Tema i. zoraileth

Fecha: 27/11/2013
Tema I. Conceptos Básicos Requeridos
Para El Diseño De Subestaciones
Eléctricas.
AUTOR: CAMPO Zoraileth.
C.I. 19.621308
PUERTO ORDAZ.
NOVIEMBRE DEL 2013

Conceptos Básicos requeridos para el diseño de
subestaciones eléctricas.
Noviembre del 2013.
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ÍNDICE GENERAL.
ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................................... 3
Nivel De Aislamiento..................................................................................................... 4
Nivel 1:............................................................................................................... 8
Nivel 2................................................................................................................ 8
Nivel 3................................................................................................................ 9
Nivel Básico De Impulso (BIL). ..................................................................................... 9
Descargas Parciales (PD)............................................................................................11
Tipo de descargas parciales........................................................................................12
Descarga parcial externa (corona): ..................................................................12
Descargas parciales superficiales ....................................................................12
Descarga interna...............................................................................................13
Medida y detección de las descargas parciales..........................................................14
Tensiones transitorias a tierra (TEV)................................................................15
Medidas ultrasónicas........................................................................................15
Detección del campo electromagnético:...........................................................15
Consecuencias de las descargas parciales................................................................16
Coordinación De Aislamiento.......................................................................................17
Método convencional de coordinación de aislamiento ............................................19
Métodos estadísticos de Coordinación de aislamiento ...........................................19
Corrientes De Diseño De Una Subestación............................................................20
Corriente nominal...................................................................................................20
Corriente de cortocircuito.....................................................................................21
Cálculo de la corriente de cortocircuito ................................................................21
Características de los cortocircuitos.....................................................................24
Consecuencias de los cortocircuitos....................................................................26

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Cálculo de las Icc por el método de las impedancias. ............................................27
Cortocircuito trifásico............................................................................................27
Cortocircuito a tierra (monofásico o bifásico):......................................................29
Cortocircuito monofásico aislado:.........................................................................29
Cortocircuito bifásico aislado:...............................................................................29

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ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura N° 1. Nivel de Aislamiento................................................................................. 4
Figura N° 2. Picos de tensión de 1,5 por 4,0 ciclos de onda ....................................... 5
Figura N° 3. (0). Características de descarga disruptiva en pararrayos...................... 7
Figura N° 4. Diagrama que muestra el nivel de aislamiento básico (BIL) y la
coordinación de aislamiento ......................................................................................... 8
Figura N° 5. Nivel de aislamiento de referencia..........................................................10
Figura N° 6. Descarga parcial externa (corona)..........................................................12
Figura N° 7. Descargas parciales superficiales...........................................................13
Figura N° 8. Descarga Interna .....................................................................................14
Figura N° 9 Curva (V vs T) utilizada para la coordinación de aislamiento .................19
Figura N° 10. . Número requerido de discos aislantes en diferentes voltajes............20
Figura N° 11. Procedimiento para cálculo de corriente de cortocircuito (Icc) de una
instalación.....................................................................................................................22
Figura N° 12. Características I2t de un conductor en función de la temperatura
ambiente. (1, 2 representan el valor eficaz de la corriente en el conductor; I2 es el
límite de corriente admisible en régimen permanente). ..............................................24
Figura N° 13.Protección de un circuito por interruptor automático.............................24
Figura N° 14. . Diferentes cortocircuitos y sus corrientes...........................................25
Figura N° 15. Presentación de los dos casos extremos de una corriente de
cortocircuito..................................................................................................................27
Figura N° 16. Diferentes corrientes de cortocircuito. ..................................................28

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Nivel De Aislamiento.
Los Niveles de aislamiento son diseñados para soportar sobretensiones,
en vez de voltajes de funcionamiento únicamente normales. Dado que las
líneas y equipos de aislamiento están protegidos por pararrayos que drenan
las sobretensiones rápidamente antes de que en el aislamiento se produzca
un daño, este debe operar por debajo del nivel de aislamiento mínimo que
debe soportar para sobretensiones.
Un ejemplo se muestra en la Figura N°1 a continuación:
El nivel mínimo se conoce como el nivel de aislamiento básico (BIL) que
debe estar asociado a todos los componentes de un sistema.
Figura N° 1. Nivel de Aislamiento.
Los valores de aislamiento por encima de este nivel para las líneas y
equipos en un sistema deberán estar coordinados con los dispositivos de

