tierra a través de un reactor cuya reactancia es de un valor tal que durante una falla de fase a tierra, la corriente inductiva a la frecuencia del sistema que circula a través del reactor, neutraliza sustancialmente a la componente capacitiva durante la falla a tierra a la frecuencia del sistema. NOTA: 800220 En un sistema aterrizado resonante, la corriente residual durante la falla se limita, a tal grado, que una falla con arco en el aire, por lo general, se autoextingue. Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 4 de 39 3.15 Sistema con Neutro Conectado a Tierra Es un sistema cuyo neutro está conectado a tierra ya sea directamente o a través de una resistencia o una reactancia de un valor suficientemente bajo, con el propósito de reducir al máximo las oscilaciones transitorias y para mejorar las condiciones de una protección selectiva de falla a tierra. 3.16 Factor de Falla a Tierra "FFT'' (k) En un punto seleccionado de un sistema trifásico (por lo general el punto de instalación de un equipo) y para una configuración dada de un sistema con neutro conectado a tierra y en el caso de una falla a tierra, el factor de falla a tierra, se define de acuerdo a la expresión siguiente: Valor máximo de la tensión de fase a tierra durante la falla (fases no falladas) FFT (k) = Valor eficaz de la tensión de fase a tierra (en condiciones normales de operación) NOTAS : (1) Este factor es una relación numérica (mayor de 1) y caracteriza en términos generales las condiciones de conexión a tierra de un sistema, como es visto desde el punto seleccionado, independientemente del valor de tensión de operación en ese punto; tal como se muestra en la figura 1 y se puede obtener de la familia de curvas mostradas en las figuras 2, 3, 4 y 5. (2) En el pasado se ha usado el factor de conexión a tierra, dado en la tabla 1 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 5 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 6 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 7 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 8 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 9 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 10 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 11 de 39 3.17 Sobretensión (Para un Sistema o Para Equipo) Es cualquier valor de tensión cresta que excede la que existe a través de las terminales del aislamiento, cuando todas las terminales de fase del equipo a la cual pertenece dicho aislamiento, están energizadas con las tensiones de fase a tierra, que corresponden a una tensión de referencia dada de fase a fase. Para un sistema la tensión de referencia se considera como la tensión más alta del sistema, mientras que para un equipo se considera como la tensión más alta del equipo (ver tabla 2 ). NOTA: Para el aislamiento externo de un equipo instalado en altitudes arriba del nivel del mar mayores que 1000 m, la tensión de referencia es la tensión más alta para el equipo corregido por la diferencia de altitud arriba de 1 000 m 3.18 Sobretensión de Fase a Tierra por Unidad (p.u.) Es la relación de los valores cresta de la sobretensión de fase a tierra y la tensión de fase a tierra correspondiente a la tensión máxima de diseño del equipo, es decir: √𝟐 𝑽𝒅/√𝟑 También se puede expresar de la forma siguiente: Sobretensión de fase a tierra = en p.u. 3.19 Valor de cresta de la sobretensión de fase a tierra Valor de cresta de la tensión de fase a tierra correspondiente a la tensión máxima de diseño del equipo √𝟐 𝑽𝒅/√𝟑 Sobretensión de Fase a Fase por Unidad (p.u.) Es la relación de los valores cresta de la sobretensión de fase a fase y la tensión de fase a tierra correspondiente a la tensión máxima de diseño del equipo √𝟐 𝑽𝒅/√𝟑 Esta relación está expresada por: 𝑲√𝟑 siendo K la relación entre el valor de cresta de la sobretensión de fase a fase y el valor de cresta de la tensión máxima de diseño del equipo. También se puede expresar de la forma siguiente: 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 12 de 39 El valor cresta de la tensión máxima de diseño del equipo (es decir el menor valor de una sobretensión de fase a fase) queda entonces expresado en un valor en por unidad como 1 x √𝟑 Notas : (1) Las sobretensiones es por unidad definidas en los puntos 3.18 y 3.19 para los propósitos de estudios de coordinación de aislamiento, se refieren a los valores cresta de tensión correspondiente de fase a tierra de la tensión máxima de diseño del equipo tomada como base de referencia. (2) Cuando las sobretensiones se miden en varias condiciones durante las pruebas sobre un sistema o sobre un modelo equivalente, puede ser conveniente referir estas sobretensiones a la tensión de fase a tierra antes o después de la operación de maniobra del interruptor, según se considere apropiado. En tales casos, debe usarse el término, "factor de sobretensión" para la relación y como las sobretensiones no son proporcionales a la tensión del sistema, es necesario referirlas a esta última así como indicar las condiciones de la prueba 3.20 Clasificación de las Tensiones y Sobretensiones De acuerdo a su forma y duración las tensiones (y las sobretensiones) se dividen en las clases siguientes: 3.20.1 Tensión permanente a la frecuencia del sistema Es una tensión a la frecuencia del sistema aplicada permanentemente a cualquier par de terminales de un aislamiento. 3.20.2 Sobretensión temporal Es una tensión oscilatoria de más larga duración que un período a la frecuencia del sistema, la cual no está amortiguada o tiene un débil amortiguamiento 3.20.3 Sobretensión transitoria Sobretensión de corta duración de pocos milisegundos, la cual puede ser oscilatoria o no oscilatoria, usualmente altamente amortiguada. Puede estar sobrepuesta a una sobretensión temporal. Estas sobretensiones se clasifican en la forma siguiente: 3.20.3.1 Sobretensión de frente lento (maniobra) Sobretensión transitoria usualmente unidireccional, con duración en el frente entre 30 µ y 3 000 µs y duración menor de un período de la frecuencia del sistema. 3.20.3.2 Sobretensión del frente rápido (rayo) Sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con duración en el frente entre 0.1 µs y 30 µs, y duración de la cola hasta algunos cientos de microsegundos. 3.20.3.3 Sobretensión de frente muy rápida Sobretensión transitoria, usualmente unidireccional, con duración en el frente menor que 0.1 µs y duración de la cola hasta algunos miles de microsegundos. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 13 de 39 3.20.3.4 Sobretensión combinada Sobretensión que tiene dos componentes las cuales son aplicadas simultáneamente entre las dos terminales de un aislamiento multiterminal y tierra. Se clasifica como la componente más alta del valor cresta. 3.21 Sobretensión Estadística de Frente Lento (O Frente Rápido) Es un transitorio de frente lento (o frente rápido) que se presenta en un punto del sistema, cuyo valor de cresta tiene una probabilidad de excederse del 2%. 3.22 Sobretensión Convencional Máxima de Frente Lento (O Frente Rápido) Es un transitorio de frente lento (o frente rápido) que se presenta en un punto del sistema, cuyo valor de cresta es improbable que se exceda. Para el caso de equipo protegido este transitorio será relacionado con el nivel del dispositivo de protección. 3.23 Tensiones y Sobretensiones Representativas Son aquellas tensiones supuestas que producen el mismo efecto dieléctrico sobre el aislamiento, como ocurre con las tensiones en servicio dependiendo éstas de sus diferentes orígenes. Son tensiones con formas de onda dadas, y pueden ser una o un conjunto o unos valores con una distribución de frecuencia, que caracteriza al servicio bajo consideración, siendo éstas. 3.23.1 Tensión permanente Forma: Oscilatoria a la frecuencia del sistema con una duración igual a la vida esperada del equipo. Valor: Valor eficaz que corresponde a la tensión más alta del sistema. 3.23.2 Sobretensión temporal Forma: Tensión normalizada de corta duración a la frecuencia del sistema. Valor: Valor eficaz (valor cresta dividido por √𝟐). Nota: En algunos casos también la duración es parte de los valores que caracterizan al servicio. 3.23.3 Sobretensión de frente lento Forma: Impulso de maniobra normalizada. Valor: Valor cresta. 