En una línea aérea la coordinación de aislamiento termina en la tensión soportada requerida, sin elegir un valor de las tablas de IEC 60071-1. La tensión de operación y las sobretensiones temporales definen la longitud de la cadena de aisladores; las de frente lento, las distancias en aire de líneas de 123 kV o más; y el rayo, el desempeño de la línea. El desempeño de la línea determina cuántas veces se reenergiza y cuántas sobretensiones llegan a la subestación.
Respuesta corta
La coordinación de aislamiento de una línea aérea sigue la misma filosofía que la de una subestación, pero con tres diferencias. Termina en la tensión soportada requerida: no hay que elegir un nivel de las tablas de IEC 60071-1. Las distancias en aire deben considerar el movimiento de los conductores cuando hay aisladores colgantes. Y el desempeño de la línea condiciona la subestación: su tasa de salidas por rayo define cuántas veces se reenergiza, y el rayo cerca de la subestación define cuántas sobretensiones le llegan. Esta guía resume la cláusula 6 de IEC 60071-2, edición de 1996.
Qué cambia frente a una subestación
La norma enumera tres consideraciones propias de las líneas:
- Con aisladores colgantes, la rigidez dieléctrica de las distancias en aire debe tener en cuenta el movimiento de los conductores.
- Las normas de aisladores dan las dimensiones de cada unidad sin referirse a una tensión más elevada para el equipo ni a una tensión más elevada del sistema. Por eso el procedimiento termina al determinar la tensión soportada requerida. No se elige un valor de la serie de IEC 60071-1 y sus tablas 2 y 3 no aplican.
- El desempeño de la línea influye mucho en el de la subestación. La tasa de salidas de una línea de transmisión por rayo define la frecuencia de las maniobras de reenergización. El desempeño ante rayo cerca de la subestación define la frecuencia de las sobretensiones de frente rápido que llegan a ella.
Tensión de operación y sobretensiones temporales
La tensión de operación y las sobretensiones temporales determinan la longitud de la cadena de aisladores y la forma de cada unidad, según la severidad de la contaminación del sitio. Esa severidad se clasifica en cuatro niveles, de ligero a muy fuerte.
Si el neutro está a tierra directamente y el factor de falla a tierra es 1,3 o menos, suele bastar con una condición. Los aisladores deben soportar la tensión más elevada del sistema entre fase y tierra. Con factores mayores, y sobre todo en sistemas aislados o con neutro resonante, puede ser necesario considerar las sobretensiones temporales. Para el neutro, vea neutro aislado frente a neutro aterrizado. Cuando hay aisladores colgantes, las distancias se determinan en condiciones de balanceo extremo.
Sobretensiones de frente lento
Las que interesan en líneas son las de falla a tierra, energización y reenergización. Al fijar la tasa de falla aceptable hay que recordar qué provoca cada una:
- Una falla de aislamiento por sobretensión de falla a tierra causa una falla doble de fase a tierra.
- Una falla por sobretensión de reenergización causa un recierre fallido.
| Sobretensión | Cuándo importa | Tasa de falla orientativa |
|---|---|---|
| Falla a tierra | Sistemas con factor de falla a tierra alto: líneas de distribución o de transmisión en sistemas con neutro resonante | De 0,1 a 1,0 descargas por año, del orden de la tasa de salidas bifásicas por rayo |
| Energización | Todas las líneas, sobre todo en rango II | Del orden de 0,005 a 0,05 descargas por año |
| Reenergización | Líneas de transmisión con recierre trifásico rápido, por las cargas atrapadas | Del orden de 0,005 a 0,05 descargas por año |
Hay dos matices. En líneas de rango II, las sobretensiones de energización y reenergización se controlan normalmente a valores bajos. Por eso las de falla a tierra pueden resultar más severas y piden consideración especial. Y la reenergización se puede ignorar con recierre monofásico en transmisión, o en líneas de distribución cuyos transformadores quedan conectados durante la maniobra.