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protección específicos funcionando satisfactoriamente por debajo de ese
nivel mínimo.
A pesar de que la tensión pico puede ser considerablemente mayor que
el voltaje normal, la tensión en el aislamiento puede existir sólo durante un
período muy corto de tiempo.
La figura N°2 muestra, los picos de tensión de 1,5 por 4,0 Ciclo de onda,
la porción de pendiente muy pronunciada se llama “frente de onda” y la parte
de la cola es el “retroceso de onda”.
Figura N° 2. Picos de tensión de 1,5 por 4,0 ciclos de onda
Los niveles de aislamiento recomendados para un número de clases de
tensión se enumeran en la Tabla 1. A medida que las tensiones de
alimentación se vuelven más altas, el efecto de una sobretensión disminuye;
por lo tanto, la relación de la BIL a la clase de tensión disminuye a medida
que los últimos aumentan.

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Nivel de aislamiento básico, KV
(estándar de 1,5 x 40 µs de onda)
Clase de tensión (Kv) Clase de distribución
Clase de potencia (estación,
líneas de transmisión)
1.2 30 45
2.5 45 60
5.0 60 75
8.7 75 95
15 95 110
23 110 150
34.5 150 200
46 200 250
69 250 350
* Para valores actuales recomendados en la industria, consulte la última versión del
Código Nacional de Seguridad Eléctrica.
Tabla N°1. Valores típicos de Niveles de Aislamiento Básico.
Los niveles de aislamiento en áreas o redes de distribución son menores
que los niveles en una subestación y/o en líneas de transmisión, así como
en los artefactos y/o equipos de uso residencial o industrial, de modo que si
un resultado es insuficiente, será el sistema de distribución donde las
interrupciones a los consumidores son limitados y la utilidad mejor equipados
para manejar este tipo de errores.
Las características de aislamiento de línea y de equipos deben estar a un
nivel de tensión superior a aquella en las que el pararrayos comienza a
despejar a tierra, y una diferencia de voltaje suficiente entre los dos debe
existir.
Las características de los distintos tipos de pararrayos se muestran en
las curvas de la Figura N°3.

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Figura N° 3. (0). Características de descarga disruptiva en pararrayos.
*Tensión critica Disruptiva: Es la tensión a la que el campo en la superficie
del conductor excede la rigidez dieléctrica de aire y comienza el efecto
corona. Existe también una tensión crítica visual, superior a la tensión crítica
disruptiva, a partir de la cual el efecto corona se hace visible.
El nivel de impulso de las líneas y equipos, otra definición relevante,
debe ser lo suficientemente alto para que los pararrayos puedan
proporcionar protección, pero lo suficientemente bajo como para ser
económicamente práctico.
Como existen una serie de dispositivos de protección, los cuales han sido
mencionados anteriormente, cada uno con características propias, las
características de todos estos deben ser coordinadas para el funcionamiento
y la protección adecuada.
El aislamiento asociado a las distintas partes del equipo no sólo debe
soportar la tensión de funcionamiento normal de equipo, sino también
soportar los picos de tensión más altos que pueden encontrar un camino a
través del equipo.

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El aislamiento más débil debe ser, más débil por un margen determinado
que la de los equipos principales que está protegiendo, tal disposición
coordinada restringe daños no sólo a las principales partes del equipo, sino
que aun así restringe en menor medida los daños producidos a las piezas
más accesibles para su reparación o reemplazo.
Figura N° 4. Diagrama que muestra el nivel de aislamiento básico (BIL) y
la coordinación de aislamiento
Para diferenciar los niveles de aislamiento se procede a una clasificación
para numerar los diferentes niveles:
Nivel 1: llamado también nivel alto. Se utiliza en los aislamientos, no
auto recuperable (sin contacto con el aire), de aparatos como:
transformadores, cables o interruptores.
Nivel 2: llamado también nivel medio o de seguridad. Está constituido
por el nivel de aislamiento auto recuperable de las partes vivas de los
diferentes equipos, que están en contacto con el aire.

