Este documento trata sobre la coordinación de la aislación en estaciones eléctricas. Define la aislación como el conjunto de disposiciones para evitar daños a los equipos debido a sobretensiones y localizar descargas de arco de manera segura. Explica que la aislación debe resistir las solicitaciones dieléctricas normales y sobretensiones a las que pueden estar sometidos los equipos. También cubre temas como las definiciones de aislación según normas, las razones para su estudio, las solicitaciones dieléctricas a

1. CORDOBA HERNAN
COORDINACIÓN DE LA AISLACION

2. INTRODUCCIÓN
 Es uno de los aspectos más importantes en
el diseño de estaciones.
 Las fallas más frecuentes son las
ocasionadas por la ruptura dieléctrica de los
medios aislantes.
 Tales niveles de aislación demandarán
mayores costos de instalación, con
incidencia muy significativa

3. Definiciones
 IRAM 2211 (adaptación de la IEC Publication 71/1967):
“Conjunto de disposiciones tomadas:
 con el objeto de evitar daños a los aparatos eléctricos debido
a sobretensiones, y
 para localizar las descargas de arco (cuando no se las puede
evitar económicamente) en los puntos en los cuales no
pueden causar daño.
 Estos objetivos se logran estableciendo una adecuada
correlación entre:
 las condiciones que debe resistir la aislación de los aparatos,
 las sobretensiones a las que pueden estar sometidos en
servicio, y
 las características de los dispositivos de protección contra
sobretensiones”.

4. DEFINICIONES
 IEC Publication 71/1976:
 “Comprende la selección de los niveles de aislación
de aparatos y equipos, y su implementación, en
función de las tensiones que pueden aparecer en la
red a que dichos equipos están destinados, y
tomando en consideración las características de los
dispositivos de protección disponibles, todo ello
realizado de modo que se reduzca a un nivel
aceptable, desde los puntos de vista técnico (de
operación) y económico, la probabilidad de que las
solicitaciones dieléctricas que los equipos han de
soportar deterioren su funcionamiento o afecten la
continuidad de servicio”.

5. Razones
 Tendencia a operar:
 Con mayores transferencias de potencia
 con mayores voltajes nominales de
operación
 Calidad de Servicio.
 Se expresa en términos de la duración y la
frecuencia de las interrupciones de servicio.

6. Aspectos a tener en cuenta
 Determinación de las solicitaciones
dieléctrica.
 Investigar el comportamiento de los
aislamientos bajo tales solicitaciones, en
distintas condiciones ambientales.
 Definir los niveles de aislación adecuados.
 elgrado de confiabilidad requerido
 un riesgo aceptable de falla

7. SOLICITACIONES DIELÉCTRICAS
 Tipos:
 Normales: IEC 71-1 (1976), art. 39 a
En lo concerniente a la tensión de
servicio normal, el aislamiento debe
soportar en forma permanente la
máxima tensión del equipamiento.
Aspectos relevantes
 envejecimiento natural
 condiciones de contaminación

9. SOLICITACIONES DE INTERÉS
 Norma IEC 71-1, artículos 3,4 y 5.
Tensión nominal del sistema
Tensión máxima del sistema
Máxima tensión del equipamiento (Um)
Todas las solicitaciones dieléctricas que el
equipo debe soportar están referidas a
esta Um

10. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU ORIGEN
 Sobretensiones de Origen Externo

11. INCIDENCIA SOBRE LA RED ELÉCTRICA
 Los fenómenos atmosféricos, y
principalmente las caídas de rayos,
producen ondas viajeras, que provocan,
según estadísticas:
  el 26% de las interrupciones en servicio
en líneas de 230 kV
  el 65% de las interrupciones de servicio
en líneas de 345 kV

12. SOBRETENSIONES TRANSITORIAS POR INDUCCIÓN ELECTROSTÁTICA

13. IIMPACTÓ DE RAYOS

15. SOBRETENSIONES DE ORIGEN INTERNO
 Tales sobretensiones se caracterizan por tener:
 Un estado estacionario inicial
 Un estado transitorio intermedio (caracterizado por variaciones
amortiguadas de tensión)
 Un estado estacionario final
 Las causas más importantes que las originan son:
 Energización / reenergización de líneas largas
 Irrupción o supresión abrupta de fallas
 Interrupción de corrientes capacitivas o inductivas
 Desconexión de cargas en el extremo de una línea
larga
 Etc.

16. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA FORMA DE ONDA DE LA SOBRETENSIÓN
 Descargas atmosféricas
 Sobretensiones de maniobra
 Sobretensiones temporarias
 Estacionarias o con variaciones lentas de
amplitud.
 subsiguientes a sobretensiones de maniobra
 por efecto Ferranti
 por autoexcitación de generadores
 De frecuencia industrial
 Ferrorresonancia
 Sobretensiones temporarias continuas

17. Condiciones de Servicio
 Ambientales
 a1) Atmosféricos
 a2) Meteorológicos
 a3) De contaminación
Otros
 Envejecimiento
 Esfuerzos mecánicos
 Impactos
 Calentamiento propio o excesivo del servicio
 Choques térmicos
 etc.

18. REDUCCIÓN Y CONTROL DE LAS SOBRETENSIONES
 Medidas
 Sinfalla de la aislación
 Con falla de la aislación

19. ONDAS NORMALIZADAS
 Comportamiento de los aislamientos frente a
las distintas solicitaciones no es fácil de
inferir.
 Para ello se recurre a pruebas de laboratorio
a escala real, ya sea sobre prototipos o
sobre los equipos completos, para estudiar y
conocer cuál es el comportamiento más
probable del aislamiento frente a las
condiciones operativas esperables.

20. TIPOS
 Sobretensión de impulso atmosférico (IEC Publ. 60, IRAM 2318) (V.
Figura DRF_401.jpg)

21. PARÁMETROS
 tf= tiempo de frente (Rise Time o Front
Time)
 Para ondas de tensión con un tiempo de frente
menor o igual que 30 [ s], es la duración virtual
del frente de onda, en [ s].
 tfv = 1.67 (t0.9 – t0.3) [μseg]
 Para una onda de corriente, se calcula
mediante la expresión:
 Para ondas de tensión con un tiempo de frente
menor o igual que 30 [ s], es la duración virtual
del frente de onda, en [ s].
 tfv = 1.67 (t0.9 – t0.3) [μseg]

22. PARÁMETROS
 Origen convencional de tiempos en una
onda de impulso.
 norma IRAM 2318
 Para ondas de tensión
 Para ondas de corriente ˆ
U
pf
 Pendiente convencional del frente de ondaf
t
 tc = tiempo de cola(Tail Time) = 50 [ s] ± 20%
 U = valor de cresta ( ó valor de pico) = valor
normalizado ± 3%

23. ESPECIFICACIÓN TÍPICA (VALORES CONVENCIONALES)
 Especificación típica (valores
convencionales): 1.2 / 50 [ s].
 Ecuación estándar

24. SOBRETENSIÓN DE IMPULSO DE MANIOBRA (IEC PUBL. 60)
Especificación típica
(valores
convencionales): 250/
2500 [ s]

25. Sobretensiones (AC) de frecuencia industrial
 Sobretensiones continuas (DC)
 Ensayos
 DRF_403.jpg
 La evaluación de un ensayo
 por comparación simple (pasa / no pasa) (“pass/fail”)
 por evaluación de comparación de formas de onda.

27. GENERADORES DE IMPULSOS DE UNA ETAPA
 Frente de Onda
 Como R2 >> R1, que R2 se comporta como
un circuito abierto
C1. C 2
1 R1
C1 C 2

28. GENERADORES DE IMPULSOS DE UNA ETAPA
 Cola de Onda
2 R 2 (C1 C 2)
Parámetros
L (C1 C 2)
R1 2
C1. C 2
T frente T1 0.4 a 0.5
R1
2 a 2.5 veces C 2 2 a 2.5 veces C 2 C2
T2 50 71.4
R2
0.7 (C1 C 2) 0.7 C1 C1

29. GENERADORES DE IMPULSOS DE UNA ETAPA
 Conexión Alternativa

30. RENDIMIENTO DE TENSIÓN DEL GENERADOR
Tensión máxima de impulso
Tensión continua de entrada

31. AISLAMIENTOS
 Tipos
 Según su emplazamiento (IRAM 2211,
Arts. C-6 a C-9)
 Aislación externa: - para exteriores
- para interiores
 Aislación Interna
 Según su comportamiento después de
una descarga disruptiva (IEC 71-1, Arts. 10
– 11)
 Autorregenerativos (“self-restoring insulation”)