3.23.4 Sobretensión de frente rápido Forma: Impulso de rayo normalizado. Valor: Valor cresta. 3.23.5 Sobretensión de frente muy rápido La forma y características de esta clase de sobretensión están bajo consideración. 3.23.6 Sobretensión de fase a fase Con frente lento: Forma: Combinación sincronizada de dos impulsos de maniobra normalizados de polaridad opuesta con el mismo valor de cresta absoluto. Valor: Suma aritmética de los valores cresta de las dos componentes. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 14 de 39 3.24 Tensión de Aguante (Supuesta o Estadística) Es la tensión 'que tiene la forma de la tensión representativa (3.23), con una probabilidad de referencia de ser soportada por el aislamiento. Se designa corno. 3.24.1. Tensión de aguante supuesta o convencional Cuando la probabilidad de referencia se supone de 100%. 3.24.2 Tensión de aguante estadística Cuando la probabilidad de referencia es de 90%. 3.25 Criterio de Comportamiento Son las bases bajo las cuales el aislamiento es considerado económico y operacionalmente aceptable para servicio. Usualmente consiste de un índice aceptable de falla (número de fallas por año, años entre fallas, riesgo de falla, etc.) del aislamiento. 3.26 Tensión de Aguante para Coordinación Es el valor de la tensión de aguante del aislamiento, para cada clase de tensión (3.20) referido a las condiciones reales de servicio, que cumple con el criterio de comportamiento. 3.27 Condiciones Atmosféricas de Referencia Normalizadas Las condiciones atmosféricas de referencia normalizadas son: - Temperatura - Presión - Humedad absoluta 3.28 to = 20° C bo = 101.3 kPa (1 013 mbar, 760 mm Hg) 3 ho = 11 g/m Tensión de Aguante Requerida Es el valor de tensión de aguante que se requiere para asegurar que el aislamiento al ser instalado en condiciones reales de servicio, cumpla con la tensión de aguante para coordinación de todo el tiempo de servicio. La tensión de aguante requerida debe considerar todos los elementos (condiciones atmosféricas normalizadas, con figuración del aislamiento, número y condiciones de los objetos probados como son equipos nuevos, envejecimiento artificial, etc.), además de la tensión de la prueba de aguante normalizado, seleccionada para verificarlo. 3.29 Factor de Equivalencia para Prueba Este factor es necesario cuando la tensión de aguante requerida y la tensión de aguante normalizada, seleccionadas para verificarlo, tienen formas de onda diferentes. Es el factor que se aplica a la tensión de aguante requerida para obtener el valor mínimo de la tensión de prueba de aguante normalizada, supuesta para comprobar que se cumple la tensión de aguante requerida. 3.30 Tensión de Aguante Nominal Normalizada El valor normalizado de la tensión de prueba aplicada en una prueba de aguante normalizada. Es un valor nominal del aislamiento que comprueba que se cumplen con una o más de las tensiones de aguante requeridas. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 15 de 39 3.31 Aislamiento Nominal Es el conjunto de tensiones de aguante nominales suficientes para comprobar que si cumplen para todas las tensiones de aguante requeridas del aislamiento, para: 3.32 a) Equipo con su tensión máxima ≤ 245 kV. El aislamiento nominal comprende las tensiones de aguante nominales de impulso por rayo y la de corta duración a la frecuencia del sistema. b) Equipo con su tensión máxima > 245 kV. El aislamiento nominal comprende las tensiones nominales de aguante de impulso por maniobra y por rayo. Formas de Tensión Normalizadas Las formas de onda de tensión normalizadas son las siguientes: 3.32.1 Forma normalizada de corta duración a la frecuencia del sistema Es una tensión senoidal con frecuencias entre 58 y 62 Hz y duración de 60 segundos. 3.32.2 Forma normalizada de impulso por maniobra Es un impulso que tiene un tiempo a la cresta de 250 µs y un tiempo a la mitad de su valor de 2 500 µs. 3.32.3 Forma normalizada de impulso por rayo Es un impulso que tiene un tiempo virtual a la cresta de 1.2 µs y un tiempo a la mitad de su valor de 50 µs. Nota: Definiciones más detalladas de la forma de tensión normalizadas están dadas en la NMX-J-271/1. 3.33 Prueba de Aguante Normalizada Es una prueba dieléctrica realizada en condiciones especificadas y con una tensión de aguante nominal. Las pruebas de aguante normalizadas que se tratan en esta especificación son: 3.34 a) Tensión de corta duración a la frecuencia del sistema b) Tensión de impulso por maniobra c) Tensión de impulso por rayo d) Tensión de impulso con frente muy rápido (bajo consideración) e) Tensión combinada Factor de Seguridad Estadístico Para un evento dado es la relación apropiada entre la tensión de aguante por impulso estadístico por maniobra (o por rayo) y la sobretensión estadística por maniobra (o por rayo) establecida sobre la base de un riesgo de falla dado, tomando en consideración las distribuciones estadísticas de las tensiones de aguante y las sobretensiones. 3.35 Factor de Seguridad Convencional (FSC) Es la relación entre la tensión de aguante al impulso convencional por maniobra (o por rayo) y la sobretensión máxima convencional correspondiente, establecida sobre las bases de experiencia y tomando en consideración las posibles 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 16 de 39 desviaciones de las tensiones de aguante y las sobretensiones a partir de sus valores convencionales, así como de otros factores. También se puede expresar de la forma siguiente: Tensión de aguante de impulso convencional por maniobra (o por rayo) FSC = Sobretensión máxima convencional por maniobra (o por rayo) 3.36 Dispositivos Limitadores de Sobretensiones Dispositivos que limitan la amplitud de las sobretensiones, o su duración o ambas. Los apartarrayos pertenecen a esta definición. 3.37 Nivel de Protección Para cada clase de tensión (ver 3.20), es el valor de tensión que caracteriza la protección ofrecida por un dispositivo en sus terminales. 3.38 Pruebas de Tensión Combinada Son pruebas de tensión realizadas al aplicar simultáneamente dos o más tensiones de prueba a una configuración de aislamiento multi-terminal. 3.39 Pruebas Prototipo Son pruebas de aguante normalizadas sobre uno o más equipos, fabricados con un cierto diseño o prototipo para demostrar que este cumple con la tensión de aguante nominal. 3.40 Prueba de Rutina Son pruebas a las cuales se somete cada uno de los componentes o equipos, para verificar que cumplen con la tensión de aguante. 4 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES 4.1 Rigidez Dieléctrica del Aislamiento Para que puedan ser diseñados los sistemas de coordinación de aislamiento, es necesario tener un conocimiento general del comportamiento de varios medios aislantes bajo esfuerzos eléctricos. En este punto se analiza la respuesta del aislamiento a los esfuerzos por tensión y se estudia en términos de dos tipos básicos de aislamiento, autorrecuperable y no autorrecuperable. 4.1.1 Mecanismos de ruptura En todos los materiales, la conducción se origina por la migración de partículas cargadas. Los conductores tienen un gran número de electrones relativamente libres, los cuales son arrastrados bajo un campo eléctrico aplicado y produciendo una baja resistividad (<1mΩ- cm), mientras que los aislantes tienen muy pocos electrones libres que ocasionan a una resistividad alta (>10¹º Ω- cm). Debido a la alta resistividad de los aislantes, los efectos de polarización determinan el flujo de corriente alterna y transitoria. Sin embargo, cuando se incrementa el esfuerzo eléctrico en un aislante a un nivel suficientemente alto, la resistividad cambiará repentinamente de un valor alto a un valor bajo, comparable al de los conductores. Este cambio recibe el nombre de ruptura dieléctrica. La ruptura se presenta en tres etapas principales: 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 17 de 39 a) La ionización inicial en uno o varios puntos. b) El crecimiento de un canal ionizado a través de los electrodos. c) El puenteo de los electrodos y la transición a una descarga autosostenida. La ionización inicial puede ser proporcionada por fuentes naturales (por ejemplo, rayos cósmicos), desde la superficie del conductor (por ejemplo, emisión por campo, emisión termoiónica desde puntos calientes), por efecto corona o descarga parcial provocada por un campo no uniforme suficientemente alto o por carga espacial en el aislamiento. El crecimiento del canal ionizado depende de las propiedades físicas y químicas del aislante y del campo total en los extremos del canal. La etapa final depende de la superficie de los conductores, del circuito externo y de la forma de la tensión aplicada. Como se necesita tiempo para el proceso de ruptura la rigidez dieléctrica de un aislante depende de la frecuencia (o de la forma de onda para un impulso) y duración de la tensión aplicada. Los factores que influyen en la tensión de ruptura de un aislante son: la tensión aplicada, la distribución del esfuerzo en el aislamiento, impurezas y regiones no homogéneas, el estado físico del aislante, temperatura, la historia del aislamiento, esfuerzos mecánicos, la longitud y volumen del aislante bajo esfuerzos, los efectos químicos y los efectos de superficie del conductor. La rigidez dieléctrica, (a frecuencia del sistema y a temperatura normalizada) de algunos aislantes comunes se dan en la tabla 3. 