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Nivel 3: llamado también nivel bajo o de protección. Está constituido
por el nivel de tensión de operación de los explosores de los
pararrayos de protección.
Nivel Básico De Impulso (BIL).
También es conocido como Voltaje Nominal Tolerable de Impulso por
Rayos o también llamado Nivel Básico de Aislamiento. Es el gradiente de
aislamiento dieléctrico de un material, para resistir el esfuerzo de tensión a
una tensión aplicada entre el material y una superficie conductora más allá
de la calificación de BIL, un seguimiento eléctrico comienza a ocurrir que dar
lugar a una descarga disruptiva y formación de arcos en la superficie
conductora, como un rayo sin causar daño en el equipo. Además, es la
capacidad de un material para resistir la tensión mecánica.
Los pararrayos instalados en la línea pueden mitigar el aumento, sin
embargo, no pueden eliminar totalmente las subidas de tensión, que también
pueden ser creadas por la conmutación de los interruptores y conmutadores.
El BIL indica la capacidad de los equipos para soportar estos
sobretensiones pesadas, también incluye la capacidad de frecuencia de
Sobretensiones (tanto impulso tipo rayo y el Impulso de conmutación). Para
zonas que se encuentran a menos de 1000 m sobre el nivel del mar se debe
escoger el valor adecuado del BIL de la tabla 2, de acuerdo a los niveles de
voltaje nominales de los sistemas.
En los casos en que la instalación se encuentre a más de 1000 metros
de altura sobre el nivel del mar, se debe hacer una corrección del BIL.

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Columna 1 Columna 2 Columna 3
Nivel de voltaje del
sistema (Kv)
Niveles básicos de aislamiento
estándares (Kv)
Aislamiento reducido
(Kv)
1.2 30* 45ϯ …
2.5 45* 60ϯ …
5.0 60* 75ϯ …
8.7 75* 95ϯ …
15 95* 110ϯ …
23 150 …
34.5 200 …
46 250 ….
69 350 …
92 450 …
115 550 450
161 750 650
196 900 …
230 1050 900
287 1300 …
345 1550 …
Tabla N°2. Niveles básicos de aislamientos.
La figura N°5 mostrada continuación muestra el nivel de aislamiento de
referencia expresado como una cresta de impulso (o pico) con una tensión
de onda normal no mayor a un 50 por 1,2 microsegundos de onda. Una onda
con estas características, significa que el impulso toma 1,2 microsegundos
para alcanzar el pico y luego decae a 50% del pico en 50 microsegundos.
Figura N° 5. Nivel de aislamiento de referencia

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El "nivel de protección" proveniente de pararrayos, se establece de una
manera similar al "nivel de aislamiento", la diferencia fundamental es que el
aislamiento de los dispositivos de protección (pararrayos) no debe soportar la
tensión aplicada.
Descargas Parciales (PD).
En ingeniería eléctrica, una descarga parcial es un fenómeno de ruptura
eléctrica que está confinado y localizado en la región de un medio aislante,
entre dos conductores sometidos a condiciones de estrés de alta tensión
estando a diferente potencial.
Las descargas parciales se definen en la norma IEC 60270 como:
La ubicación de una descarga puede ser la consecuencia de un aumento
del campo eléctrico en un espacio determinado, relativamente pequeño, en
comparación con las dimensiones del medio aislante. El aumento del campo
puede deberse a cambios bruscos en la naturaleza del aislante, que pueden
ser provocado por espacios de gas entre las superficies de un aislante con
un conductor o con otro aislante.
Una descarga de tipo PD puede dañar el material de aislamiento
circundante por la erosión del aislamiento. Además, los gases corrosivos
emitidos por una fuente de descargas de tipo PD pueden producir daños
adicionales al aislamiento circundante y a las piezas metálicas, estableciendo
zonas adicionales sujetas a descargas de tipo PD. A la larga, el medio
aislante puede fallar incendiándose, y esta, a su vez, daños en los aparatos
eléctricos, interrupciones del suministro eléctrico, incendios y explosiones.
"Descargas eléctricas localizadas en los puentes de aislamiento
entre los conductores y que puede o no ocurrir en las adyacencias
de un conductor. Las descargas parciales son, en general, una
consecuencia de la concentración de esfuerzos eléctricos en el
aislamiento o en la superficie del aislamiento. Generalmente,
dichas descargas aparecen como impulsos que tienen una
duración de mucho menos de 1 ms”.

