UNE-EN_60071-2=1999[1]

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(1)norma española. UNE-EN 60071-2. Diciembre 1999 TÍTULO. Coordinación de aislamiento Parte 2: Guía de aplicación. Insulation co-ordination. Part 2: Aplication guide. Coordination de l'isolement. Partie 2: Guide d'application.. CORRESPONDENCIA. Esta norma es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN 60071-2 de enero 1997, que a su vez adopta la Norma Internacional CEI 60071-2:1996.. OBSERVACIONES. Esta norma anula y sustituye a la Norma UNE 21062-2 de octubre 1980 y junto a la Norma UNE-EN 60071-1 de septiembre 1997, anula y sustituye a la Norma UNE 21062-3 de octubre 1994.. ANTECEDENTES. Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 207 Transporte y Distribución de la Energía Eléctrica cuya Secretaría desempeña ASINEL. Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 47261:1999. LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:.  AENOR 1999 Reproducción prohibida. C Génova, 6 28004 MADRID-España. 127 Páginas Teléfono Fax. 91 432 60 00 91 310 40 32. Grupo 69. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(2) S. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(3) NORMA EUROPEA EUROPEAN STANDARD NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM ICS 29.080.00. EN 60071-2 Enero 1997 Sustituye al HD 450.2 S1:1991 y sustituye parcialmente al HD 540.3 S1:1991. Descriptores: Coordinación, aislamiento eléctrico, red eléctrica, alta tensión, corriente alterna, esfuerzo, sobretensión eléctrica, protección, dispositivo de protección, resistencia de aislamiento, protección contra las sobretensiones, protección contra las sobreintensidades, protección contra rayos.. Versión en español. Coordinación de aislamientos Parte 2: Guía de aplicación (CEI 60071-2:1996). Insulation co-ordination Part 2: Aplication guide (IEC 60071-2:1996). Coordination de l'isolement Partie 2: Guide d'application (CEI 60071-2:1996). Isolationskoordination Teil 2: Anwendungsrichtlinie (IEC 60071-2:1996). Esta norma europea ha sido aprobada por CENELEC el 1996-10-01. Los miembros de CENELEC están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional. Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales, pueden obtenerse en la Secretaría Central de CENELEC, o a través de sus miembros. Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CENELEC en su idioma nacional, y notificada a la Secretaría Central, tiene el mismo rango que aquéllas. Los miembros de CENELEC son los comités electrotécnicos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Islandia, Italia, Luxemburgo, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, Suecia y Suiza.. CENELEC COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN ELECTROTÉCNICA European Committee for Electrotechnical Standardization Comité Européen de Normalisation Electrotechnique Europäisches Komitee für Elektrotechnische Normung SECRETARÍA CENTRAL: Rue de Stassart, 35 B-1050 Bruxelles  1997 Derechos de reproducción reservados a los Miembros de CENELEC.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(4) EN 60071-2:1997. -4-. ANTECEDENTES El texto del documento 28/115/FDIS, futura edición 3 de la Norma CEI 60071-2, preparado por el TC 28, Coordinación de aislamiento de CEI, fue sometido al voto paralelo CEI-CENELEC y fue aprobado por CENELEC como EN 60071-2 el 1996-10-01. Esta norma europea sustituye al HD 540.2 S1:1991 y, junto con la EN 60071-1:1995, sustituye al HD 540.3 S1:1991. Se fijaron las siguientes fechas: − Fecha límite en la que la EN debe de ser adoptada a nivel nacional por publicación de una norma nacional idéntica o por ratificación. (dop) 1997-09-01. − Fecha límite de retirada de las normas nacionales divergentes. (dop) 1997-09-01. Los anexos denominados “normativos” forman parte del cuerpo de la norma. Los anexos denominados “informativos” se dan sólo para información. En esta norma, los anexos A y ZA son normativos y los anexos B a J son informativos. El anexo ZA ha sido añadido por CENELEC.. DECLARACIÓN El texto de la Norma Internacional CEI 60071-2:1996 fue aprobado por CENELEC como norma europea sin ninguna modificación.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(5) -5-. EN 60071-2:1997. ÍNDICE Página. 1 1.1 1.2 1.3. GENERALIDADES ................................................................................................................. Objeto y campo de aplicación.................................................................................................. Normas para consulta .............................................................................................................. Lista de símbolos y definiciones ............................................................................................... 8 8 8 9. 2 2.1 2.2 2.3. SOLICITACIONES DE TENSIÓN REPRESENTATIVAS EN SERVICIO..................... Origen y clasificación de las solicitaciones de tensión ........................................................... Características de los dispositivos de protección contra las sobretensiones........................ Tensiones y sobretensiones representativas ............................................................................ 13 13 13 15. 3 3.1 3.2 3.3. TENSIÓN SOPORTADA DE COORDINACIÓN ................................................................ Características de soportabilidad del aislamiento ................................................................. Criterio de comportamiento .................................................................................................... Procedimientos de coordinación del aislamiento .................................................................... 28 28 32 33. 4 4.1 4.2 4.3. TENSIÓN SOPORTADA ESPECIFICADA ......................................................................... Consideraciones generales ....................................................................................................... Corrección atmosférica ............................................................................................................ Factores de seguridad ............................................................................................................... 41 41 41 43. 5 5.1 5.2 5.3. TENSIÓN SOPORTADA NORMALIZADA Y PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO ...... Consideraciones generales ................................................................................................... .... Factores de conversión de ensayo ........................................................................................... Determinación de la soportabilidad del aislamiento por ensayos de tipo ............................. 44 44 45 46. 6 6.1 6.2 6.3 6.4. CONSIDERACIONES GENERALES PARA LAS LÍNEAS AÉREAS.............................. Consideraciones generales ....................................................................................................... Coordinación de aislamiento para tensiones de servicio y sobretensiones temporales....... Coordinación de aislamiento para sobretensiones de frente lento ....................................... Coordinación de aislamiento para sobretensiones de rayo .................................................... 49 49 50 50 51. 7 CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA SUBESTACIONES..................................... 7.1 Consideraciones generales ................................................................................................... .... 7.2 Coordinación de aislamiento para sobretensiones.................................................................. 51 51 53. TABLAS 1. Línea de fuga recomendadas .................................................................................................... 35. 2. Factores de conversión de ensayo para la gama I para convertir las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra especificadas en tensiones soportadas tipo rayo y a frecuencia industrial de corta duración ..................................................................................................... 45. Factores de conversión de ensayo para la gama II, para convertir las tensiones soportadas a frecuencia industrial de corta duración especificadas en tensiones soportadas a impulso tipo maniobra .............................................................................................................. 46. 3. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(6) EN 60071-2:1997. 4. -6-. Selectividad de los procedimientos de ensayo B y C de la Norma CEI 60060-1 .................. 47. A.1 Correlación entre las tensiones soportadas a impulso tipo rayo normalizadas y las distancias en aire mínimas............................................................................................................. 