32. CURVA CARACTERÍSTICA TENSIÓN – TIEMPO DE UN AISLAMIENTO
 Las solicitaciones se caracterizan por los siguientes
atributos:
 magnitud y polaridad de la tensión aplicada
 duración
 forma de la onda
 número de solicitaciones reiteradas
 frecuencia de repetición
 La ruptura puede presentarse:
 en el frente,
 en la cresta o
 en la cola
 de la onda de impulso de ensayo.

33. CURVA CARACTERÍSTICA U - T FRENTE A ONDAS
DE IMPULSO ATMOSFÉRICAS
GP 51_52.jpg

34. GEOMÉTRICO DE LOS PUNTOS DE LA CURVA
CARACTERÍSTICA
 Sobre el frente de la onda (tramo (a) de la curva de la
Fig. DRF_405.jpg)
 Ocurre cuando las aplicadas >> , trupt < Tcr)

35.  Estadísticamente en el pico de la onda aplicada,
correspondiente a la curva “critical or 50% impulse
flashover voltage” descripta anteriormente, cuyo lugar
geométrico está dado por las coordenadas:
 t = Tcr = Tiempo crítico= Valor de cresta de la curva “critical or
50% impulse flashover voltage” (Fig. DRF_405.jpg), que tiene
lugar cuando t = Tcr = Tiempo crítico
 En la cola de la onda (tramo (b) de la curva de la Fig.
DRF_405.jpg)
 La disrupción ocurre cuando las aplicadas > , siendo
conveniente consignar aquí que cada punto del tramo (b) de la
característica tensión – tiempo está dado por el par (trupt, ),
siendo:
 (de cresta) es la tensión de cresta de la onda aplicada, que ha
debido soportar el aislamiento antes de la ruptura dieléctrica en
la parte descendiente de la misma (cola)
 trupt , que se consigna en el momento de la ruptura dieléctrica,
medido a partir de t = 0. (Ver también Fig. GP_51_52.jpg
(abajo))

36. CARACTERÍSTICA U-T FRENTE A ONDAS DE IMPULSO DE MANIOBRA
 Para tiempos t Tcresta de la onda aplicada, los
valores de la onda cercanos a (de cresta)
varían mucho más “lentamente” (es decir, la
onda de impulso de maniobra es
considerablemente más suave y más “chata”, y
sus valores se mantienen un tiempo suficiente
como para asegurar con certeza la ocurrencia
de una descarga disruptiva completa, si se ha
superado el valor de cresta de tensión crítica de
ruptura correspondiente a la forma de onda
utilizada.

37. LUGAR GEOMÉTRICO DE LOS PUNTOS DE LA
CURVA CARACTERÍSTICA
Fig. JR_06.jpg

38. CARACTERÍSTICA U-T PARA SOLICITACIONES DE
FRECUENCIA INDUSTRIAL
 Para estudiar cómo se comporta un aislamiento
sometido en forma permanente o alternada a
una tensión U de frecuencia industrial (50...60
[hz]), se aplica ésta partiendo de una amplitud 0
(o muy pequeña), y se la va incrementando
rápidamente en amplitud, hasta alcanzar en
unos pocos segundos un valor pre-establecido,
y manteniendo esa solicitación hasta que:
 se produzca una descarga disruptiva, o
alternativamente
 transcurra tanto tiempo que la ocurrencia de la
descarga se pueda razonablemente descartar.