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Tipo de descargas parciales.
Para un mejor entendimiento de este fenómeno es útil, dividir las
descargas parciales en tres categorías, mostradas a continuación.
 Descarga parcial externa (corona): Es la descarga que se produce en
el aire o el gas que rodea un conductor. Se produce cuando el campo
eléctrico localizado, a través del conductor, excede la tensión de
ruptura del aire o el gas circundante. Esto ocurre típicamente en las
puntas o en los bordes afilados de los conductores. En particular, es
muy común en equipos de exteriores.
Estas pueden considerarse relativamente inofensiva en equipos de
exteriores, ya que los gases corrosivos son eliminados o transportados
lejos por los efectos meteorológicos. Sin embargo, si la descarga en
corona tiene lugar en un entorno cerrado, los gases corrosivos no
tienen salida y pueden producir daños adicionales.
Figura N° 6. Descarga parcial externa (corona).
 Descargas parciales superficiales: Es la que se produce o se genera
en la superficie de un aislador; su resultado más típico es la
generación de pistas de conducción en la superficie del aislador y la
reducción de su eficacia. Está estrechamente asociada a la
contaminación y la humedad, es una forma de descarga parcial
relativamente común.
La descarga superficial es particularmente dañina en aislantes
encapsulados en resina o poliméricos. Si no se detectan y reparan, los
puntos de descarga crecen y pueden llegar a incendiarse. Es también

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posible que se formen grietas en el esmalte de los aisladores de
porcelana y la cerámica que contienen resulte dañada.
Si la causa de la descarga superficial es la contaminación y aquella se
detecta a tiempo, a veces es posible limpiar los aisladores de vidrio o
porcelana antes de que se produzcan daños a largo plazo.
Figura N° 7. Descargas parciales superficiales
 Descarga interna: Es un tipo de descarga que se produce en el interior
del material o líquido aislante y está asociada a pequeñas cavidades
huecas, a menudo microscópicas en un principio, existentes en el
interior del aislador sólido o líquido. Es una forma relativamente poco
frecuente de descarga parcial.
La descarga interna es la más difícil de diagnosticar en campo, ya que
el problema no presenta síntomas visibles o audibles. Sin embargo, si
no se repara y llega a incendiarse, no existirá una vía de escape para
la liberación de la energía calorífica, de rápida emisión, y el aislador
podría explotar.

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Figura N° 8. Descarga Interna
Medida y detección de las descargas parciales.
Al momento de iniciarse una descarga parcial aparecen pulsos
transitorios de corriente de alta frecuencia cuya duración oscila entre los
pocos nanosegundos y el microsegundo, luego desaparecen y vuelven a
aparecer repetidamente. Las corrientes procedentes de descargas de tipo
PD son difíciles de medir a causa de su pequeña magnitud y corta duración.
El evento puede detectarse como un cambio muy pequeño en la corriente
consumida por la muestra sometida a prueba.
Uno de los métodos que permiten medir tales corrientes es colocar una
pequeña resistencia de medida de corriente en serie con la muestra, y ver en
un osciloscopio la tensión generada utilizando un cable coaxial del calibre
adecuado. La salida de esta prueba se detecta generalmente como un
cambio en la carga.
Las medidas que describe la norma IEC son ideales para medidas de
laboratorio, en las que el sistema puesto a prueba se puede alimentar con
una fuente de laboratorio limpia, se dispone de accesorios de prueba y el
sistema se sitúa en el interior de una jaula de Faraday. Las medidas de
campo no pueden realizarse con una jaula de Faraday y la fuente de
alimentación suele distar mucho de una fuente ideal en tales casos. Son
medidas expuestas a ruido y, en consecuencia, menos sensibles.

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Existen, no obstante, otros métodos que permiten realizar medidas en
campo y, aunque no resultan tan sensibles como las medidas que describe la
norma IEC, son notablemente más apropiados. Las medidas en campo
deben ser, por necesidad, rápidas, seguras y sencillas si están destinadas a
su aplicación por propietarios y operadores de equipos de media tensión
(MT) y alta tensión (AT).
 Tensiones transitorias a tierra (TEV): Son picos de tensión inducidos
en la superficie de las piezas metálicas circundantes. Estos se
producen porque la descarga parcial crea picos de corriente en el
conductor y, por tanto, también en las piezas metálicas conectadas a
tierra situadas en las proximidades del conductor. Los pulsos TEV
están repletos de componentes de alta frecuencia, como resultado de
lo cual el conjunto metálico del sistema conectado a tierra presenta
una considerable impedancia a tierra. Es el origen de los picos de
tensión. Estos permanecen en la superficie de las piezas metálicas
circundantes (hasta una profundidad de 0,5 micras en acero dulce a
100 MHz) y forman lazos de corriente alrededor de la superficie
exterior allí donde exista una discontinuidad en la estructura metálica.
Existe un efecto secundario por el que las ondas electromagnéticas
generadas por la descarga parcial generan también picos TEV en las
piezas metálicas circundantes, actuando tales piezas metálicas como
una antena.
Los picos TEV son fenómenos muy útiles para detectar y medir
descargas parciales, ya que pueden detectarse sin efectuar
conexiones eléctricas ni retirar ningún panel.
 Medidas ultrasónicas: Se basan en el hecho de que una descarga
parcial emite ondas sonoras. La banda de frecuencia de las emisiones
suele centrarse en 40 kHz, pero se extiende hasta el área audible en
el caso de descargas extremadamente perjudiciales. Las descargas
internas no emiten ultrasonidos. La utilidad de la detección ultrasónica
está, por tanto, restringida a descargas superficiales y descargas en
corona.
 Detección del campo electromagnético: Permite captar las ondas de
radio generadas por la descarga parcial. Como ya se ha indicado
anteriormente, las ondas de radio pueden generar picos TEV en la
estructura metálica circundante. Puede lograrse una mayor