57. A.2 Correlación entre las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra y las distancias en el aire mínimas fase-tierra ........................................................................................................ 58. A.3 Correlación entre las tensiones soportadas a impulso tipo maniobra normalizadas y las distancias en aire mínimas entre fases ..................................................................................... 58. C.1 Tensión de descarga en función de la probabilidad acumulativa de descarga-Aislamiento único y 100 aislamientos en paralelo ................................................................................... 66. F.1 Constante de amortiguamiento por efecto corona Kco............................................................ 87. F.2 Factor A para diferentes tipos de líneas aéreas....................................................................... 93. G.1 Factores típicos de separación K para el cebado fase tierra a impulso tipo maniobra........ 98. G.2 Factor de separación para las geometrías fase-fase más usuales........................................... 99. H.1 Resumen de las tensiones soportadas especificadas mínimas, para el ejemplo H.1.1......... 107 H.2 Resumen de las tensiones soportadas especificadas mínimas para el ejemplo H.1.2.......... 109 H.3 Valores relativos al procedimiento de coordinación de aislamiento, para el ejemplo H.3....... 125. FIGURAS 1. Rango de sobretensiones de frente lento 2% en el extremo de recepción debido a la conexión y reenganche de la línea ............................................................................................ 20. 2. Relación entre los valores 2% de sobretensiones de frente lento entre fases y fase-tierra ....... 21. 3. Diagrama de la conexión del pararrayos al objeto protegido................................................ 27. 4. Probabilidad de descarga disruptiva del aislamiento autorregenerable, representado en una escala lineal ......................................................................................................................... 36. Probabilidad de descarga disruptiva del aislamiento autorregenerable, representado en una escala gaussiana.................................................................................................................. 36. 6. Evaluación del factor de coordinación determinista Kcd ........................................................ 37. 7. Evaluación del riesgo de fallo ................................................................................................... 38. 8. Riesgo de fallo del aislamiento externo para sobretensiones de frente lento en función del factor de coordinación estadístico Kcs ................................................................................ 40. Relación entre el exponente m y la tensión soportada de coordinación a impulsos tipo maniobra .................................................................................................................................... 42. Probabilidad P de que un equipo satisfaga un ensayo en función de la diferencia K entre la tensión soportada a impulso real y asignada....................................................................... 48. Ejemplo de la disposición esquemática de una subestación utilizada para la localización de solicitaciones de sobretensión (véase 7.1) ........................................................................... 52. 5. 9 10 11. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(7) -7-. EN 60071-2:1997. B.1 Factor de falta a tierra k en función de Xo/X1 para R1/X1 = R = 0.......................................... 60. B.2 Relación entre Ro/X1 y Xo/X1 para valores constantes del factor de defecto a tierra k cuando R1 = 0 ............................................................................................................................. 60. B.3 Relación entre Ro/X1 y Xo/X1 para valores constantes del factor de defecto a tierra k cuando R1 = 0,5 X1 ..................................................................................................................... 61. B.4 Relación entre Ro/X1 y Xo/X1 para valores constantes del factor de defecto a tierra k cuando R1 = X1 ........................................................................................................................... 61. B.5 Relación entre Ro/X1 y Xo/X1 para valores constantes del factor de defecto a tierra k cuando R1 = 2 X1 ........................................................................................................................ 62. C.1 Gráfico de conversión para la reducción de la tensión soportada debido a la instalación de configuraciones de aislamientos en paralelo ...................................................................... 68. D.1 Ejemplo de curvas de sobretensiones entre fases con dos variables con densidad de probabilidad constante y tangentes que dan los valores 2% correspondientes ................... 75. D.2 Principio de determinación de la sobretensión representativa entre fases Upre. .................. 76. D.3 Configuración esquemática del aislamiento fase-fase-tierra ................................................. 76. D.4 Descripción de la tensión de descarga 50% a impulso tipo maniobra de un aislamiento fase-fase-tierra ........................................................................................................................... 77. D.5 Ángulo de inclinación de la característica de aislamiento entre fases, en el rango b en función de la relación entre la distancia entre fases D y la altura Ht sobre tierra............... 78. E.1 Capacidades distribuidas de los arrollamientos de un transformador y el circuito equivalente representando los arrollamientos................................................................................ 84. E.2 Valores del factor J que ilustra el efecto de las conexiones de los arrollamientos en la transmisión de las sobretensiones por vía inductiva............................................................... 85. ANEXO A (Normativo). DISTANCIAS EN EL AIRE PARA ASEGURAR UNA TENSIÓN SOPORTADA A IMPULSOS ESPECIFICADA EN UNA INSTALACIÓN........................................................................ 55. DETERMINACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES TEMPORALES DEBIDAS A DEFECTOS A TIERRA ............................... 59. ANEXO C (Informativo). DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD DE WEIBULL ............... 63. ANEXO D (Informativo). DETERMINACIÓN DE LA SOBRETENSIÓN REPRESENTATIVA DE FRENTE LENTO DEBIDO A CONEXIÓN Y REENGANCHE DE LA LÍNEA ...................................................... 69. SOBRETENSIONES TRANSMITIDAS EN LOS TRANSFORMADORES ......................................................................................... 79. ANEXO F (Informativo). SOBRETENSIONES DEBIDAS AL RAYO....................................... 86. ANEXO G (Informativo). CÁLCULO DE LA RIGIDEZ DIELÉCTRICA EN LAS DISTANCIAS EN EL AIRE A PARTIR DE DATOS EXPERIMENTALES ............................................................................................ 94. ANEXO B (Informativo). ANEXO E (Informativo). ANEXO H (Informativo). EJEMPLOS DE PROCEDIMIENTOS DE COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO ......................................................................... 100. ANEXO J (Informativo). BIBLIOGRAFÍA............................................................................... 126. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(8) EN 60071-2:1997. -8-. Coordinación de aislamiento Parte 2: Guía de aplicación. 