39. Lugar Geométrico de los puntos de la Característica
Fig. JR_07.jpg

40. Característica u-t Compuesta

41. CASOS PARTICULARES DE AISLAMIENTOS
 Transformadores
NK_08_20a.jpg

42. NIVELES DE AISLACIÓN
 Un aislamiento suele especificarse en términos de
niveles de aislación, que son los valores de voltaje que
el aislamiento deberá superar bajo condiciones de
ensayo, para ser considerado apto en la aplicación
prevista.
 Nivel de aislación básico (BIL)
 Es el nivel de aislación a tensiones de impulso de tipo
atmosférico: 1.2 / 50 [ s].
 Este nivel se fija para:
 cada tensión nominal, y
 cada equipo
 Nivel de Aislación a impulsos de Maniobra (SIL)
 Nivel de Aislación a Frecuencia Industrial de Corta
Duración:
 Es el nivel de aislación para ensayos a 50 [hz], durante 1
minuto

43. NORMAS APLICABLES
 IRAM 2211/72: “Coordinación de la aislación
eléctrica”. (Oct. 1972, 12 pág.)
 2211-1 (Mayo 1985): Definiciones, principios y reglas
 2211-2 (Mayo 1988): Guía de Aplicación
 2211-3 (Julio 1988): Principios, reglas y guías de aplicación
 IEC 38 (1975): “I.E.C. Standard Voltages” (5th.
Edition, 1975, 11 pág)
 IEC 71-1 (1976): “Insulation Coordination – Part I:
Terms, definitions, principles and rules” (6th. Edition,
1976, 45 pág)
 IEC 71-2 (1976): “Insulation Coordination – Part II:
Application Guide” (2nd. Edition, 1976, 127 pág)

44. PROCEDIMIENTOS PARA LA COORDINACIÓN DE
AISLAMIENTOS
 Aislamientos en Paralelo

45. PROTECCIÓN CON EXPLOSORES
Figura NK_08_20a.jpg

46. 1ER. CASO
 Pueden darse 3 sub-casos
 Para ondas impulsivas û(de cresta) > Up
 Para ondas cuya û (de cresta) < Up
 Para ondas cuya û(de cresta) = Up
2DO. CASO
Sea una onda (atmosférica o de maniobra) cuyo valor de cresta û (de cresta) ocurre
en Tcr > trp .
En síntesis, para cualquier onda de solicitación tal que:
su magnitud no supere el valor Up, y
su frente de onda no supere la pendiente Up/tp
en el punto de la red considerado,
un dispositivo protector “E” será eficaz frente a ella, si su curva característica V – t
queda a la izquierda de la curva del dispositivo a proteger “A”.

47. PROCEDIMIENTO GENERAL
 Aspectos a considerar
 1°) Para cada equipo, seleccionar la aislación
adecuada para soportar las solicitaciones
previstas. Esto implica coordinar los niveles de
aislación con la solicitaciones, en forma
localizada
 2°) Coordinar los diferentes niveles de aislación
de todos los equipos entre sí, y con los
dispositivos de control y protección, para que:
 elcosto sea mínimo
 se satisfaga la figura de “riesgo de falla” especificado

48. NIVELES NORMALIZADOS DE AISLACIÓN
El cuadro II tiene dos zonas:
- la izquierda, que describe niveles de tensión (5 columnas)
Un = tensión nominal del sistema entre fases
Um = tensión máxima (del sistema) entre fases
Ud = tensión nominal del descargador = máxima tensión efectiva
de protección
Up = nivel de tensión de protección del descargador
- La derecha, que describe las tensiones de ensayo, para distintos equipos de
potencia, para los ensayos de:
frecuencia industrial (50 hz) de corta duración (1’)
impulso
Cuadro III: tiene 5 columnas:
- Um = máxima tensión eficaz del equipamiento (tensión compuesta, o de
línea)
- Ub fase = Tensión Base de fase = Um . ( 2 / 3) = valor pico (* 2) de la
tensión de fase (/ 3) cuya tensión de línea es Um. (Se utiliza para expresar
las tensiones en p.u.)
- Umáx maniobra (para impulsos de maniobra) = k [p.u.] * Ub fase
donde k define valores de ensayo (mínimos, máximos) a través de
coeficientes [p.u.], referidos al valor de Umáx.
- R = razón [p.u.] entre valores de la 3ª. y 5ª. columna. Son siempre mayores
que 1.
- Umáx. atmósferica (para impulsos atmosféricos)