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sensibilidad de medida, especialmente a mayores tensiones,
utilizando antenas UHF* integradas o antenas externas montadas en
separadores aislantes instalados en la estructura metálica circundante.
*Antenas amplificadoras de señal.
Consecuencias de las descargas parciales.
Las descargas parciales tienen efectos perjudiciales sobre el medio en
que se producen. En medio sólido o líquido producen una degradación lenta
pero continuada, que termina por la ruptura eléctrica del material aislante. En
medio gaseoso, como el aire, las descargas parciales producen el conocido
efecto corona que es un fenómeno que produce luz, ruido y ozono. Estas
consecuencias se pueden apreciar directamente por los sentidos humanos
(vista, oído y olfato).
Sin embargo existen otras consecuencias que no son detectables a
simple vista como:
 Generación de radiaciones ultravioletas.
 Oxígeno en forma de ozono con alto poder oxidante.
 Generación de calor.
 Perdidas de potencia.
 Erosión mecánica de las superficies que son bombardeadas
iónicamente.
 Interferencias con las ondas de radio.
Cabe destacar que no todos los efectos son perjudiciales, ya que estas
consecuencias se han usado para el desarrollo importantes productos en
xerografía e iluminación.

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Coordinación De Aislamiento.
Se denomina coordinación de aislamiento de una instalación eléctrica, al
ordenamiento de los niveles de aislamiento de los diferentes equipos, de tal
manera que al presentarse una onda de sobretensión, ésta se descargue a
través del elemento adecuado, sin producir arcos eléctricos ni daños a los
equipos adyacentes.
Es un conjunto de disposiciones tomadas con el objeto de evitar daños a
los aparatos eléctricos debido a las 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 aparatos, las sobretensiones a que pueden estar
sometidos en servicio y las características de los dispositivos de protección
contra sobretensiones.
La coordinación de aislamiento compara las características de operación
de un pararrayos, dadas por sus curvas tensión-tiempo, contra las
características de respuesta del aislamiento del equipo a proteger, dadas
también por sus propias curvas tensión-tiempo. Dicho de otra forma, la
coordinación de aislamiento se refiere a la correlación entre los esfuerzos
dieléctricos aplicados y los esfuerzos dieléctricos resistentes.
La recomendación IEC Publicación 60071-1 de 1976 define:
“La coordinación de los aislamientos 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 dicho 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, es decir de
operación y económico, la probabilidad de que las solicitaciones
dieléctricas que los equipos han de soportar deterioren su
aislamiento o afecten la continuidad del servicio”.

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Con relación a los intervalos entre los niveles de tensión, se considera
que la diferencia entre los niveles medio y alto puede ser entre 0 y 25%. La
diferencia entre los niveles medio y bajo (pararrayos) parece ser suficiente
con un 15%. Sin embargo, como los pararrayos pueden estar instalados a
una distancia algo mayor que la debida a los aparatos a proteger, las
sobretensiones que llegan a estos aparatos pueden ser ligeramente
superiores a las de operación del pararrayos. Por lo tanto, es conveniente
también, fijar una diferencia de 25% entre estos dos últimos niveles.
Éstas pueden tener procedencias diferentes:
 Externa: La debida a descargas atmosféricas (rayos), es la de mayor
importancia en instalaciones eléctricas con tensiones nominales
inferiores a 300 kV.
 Interna: La debida a maniobras de interruptores. Ésta es la de mayor
importancia en las instalaciones eléctricas con tensiones nominales
superiores a 330 kV.
El problema de la coordinación de los aislamientos confluyen tres
aspectos:
a) Determinar las solicitaciones dieléctricas a la que cada aparato o
instalación del sistema estará sometido durante su vida útil en
servicio, tomando debidamente en cuenta los dispositivos
especiales de protección que pudieran modificarlas.
b) Investigan el comportamiento de los aisladores que integran el
sistema frente a las solicitaciones dieléctricas que deberán soportar,
teniendo en cuenta las condiciones ambientales o de servicio
particulares que pudieran presentarse y que influyen sobre dicho
comportamiento.
c) Definir, en base al conocimiento de las solicitaciones y de las
características de los aislamientos, los niveles de aislación
adecuados para estos últimos, ajustándose al criterio técnico –
económico impuesto por el grado de confiabilidad requerido y el
riego de falla aceptable.