1 GENERALIDADES 1.1 Objeto y campo de aplicación Esta parte de la Norma CEI 60071 constituye una guía de aplicación que trata de la selección de los niveles de aislamiento de instalaciones para redes (sistemas)1) trifásicas. Su propósito es dar recomendaciones para la determinación de la tensión soportada asignada para las gamas I y II de la Norma CEI 60071-1, y justificar la asociación de estos valores asignados con los valores normalizados de las tensiones más elevadas para el material. Esta asociación está propuesta únicamente para la coordinación de aislamiento. Los requisitos para la seguridad de las personas no están cubiertos por esta guía de aplicación. Se aplica a los sistemas trifásicos con tensión asignada superior a 1 kV. Los valores deducidos ó aquí propuestos son generalmente aplicados solamente para dichos sistemas. Sin embargo, los conceptos presentados son también válidos para sistemas bifásicos o monofásicos. Se aplica al aislamiento fase-tierra, fase-fase (entre fases) y longitudinal. Esta guía de aplicación no intenta tratar los ensayos de rutina (individuales). Estos, serán especificados por los comités de producto correspondientes. El contenido de esta guía sigue estrictamente el organigrama del proceso de coordinación de aislamiento presentado en la figura 1 de la Norma CEI 60071-1. Los capítulos 2 a 5, corresponden a cada uno de los rectángulos de este organigrama, dando información detallada sobre los principios del procedimiento de la coordinación de aislamiento, que conducen al establecimiento de los niveles soportados especificados. Esta guía resalta la necesidad de considerar, desde el inicio, todas las procedencias, todas las clases y todos los tipos de solicitaciones de tensión en servicio, independientemente del nivel de la tensión más elevada para el material. Únicamente al final del proceso, cuando se realice la selección de la tensión soportada normalizada, se aplicará el precepto de cubrir una solicitación de tensión de servicio particular con una tensión soportada normalizada. También, en esta etapa final, la guía se refiere a la correlación dada en la Norma CEI 60071-1, entre los niveles de aislamiento normalizados y la tensión más elevada para el material. Los anexos contienen ejemplos e información detallada, que explican o corroboran los conceptos descritos en el texto principal y las técnicas analíticas básicas que se han utilizado. 1.2 Normas para consulta Las normas que a continuación se relacionan contienen disposiciones válidas para esta norma internacional. En el momento de la publicación las ediciones indicadas estaban en vigor. Toda norma está sujeta a revisión por lo que las partes que basen sus acuerdos en esta norma internacional deben estudiar la posibilidad de aplicar la edición más reciente de las normas indicadas a continuación. Los miembros de CEI y de ISO poseen el registro de las normas internacionales en vigor en cada momento. CEI 60056: 1987 − Interruptores automáticos de corriente alterna para alta tensión. CEI 60060-1:1989 − Ensayos de alta tensión. Parte 1: Definiciones y prescripciones generales relativas a los ensayos.. 1) Los términos "sistema" y "red", se emplean indistintamente.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(9) -9-. EN 60071-2:1997. CEI 60071-1:1993 − Coordinación de aislamiento. Parte 1: Definiciones, principios y reglas. CEI 60099-1:1991 − Pararrayos. Parte 1: Pararrayos de resistencia variable con explosores para redes de corriente alterna. CEI 60099-4:1991 − Pararrayos. Parte 4: Pararrayos de óxido metálico sin explosores para sistemas de corriente alterna. CEI 60099-5:1996 − Pararrayos. Parte 5: Recomendaciones para la selección y utilización. Sección 1: Generalidades. CEI 60505:1975 − Guía para la evaluación y la identificación de los sistemas de aislamiento del material eléctrico. CEI 60507:1991 − Ensayo de contaminación artificial de aisladores para alta tensión destinados a redes de corriente alterna. CEI 60721-2-3:1987 − Clasificación de las condiciones ambientales. Parte 2: Condiciones ambientales presentes en la naturaleza. Presión atmosférica. CEI 60815: 1986 − Guía para la selección de aisladores con respecto a condiciones de contaminación. 1.3 Lista de símbolos y definiciones Para el propósito de esta parte de la Norma CEI 60071 se aplicarán los símbolos y definiciones siguientes. A cada símbolo le seguirá la unidad en que normalmente se le considera. Las cantidades sin dimensión serán indicadas con el signo (-). Algunas cantidades son expresadas en "por unidad" (p.u.). Una cantidad por unidad es la relación entre el valor actual de un parámetro eléctrico (tensión, corriente, frecuencia, potencia, impedancia, etc) y un valor de referencia dado del mismo parámetro. A. (kV). parámetro que caracteriza la influencia de la severidad del rayo para el equipo, dependiendo del tipo de línea aérea al que este está conectado.. a1. (m). longitud del puente de conexión del pararrayos a la línea.. a2. (m). longitud del puente de conexión del pararrayos a tierra.. a3. (m). longitud del conductor de fase entre el pararrayos y el equipo protegido.. a4. (m). longitud de la parte activa del pararrayos.. B. (-). factor usado para describir la característica de descarga entre fases.. Ce. (nF). capacidad de los arrollamientos primarios del transformador respecto a tierra.. Cs. (nF). capacidad serie de los arrollamientos primarios del transformador.. C2. (nF). capacidad del arrollamiento secundario del transformador fase-tierra.. C12. (nF). capacidad entre los arrollamientos primario y secundario del transformador.. C1in. (nF). capacidad de entrada equivalente de los bornes de un transformador trifásico.. C2in. (nF). capacidad de entrada equivalente de los bornes de un transformador trifásico.. C3in. (nF). capacidad de entrada equivalente de los bornes de un transformador trifásico.. c cf. (m/µs) (p.u). velocidad de la luz. factor de acoplamiento de tensiones entre el cable de tierra y el conductor de fase de una línea aérea.. Eo. (kV/m). gradiente de ionización del terreno.. F. función de distribución que describe el reparto de las amplitudes de sobretensión, donde F(U) = 1-P(U). Véase el anexo C.3.. f. función que describe la densidad de probabilidad de las amplitudes de sobretensión.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(10) EN 60071-2:1997. - 10 -. g. (-). relación de impulsos de tensión transmitidos capacitivamente. (relación de la transmisión capacitiva de las ondas de tensión).. H. (m). altitud sobre el nivel del mar.. h. (-). factor de tensión a frecuencia industrial para las ondas transmitidas en transformadores.. Ht. (m). altura sobre el suelo.. I. (kA). amplitud de la corriente del rayo.. Ig. (kA). valor límite de la corriente del rayo en el cálculo de la puesta a tierra de apoyos.. J. (-). factor de arrollamiento para las ondas trasmitidas por inducción en los transformadores.. K. (-). factor de separación, teniendo en cuenta la influencia de la configuración de la separación sobre la soportabilidad (rigidez dieléctrica).. Ka. (-). factor de corrección atmosférico [3.28 de la Norma CEI 60071-1].. Kc. (-). factor de coordinación [3.25 de la Norma CEI 60071-1].. Ks. (-). factor de seguridad [3.29 de la Norma CEI 60071-1].. Kcd. (-). factor de coordinación determinista.. Kco. (µs/kVm) constante de atenuación por efecto corona.. Kcs. (-). factor de coordinación estadístico.. K ff+. (-). factor de separación para impulsos de frente rápido de polaridad positiva.. K ff−. (-). factor de separación para impulsos de frente rápido de polaridad negativa.. k. (-). factor de falta (defecto) a tierra [3.15 de la Norma CEI 60071-1].. L. (m). distancia de separación entre el pararrayos y el equipo protegido.. La. (m). longitud de línea aérea que da lugar a una tasa de fallos (cortes) igual a la tasa aceptable (relacionado a Ra).. Lt. (m). longitud de línea aérea para la cual la tasa de fallos (cortes) por rayo, es igual a la tasa de retorno adoptada (relacionado a Rt).. Lsp. (m). longitud de vano.. M. (-). número de elementos aislantes (aislamientos) en paralelo considerados para ser simultáneamente solicitados por una sobretensión.. m. (-). exponente de la fórmula del factor de corrección atmosférico para la soportabilidad del aislamiento externo.. N. (-). número de desviaciones típicas entre U50 y Uo de un aislamiento autorregenerable.. n. (-). número de líneas aéreas que se consideran conectadas a una subestación en la evaluación de la amplitud de onda incidente.. P. (%). probabilidad de descarga de un aislamiento autorregenerable.. Pw. (%). probabilidad de soportabilidad de un aislamiento autorregenerable.. q. (-). factor de respuesta de los arrollamientos de un transformador a la transmisión inductiva de ondas.. R. (-). riesgo de fallo (fallos por incidente).. Ra. (1/a). tasa de fallo aceptable para un aparato. En líneas de transporte, este parámetro es normalmente expresado en términos de (1/a)/100 km.. Rhc. (Ω). valor de la resistencia de puesta a tierra de un apoyo para corrientes elevadas.. Rkm. (1/(m.a)) tasa de cortes (fallos) por año de una línea aérea para un diseño en el primer kilómetro de salida de una subestación.. Rhc. (Ω). valor de la resistencia de puesta a tierra de un apoyo para corrientes débiles.. Rp. (1/a). tasa de defecto de pantalla de líneas aéreas.