4.1.2 Ruptura en gases 4.1.2.1 Ruptura por avalancha bajo un campo uniforme inicialmente En el estado gaseoso, las moléculas de los aislantes tienen un movimiento rápido y aleatorio con solo una débil interacción entre las moléculas excepto durante las colisiones entre ellas. En el gas se producen pares de electrón/ion positivo por acción de los rayos cósmicos, etc. Los electrones libres pueden perderse por adherencia a las moléculas neutras para formar iones negativos, por difusión hacia afuera del espacio interconductor o por recombinación con un ion positivo. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 18 de 39 El grado de adherencia depende de la naturaleza del gas, entre más electronegativo sea el gas, más rápida se hará la adherencia. Cuando se aplica un esfuerzo grande al gas se origina una disociación de iones negativos que conduce a un mayor número de electrones libres de los que existían antes de la aplicación del esfuerzo. Bajo la influencia de un campo eléctrico aplicado los electrones son acelerados hacia el conductor más positivo. A medida que se mueven hacia el conductor más positivo los electrones chocan con moléculas del aislante. En cada una de estas colisiones existe la posibilidad de que la molécula involucrada pueda quedar ionizada por la colisión, la probabilidad de ionización por colisión está en función de la diferencia entre la energía de los electrones y el potencial de ionización de la molécula y de la naturaleza de ésta. Si los electrones ganan suficiente energía entre colisiones ello será la causa demás ionización en el gas que lleva a una multiplicación del número de electrones. Si, en promedio, cada electrón forma α electrones/cm durante su paso a través del aislante, entonces se originará un crecimiento exponencial que conduce a una avalancha de electrones. El crecimiento de esta avalancha será obstaculizada por la unión de electrones y favorecida por procesos secundarios tales como la fotoionización. Al incrementarse el valor de la densidad en la avalancha, se modificará el desarrollo de la avalancha por los efectos de la carga espacial debido a la separación de cargas en la avalancha. La separación de cargas ocurre por el arrastre en la dirección del campo y por difusión. Si al llegar al cátodo los iones positivos (y fotones) liberan algunos electrones, estos electrones iniciarán el proceso de conducción. Estos electrones reducirán el efecto de la carga espacial en el naciente canal de ruptura. Si en promedio, ᴽ electrones son liberados por cada electrón formado en el gas, entonces el criterio de Townsend para ruptura es ᴽ ( 𝒆𝜶𝒅 𝟏 ) = 1, donde "d" es la distancia entre electrodos en centímetros, cuando se llega a esta condición o se excede habrá un crecimiento rápido de corriente, limitado solo por el circuito externo y la forma de la tensión aplicada. Cuando la tensión aplicada (VA) está cercana a la tensión de ruptura (VR), el mecanismo de ruptura es relativamente lento, ya que el espacio entre electrodos tiene que ser atravesado muchas veces a la velocidad de arrastre de los electrones. Como (VA-VR) se incrementa, entonces el crecimiento de las avalanchas es rápido y la ruptura sucede en un tiempo corto. Para sobretensiones más altas la ruptura sucede en una sola avalancha. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 19 de 39 Para este orden de magnitud de sobretensión existe una considerable fotoionización en el cuerpo del gas y se forman muchas avalanchas secundarias. Habrá una transición desde el mecanismo de ruptura por avalancha al mecanismo del líder cuando el campo resultante de la separación de cargas es del mismo orden en magnitud que el de la tensión aplicada. 4.1.2.2 Ruptura por líder en un campo inicialmente uniforme Un líder positivo se forma cuando una de las avalanchas alcanza al conductor más positivo y parte de la carga negativa se drena. Corno esto lleva a un incremento en el campo a lo largo de los bordes y en la punta de la avalancha; esta avalancha atrae electrones de las avalanchas adyacentes, lo que conduce a la formación de un líder que se propaga aleatoriamente a través del gas mediante incipientes avalanchas que se han formado por fotoionización. Cuando el líder se aproxima al conductor más negativo, el esfuerzo entre él y el conductor se incrementa enormemente y se forma un punto caliente en el conductor más negativo debido al intenso bombardeo de iones (estos iones se crean cerca del conductor más negativo por fotoionización). Esto lleva a una emisión secundaria y al salto final de la avalancha de electrones desde el conductor más negativo, a la punta del líder seguido por una onda de corriente, desde el conductor más negativo para neutralizar la carga espacial positiva en el líder. Esto conduce a una descarga autosostenida limitada sólo por el circuito externo y la forma de la tensión aplicada. Se puede formar un líder negativo cuando se inicia una avalancha primaria en el conductor más negativo. Se emiten electrones desde el conductor más negativo (debido al bombardeo de iones y fotones) y se inician avalanchas que se propagan hacia la avalancha primaria permitiendo que se neutralice la carga espacial en la avalancha primaria por los electrones que se han emitido desde el conductor más negativo. Como esto lleva a un incremento del campo en los bordes de la avalancha primaria y al detenerse ésta los electrones se pueden propagar desde la avalancha primaria a las adyacentes. Esto conduce a la formación de un líder que se propaga aleatoriamente a través del gas mediante avalanchas incipientes que se han formado por fotoionización. Como el líder negativo se propaga hacia el conductor más positivo, el esfuerzo en el conductor más positivo se incrementa, hasta alcanzar un nivel al que se pueden formar lideres positivos. Uno o más lideres positivos se propagarán desde el conductor más positivo hacia el espacio entre electrodos. El puenteo se hará cuando se forme un canal de descarga ("strearner'1entre los lideres positivo y negativo que lleva a dos ondas de corriente que se propagan en direcciones opuestas a lo largo del canal conductor desde la unión de los líderes a los conductores. Se puede originar entonces un incremento de la corriente que forma una descarga autosostenida. 4.1.2.3 Efectos del conductor de las impurezas En la práctica cualquier gas utilizado está contaminado con pequeñas cantidades de otros gases, vapores y polvos. La presencia de impurezas en el gas puede incrementar o disminuir la tensión de ruptura dependiendo de sus potenciales de ionización, sus secciones transversales para las colisiones con electrones y su relativa electronegatividad respecto al aislante. La presencia de polvo tiende a reducir la tensión de ruptura. Las puntas y protuberancias provocan altos campos eléctricos locales y descarga por corona, que inyectan cargas dentro del espacio entre electrodos. Si esta inyección de carga no lleva a la ruptura, se establece un campo por carga espacial que en algunos casos la inhibe. 4.1.3 Ruptura en líquidos 4.1.3.1 Líquidos puros En el estado líquido, las moléculas del aislante están en movimiento lento y aleatorio con fuerzas moderadamente fuertes entre ellas. Si se pudiera tener un líquido suficientemente puro, la ruptura podría ocurrir de acuerdo al mecanismo de avalancha o de líder en forma análoga a los gases. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 20 de 39 Sin embargo, debido a que las densidades son mucho más altas, las distancias entre colisiones tanto para iones y moléculas, será más corta y se requerirán campos más altos para provocar la ruptura (≅ 1 MV/cm). Con estos esfuerzos más altos, la emisión de electrones desde el conductor más negativo será la fuente dominante de ionización inicial. 4.1.3.2 Contaminación por partículas Las partículas de impurezas sólidas tenderán a alinearse con sus ejes de polarización paralelos al campo, provocando localmente campos altos en el líquido. También ellas migrarán a la región de intensidad de campo más alto lo que provoca un puenteo discontinuo a través del aislante. Si la permitividad dieléctrica de las partículas sólidas (Ep) es más grande que la del líquido (EL) entonces el campo en el líquido se reforzará por un factor que depende de Ep/EL y de la forma de las partículas. El campo intensificado entre las partículas conducirá a descargas que por sus efectos químicos y físicos, pueden llevar a la formación de burbujas y por lo tanto al incremento de descarga y a la ruptura del aislante a esfuerzos tan bajos corno 100 kV/cm. Las impurezas globulares líquidas tendrán también efectos similares con el inconveniente que se elongarán en dirección del campo. 4.1.3.3 Ruptura debido a la formación de burbujas Los líquidos aislantes contienen gases disueltos. La aplicación de un campo eléctrico provocará su calentamiento debido a las pérdidas en el dieléctrico y esto puede conducir a la formación de burbujas. Las burbujas también se pueden formar por descargas locales ya sea entre electrodos o cualquier impureza particular y con cavitación provocada con el esfuerzo. El esfuerzo en la burbuja será aumentado y un arqueo puede ocurrir en la burbuja. La burbuja entonces crecerá y debido a que la descarga calienta localmente al aislamiento y también puede originar descomposición química. La formación de burbujas será inhibida por el incremento de la presión hidrostática. 4.1.4 Ruptura en sólidos 4.1.4.1 Sólidos puros En estado sólido, las moléculas del aislante ocupan posiciones fijas en una red regular compacta. Los electrones están sujetos al campo agregado de muchos átomos y esto conduce a una teoría de sólidos de bandas de energía. Los electrones en una banda parcialmente vacía están libres para moverse dentro del sólido y son los electrones de conducción. Los electrones en una banda completamente llena no están libres para moverse. Cada banda de energía está separada de las dos bandas vecinas por bandas de energía prohibidas. Los electrones llenan las bandas desde el fondo hasta arriba; las bandas de más abajo se llenarán con electrones y estos no contribuyen a la conducción. Las bandas de más arriba normalmente estarán vacías. En los conductores, en la banda más alta en la que existen estos electrones son libres para moverse. En los aislantes, la banda más alta en la que hay electrones está llena y no puede haber conducción a menos que los electrones sean excitados a una de las bandas vacías. En los aislantes la separación entre las bandas es mucho más grande que la energía térmica de los electrones y por lo tanto hay muy pocos electrones de conducción. Como los electrones tienen una distribución de energía truncada, un incremento en la temperatura producirá un gran incremento en el número de electrones de conducción. Los defectos de la red, tales como espacios, átomos intersticiales e impurezas atómicas y moleculares pueden proporcionar ya sea trampas para electrones que provocan tensiones de ruptura más altas o fuentes de electrones que conducen a tensiones de ruptura más bajas. Para sólidos muy puros y homogéneos, la ruptura a corto plazo será intrínseca o electromecánica. En una ruptura intrínseca el campo externo debe proporcionar suficiente energía a los electrones para permitirles brincar a la banda conductora y permanecer ahí a pesar de las colisiones que absorben energía, con los átomos de la red. Esto lleva a tensiones de ruptura tan altas como ≈10 MV/cm. Con estos niveles de esfuerzos, la electrostricción puede provocar que el material se rompa o colapse conduciendo a la ruptura electromecánica. Esta puede ocurrir a niveles mucho menores en materiales frágiles bajo impulsos y en materiales plásticos. 4.1.4.2 Ruptura tipo arborescente ("Treeing") Bajo campos locales intensos originados por electrodos tipo punta, protuberancias localizadas, carga atrapada en las capas del aislamiento en los electrodos, etc., se puede formar una descarga parcial que crecerá con el típico aspecto 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 21 de 39 de árbol a través del espacio entre electrodos dejando un rastro o huella permanente. Aunque las arborescencias, que por sí solas no producen la ruptura, pueden conducir a ella algún tiempo después. 4.1.4.3 Ruptura térmica Las pérdidas dieléctricas y la conducción a nivel bajo producen calor en el aislante. Este calentamiento local puede producir suficiente elevación de temperatura que incrementa significativamente el número de electrones de conducción. Esto conduce a un posterior calentamiento óhmico y puede llevar a un desboque térmico y a una ruptura local. 4.1.4.4 Ruptura por erosión En la práctica los aislantes sólidos contienen algunas cavidades, tanto en el cuerpo del aislamiento como en la interfaz conductor 1 aislante. Estas cavidades se llenan con fluido cuya rigidez dieléctrica es generalmente menor que la del aislante sólido. Esto puede producir una ruptura en el hueco a niveles de esfuerzo comparativamente bajos. La descarga en el fluido ataca luego las paredes de la cavidad por calentamiento local, por reacciones químicas y por ionización a causa del campo intensificado en las extremidades de la descarga. A esfuerzos bajos, el mecanismo de la ruptura por erosión puede llevar solamente a ruptura local o a descargas parciales. Sin embargo, después de un período de muchos ciclos o muchos impulsos, el canal creado por la descarga parcial crecerá y eventualmente conducirá a la ruptura. El tiempo para la ruptura depende de alguna potencia (n) de la relación de la tensión aplicada ( VA ) a la tensión aplicada a la que ocurran las primeras descargas parciales (V1). La potencia (n) depende del tipo de aislante y de las condiciones ambientales. Empíricamente (n) se encuentra entre 3 y 20, para diversos aislantes. 4.1.4.5 Ruptura por trayectoria carbonizada ("Tracking") Los flamees en la superficie se pueden suceder a lo largo de trayectorias conductoras en la superficie del aislador. Si estas trayectorias son intermitentes, o si el flameo las hace que lo sean, entonces el arqueo ocurrirá a través de los espacios en la trayectoria de conducción. Estos arqueos pueden quemar la superficie del aislador y pueden conducir a carbonización o erosión que puede causar falla por daños acumulados después de muchas descargas. 4.2 Clasificación de las Tensiones Máximas para Equipos Para los propósitos de esta especificación las tensiones máximas de diseño del equipo se dividen en las categorías siguientes: ꞏ Categoría I: Hasta 245 kV. Categoría II: Arriba de 245 kV. 4.3 Niveles de Aislamiento Los niveles de aislamiento normalizados se indican en las tablas 4 y 5 según la categoría de tensión que se trate. 