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Método convencional de coordinación de aislamiento
Como ya comentamos anteriormente un componente del sistema de
energía eléctrica puede sufrir diferentes niveles de esfuerzos de tensión
transitoria, el cambio de tensión de choque y la tensión de impulso tipo rayo.
La amplitud máxima de sobretensiones transitorias que puede llegar a los
componentes, se puede limitar con un dispositivo de protección como
pararrayos en el sistema. Si se mantiene el nivel de aislamiento de todos los
componentes del sistema de potencia por encima del nivel de protección de
los dispositivos de protección, idealmente no habrá ninguna posibilidad de
ruptura del aislamiento de cualquier componente.
En general, el nivel de aislamiento de impulso se establece de 15 a 25 %
por encima de la tensión de nivel de protección de los dispositivos de
protección.
Figura N° 9 Curva (V vs T) utilizada para la coordinación de aislamiento
Métodos estadísticos de Coordinación de aislamiento
A tensiones de transmisión más altas, la longitud de las cadenas de
aisladores y la holgura en el aire no aumentan linealmente con la tensión. A

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continuación se muestra el número necesario de discos aislantes en las
cuerdas de suspensión para diferentes voltajes. Se ve que el aumento en el
número de disco es sólo ligero para el sistema de 220kV, con el aumento en
el factor de tensión de más de 2 a 3,5, pero que hay un rápido aumento en el
sistema de 750kV. En las redes de alta tensión, que es la conmutación de
voltajes que es mas predominante. Sin embargo, éstas pueden ser
controladas por el diseño adecuado de los dispositivos de conmutación.
Figura N° 10. . Número requerido de discos aislantes en diferentes
voltajes
Corrientes De Diseño De Una Subestación.
.
Corriente nominal.
Corriente para la que ha sido diseñado el relé. La corriente nominal se
calcula de acuerdo a la potencia nominal que se instalará en la subestación
siguiendo la siguiente fórmula:
𝐼 =
𝑃
(𝐾 ó 𝑉)
En donde:

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𝐼 = La corriente nominal (Amp.).
𝑃 = La carga total a instalar (VA).
𝑉 = El nivel de tensión de trabajo de línea a línea (Volts).
K0 = 1 Sistema monofásico.
k0 = √3 Sistema trifásico.
La cual debe ser calculada aguas arriba y aguas debajo del
transformador.
Corriente de cortocircuito.
Se dice de la Sobre corriente causada por contacto directo, de
impedancia despreciable, entre dos puntos que en condiciones normales de
servicio presentan una diferencia de potencial.
Cálculo de la corriente de cortocircuito
Las dimensiones de una instalación eléctrica y de los materiales que se
instalan, así como la determinación de las protecciones de personas y bienes
precisan el cálculo de las corrientes de cortocircuito en cualquier punto de la
red.
En apariencia el cálculo parece sencillo pues se resolvería realizando
simplemente el cociente entre la tensión existente en dicho punto y la
impedancia interpuesta en el momento de producirse la falla (cortocircuito).
Si bien ésta es la idea, no es tan sencillo como parece su resolución
pues, ¿Qué valor de intensidad tendríamos si la impedancia interpuesta
fuese de valor nulo para cualquier valor de tensión?, evidentemente ésta
tendería a un valor infinitamente grande, cuestión que en la práctica no
podría ser, pues existen limitaciones técnicas impuestas no sólo por el
generador de energía eléctrica perteneciente a la empresa de suministro
eléctrico sino también por otros elementos existentes en la red como,
transformadores y cables que se encuentran antepuestos al punto en
consideración y que deberán tenerse en cuenta en el momento de su
determinación.
En síntesis, para poder calcular la intensidad de cortocircuito en un punto
cualquiera de una instalación eléctrica se deberá conocer:

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a. La potencia de cortocircuito capaz de suministrar la empresa
de energía eléctrica para el punto en cuestión (dato éste que debe ser
solicitado y aportado por la empresa de energía eléctrica).
b. Datos técnicos del transformador (potencia, tensiones primaria y
secundaria, como así la tensión de cortocircuito del mismo) al que se
halle conectado.
c. Datos de los cables o líneas aéreas (como ser: material conductor con
que se encuentran construidos, secciones, longitudes) existentes
entre el transformador y la acometida principal a considerar
El diagrama de flujo de la Figura N°11 indica el proceso lógico que se
debe seguir para conocer las diferentes corrientes de cortocircuito y los
parámetros que permiten realizar los cálculos para cada uno de los
diferentes dispositivos de protección.
Figura N° 11. Procedimiento para cálculo de corriente de cortocircuito
(Icc) de una instalación.

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Para elegir y regular convenientemente las protecciones se utilizan las
curvas de intensidad en función del tiempo (Figuras 12 y 13). Es necesario
además conocer dos valores de corriente de cortocircuito:
 La corriente máxima de cortocircuito, que determina:
 El poder de corte de los interruptores automáticos.
 El poder de cierre de los dispositivos de maniobra.
 La solicitación electrodinámica de conductores y componentes.
El valor corresponde a un cortocircuito inmediatamente aguas abajo de
los bornes del elemento de protección. Debe calcularse con una buena
precisión (margen de seguridad).
 La corriente mínima de cortocircuito, indispensable para elegir la
curva de disparo de los interruptores automáticos y fusibles,
especialmente cuando:
 La longitud de los cables es importante y/o la fuente o
generador es relativamente de alta impedancia.
 La protección de las personas, se basa en el funcionamiento
de los interruptores automáticos o de los fusibles.
Recordemos que la corriente mínima de cortocircuito
corresponde a un cortocircuito producido en el extremo una
derivación protegida, cuando se produce un defecto bifásico en
las condiciones de explotación menos severas (como por
ejemplo ante un defecto alejado de la protección en el
extremo de una línea y con un solo transformador en servicio
cuando podrían estar conectados dos).

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Figura N° 12. Características I2t de un conductor en función de la
temperatura ambiente. (1, 2 representan el valor eficaz de la corriente en
el conductor; I2 es el límite de corriente admisible en régimen
permanente).
Figura N° 13.Protección de un circuito por interruptor automático.
Características de los cortocircuitos
Las principales características de los cortocircuitos son:
 Su duración: auto extinguible, transitorio, permanente,
 Su origen:
 Por factores mecánicos (rotura de conductores, conexión
eléctrica accidental entre dos conductores producida por un
objeto conductor extraño, como herramientas o animales),

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 Debidos a sobretensiones eléctricas de origen interno o
atmosférico.
 Causados por la degradación del aislamiento provocada por el
calor, la humedad o un ambiente corrosivo,
 Su localización: dentro o fuera de una máquina o un tablero eléctrico.
Desde otro punto de vista, los cortocircuitos pueden ser:
a. Monofásicos: 80% de los casos,
b. Bifásicos: 15% de los casos. Los de este tipo, suelen degenerar en
trifásicos,
c. Trifásicos: de origen, sólo el 5% de los casos.
En la Figura N°14 se representan estos diferentes tipos de cortocircuitos.
Figura N° 14. . Diferentes cortocircuitos y sus corrientes

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Consecuencias de los cortocircuitos
Depende de la naturaleza y duración de las fallas, del punto de la instalación
afectado y de la magnitud de la intensidad:
 Según el lugar de la falla, la presencia de un arco puede:
 Degradar los aislantes.
 Fundir los conductores.
 Provocar un incendio o representar un peligro para las
personas.
 Según el circuito afectado, pueden presentarse:
 Sobre esfuerzos electrodinámicos, con:
a. Deformación de los juegos de barras,
b. Arrancado o desprendimiento de los cables.
 Sobrecalentamiento debido al aumento de pérdidas por efecto Joule,
con riesgo de deterioro de los aislantes.
 Para los otros circuitos eléctricos de la red afectada o de redes
próximas:
 Bajadas de tensión durante el tiempo de la eliminación de la
falla, de algunos milisegundos a varias centenas de
milisegundos.
 Desconexión de una parte más o menos importante de la
instalación, según el esquema y la selectividad de sus
protecciones.
 Inestabilidad dinámica y/o pérdida de sincronismo de las
máquinas.
 Perturbaciones en los circuitos de mando y control.
La Figura N°15 presenta los dos casos extremos posibles de
establecimiento de una corriente de cortocircuito Icc, que, para facilitar la
comprensión, se representan con una tensión alterna monofásica.