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(11) - 11 -. EN 60071-2:1997. Rsf. (1/a). tasa de contorneo por defecto de la pantalla de líneas aéreas.. Rt. (1/a). tasa de retorno de la sobretensión adoptada (valor de referencia).. Ru. (kV). radio de un círculo en el plano de coordenadas U+/U–, que describe las sobretensiones de frente lento entre fase-fase y fase-tierra.. Ro. (Ω). resistencia de secuencia cero (homopolar).. R1. (Ω). resistencia de secuencia positiva.. R2. (Ω). resistencia de secuencia negativa.. S. (kV/s). pendiente de una onda tipo rayo que incide en una subestación.. Se. (kV). desviación típica de la distribución de la sobretensión fase-tierra.. Sp. (kV). desviación típica de la distribución de la sobretensión fase-fase.. Srp. (kV/µs). pendiente representativa de un impulso tipo rayo incidente.. se. (-). valor normalizado de la desviación típica Se (Se referida a Ue50).. sp. (-). valor normalizado de la desviación típica Sp (Sp referida a Up50).. T. (µs). tiempo de propagación de un impulso tipo rayo.. (kV). amplitud de una sobretensión (o de una tensión).. (kV). componente positiva en un ensayo de aislamiento a impulso tipo maniobra fase-fase.. U. (kV). componente negativa en un ensayo de aislamiento a impulso tipo maniobra fase-fase.. Uo. (kV). valor de truncamiento de la función de probabilidad de descarga P (U) de un aislamiento autorregenerable: P (U ≤ Uo) = 0.. U0+. (kV). componente equivalente positiva fase-tierra empleada para representar la más crítica sobretensión fase-fase.. U1e. (kV). sobretensión temporal entre tierra y el neutro del arrollamiento primario de un transformador.. U2e. (kV). sobretensión temporal entre tierra y el neutro del arrollamiento secundario de un transformador.. U2N. (kV). tensión asignada del arrollamiento secundario de un transformador.. U10. (kV). valor de la tensión de descarga 10% de un aislamiento autorregenerable. Este valor es la tensión soportada estadística del aislamiento, definida en 3.23 b) de la Norma CEI 60071-1.. U16. (kV). valor de la tensión de descarga 16% de un aislamiento autorregenerable.. U50. (kV). valor de la tensión de descarga 50% de un aislamiento autorregenerable.. U U. +. U50M (kV). valor de la tensión de descarga 50% de M aislamientos autorregenerables en paralelo.. U50RP (kV). valor de la tensión de descarga 50% de una separación punta-plano.. Uc+. (kV). componente positiva que define el centro de un círculo en el cual se describe la sobretensión de frente lento fase-fase y fase-tierra.. Uc–. (kV). componente negativa que define el centro de un círculo en el cual se describe la sobretensión de frente lento fase-fase y fase-tierra.. Ucw. (kV). tensión soportada de coordinación del equipo (3.24 de la Norma CEI 60071-1).. Ue. (kV). amplitud de una sobretensión fase-tierra.. Uet. (kV). valor de truncamiento de la función de distribución F(Ue) de la sobretensión fase-tierra: F(Ue ≥ Uet) = 0; véase anexo C.3.. Ue2. (kV). valor de la sobretensión fase-tierra con una probabilidad del 2% de ser aumentada: F(Ue ≥ Ue2) = 0,02; véase anexo C.3.. Ue50. (kV). valor de la función de distribución F(Ue) 50% de la sobretensión fase-tierra; véase anexo C.3.. Ul. (kV). amplitud de la onda de sobretensión incidente del rayo.. Um. (kV). tensión más elevada para el material [3.10 de la Norma CEI 60071-1].. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(12) EN 60071-2:1997. Up. (kV). - 12 -. amplitud de una sobretensión fase-fase.. Up2 (kV). valor de la sobretensión fase-fase con una probabilidad del 2% de ser excedida: F(Up ≥ Up2) = 0,02; véase anexo C.3.. Up50 (kV) Us (kV). valor de la función de distribución F(Up) 50% de la sobretensión fase-fase; véase anexo C.3. tensión más elevada de una red [3.9 de la Norma CEI 60071-1].. Uw (kV). tensión soportada normalizada.. Upl (kV). nivel de protección a impulso tipo rayo de un pararrayos [3.21 de la Norma CEI 60071-1].. Ups (kV). nivel de protección a impulso tipo maniobra de un pararrayos [3.21 de la Norma CEI 60071-1].. Upt (kV) Urp (kV). valor de truncamiento de la función de distribución F(Up) de la sobretensión fase-fase: F(Up ≥ Upt) = 0; véase anexo C.3. amplitud de la sobretensión representativa [3.19 de la Norma CEI 60071-1].. Urw (kV). tensión soportada especificada [3.27 de la Norma CEI 60071-1].. UT1 (kV). sobretensión aplicada al arrollamiento primario de un transformador, que produce (por transferencia) una sobretensión en el arrollamiento secundario.. UT2 (kV). sobretensión en el arrollamiento secundario de un transformador producida (por transferencia) por una sobretensión aplicada al arrollamiento primario.. u. (p.u). valor por unidad de la amplitud de una sobretensión (o de una tensión) referida a U s 2. w. (-). relación de transformación de la tensión entre fases del secundario y la tensión entre fases del primario.. X. (m). distancia entre el punto de impacto del rayo y la subestación.. Xp. (km). distancia límite sobre una línea aérea dentro de la cual las incidencias del rayo tienen que ser consideradas.. XT. (km). longitud de la línea aérea a utilizar en el cálculo simplificado de la sobretensión por rayo.. Xo. (Ω). reactancia de secuencia cero de una red.. X1. (Ω). reactancia de secuencia positiva de una red.. X2. (Ω). reactancia de secuencia negativa de una red.. x. (-). variable normalizada en una función de probabilidad de descarga P(U) de un aislamiento autorregenerable.. xM. (-). variable normalizada en una función de probabilidad de descarga P(U) de M aislamientos autorregenerables en paralelo.. Z. (kV). desviación típica de la función de probabilidad de descarga P(U) de un aislamiento autorregenerable.. Zo. (Ω). impedancia de secuencia cero.. Z1. (Ω). impedancia de secuencia positiva.. Z2. (Ω). impedancia de secuencia negativa.. Ze. (Ω). impedancia de onda del cable de tierra de una línea aérea.. Zl. (Ω). impedancia de onda de la línea aérea.. ZM. (kV). desviación típica de la función de probabilidad de descarga P(U) de M elementos aislantes autorregenerables en paralelo.. Zs. (Ω). impedancia de onda de un conductor de fase de la subestación.. z. (-). valor normalizado de la desviación típica Z referida a U50.. α. (-). relación entre la componente negativa de un impulso de maniobra y la suma de ambas componentes (negativa + positiva) de una sobretensión entre fases.. β. (kV). parámetro de escala de una función de distribución de Weibull.. δ. (kV). valor de truncamiento de una función de distribución de Weibull.. 3 .. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(13) - 13 -. Φ. EN 60071-2:1997. función integral de Gauss.. φ γ. (-) (-). ángulo de inclinación de la característica de un aislamiento entre fases. parámetro de forma de una función de distribución de Weibull-3.. σ. (p.u.). valor por unidad de la desviación típica (Se o Sp) de una distribución de sobretensiones.. ρ. (Ωm). resistividad del terreno.. τ. (µs). constante de tiempo de la cola de una sobretensión tipo rayo debido a los contorneos de retorno (cebados internos) en líneas aéreas.. 2 SOLICITACIONES DE TENSIÓN REPRESENTATIVAS EN SERVICIO 2.1 Origen y clasificación de las solicitaciones de tensión En la Norma CEI 60071-1 las solicitaciones de tensión están clasificadas por adecuados parámetros, tales como la duración de la tensión a frecuencia industrial o la forma de una sobretensión, en función de su efecto sobre el aislamiento ó sobre el dispositivo de protección. Las solicitaciones de tensión así clasificadas pueden tener varios orígenes. − tensiones permanentes (a frecuencia industrial): originadas por la explotación de la red en condiciones normales. − sobretensiones temporales: pueden ser originadas por faltas, maniobras tales como pérdidas de carga, condiciones de resonancia, condiciones no lineales (ferroresonancia), o por una combinación de éstas. − sobretensiones de frente lento: pueden ser originadas por faltas, maniobras o descargas directas de rayo sobre los conductores de líneas aéreas. − sobretensiones de frente rápido: pueden ser originadas por maniobras, descargas de rayo o faltas. − sobretensiones de frente muy rápido: pueden ser originadas por faltas o maniobras en las celdas de aislamiento en gas de las subestaciones (GIS)1). − sobretensiones combinadas: pueden tener cualquiera de los orígenes anteriormente mencionados. Se producen entre fases de una red (sobretensión entre fases) o en la misma fase entre partes separadas de una red (sobretensión longitudinal). Todas las solicitaciones de tensión anteriores, excepto las sobretensiones combinadas están descritas por separado en 2.3. Las sobretensiones combinadas están descritas adecuadamente en más de un apartado. En todas las clasificaciones de solicitaciones de tensión, se deberá tener en cuenta la transferencia a través de los transformadores (véase anexo E). En general, todos los tipos de sobretensión pueden encontrarse en las dos gamas de tensión I y II. Sin embargo, la experiencia nos muestra que ciertos tipos de tensión son de mayor importancia en una gama de tensión dada; esto se tendrá en cuenta en esta guía de aplicación. En cualquier caso, cabe destacar que el mejor conocimiento de las solicitaciones (valores de cresta y forma), se obtienen a través de detallados estudios y empleando modelos adecuados para representar la red y las características de los dispositivos de limitación de la sobretensión. 