4.4 Corrección de las Tensiones de Aguante del Aislamiento Externo por Efectos Meteorológicos 4.4.1 Generalidades Las tensiones de aguante y las tensiones críticas de flameo del aislamiento externo (autorecuperable) se ven afectadas por la densidad del aire circundante y por su contenido de humedad. Dichas tensiones decrecen con la reducción de la presión atmosférica al aumentar la altitud y con el aumento de la temperatura; pero crecen con el incremento de la humedad hasta antes que se condense sobre la superficie de un aislador. Las fórmulas o correcciones para calcular estas variaciones se dan en la publicación IEC-60060-1. Sin embargo, para propósitos de coordinación de aislamiento, donde normalmente solo se conoce la altitud del sitio de la instalación y por otra parte, dada la complejidad de las variaciones de las tensiones mencionadas con las condiciones atmosféricas y el valor de la distancia en aire entre electrodos, el cual es desconocido en la etapa de diseño o especificación, se aplican las recomendaciones siguientes: 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 22 de 39 4.4.1.1 Para distancias en aire y para aisladores limpios La corrección por condiciones atmosféricas deberá realizarse en las tensiones de aguante de impulso por rayo e impulso por maniobra para coordinación. Para aisladores que por sus condiciones de operación requieran una prueba de contaminación, también es necesaria una corrección de la tensión de aguante de corta o larga duración a frecuencia del sistema. Para la determinación de la corrección atmosférica puede suponerse que los efectos de la temperatura y de la humedad tienden a cancelarse entre sí, excepto para casos especiales (véase la guía de aplicación). En consecuencia, para propósitos de coordinación de aislamiento, solamente la presión atmosférica promedio, correspondiente a la altitud del sitio de instalación, necesita ser considerada. Nota.- Esta suposición puede considerarse correcta para forma de aisladores que no reducen grandemente su tensión de aguante bajo lluvia. Para aisladores con distancias pequeñas entre faldones, donde l a lluvia c a u s a puenteo e n t r e faldones, esta suposición no es completamente cierta. 4.4.2 Corrección de la presión atmosférica por altitud. bo H = b donde: 4.4.3 e 8 150 bo = Presión atmosférica de referencia normalizada (101.3 KPa). b = Presión atmosférica en kPa. H = Altitud en-m. Corrección de las tensiones de aguante de impulso por rayo para coordinación La tensión de aguante requerida de impulso por rayo se obtiene con la relación siguiente: bo Ure = Uc b donde: Ure = tensión de aguante requerida. Uc 800220 Rev. = tensión de aguante de coordinación. 910731 191028 PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO 23 de 39 Tabla 4.- Niveles de aislamiento normalizados para equipo de la categoría I 800220 Tensión de aguante nominal de impulso por rayo (NBAI) de fase a tierra (5) kV (cresta) Tensión nominal del sistema Vn Kv (eficaz) Tensión máxima de diseño del equipo Vd-kV (eficaz) Tensión de aguante nominal a 60 Hz de fase a tierra kV (eficaz) 4.4 (1) 5.5 19 45 60 75 6.9 (1) 7.2 20 40 60 13.8 (2) 15.5 35 75 95 110 23 (2) 27 50 60 95 125 150 34.5 (2) 38 70 125 150 200 44 (1) 52 95 250 69 (2) 72.5 140 325 350 85 (3), 115 (2) 123 185 230 450 550 138 (3) 145 230 275 550 650 150 (1),161 (3) 170 275 325 650 750 230 (2) 245 360 395 460 850 900 950 1 050 Rev. 910731 191028 PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO 24 de 39 Notas de la tabla 4 1) Tensiones congeladas según especificación CFE L0000-02. 2) Tensiones normalizadas preferentes según especificación CFE L0000-02. 3) Tensiones restringidas según especificación CFE L0000-02. 4) Los valores de esta tabla están referidos a condiciones atmosféricas de referencia normalizadas (ver inciso 3.27). 5) La tensión de aguante nominal de impulso por rayo de fase a fase es el mismo valor que la de fase a tierra. Tabla 5.- Niveles de aislamiento normalizados para equipos de la categoría II Tensión nominal del sistema Vn kV (eficaz) Tensión máxima de diseño del equipo (Vd) kV (eficaz) Tensión de aguante nominal de impulso por maniobra (NBAI) Fase a tierra kV (cresta) 420 400 4.4.4 850 950 1 050 Fase a fase (Relación al valor cresta de fase a tierra) Tensión de aguante nominal de impulso por rayo (NBAI) de fase a tierra Kv (cresta) 1.50 1.50 1.50 1 050 1 175 1 300 1 425 Corrección de las tensiones de aguante de impulso por maniobra para coordinación La tensión de aguante requerida para impulso por maniobra se calcula con la relación siguiente: Ure = Uc (bo/b) m El exponente "m" depende de varios parámetros incluyendo la trayectoria mínima de descarga, la cual es desconocida en la etapa de especificación. Sin embargo, para propósitos de coordinación de aislamiento se pueden usar las estimaciones conservadoras de "m" mostradas en la figura 6. 4.4.5 Corrección de la tensión de aguante de coordinación a frecuencia del sistema La tensión de aguante requerida de larga duración o si es necesario, la de corta duración, que se aplica en las pruebas de contaminación de aisladores, se obtiene de: Ure = Uc bo/b 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 25 de 39 1.- Aislamiento de fase a tierra 2.- Aislamiento longitudinal 3.- Aislamiento de fase a fase 4.- Distancia entre electrodos punta-plano NOTA: ꞏPara tensiones que consisten de dos componentes, los valores de tensión se obtienen como la suma de los componentes. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 26 de 39 4.5 Relación entre Aislamiento Interno y Externo Para aislamiento interno se acepta que las condiciones atmosféricas del aire no influyen en sus propiedades aislantes. 4.5.1 Altitudes hasta 1 000 msnm Para altitudes hasta 1 000 m el factor de corrección atmosférica (bo 1 b)m multiplicado por el factor de seguridad para aislamiento externo (1.02) será menor que o igual al factor de seguridad para el aislamiento interno (1.15). Por lo tanto, para equipo normalizado que posee aislamiento interno y externo, la corrección deberá ser realizada a una altitud de 1 000 m para obtener una sola tensión de aguante nominal. De esta manera el equipo es adecuado para altitudes hasta de 1 000 m. 4.5.2 Altitudes mayores de 1 000 msnm Es recomendable conservar el concepto de mantener los mismos valores de tensiones de aguante nominales para el aislamiento interno y externo, y solamente en aquellos casos que por razones económicas no se justifique podrán tener valores nominales diferentes. Para equipo normalizado se recomienda la selección de la lista de valores normalizados indicados en 6.1 y 6.2. Para equipo que contiene aislamiento interno y externo en paralelo, se deben observar las posibilidades que se indican en la "Guía de Aplicación de la Coordinación de Aislamiento", para realizar la prueba prototipo. 4.5.3 Efectos ambientales Para el caso de los aislamientos externos, éstos se ven afectados por la contaminación durante la operación normal del equipo a la frecuencia del sistema y este parámetro influye desde el punto de vista de diseño de la distancia de fuga del aislamiento. En la presencia de ambientes contaminados ocurre el fenómeno de flameo (descarga disruptiva) en el aislamiento externo, bajo la tensión máxima del sistema a la frecuencia industrial y esto se hace más crítico en la presencia de llovizna, rocío, niebla y nieve. Estas condiciones se hacen más severas cuando las capas contaminantes se encuentran totalmente húmedas sin un lavado significativo. La corriente de fuga fluye a través de la capa contaminante, formando bandas secas, disminuyendo la tensión de aguante debido a que el aislamiento presenta descargas parciales. Como consecuencia aparece a través de la porción húmeda del aislamiento un esfuerzo de tensión más elevado, originando bandas secas adicionales e incrementando la actividad de las descargas hasta que ocurre la ruptura dieléctrica del aislamiento (flameo). En las instalaciones eléctricas que se tienen en el sistema se presentan básicamente tres tipos de contaminación, dependiendo de su origen específico en las diferentes regiones, siendo éstas: - Salina - Industrial - Desértica En la Tabla 6 se presenta una clasificación de los niveles de contaminación en base a las características ambientales de los sitios. En base a experiencias en servicio y a pruebas de laboratorio en condiciones de contaminación natural y artificial, se tienen métodos para seleccionar aisladores que tengan un comportamiento satisfactorio bajo condiciones de contaminación, los cuales se presentan en la Guía de Aplicación de la Coordinación de Aislamiento. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 27 de 39 800220 Rev. 910731 191028 PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO 28 de 39 Otro método de cálculo de la distancia de fuga, que tiende a sustituir al primer método y consiste en clasificar a cada zona de contaminación de acuerdo al grado de severidad en relación a un factor de distancia de fuga mínima específica, tal como se muestra en la tabla 7. Tabla 7.