Que é a Coordinación de Aillamento no Sistema Eléctrico

Que é a Coordinación de Aislamento no Sistema Eléctrico?

Definición da Coordinación de Aislamento

A coordinación de aislamento é a disposición estratégica do aislamento eléctrico para minimizar os danos no sistema e asegurar reparacións fáciles en caso de fallo.

Voltaxes do Sistema

Comprender as voltaxes nominais e máximas do sistema é crucial para deseñar o aislamento dun sistema eléctrico capaz de manexar diferentes condicións operativas.

Voltaxe Nominal do Sistema

A Voltaxe Nominal do Sistema é a voltaxe entre fases do sistema para o que se diseña normalmente. Como por exemplo, sistemas de 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Voltaxe Máxima do Sistema

A Voltaxe Máxima do Sistema é a voltaxe de frecuencia de potencia máxima permitida que pode ocorrer durante un período prolongado en condicións de carga nula ou baixa. Tamén se mide entre fases.

A lista de diferentes voltaxes nominais do sistema e as súas correspondentes voltaxes máximas do sistema aparecen a continuación como referencia,

NB – Observase na táboa anterior que xeralmente a voltaxe máxima do sistema é o 110 % da voltaxe nominal correspondente ata un nivel de voltaxe de 220 kV, e para 400 kV e superiores é o 105 %.

Factor de Aterramento

Este é a relación entre a maior voltaxe RMS fase a terra de frecuencia de potencia nunha fase sana durante un fallo a terra e a voltaxe RMS fase a fase de frecuencia de potencia que se obtería na localización seleccionada sen o fallo.

Esta relación caracteriza, en termos xerais, as condicións de aterramento dun sistema desde a localización de fallo seleccionada.

Sistema Eficientemente Aterrado

Un sistema dise eficientemente aterrado se o factor de aterramento non excede o 80 % e non eficientemente aterrado se o fai.

O factor de aterramento é do 100 % para un sistema con neutro aislado, mentres que é do 57,7 % (1/√3 = 0,577) para un sistema aterrado sólidamente.

Nivel de Aislamento

Todo equipamento eléctrico debe sufrir diferentes situacións de sobretensión transitoria anómala en diferentes momentos durante o seu período de servizo total. O equipamento pode ter que resistir impulsos de raio, impulsos de comutación e/ou sobretensiones de frecuencia de potencia de corta duración. Dependendo do nivel máximo de impulsos de tensión e sobretensiones de frecuencia de potencia de corta duración que un compoñente do sistema eléctrico pode resistir, determinase o nivel de aislamento do sistema de alta tensión.

Ao determinar o nivel de aislamento do sistema cunha clasificación inferior a 300 kV, consideranse a tensión de impulso de raio de resistencia e a tensión de frecuencia de potencia de corta duración de resistencia. Para equipos cunha clasificación igual ou superior a 300 kV, consideranse a tensión de impulso de comutación de resistencia e a tensión de frecuencia de potencia de corta duración de resistencia.

Tensión de Impulso de Raio

As perturbacións do sistema debido ao raio natural, poden representarse por tres formas de onda básicas diferentes. Se unha tensión de impulso de raio viaxa algúns metros ao longo da liña de transmisión antes de chegar a un aislante, a forma da onda aproxímase á onda completa, e esta onda denomínase onda 1,2/50. Se durante o viaxe, a onda de perturbación de raio causa un flashover a través dun aislante, a forma da onda convértese nunha onda cortada. Se un golpe de raio atopa directamente no aislante, a tensión de impulso de raio pode aumentar de forma brusca ata que se alivie polo flashover, causando un colapso brusco e moi rápido na tensión. Estas tres ondas son bastante diferentes en duración e forma.

Impulso de Comutación

Durante a operación de comutación pode aparecer unha tensión unipolar no sistema. A forma de onda da cual pode ser periódicamente amortiguada ou oscilante. A forma de onda de impulso de comutación ten un fronte escarpado e unha cola oscilante e amortiguada longa.

Tensión de Resistencia de Frecuencia de Potencia de Corta Duración

A tensión de resistencia de frecuencia de potencia de corta duración é o valor RMS prescrito de tensión sinusoidal de frecuencia de potencia que o equipamento eléctrico debe resistir durante un período específico de tempo, normalmente 60 segundos.

Dispositivos Protexidos

Os dispositivos protexidos contra sobretensión, como os pararrayos, están deseñados para resistir un certo nivel de sobretensión transitoria máis allá do cal os dispositivos drenan a enerxía do impulso ao chan e, polo tanto, mantén o nivel de sobretensión transitoria ata un nivel específico. Así, a sobretensión transitoria non pode exceder ese nivel. O nivel de protección dos dispositivos protexidos contra sobretensión é o valor pico de tensión máis alto que non debe superarse nos terminais dos dispositivos protexidos contra sobretensión cando se aplican impulsos de comutación e impulsos de raio.

Uso de Cable de Protección ou Cable de Terra

Os sobresaltos de raio nas liñas de transmisión aéreas poden resultar de descargas directas de raio. Instalar un cable de protección ou cable de terra sobre o conductor superior a unha altura adecuada pode protexer estas liñas. Se este cable de protección está correctamente conectado á torre de transmisión e a torre está ben aterrada, pode prevenir descargas directas de raio en calquera conductor dentro do ángulo protector do cable de terra. Os cables de protección tamén protexen subestacións eléctricas e o seu equipo de raios.

Método Convencional de Coordinación de Aislamento

Como se discutió, os compoñentes dun sistema eléctrico de potencia poden experimentar niveis variables de estrés de tensión transitoria, incluíndo tensións de impulso de comutación e de raio. Usar dispositivos protexidos como pararrayos pode limitar a amplitud máxima destas sobretensiones transitorias. Mantendo os niveis de aislamento por encima do nivel de protección dos dispositivos protexidos, minimízase a probabilidade de rotura do aislamento. Isto asegura que calquera sobretensión transitoria que chegue ao aislamento estea dentro dos límites seguros estabelecidos polo nivel de protección.

Xeralmente, o nivel de aislamento de impulso establecése entre o 15 e o 25 % por riba do nivel de tensión de protección dos dispositivos protexidos.

Métodos Estatísticos de Coordinación de Aislamento

A maiores voltaxes de transmisión, a lonxitude das cadeas de aisladores e a distancia no aire non aumentan linearmente coa voltaxe, pero aproximadamente a V1,6. O número necesario de discos de aislador en cadeas de suspensión para diferentes sobretensiones móstrase a continuación. Observase que o aumento no número de discos é só lixeiro para o sistema de 220 kV, co aumento do factor de sobretensión de 2 a 3,5, pero hai un aumento rápido no sistema de 750 kV. Así, mentres que pode ser economicamente factible protexer as liñas de menor voltaxe ata un factor de sobretensión de 3,5 (por exemplo), definitivamente non é economicamente factible ter un factor de sobretensión superior a uns 2 a 2,5 nas liñas de maior voltaxe. Nos sistemas de maior voltaxe, son as sobretensiones de comutación as que predominan. No entanto, estas poden controlarse cun deseño adecuado dos dispositivos de comutación.

Eficiencia Económica

A coordinación de aislamento debe equilibrar os requisitos técnicos coa viabilidade económica, especialmente a maiores niveis de voltaxe.