2.2 Características de los dispositivos de protección contra las sobretensiones 2.2.1 Observaciones generales. Se consideran dos tipos de dispositivos de protección normalizados: − los pararrayos de resistencia no lineal con explosores en serie; − los pararrayos de óxido metálico sin explosores. 1) GIS, del inglés "Gas-Insulated Substation".. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(14) EN 60071-2:1997. - 14 -. Además, los explosores están considerados como un dispositivo de limitación de sobretensión alternativo, aunque su normativa no está avalada por CEI. Cuando se usan otros dispositivos de protección, los parámetros de protección deberán ser indicados por el fabricante o establecidos mediante ensayos. La selección entre dispositivos de protección que no tengan el mismo grado de protección, depende de varios factores, por ejemplo, la importancia del equipo a proteger, la consecuencia de una interrupción en el servicio, etc. Las características serán consideradas desde el punto de vista de coordinación de aislamiento y sus efectos serán discutidos en los capítulos que tratan de los diversos tipos de sobretensión. Los dispositivos de protección deben estar diseñados e instalados para limitar las magnitudes de las sobretensiones contra las que el equipo está protegido, así como que la tensión en el dispositivo protector y las conexiones no exceda de un valor aceptable en la conexión, durante su operación. Un punto esencial, es que la tensión resultante entre los bornes de un pararrayos en cualquier momento, antes o durante su funcionamiento, debe ser considerada en la determinación de las características de protección. 2.2.2 Pararrayos con resistencia no lineal con explosores en serie. Cuando el pararrayos contiene una resistencia no lineal de carburo de silicio con explosores en serie, las características vienen dadas en la Norma CEI 60099-1. Sin embargo, cuando el pararrayos está constituido por una resistencia no lineal de óxido metálico con explosores en serie, las características pueden diferir de las dadas en la Norma CEI 60099-1. La selección de los pararrayos será tratada en la Norma CEI 60099-5. 2.2.2.1 Características de protección relativas a las sobretensiones de frente rápido. Las características de protección de un pararrayos están descritas por las tensiones siguientes: (véase la tabla 8 de la Norma CEI 60099-1). − la tensión de cebado para un impulso tipo rayo, pleno, normalizado; − la tensión residual a la corriente nominal de descarga seleccionada; − la tensión de cebado del frente de onda. El nivel de protección de impulso tipo rayo es dado por el mayor de los valores siguientes: − tensión de cebado máxima con impulso 1,2/50 µs; − tensión residual máxima a la corriente nominal de descarga seleccionada. Esta evolución del nivel de protección nos da un valor aproximado representativo, generalmente aceptable. Para más información sobre la protección de frente de onda por un pararrayos, se deberá hacer referencia a la Norma CEI 60099-1. NOTA − Tradicionalmente, la tensión de cebado de frente de onda dividida por 1,15 está incluida en la determinación del nivel de protección a impulso tipo rayo. Como el factor de 1,15 está justificado técnicamente, solamente para aislamientos de papel impregnado o sumergidos en aceite, como los transformadores, esta aplicación en otros tipos de equipos puede que reduzca los márgenes en el diseño del aislamiento. Sin embargo, esta alternativa ha sido omitida en la determinación del nivel de protección a impulso tipo rayo.. 2.2.2.2 Características de protección relativas a sobretensiones de frente lento. La protección de un pararrayos está caracterizada por las tensiones de cebado correspondientes a la forma del impulso tipo maniobra definido en 8.3.5 de la Norma CEI 60099-1. El nivel de protección a impulso tipo maniobra de un pararrayos, es la tensión máxima de cebado para estas formas de impulso. Si el pararrayos contiene explosores activos, la tensión total del pararrayos cuando descarga el impulso de maniobra, debe ser requerida al fabricante, porque puede ser mayor que la tensión de cebado. 2.2.3 Pararrayos de óxido metálico sin explosores. La definición y características de estos pararrayos viene dada en la Norma CEI 60099-4.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(15) - 15 -. EN 60071-2:1997. 2.2.3.1 Características de protección relativas a sobretensiones de frente rápido. La protección de un pararrayos de óxido metálico está caracterizada por las tensiones siguientes: − la tensión residual a la corriente nominal de descarga seleccionada; − la tensión residual a impulso de corriente de frente escarpado. El nivel de protección a impulso tipo rayo se considera para la coordinación de aislamiento como la tensión residual máxima a la corriente nominal de descarga seleccionada. 2.2.3.2 Características de protección relativas a sobretensiones de frente lento. La protección está caracterizada por la tensión residual a la corriente de impulso tipo maniobra especificada. El nivel de protección a impulso tipo maniobra es para la coordinación de aislamiento como la tensión residual máxima a la corriente de impulso tipo maniobra especificada. La evaluación de los niveles de protección da un valor aproximado representativo, generalmente aceptable. Para una mejor definición de la función de protección de los pararrayos de óxido metálico, se deberá hacer referencia a la Norma CEI 60099-4. 2.2.4 Explosores. El explosor es un dispositivo de protección contra el rayo que consiste en una distancia libre en el aire entre los terminales del equipo a proteger. Aunque los explosores no se utilizan normalmente en los sistema con Um igual o superior a 123 kV, se han demostrado satisfactorios en la práctica en algunos países con actividad de rayo moderada en sistemas de hasta 420 kV. El ajuste de la separación de electrodos es a menudo un compromiso entre la protección absoluta y las consecuencias del funcionamiento del explosor. La protección contra sobretensiones se caracteriza por la característica tensión-tiempo del explosor para las diferentes formas de onda de tensión, la dispersión de la tensión de cebado y su dependencia de la polaridad. Como no existen normas, estas características serán requeridas al fabricante o serán establecidas por el usuario sobre la base de sus propias especificaciones. NOTA − El rápido colapso de la tensión y sus consecuencias posibles en el aislamiento de los arrollamientos se deben tener en cuenta como una característica de sobretensión.. 2.3 Tensiones y sobretensiones representativas 2.3.1 Tensiones permanentes (a frecuencia industrial). Bajo condiciones normales de explotación, la tensión a frecuencia industrial puede ser susceptible de variar algo en magnitud y diferir de un punto del sistema a otro. Con propósitos de diseño y coordinación de aislamiento, la tensión permanente representativa a frecuencia industrial será, sin embargo, considerada como constante e igual a la tensión más alta del sistema. En la práctica, hasta 72,5 kV, la tensión más alta del sistema Us debe ser bastante menor que la tensión más elevada para el material Um, pero a medida que la tensión aumenta, ambos valores tienden a ser iguales. 2.3.2 Sobretensiones temporales. Las sobretensiones temporales se caracterizan por sus amplitudes, su forma de tensión y su duración. Todos los parámetros dependen del origen de las sobretensiones y las amplitudes y las formas de onda pueden incluso variar durante la duración de la sobretensión. Para propósitos de coordinación de aislamiento, se considera que la sobretensión temporal representativa tiene la forma de onda de la tensión de corta duración normalizada a frecuencia industrial (1 minuto). Su amplitud se define por un valor (el máximo previsto), un conjunto de valores de cresta, o una distribución estadística completa de valores de cresta. Para elegir la amplitud de la sobretensión temporal representativa se deberá tener en cuenta: − la amplitud y duración de la actual sobretensión en servicio. − la amplitud/duración de la característica de soportabilidad a frecuencia industrial del aislamiento considerado.