- Relación entre el nivel de contaminación y el factor de distancia de fuga mínima especifica Nivel de contaminación Factor de distancia de fuga mínima específica "Kfe" en mm/kV (fase a fase) Ligera 16 Media 20 Alta 25 Muy alta 31 Notas: 1) En áreas de contaminación muy ligera dependiendo de la experiencia se puede usar valores más bajos de 16 mm/kV, pero no menos de 12 mm/kV. 2) En casos excepcionales de zonas extremadamente severas se pueden usar valores más altos de 31 mm/kV, pero la práctica ha sido aplicar buenos programas de mantenimiento preventivo en vez de aumentar la distancia de fuga. La expresión que relaciona la distancia de fuga (df) en mm se obtiene multiplicando el factor de distancia de fuga mínima específica (Kfe) en mm/kV por la tensión máxima de diseño de fase a fase del equipo en kV por el factor de corrección debido al diámetro en p.u., siendo: df = Kfe X Vd X Kd El factor de corrección por diámetro del aislador influye para el caso de los aisladores tipo poste y para los que se utilizan en transformadores de potencial y de corriente. Dependiendo del diámetro promedio del aislador, la distancia de fuga se incrementa por un factor "Kd" como se indica en la tabla 8. Tabla 8 .- Factor de corrección por diámetro del aislador 800220 Rev. Diámetro promedio del aislador "Dm" en mm Factor de corrección por diámetro "Kd" en p u Dm < 300 1.0 300 ≤ Dm ≤; 500 1.1 Dm > 500 1.2 910731 191028 PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO 29 de 39 Donde: l1 Distancia de fuga total del aislador D(1) Valor del diámetro a la distancia de fuga (I1), medida en un extremo del electrodo. Tal como se muestra en las figuras 7 y 8, para el caso de los transformadores de instrumento, básicamente existen dos tipos de diseño de las aletas, siendo regulares y alternadas; los diámetros promedio se calculan en forma aproximada por las expresiones siguientes: De + Di a) Aletas regulares Dm = 2 De1 + De2 + 2Di b) Aletas alternadas Dm = 4 Nota: En las guías de diseño se contemplan los criterios para la determinación de las distancias dieléctricas en aire (número de aisladores), tomando en cuenta la tensión de aguante de frente r á p i d o y este valor se compara con el obtenido considerando el efecto de la contaminación; para fines de coordinación se selecciona el que resulte mayor. Existen lugares con condiciones de contaminación extremadamente severa o con escasez de lluvia, en los que la selección adecuada de la distancia de fuga del aislador resulta poco atractivo desde el punto de vista económico, siendo necesario en estos casos aplicar programas de mantenimiento preventivo, que consisten en: Lavado periódico de los aisladores en condiciones desenergizadas o en vivo. Aplicación periódica de una capa de silicona o hidrocarburo en la superficie de los aisladores. Aplicación de otros recubrimientos que eviten la contaminación. 5 PROCEDIMIENTO DE COORDINACIÓN 5.1 Análisis del Sistema Para hacer un estudio de coordinación de aislamiento se requiere como condición previa un análisis del sistema, en el que se consideran principalmente la configuración del aislamiento y las clases de tensiones y sobretensiones. Para determinar estos valores se pueden utilizar el Analizador de Transitorios (TNA) o Técnicas de Computación Digitales (EMTP, Montecarlo, etc.). Además, debe involucrarse en dicho análisis las características de los dispositivos l imitadores de sobretensiones, para obtener los valores de tensión máxima o una distribución probabilística del compartimiento de estas sobretensiones en el sistema. Con estos valores se seleccionan las tensiones representativas (ver tabla 9 e inciso 3.23). En la figura 9 se muestra los pasos a seguir en el procedimiento de coordinación 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 30 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 31 de 39 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 32 de 39 800220 Rev. 910731 191028 PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO 33 de 39 5.2 Determinación de las Tensiones de Aguante para Coordinación Se realiza para cada clase de tensiones determinadas en el punto anterior y consiste en obtener la tensión de aguante mínima que el aislamiento debe tener, para que se cumpla el criterio de comportamiento, se pueden considerar los criterios que se mencionan en la tabla 10. Las tensiones de aguante para coordinación del aislamiento tienen la forma de la tensión representativa de su clase y están caracterizadas por los valores siguientes: 5.2.1 Tensión permanente a la frecuencia del sistema Es el valor de la tensión máxima a la frecuencia del sistema que el aislamiento puede aguantar permanentemente, para todo su tiempo de servicio. Esta tensión es usualmente la máxima del equipo (Vd). 5.2.2 Sobretensión temporal - Cuando la tensión representativa está caracterizada por un valor máximo supuesto: se considera dicho valor multiplicado por un factor de 1.10. - Cuando la tensión representativa se caracteriza por un conjunto de valores y duraciones: el valor se obtiene por medio de procedimientos de coordinación estadísticos. Nota.- En ambos casos la duración de la tensión de 5.2.3 para coordinación es un minuto. Sobretensiones transitorias - Cuando la tensión representativa se caracteriza por un valor máximo supuesto: se considera dicho valor multiplicado por un factor de 1.10. - Cuando la tensión representativa se caracteriza por una distribución de frecuencia de ocurrencia de los valores cresta: el valor se obtiene por medio de procedimientos de coordinación estadísticos. Tabla 10.- Criterios de comportamiento SOBRETEN-SIONES Tensiones Permanentes 800220 Temporal Frente Rápido Frente Lento Rev. 910731 191028 Contaminación ( ver tabla 6) Ensamble del equipo, transporte, instalación y envejecimiento. - Aislamiento interno: 1.15 - Aislamiento externo: 1.02 - Subestaciones blindadas SF6: 1.15 Apartarrayos: ZnO – 1.5 p.u de Vn Si C (depende de su aterrizamiento): 70, 80 y 100% de Vm. - Índice de salidas anuales en líneas: de 13.8 kV a 69 kV: 1 a 3 salidas/100 km de 85 kV a 161 kV: 0 a 0.3 salidas/100 km - Margen mínimo de protección :20 % - Riesgo de falla 10-2 a 10-3 p.u. - Margen mínimo de protección: 15 % COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 34 de 39 Notas: 5.3 1) El efecto de Imprecisiones en el conocimiento de los datos de entrada se Incluirá en el factor apropiado mencionado, así como el procedimiento de coordinación estadístico. 2) Las simulaciones de los eventos de sobretenslones con la evaluación simultánea del riesgo de falla aplicando las características relevantes del aislamiento, permiten determinar las tensiones de aguante para coordinación, sin la determinación Intermedia de las tensiones representativas. Determinación de las Tensiones de Aguante Requeridas Las tensiones de aguante requeridas del aislamiento deben obtenerse multiplicando por factores apropiados a las tensiones de aguante para coordinación de cada clase, para convertirlas a condiciones de prueba normalizadas, tomando en cuenta las posibles diferencias entre las condiciones a las cuales el aislamiento se someterá durante su tiempo de vida esperado en servicio y en las pruebas normalizadas. Los factores recomendados para esta especificación se indican en la tabla 9. 