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Figura N° 15. Presentación de los dos casos extremos de una corriente
de cortocircuito.
Cálculo de las Icc por el método de las impedancias.
Cortocircuito trifásico.
Es la falla que corresponde a la unión de las tres fases. La intensidad de
cortocircuito Icc3 es:
𝐼𝑐𝑐3 =
𝑈
√3
⁄
𝑍𝑐𝑐
Donde:
𝑈= (tensión compuesta entre fases) la que corresponde a la tensión de vacío
del transformador, cuyo valor es superior entre un 3% y 5% a la tensión en
bornes de la carga.
El cálculo de la intensidad de cortocircuito se reduce entonces al cálculo
de la impedancia Zcc, impedancia equivalente a todas las impedancias (de la
fuente y las líneas) recorridas por Icc desde el generador hasta el punto de
defecto Figura N°16. Es, de hecho, la impedancia «directa» por fase:

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Figura N° 16. Diferentes corrientes de cortocircuito.
𝑍𝑐𝑐 = √(∑ 𝑅2) + (∑ 𝑋2 )
Donde:
∑ 𝑅2
= suma de todas las resistencias en serie.
∑ 𝑋2
= suma de todas las reactancias en serie.
Se considera normalmente que el defecto trifásico es el que provoca las
corrientes más elevadas. En efecto, la corriente de defecto, en el esquema
equivalente a un sistema polifásico, sólo está limitada por la impedancia de
una fase bajo la tensión simple o de fase de la red. El cálculo de Icc3 es pues
indispensable para elegir los materiales (intensidades y esfuerzos
electrodinámicos máximos a soportar).

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Cortocircuito a tierra (monofásico o bifásico):
Este tipo de falla provoca la intervención de la impedancia homopolar Zo.
Salvo en presencia de máquinas rotativas, en las que la impedancia
homopolar se encuentra reducida, la intensidad Icch que circulará es siempre
inferior a la del defecto trifásico.
El cálculo de esta intensidad puede ser necesario según el régimen de
neutro (esquema de conexión a tierra) para la elección de los niveles de
regulación de los dispositivos de protección homopolar (AT) o diferencial
(BT).
Cortocircuito monofásico aislado:
Corresponde a una falla entre una fase y el neutro, alimentado por una
tensión simple
𝑉 = 𝑈
√3
⁄
La intensidad Icc1, que circulará en este caso será:
𝐼𝑐𝑐1 =
𝑈
√3
⁄
𝑍𝑐𝑐 + 𝑍𝑙𝑛
En algunos casos concretos de defecto monofásico, la impedancia
homopolar del generador es menor que Zcc (por ejemplo, en los bornes de
un transformador en conexión estrella-zig zag o de un alternador en régimen
sub-transitorio). En este caso, la intensidad monofásica puede llegar ser
mayor que la de un defecto trifásico.
Cortocircuito bifásico aislado:
Corresponde a una falla entre dos fases, alimentado por una tensión
compuesta U. La intensidad Icc2 que circulará es inferior a la provocada por
una falla trifásica:
𝐼𝑐𝑐2 =
𝑈
2 × 𝑍𝑐𝑐
=
√3
2
𝐼𝑐𝑐3 = 0,86𝐼𝑐𝑐3

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BIBLIOGRAFIA.
1. Publicación Febrero 01, 2012 “Diseño de subestaciones eléctricas”.
LINK: http://es.scribd.com/doc/80127898/Diseno-de-Subestaciones-Electricas
2. Asea Brown Boveri, S.A (ABB) “Cuaderno de aplicaciones técnicas
nº2 Subestaciones transformadoras MT/BT: teoría y ejemplos del
cálculo de cortocircuitos”. Barcelona. LINK:
http://www05.abb.com/global/scot/scot209.nsf/veritydisplay/f009ada997530ceac1
25791a0038a26e/$file/1TXA007101G0701_CT2.pdf
3. Benoît de METZ-NOBLAT, Georges THOMASSET, Frédéric DUMES.
Schneider Electric, Cuaderno Técnico n° 158, “Cálculo de corrientes
de cortocircuito”. Septiembre del 2000. 38 Pág.
4. E. Kuffel, J. Kuffel, W.S. Zaengl. “High Voltage Engineering
Fundamentals”. Newnes. 2da edición. 522 Pág.

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