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(16) EN 60071-2:1997. - 16 -. Si esta última característica es desconocida, para simplificar, la amplitud se puede tomar igual a la máxima sobretensión menor a 1 minuto que se puede presentar en servicio, y la duración se puede tomar como 1 minuto. En casos particulares, se puede adoptar un procedimiento de coordinación estadístico siempre que se describa la sobretensión representativa mediante una distribución de probabilidad amplitud/duración de las sobretensiones temporales previstas en servicio (véase 3.3.1). 2.3.2.1 Faltas a tierra. Una falta fase-tierra puede dar lugar a sobretensiones fase-tierra que afecten a las otras dos fases. Normalmente no se producen sobretensiones temporales entre fases o a través del aislamiento longitudinal. La forma de la sobretensión es la de una tensión a frecuencia industrial. Las amplitudes de la sobretensión dependen de la puesta a tierra del neutro y de la localización de la falta. El anexo B proporciona una guía para su determinación. En sistemas de configuración normal, la amplitud de la sobretensión representativa se debe suponer igual a su valor máximo. En sistemas de configuración anormal, como por ejemplo partes del sistema con neutros aislados en un sistema con neutro normalmente puesto a tierra, se tratarán separadamente, teniendo en cuenta la probabilidad de que puedan ocurrir faltas a tierra simultáneamente. La duración de la sobretensión corresponde a la duración de la falta (hasta su eliminación). En sistemas con el neutro puesto a tierra es normalmente menor de 1 segundo. En sistemas con neutro puesto a tierra a través de bobinas de compensación el despeje de la falta es en general menor de 10 s. En sistemas sin eliminación de defectos la duración puede ser de varias horas. En tales casos, puede ser necesario definir la tensión permanente a frecuencia industrial como el valor de la sobretensión temporal durante la falta a tierra. NOTA − Se debe prestar atención al hecho de que la tensión a frecuencia industrial más alta que puede aparecer en una fase sana mientras ocurre una falta a tierra, depende no sólo del factor de puesta a tierra sino también del valor de la tensión de servicio en el momento de la falta, la cual puede tomarse como la tensión más elevada de la red Us.. 2.3.2.2 Pérdida de carga. Las sobretensiones temporales fase-tierra o longitudinales debidas a las pérdidas de carga dependen de la carga desconectada, de la configuración de la red después de la desconexión y de las características de las fuentes de energía (potencia de cortocircuito de la subestación, velocidad y regulación de tensión de los generadores, etc). El incremento de tensión fase-tierra de las tres fases es idéntico y, por tanto, las mismas sobretensiones relativas ocurren entre fase y tierra y entre fases. Estos incrementos pueden ser especialmente importantes en el caso de pérdida de carga en el extremo remoto final de una línea larga (efecto Ferranti) y afecta principalmente a los aparatos conectados en la subestación en el lado de la fuente del interruptor automático remoto abierto. Las sobretensiones temporales longitudinales dependen del grado de desfase después de la separación de la red y la peor situación posible es la oposición de fase. NOTA −. Desde el punto de vista de sobretensiones, se debería distinguir entre varios tipos de configuraciones de redes. Como por ejemplo, los dos casos extremos siguientes:. −. sistemas con líneas relativamente cortas y altos valores de potencia de cortocircuito en los terminales de las subestaciones, donde se producen pequeñas sobretensiones;. −. sistemas con líneas largas y valores pequeños de la potencia de cortocircuito en el lugar de generación, que es lo normal en redes de muy alta tensión en su parte inicial, y en los que se pueden producir grandes sobretensiones si se produce la desconexión súbita de una carga importante.. Durante el análisis de sobretensiones temporales, se recomienda tener en cuenta los puntos siguientes (con la tensión de referencia de 1,0 p.u. igual a 2 U s / 3 ): − en sistemas de extensión moderada, una pérdida total de carga puede producir sobretensiones fase-tierra con una amplitud normalmente inferior a 1,2 p.u. La duración de la sobretensión depende del equipo de control de la tensión y puede llevar varios minutos; − en grandes sistemas, después de una pérdida total de carga, las sobretensiones fase-tierra pueden alcanzar 1,5 p.u. o incluso más cuando ocurren los efectos Ferranti o de resonancia. Su duración puede ser del orden de algunos segundos;. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(17) - 17 -. EN 60071-2:1997. − si sólo hay cargas estáticas en la parte desconectada, la sobretensión temporal longitudinal es normalmente igual a la sobretensión entre fase y tierra. En sistemas con motores o generadores en la parte desconectada, una separación de redes puede producir una sobretensión longitudinal temporal compuesta de dos sobretensiones fase-tierra en oposición de fase, cuya amplitud máxima es normalmente inferior a 2,5 p.u. (se pueden obtener valores mayores, como casos excepcionales, en los muy grandes sistemas de alta tensión). 2.3.2.3 Resonancia y ferroresonancia. Se producen sobretensiones temporales debidas a estas causas cuando se conectan o hay pérdidas de carga en circuitos que incorporan elementos de gran capacidad (líneas, cables, líneas compensadas en serie) o elementos inductivos (transformadores, bobinas de reactancia shunt) que tienen características de magnetización no lineales. Las sobretensiones temporales debido al fenómeno de resonancia pueden alcanzar valores extremadamente altos. Pueden ser prevenidos o limitados mediante las medidas recomendadas en 2.3.2.6. Por tanto, no se deben normalmente considerar como base para la selección de la tensión asignada de pararrayos o para diseñar el aislamiento, a menos que estas medidas no sean suficientes (véase 2.3.2.7). 2.3.2.4 Sobretensiones longitudinales durante la sincronización. Las sobretensiones temporales longitudinales representativas se deducen de la sobretensión prevista en servicio que tiene una amplitud igual a dos veces la tensión de servicio fase-tierra y una duración desde varios segundos a algunos minutos. Además cuando las operaciones de sincronización son frecuentes, se debe considerar la probabilidad de que ocurra una falta a tierra y como consecuencia una sobretensión. En tales casos, las amplitudes de las sobretensiones representativas son la suma de la máxima sobretensión fase-tierra prevista en un terminal y la tensión permanente de servicio, en oposición de fase, en el otro. 2.3.2.5 Combinaciones de causas de sobretensiones temporales. Antes de tratar como combinadas las sobretensiones temporales de origen diferente, se debe examinar cuidadosamente la probabilidad de aparición simultánea. Estas combinaciones pueden conducir a la elección de pararrayos con características asignadas mayores y, en consecuencia, niveles más altos de protección y de aislamiento. Esto solamente es justificable técnica y económicamente si la probabilidad de que ocurran simultáneamente es suficientemente elevada. 2.3.2.5.1 Falta a tierra con pérdida de carga. La combinación falta a tierra con pérdida de carga puede existir cuando, durante una falta en la línea, el interruptor de carga abre primero, y la carga desconectada provoca una sobretensión de pérdida de carga en la parte de la red todavía en defecto, hasta que abre el interruptor de cabecera. La combinación falta a tierra con pérdida de carga puede también existir cuando se desconecta una gran carga y la sobretensión temporal que se produce debida a esta causa, provoca una falta a tierra en el resto de la red. La probabilidad de que esto ocurra es sin embargo, pequeña, cuando las sobretensiones debidas al cambio de carga son en sí mismas pequeñas, y un defecto consecutivo a una pérdida de carga sólo se puede producir en condiciones extremas, como por ejemplo en el caso de una contaminación fuerte. Además, la combinación puede producirse más tarde como resultado de un defecto en la línea seguido de un fallo en la apertura del interruptor automático. La probabilidad de tal combinación, aunque pequeña, no es despreciable puesto que estos incidentes no son estadísticamente independientes. Si esto ocurre, que equivale a un generador conectado a través de un transformador, a una línea larga con defecto, se puede producir una sobretensión importante en las fases sanas. La sobretensión consiste en un transitorio de frente lento y una sobretensión temporal variable y prolongada, la cual es función de las características del generador y de las acciones del regulador de tensión. Si tales combinaciones se consideran probables, se recomiendan estudios del sistema. Sin tales estudios, se puede llegar a creer que es necesario combinar estas sobretensiones, pero esto se considera demasiado pesimista por las razones siguientes: − el factor de falta a tierra cambia cuando se refiere a la sobretensión de pérdida de carga; − la configuración del sistema ha cambiado después de la modificación de la carga. Por ejemplo, el factor de falta a tierra en los transformadores conectados a la salida del generador con el neutro puesto a tierra, es menor que 1 después de ser desconectado de la red;. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(18) EN 60071-2:1997. - 18 -. − para los transformadores de red la pérdida de la totalidad de la carga asignada no es usual. 2.3.2.5.2 Otras combinaciones. Como los fenómenos de resonancia deberían evitarse, su combinación con otras causas deberá ser considerada únicamente como un resultado adicional de estas resonancias. Sin embargo, en algunos sistemas, no es fácil evitar los fenómenos de resonancia y, en tales sistemas es importante llevar a cabo estudios detallados. 2.3.2.6 Limitación de sobretensiones temporales 2.3.2.6.1 Sobretensiones por faltas a tierra. Las sobretensiones por faltas a tierra, dependen de los parámetros del sistema y pueden controlarse únicamente mediante la selección de estos parámetros durante el diseño del sistema. Las amplitudes de las sobretensiones, son normalmente menos severas en sistemas de neutro a tierra. Sin embargo, existen unas excepciónes en sistemas de neutro a tierra, si una parte del sistema -en situaciones inusuales- puede llegar a separarse, con transformadores cuyo neutro no está puesto a tierra. En tal situación, la duración de las sobretensiones elevadas debidas a faltas a tierra, en la parte separada, puede controlarse por puesta a tierra inmediata en estos neutros, por medio de seccionadores o por pararrayos de neutro especialmente seleccionados, los cuales cortocircuitan el neutro después de la falta. 2.3.2.6.2 Cambios súbitos de carga. Estas sobretensiones pueden controlarse por reactancias "shunt", condensadores en serie o compensadores estáticos. 2.3.2.6.3 Resonancia y ferroresonancia. Estas sobretensiones deberían limitarse desintonizando el sistema de la frecuencia de resonancia, cambiando la configuración del sistema, o mediante resistencias de amortiguamiento. 2.3.2.7 Protección con pararrayos contra las sobretensiones temporales. Normalmente, la selección de la tensión asignada del pararrayos, está basada en la curva envolvente de sobretensión temporal previsible, teniendo en cuenta la capacidad de disipación de energía del pararrayos. En general, el ajuste del valor asignado del pararrayos con la sobretensión temporal, es más crítico en gama II, donde los márgenes de protección son inferiores que en gama I. Usualmente, la capacidad de energía del pararrayos bajo sobretensión temporal, se expresa como una característica amplitud/duración, suministrada por el fabricante. Desde el punto de vista práctico, los pararrayos no limitan las sobretensiones temporales. Una excepción es la sobretensión temporal debida a efectos de resonancia, en los cuales, los pararrayos pueden aplicarse para limitar e incluso impedir tales sobretensiones. Para tal aplicación, deberían efectuarse estudios de detalle de los esfuerzos térmicos provocados en los pararrayos, a fin de evitar su sobrecarga. 2.3.3 Sobretensiones de frente lento. Las sobretensiones de frente lento, tienen duraciones del frente de algunas decenas a algunos miles de microsegundos y duraciones de la cola del mismo orden de magnitud, y son de naturaleza oscilatoria. Generalmente se producen por: − energizacióin de líneas y su reenganche; − faltas y su eliminación; − pérdidas de carga; − maniobra de corrientes capacitivas o inductivas; − descargas de rayos distantes a los conductores de líneas aéreas. La solicitación de tensión representativa se caracteriza por: − una forma de onda de tensión representativa; − una amplitud representativa, que puede ser, bien una sobretensión máxima prevista o una distribución de probabilidad de amplitudes de sobretensión.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(19) - 19 -. EN 60071-2:1997. La forma de onda de tensión representativa es el impulso tipo maniobra normalizado (duración de cresta 250 µs) y duración de decrecimiento al valor mitad 2 500 µs. La amplitud representativa es la amplitud de la sobretensión, considerada independientemente de su tiempo hasta la cresta real. Sin embargo, en algunos sistemas de gama II, pueden producirse sobretensiones con frentes muy largos y la amplitud representativa puede deducirse teniendo en cuenta la influencia de la duración del frente sobre la rigidez dieléctrica del aislamiento. La distribución de probabilidad de las sobretensiones sin actuación del pararrayos, se caracteriza por su valor al 2%, su desviación típica y su valor de truncamiento. Aunque no es perfectamente válido, la distribución de probabilidad puede ser aproximada por una distribución de Gauss entre el valor 50% y el valor de truncamiento, por encima del cual se supone que no existen valores. Alternativamente, puede ser empleada una distribución modificada de Weibull (véase anexo C). El valor máximo previsto de la sobretensión representativa es igual al valor de truncamiento de las sobretensiones (véase 2.3.3.1 a 2.3.3.6) o igual al nivel de protección bajo impulso tipo maniobra del pararrayos (véase 2.3.3.7), eligiendo el menor de los dos valores. 2.3.3.1 Sobretensiones debidas a la conexión y reenganche de la línea. Una conexión o reenganche de una línea trifásica produce sobretensiones de maniobra sobre las tres fases de la línea. Por lo tanto, cada maniobra produce tres sobretensiones fase-tierra y las tres sobretensiones correspondientes fase-fase1). Se han introducido para las aplicaciones prácticas, muchas simplificaciones en la evaluación de las sobretensiones. En lo que concierne al número de sobretensiones de maniobra, se utilizan dos métodos. − Método del valor cresta por fase: por cada maniobra, el valor de cresta más alto de las sobretensiones entre cada fase y tierra o entre cada combinación de fases, está incluida en la distribución de probabilidad de la sobretensión, es decir, cada maniobra contribuye con tres valores de cresta a la distribución de probabilidad de las sobretensiones representativas. Esta distribución, entonces, tiene que ser prevista como igual para cada uno de las tres partes implicadas del aislamiento: fase-tierra, fase-fase o longitudinal. − Método del valor cresta por caso: por cada maniobra el valor de cresta más alto de las sobretensiones entre las tres fases y tierra o entre las mismas tres fases está incluido en la distribución de probabilidad de la sobretensión, es decir, cada maniobra contribuye con un valor a la distribución de probabilidad de la sobretensión representativa. Esta distribución es, entonces aplicable a un aislamiento de cada tipo. Las amplitudes de las sobretensiones debidas a la conexión de la línea dependen de numerosos factores incluyendo el tipo de interruptor automático (con resistencia de preinserción o sin ella), naturaleza y potencia de cortocircuito de las barras a partir de las cuales la línea es conectada, la naturaleza del medio de compensación utilizado y la longitud de la línea de conexión, situación del fin de línea (abierta, transformador, pararrayos), etc. Los reenganches trifásicos pueden generar altas sobretensiones de frente lento debido a cargas atrapadas en la línea reenganchada. Al mismo tiempo que el reenganche, la amplitud de la sobretensión remanente sobre la línea (debido a la carga atrapada) puede ser tan alta como el valor de cresta de la sobretensión temporal. La descarga de esta carga atrapada depende de los restantes equipos conectados a la línea, de la conductividad superficial de los aisladores, o de las condiciones de efecto corona sobre los conductores, y del instante de reenganche. En sistemas normales el reenganche monofásico no genera sobretensiones más altas que las debidas a la conexión. Sin embargo, para líneas en las cuales pueden ser significativos los efectos de resonancia o de Ferranti, el reenganche monofásico puede dar como resultado sobretensiones más altas que las debidas a la conexión trifásica. La distribución de probabilidad correcta de las amplitudes de las sobretensiones puede ser obtenida solamente de una cuidadosa simulación de las maniobras por cálculo numérico, analizadores de transitorios, etc.., y los valores típicos como los mostrados en la figura 1 deberían ser considerados solamente a título informativo. Todas las consideraciones son relativas a las sobretensiones en el extremo abierto de la línea (extremo de recepción). Las sobretensiones en el extremo de envío pueden ser sustancialmente menores que las del extremo abierto. Por razones dadas en el anexo D, la figura 1 puede ser usada para los dos métodos, cresta por fase (fase-cresta) y cresta por caso (caso-cresta).. 