5.4 Selección de las Tensiones de Aguarte Nominales Se deben seleccionar para cada clase de tensión y sobretensión, así como para todas las configuraciones del aislamiento, las tensiones de aguante nominales más económicas, que después de haber soportado las pruebas de Laboratorio cumplan con todos los valores de tensiones de aguante requeridas con un nivel de confianza aceptable. Con referencia a las pruebas normalizadas y selección de las tensiones de prueba, que se efectúan para comprobar el cumplimiento de la tensión de aguante permanente requerida, se indican en las especificaciones correspondientes a cada equipo en particular; sin embargo, en esta especificación se incluyen los requerimientos de las pruebas más importantes. Una prueba de tensión de aguante nominal puede demostrar que está de acuerdo con más de una tensión de aguante requerida y una tensión de aguante requerida puede ser demostrada por diferentes pruebas de tensión de aguante nominales, esto es: 6 - Cuando la tensión de aguante requerida tiene la misma forma que la tensión de aguante nominal (de prueba), entonces es posible seleccionar de las tablas 4 y 5 la tensión de aguante nominal cuyo valor sea el más cercano superior a la tensión de aguante requerida. - Cuando lo mencionado en el párrafo anterior no es posible, por diferir las formas de onda, entonces la tensión de aguante nominal (de prueba) se selecciona de las tablas 4 y 5 cuyo valor sea el más cercano superior a la tensión de aguante requerida multiplicada por un factor de equivalencia apropiado; se recomienda utilizar un factor de 1.08 para forma de onda de frente rápido y 1.06 para frente lento. Diferentes conjuntos de tensiones de aguante nominales pueden ser adaptados en el mismo sistema, para el mismo equipo instalado en diferentes lugares o para diferentes equipos instalados en el mismo lugar. ASOCIACIÓN DE TENSIONES DE AGUANTE NOMINALES NORMALIZADAS Y TENSIONES MAXIMAS PARA EL EQUIPO Esta especificación contempla las tensiones de aguante nominales para pruebas de corta duración a la frecuencia del sistema, impulso por maniobra, impulso por rayo y pruebas de aislamiento longitudinal. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 35 de 39 Las tensiones máximas para el equipo están divididas en Categoría I y Categoría II de acuerdo al inciso 4.3, y están asociadas a las tensiones de aguante nominales de acuerdo a la tabla 4 para la Categoría 1 y a la tabla 5 para la Categoría 11. Se recomienda que, para seleccionar los valores de tensión de aguante nominal, seguir el orden señalado en las tablas 4 y 5 ya que esto permitirá especificar equipo con valores normalizados cuyo valor corresponderá exactamente a alguna de las tensiones de aguante especificadas en dichas tablas. Lo anterior permite la aplicación de diferentes criterios de comportamiento en sistemas que tienen el mismo modelo de sobretensión, o bien el mismo criterio de comportamiento para sistemas que tienen diferentes modelos de sobretensiones. Si se justifican técnica y económicamente, otras asociaciones (valores) pueden adoptarse; sin embargo, en este caso, las pruebas de aguante normalizadas no deben cambiarse. Solo los valores de las tensiones de aguante pueden ser sustituidos con otros valores, los cuales deben seleccionarse de las listas de las tensiones de aguante nominales siguientes: 6.1 Tensiones de Aguante Nominales Normalizadas de corta Duración a la Frecuencia del Sistema Son las siguientes expresadas en valores eficaces valores cresta divididos por √𝟐 en kV: 10, 19, 20, 28, 35, 38, 50, 60, 70, 95, 140, 185, 230, 275, 325, 360, 395 y 460. 6.2 Tensiones de Aguante al Impulso Nominales Normalizadas Son las siguientes expresadas en valores cresta en kV: 20, 40, 45, 60, 75, 85, 95, 110, 125, 145, 150, 170, 200, 250, 325, 350, 450, 550, 650, 750, 850, 900, 950, 1 050, 1 175, 1 300, 1 425, 1 550, 1 675, 1 800, 1 950, 2 100,2 250 y 2 400. 7 PRUEBAS 7.1 Requisitos para las Pruebas de Tensión de Aguante Nominal Normalizada En 7.2 se dan los requisitos generales para todas las pruebas. La tabla 11 marca los incisos adicionales que se contemplan para cada prueba normalizada (impulso por rayo, por maniobra y frecuencia del sistema), las categorías de tensión (I, II), y tipo de aislamiento (longitudinal, fase a tierra y fase a fase). 7.2 Requisitos para Todas las Pruebas Las pruebas de aguante normalizadas se realizan para comprobar con suficiente confianza que la tensión real de aguante del aislamiento en situaciones de prueba normalizada no es menor que la correspondiente tensión de aguante nominal especificada. Todas las pruebas de tensión de aguante normalizada constan de pruebas en seco efectuadas en condiciones normalizadas (arreglos de prueba y condiciones atmosféricas normalizadas). Sin embargo para aislamientos externos, las pruebas normalizadas de tensión de aguante a la frecuencia del sistema y al impulso por maniobra consisten de pruebas en húmedo, realizadas en las condiciones especificadas en la publicación lEC 60060-1 para pruebas en húmedo. Si las condiciones atmosféricas en el laboratorio de pruebas son diferentes de las normalizadas, las tensiones de prueba deberán ser corregidas de acuerdo con los factores de corrección indicados en 4.4. Durante las pruebas en húmedo, la lluvia debe aplicarse simultáneamente esparcida en el aire circundante a toda la superficie del aislamiento. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 36 de 39 Todas las tensiones normalizadas de aguante al impulso deben probarse con ambas polaridades, a menos que se especifique una sola polaridad. Cuando se demuestre que en una condición (seco o húmedo) o una polaridad, o una combinación de ambas, se obtiene la tensión de aguante más baja, es suficiente probarla en esa situación. Las faltas en el aislamiento que ocurran durante la prueba proporcionan las bases para su evaluación. Se deben definir los criterios de ocurrencia de falla y los métodos para detectarla. 7.3 Alternativas para Efectuar la Prueba En algunos casos puede ser muy costoso o muy difícil, o aún imposible, efectuar las pruebas de aguante en situaciones normalizadas. En tales casos se debe especificar la mejor solución para probar con la tensión de aguante nominal más representativa. Una posibilidad es buscar alguna alternativa para el desarrollo de la prueba, que puede consistir en diferentes arreglos o diferentes tensiones para la prueba, o ambos. Sin embargo, es necesario demostrar que las condiciones para el desarrollo de las descargas a lo largo de la misma trayectoria y con el mismo proceso, por lo menos resulten tan favorables como en la condición normalizada. 7.4 Pruebas de Aislamiento Longitudinal y de Fase a Fase Excepto en casos generalmente especiales, se aplican simultáneamente tensiones a tierra diferentes a las distancias terminales del aislamiento, cuyos valores relativos influyen en el desarrollo de la descarga, por lo que se recomienda adoptar una prueba de tensión combinada que cumpla con los requisitos siguientes: - 800220 Rev. La configuración adecuada de la prueba debe ser igual a la configuración de servicio, especialmente con relación a la influencia que tiene la presencia del plano de tierra. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 37 de 39 - Cada componente de la tensión de prueba debe tener el valor especificado. - Las terminales del aislamiento que están aterrizadas en servicio deben conectarse a tierra durante la prueba. En las pruebas de fase a fase la terminal de la tercera fase, o en las pruebas de aislamiento longitudinal las terminales de las otras dos fases, deben quitarse o aterrizarse. Si la tensión de aguante nominal del aislamiento de fase a fase (longitudinal) es igual al aislamiento de fase a tierra conectando una de las dos terminales de tierra. En la evaluación de la prueba, la ocurrencia de cualquier descarga independientemente de su trayectoria se considera como descarga. Si la tensión de aguante nominal del aislamiento fase a fase o longitudinal es diferente al aislamiento de fase a tierra, el aislamiento de fase a fase o longitudinal se prueba en forma separada. 7.5 Prueba de corta duración a la frecuencia del sistema La prueba de tensión de aguante de corta duración a la frecuencia del sistema consiste en aplicar a las terminales del aislamiento la tensión de aguante nominal apropiada. El aislamiento satisface la prueba si no ocurre una descarga disruptiva durante ésta. Notas: 1) A menos que otra cosa se especifique, si la descarga disruptiva ocurre sobre el aislamiento autorrecuperable sujeto a lluvia durante las pruebas en húmedo, la prueba puede repetirse una vez. El quipo satisface la prueba si no ocurre una descarga posterior. 2) Cuando la prueba no puede efectuarse (por ejemplo a transformadores con aislamiento reducido), se debe realizar la prueba de potencial inducido a frecuencias arriba de unos cuantos cientos de hertz y duraciones menores de un minuto. A menos que se justifique, las tensiones de prueba deben ser las mismas. 