49. COMPLEJIDAD DE LOS DISTINTOS ENFOQUES

50. CON RESPECTO AL TIPO DE SOLICITACIÓN
 La Figura 10 ilustra:
 en las abscisas, la tensión nominal del sistema (en
[kV])
 en las ordenadas, el nivel de las solicitaciones, según
su tipo (en [kV])
 Curva A: Ub fase (v. Cuadro III) para tensiones de
frecuencia industrial
 Curva B: U máx por sobretensiones atmosféricas (600
kV)
 Curva C: A + B
 Curva D: U máx por sobretensiones de maniobra = k *
A

51. CON RESPECTO A LAS DISTANCIAS DISRUPTIVAS EN AIRE

52. CON RESPECTO A LA INVERSIÓN EN AISLACIÓN
 En síntesis, de lo dicho, resultaría entonces
perfectamente justificable emplear dispositivos de control
y reducción de sobretensiones de maniobra hasta niveles
cercanos a 1.5 [p.u.]
 Al hacer esto, uno se aproxima a los valores de las
máximas sobretensiones temporarias a 50 hz, que
imponen restricciones a la aplicación de descargadores
como dispositivos de protección.
 El problema se torna complejo si se debe tener en cuenta
el problema de contaminación superficial de las
aislaciones externas del aislamiento, que puede exigir
una dr mayor que la dr necesaria para afrontar las
sobretensiones de maniobra.

53. Para los aislamientos no auto-regenerativos, se calcula:
5, 6  BIL 1.25 · Up del descargador
(1.25 = factor de seguridad)
4  BSIL (según respuesta de los descargadores a las sobretensiones de maniobra)
3  NAIM para las sobretensiones temporarias
GUÍA PARA LA COORDINACIÓN DE LA AISLACIÓN EN EAT
7
-
-
Punto de decisión:
Si los aislamientos son muy costosos, volver al punto 2 y replantear la estructura y/o los valores operativos de
referencia de la red (procedimiento eventualmente recursivo, por aproximaciones sucesivas)
Bloque Tarea a realizar
1 Determinación de la Tensión de servicio
Una vez determinado el punto 7, con todas sus eventuales recursividades:
Para los aislamientos auto-regenerativos:
2 -Determinación deBIL, ya características estructurales no se evalúa aquí la de la red
Aquí no se les calcula las que no llevan descargadores asociados.  y operativas influencia de las
(conectividad, valores de tensiones deareferencia en los nodos, etc)
descargas atmosféricas, sino más adelante (v. Bloques 9 12)
- 4, 5, 6  BSIL, según las máximas sobretensiones de maniobra esperables (fseguridad: entre 1.15 y 1.25)
83 -Cálculo de sobretensiones temporarias
NAIM mínimo, superior a las sobretensiones temporarias
- Punto de decisión:
4 Cálculo aislamientos auto-regenerativosde maniobra al punto 2 y replantear estructura y valores operativos
Si los
de sobretensiones son muy caros, volver
Condela referencia de recursivo),los resultados de calcularse adopta un nivel de
referencia (procedimiento 2. y recalculando 4 y volviendo a 3., 8.
5 aislación general (para todos los equipos – autorregenerativos o no – del
9
sistema)
Determinación de las características de las descargas atmosféricas en la zona geográfica de la instalación
3, 5  se eligen los descargadores de sobretensiones. Su Vnominal debe
Determinación de
-serResistencia de p.a.t. de torres y estructuras máximas sobretensiones temporarias.
ligeramente superior a las
- Cable de guardia
10 -- Se adopta el número, asignación y posición de los descargadores
BIL de las líneas
6 -
-
Disposición de los aparatos en la subestación aislamientos no auto-regenerativos.
destinados a proteger a los
Cualquier otro dato que sea relevante
9, 10  Cálculo de sobretensiones protección obtenido, vg. la magnitud (en kV) a la que
- Se fija el nivel de atmosféricas (kV) sobre los aislamientos auto-regenerativos (no protegidos):
11
quedan reducidas las máximas sobretensiones atmosféricas por
Se elige el BIL de los aislamientos auto-regenerativos
- acción de los descargadores
Puntos de decisión:
1) Con respecto a los niveles de aislación
Si el BIL es suficiente, y
12 El NAIM elegido (en 8) anteriormente es compatible
 FIN
2) Con respecto al costo
Si es demasiado oneroso, volver a 10, y replantear algunas
características de la instalación

54. FIN
 CORDOBA HERNAN
 JOSE LUIS MONTERO