1) Las cifras entre corchetes se refieren a la bibliografía dada en el anexo J.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(20) EN 60071-2:1997. - 20 -. 2.3.3.1.1 Sobretensiones fase-tierra. Un procedimiento para la estimación de la distribución de probabilidad de las sobretensiones representativas viene reflejada en el anexo D. A título informativo, la figura 1 muestra el rango de valores de sobretensiones 2% (en valores p.u. de 2 Us/ 3 que pueden esperarse entre fase y tierra, sin limitación proveniente de pararrayos [5]. Los datos de la figura 1 están basados en un número de resultados obtenidos sobre el terreno y en estudios e incluye los efectos de muchos de los factores determinantes de las sobretensiones. La figura 1 debe ser utilizada como una indicación para determinar si sobre una configuración dada, las sobretensiones son suficientemente elevadas para causar problemas. En este caso, el rango de valores indica hasta qué punto las sobretensiones pueden ser limitadas. Para este propósito, es necesario realizar estudios detallados.. Fig. 1 − Rango de sobretensiones de frente lento 2% en el extremo de recepción debida la conexión y reenganche de la línea. 2.3.3.1.2 Sobretensiones entre fases. En la evaluación de las sobretensiones entre fases, debe ser añadido un parámetro adicional. Como el aislamiento es sensible a la división de un valor de sobretensión entre fases dado, en dos componentes fase-tierra, la selección de un instante específico debe tener en cuenta las características del aislamiento. Han sido seleccionados dos instantes [1]: a) Instante de cresta de sobretensión entre fases: Este instante proporciona el valor máximo de la sobretensión entre fases. Representa la mayor solicitación para todas las configuraciones de aislamiento, por lo que la rigidez dieléctrica entre fases no es sensible a la división en componentes. Ejemplos típicos son el aislamiento entre arrollamientos o cortas distancias en el aire; b) Sobretensión entre fases en el instante de cresta de sobretensión fase-tierra: aunque este instante proporciona valores de sobretensión menores que el instante del valor de cresta de la sobretensión entre fases, puede ser más severo para configuraciones de aislamiento para las cuales la rigidez dieléctrica entre fases está influenciada por la subdivisión entre componentes. Ejemplos típicos son largas distancias en el aire para las cuales el instante del valor de cresta positivo fase-tierra es más severo, o subestaciones con aislamiento en gas (envolvente trifásica), para los cuales el valor de cresta negativo es más severo.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(21) - 21 -. EN 60071-2:1997. Las características estadísticas de las sobretensiones entre fases y las relaciones entre los valores pertenecientes a los dos instantes, están descritos en el anexo D. Se concluye que para todos los tipos de aislamiento excepto para las distancias en el aire, en la gama II, la sobretensión representativa entre fases es igual al valor de cresta de la sobretensión entre fases. Para distancias en el aire en la gama II, y más particularmente para sistemas cuya tensión sea igual o mayor que 500 kV, la sobretensión representativa entre fases puede ser determinada a partir de los valores de cresta de sobretensión fase-tierra y entre fases, como se describe en el anexo D. El valor de sobretensión entre fases 2% puede ser determinado aproximadamente a partir de la sobretensión fase-tierra. La figura 2 muestra el rango de relaciones posibles entre los valores 2% entre fases y fase-tierra. El límite superior de este rango se aplica a las rápidas sobretensiones de reenganche trifásicas, el límite inferior se aplica a sobretensiones de conexión trifásica.. NOTA − La parte superior del rango indicado puede ser aplicada al reenganche trifásico, la parte inferior a la conexión.. Fig. 2 − Relación entre los valores 2% de sobretensiones de frente lento entre fases y fase-tierra. 2.3.3.1.3 Sobretensiones longitudinales. Las sobretensiones longitudinales que se producen entre terminales durante la conexión o el reenganche se componen de la tensión de servicio permanente en un terminal y la sobretensión de maniobra en el otro. En los sistemas sincronizados, el mayor valor de cresta de la sobretensión de maniobra y la tensión de servicio tienen la misma polaridad, y el aislamiento longitudinal soporta una menor sobretensión que el aislamiento fase-tierra. El aislamiento longitudinal entre sistemas asíncronos, no obstante, puede estar sometido a sobretensiones de conexión en un terminal y el valor cresta de la tensión nominal de servicio, de polaridad opuesta, en el otro. Para la componente de sobretensión de frente lento, se aplican los mismos principios que para el aislamiento fase-tierra.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.

(22) EN 60071-2:1997. - 22 -. 2.3.3.1.4 Sobretensiones máximas previstas. Si no se emplea protección por pararrayos, la sobretensión máxima de conexión o reenganche prevista es: − para la sobretensión fase-tierra: el valor de truncamiento Uet; − para la sobretensión entre fases: el valor de truncamiento Upt o para el aislamiento externo en la gama II, el valor determinado de acuerdo con el anexo D, ambos subdivididos en dos componentes iguales con polaridades opuestas; − para las sobretensiones longitudinales: el valor de truncamiento Uet de la sobretensión fase-tierra debida a la conexión en un terminal y el valor de cresta de la tensión de servicio permanente, de polaridad opuesta, en el otro terminal. La definición de la sobretensión longitudinal máxima, supone que las frecuencias de los sistemas están sincronizadas (a través de un enlace en paralelo) en ambos terminales, de manera que las sobretensiones longitudinales debidas al reenganche no necesitan ser consideradas separadamente (porque el efecto de cualquier carga atrapada se tiene en cuenta por esta hipótesis). 2.3.3.2 Sobretensiones a causa de faltas y su eliminación. Las sobretensiones de frente lento se generan a la iniciación de la falta y durante su eliminación, a consecuencia del cambio de tensión desde la tensión de servicio a la sobretensión temporal, en las fases sanas y por el retorno desde un valor próximo a cero a la tensión de servicio de la fase con defecto. Ambas causas producen únicamente sobretensiones fase-tierra. Las sobretensiones entre fases pueden ser despreciadas. Una estimación conservadora de los valores máximos previstos de la sobretensión representativa Uet es como sigue: − inicio de la falta. Uet = (2k-1) Us 2 / 3. (kV cresta). − eliminación de la falta. Uet = 2,0 Us 2 / 3. (kVcresta). donde k es el factor de falta a tierra. En la gama I, se deberán considerar las sobretensiones causada por faltas a tierra en sistemas con neutro aislado o resonante en los que el factor de falta a tierra es aproximadamente igual a 3 . En estos sistemas, la coordinación del aislamiento puede basarse en las sobretensiones máximas previstas y la probabilidad de sus amplitudes no necesita considerarse. En la gama II, cuando las sobretensiones debidas a la conexión o reenganche de la línea están limitadas a valores inferiores a 2 p.u., las sobretensiones a causa de faltas y eliminación de faltas, requieren un examen cuidadoso si no están limitadas en el mismo grado. 2.3.3.3 Sobretensiones debidas a la pérdida de carga. Las sobretensiones de frente lento debidas a la pérdida de carga, tienen importancia únicamente en sistemas de la gama II, en los que las sobretensiones de conexión y reenganche se limitan a valores por debajo de 2 p.u. En estos casos, necesitan ser examinadas, especialmente si hay involucrados transformadores a la salida del generador o largas líneas de transporte. 2.3.3.4 Sobretensiones debidas a la maniobra de corrientes inductivas y capacitivas. La maniobra de corrientes inductivas o capacitivas puede dar lugar a sobretensiones, que pueden requerir atención. En particular, las siguientes maniobras deben tomarse en consideración: − interrupción de corrientes de arranque de motores; − interrupción de corrientes inductivas, por ejemplo cuando se interrumpe la corriente de magnetización de un transformador o cuando se desconecta una reactancia shunt [6]; − maniobra y funcionamiento de hornos de arco y sus transformadores, que puede dar lugar a arranque de corriente; − maniobra de cables en vacío y de baterías de condensadores; − interrupción de corrientes por fusibles de alta tensión.. AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A UNIVERSIDAD POLITECNICA VALENCIA-.