7.6 Pruebas de Aislamiento Fase a Fase y Longitudinal a la Frecuencia del Sistema Cuando las tensiones de aguante del aislamiento de fase a fase (longitudinal) y fase a tierra a la frecuencia del sistema son igual, una terminal debe organizarse con la tensión de aguante nominal apropiada a la frecuencia del sistema, la otra terminal y la terminal que se encuentra aterrizada en servicio, deben aterrizarse. Cuando las tensiones de aguante a la frecuencia del sistema del aislamiento de fase a fase (longitudinal) es mayor que la tensión de aguante a la frecuencia del sistema del aislamiento de fase a tierra, la prueba debe realizar preferentemente con dos fuentes de tensión. Una terminal debe energizarse con la tensión de aguante de fase a tierra a la frecuencia del sistema, la otra terminal debe energizarse con la diferencia entre la tensión de aguante a la frecuencia del sistema del aislamiento de fase a fase (longitudinal) y la tensión de aguante de fase a tierra a la frecuencia del sistema y la terminal que es aterrizada en servicio, debe continuar aterrizada. Otra alternativa para esta prueba es utilizar una sola fuente. La terminal que se encuentra aterrizada en servicio debe aguantar una tensión a tierra de suficiente magnitud para evitar descargas en ésta o a tierra durante la prueba y para evitar que el aislamiento a tierra, sea sometido a esfuerzos por tensiones mayores a la tensión de aguante nominal de fase a tierra. Nota: Si la tensión en la terminal de tierra que se encuentra aterrizada en servicio, se supone a tierra en la prueba, los esfuerzos eléctricos se verán afectados sobre la terminal de la fase (como ocurre en el aislamiento longitudinal de SF6 con tensiones mayores o iguales a 72 kV, debiéndose adoptar dispositivos de protección para mantener esta tensión lo más cerca posible a la diferencia entre la tensión de prueba del aislamiento longitudinal y la del aislamiento de fase a tierra. 7.7 Pruebas de Impulso La prueba de tensión de aguante al impulso consiste en aplicar un número especificado de tensiones de aguante nominal apropiadas, a la terminal del aislamiento. Diferentes procedimientos de prueba pueden seleccionarse para probar y verificar que las tensiones de aguante cumplen con la confianza que se ha ganado la experiencia y hasta la fecha ha demostrado que es aceptable. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 38 de 39 El procedimiento de prueba debe seleccionarse según los siguientes procedimientos, los cuales están normalizados y completamente descritos en la publicación IEC 60060-1: - - Prueba de aguante de tres impulsos, en la cual no se acepta descarga Prueba de aguante de quince impulsos, permitiéndose a lo más dos descargas en el aislamiento auto recuperable. Prueba de aguante de tres impulsos, en la cual si ocurre una descarga sobre el aislamiento autorrecuperable se deben aplicar nueve impulsos adicionales durante los cuales no debe presentarse descarga. Prueba de aguante arriba-abajo se deben aplicar siete impulsos por nivel. Para aislamiento no autorrecuperables no se tolera ninguna descarga disruptiva. Para aislamientos autorrecuperables se tolera un cierto número de descargas disruptivas, indicando en los diferentes procedimientos de prueba. Ningún significado estadístico se dará a las pruebas de aguante de tres impulsos en as que no se toleran descargas. Su uso debe limitarse a casos en los cuales el aislamiento no autorrecuperable puede dañarse para un gran número de aplicaciones de tensión o en la ocurrencia de descargas sobre el aislamiento autorrecuperable. Cuando se selecciona una prueba para equipo en el cual el aislamiento no autorrecuperable está en paralelo con el aislamiento autorrecuperable, debe tenerse cuidado con los procedimientos de aplicación de las tensiones de aguante ya que pueden presentarse algunas descargas. 7.8 Pruebas de Impulso por Maniobra de Fase a Fase para la Categoría II La tensión de prueba debe tener la forma de onda de la sobretensión representativa de frente lento de fase a fase, y un valor igual a la tensión de aguante nominal de fase a fase para impulso por maniobra especificado (tabla 5) con las siguientes consideraciones: - El valor de la tensión de prueba debe ser evaluado de los oscilogramas como el, valor absoluto de la suma de los valores cresta de ambas componentes. - Los dos componentes deben ser de polaridad opuesta con valor de creta igual a la mitad de la tensión de aguante nominal por maniobra (seleccionado en la tabla 5. Tensión de aguante nominal por maniobra de fase a tierra multiplicado por el factor apropiado). - Las dos componentes deben sincronizarse para alcanzar el valor cresta simultáneamente y además debe aplicarse a las dos terminales de fase. - La tercera terminal de fase, si existe, y la terminal que está aterrizada en servicio, debe conectarse a tierra. La prueba debe repetirse en todas las posibles combinaciones de las terminales de fase a menos que sea innecesario comprobarla por consideraciones de simetría eléctrica. Si se especifica una componente positiva menor que la negativa, la prueba no verifica la tensión de aguante nominal del aislamiento autorrecuperable. En la evaluación de la prueba cualquier descarga es considerada como descarga, independientemente de su trayectoria. 800220 Rev. 910731 191028 COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO PROCEDIMIENTO CFE L0000-06 39 de 39 7.9 Prueba de Impulso por Rayo del Aislamiento de Fase a Fase y Longitudinal para la Categoría I Si la tensión de guante nominal de fase a fase (longitudinal) es mayor que la tensión de aguante nominal de fase a tierra la prueba apropiada debe ser efectuada inmediatamente después de la prueba de aislamiento de fase a tierra, incrementando la tensión sin cambio del arreglo de la prueba. En la evaluación de la prueba cualquier impulso que provoque solamente una descarga a tierra se considera como no aplicado, adoptándose las alternativas siguientes: 7.10 - Para la prueba de aislamiento de fase a fase, si el número de descarga a tierra no permiten efectuar la prueba, una prueba combinada puede utilizarse con el procedimiento descrito en 7.11, donde el valor cresta a la frecuencia del sistema es igual a la diferencia entre la tensión nominal de aguante de fase a fase y la fase a tierra. - Para las pruebas de aislamiento longitudinal, se puede especificar que cualquier impulso que provoque solamente una descarga atierra, se considera como aguante del aislamiento longitudinal. Pruebas de Impulso por Maniobra del Aislamiento Longitudinal para la Categoría II Un impulso por maniobra de polaridad positiva se aplica a una terminal del aislamiento. Una tensión a frecuencia del sistema se aplica a la otra terminal. La terminal que es aterrizada en servicio, se conecta a tierra durante la prueba. A menos que otra cosa sea especificada, el impulso por maniobra es el valor de la tensión de aguante nominal al impulso por maniobra de fase a tierra multiplicado por el factor de 0.8, mientras que el valor cresta de la tensión a la frecuencia del sistema es igual al valor cresta (Vd) de fase a tierra (𝑽𝒅√𝟐 /√𝟑 ). El impulso es sincronizado de tal forma que su valor cresta ocurra al mismo tiempo del valor cresta negativo de la tensión a frecuencia del sistema. Las tolerancias sobre la sincronización están dadas por IEC 60060-1. En la evaluación de la prueba, cualquier descarga independientemente de su trayectoria, se cuenta como descarga. 7.11 Pruebas de Impulso por Rayo del Aislamiento Longitudinal para la Categoría II Un impulso por rayo se aplica se aplica a una terminal del aislamiento. Una tensión a la frecuencia del sistema se aplica en la otra terminal. La terminal que es aterrizada en servicio, se conecta a tierra durante la prueba. A menos que otra cosa sea especificada el impulso por rayo es la tensión de aguante nominal de impulso por rayo de fase a tierra, mientras que el valor de la tensión cresta a frecuencia del sistema es igual al valor cresta de fase a tierra de Vd ( 𝑽𝒅√𝟐 /√𝟑 ) multiplicando por un factor de 0.7. El impulso se sincroniza de tal forma que su valor cresta ocurra en el mismo tiempo que el valor cresta de polaridad opuesta de la tensión a la frecuencia del sistema. Las tolerancias sobre la sincronización están dadas por IEC 60060-1. En la evaluación de la prueba, cualquier descarga es considerada como descarga, independiente de su trayectoria. Esta prueba también verifica la tensión de aguante nominal de impulso por rayo de fase a tierra de la configuración probada. 800220 Rev. 910731 191028