Las de frente lento son uno de los factores que determinan las distancias en aire y, en ciertos aisladores, los herrajes. Su importancia suele limitarse a líneas de transmisión de 123 kV o más. En las de distribución, las distancias las fija el aislador y no hace falta considerarlas.
Rayo
El desempeño de una línea ante rayo depende de:
- la densidad de descargas a tierra,
- la altura de la línea,
- la disposición de los conductores,
- la protección por cables de guarda,
- la puesta a tierra de las torres,
- la rigidez del aislamiento.
Líneas de distribución. Se supone que cada impacto directo causa una descarga entre fases, con o sin descarga a tierra. El cable de guarda no ayuda, porque la puesta a tierra y la rigidez del aislamiento no se pueden mejorar económicamente hasta evitar las descargas de retorno. El desempeño depende sobre todo de la densidad de descargas y de la altura. En líneas con crucetas sin puesta a tierra, como las de postes de madera, las sobretensiones inducidas por impactos cercanos no importan. Pero la alta rigidez a tierra hace llegar sobretensiones de gran amplitud a la subestación, y eso se considera al elegir sus pararrayos por su capacidad de energía. En líneas con crucetas a tierra, las inducidas pueden afectar la rigidez de impulso requerida.
Líneas de transmisión. Por encima de 72,5 kV se desprecian las tensiones inducidas y solo cuentan los impactos directos. La norma no da una tasa objetivo general, porque depende de las consecuencias de una salida por rayo y del costo de mejorar apantallamiento, puesta a tierra y aislamiento. Sí se puede diseñar el tramo frente a la subestación con menor tasa de salidas que el resto de la línea. Así se reducen la amplitud y la frecuencia de las sobretensiones que llegan a la subestación, y la probabilidad de fallas de línea corta. Para el apantallamiento, vea apantallamiento contra descargas atmosféricas.
Qué no hacer
- No elegir un nivel de aislamiento de las tablas de IEC 60071-1 para una cadena de aisladores: la norma de aisladores y la tensión soportada requerida bastan.
- No proteger una línea de distribución con cable de guarda esperando evitar descargas entre fases: la norma lo considera inútil.
- No ignorar las sobretensiones temporales en sistemas aislados o con neutro resonante.
- No diseñar la línea sin mirar su tramo de entrada a la subestación, que condiciona los pararrayos y la frecuencia de reenergización.
Para ampliar el tema, vea Coordinación de aislamiento en subestaciones de 52 a 245 kV.
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Referencias
- IEC 60071-2:1996, Insulation co-ordination, Part 2: Application guide, cláusula 6 (apartados 6.1 a 6.4).
- IEC 60071-1:2006, Insulation co-ordination, Part 1: Definitions, principles and rules.
Preguntas frecuentes
¿Por qué no se usan las tablas de IEC 60071-1 para el aislamiento de una línea?
Porque las normas de aisladores fijan las dimensiones de cada unidad sin referirse a una tensión más elevada para el equipo. Según IEC 60071-2:1996 (apartado 6.1), el procedimiento termina en la tensión soportada requerida y no hace falta elegir un nivel de las tablas 2 y 3 de IEC 60071-1.
¿Qué sobretensiones de frente lento importan en una línea aérea?
Las de falla a tierra, las de energización y las de reenergización. Su importancia suele limitarse a líneas de transmisión de 123 kV o más, donde influyen en las distancias en aire. En líneas de distribución las distancias las fija el aislador, y no hace falta considerarlas.
¿El cable de guarda protege una línea de distribución contra el rayo?
No de forma útil. La norma indica que, en distribución, se supone que cada impacto directo a la línea produce descarga entre fases, y que la puesta a tierra de las torres y la rigidez del aislamiento no se pueden mejorar económicamente hasta evitar las descargas de retorno. El desempeño depende sobre todo de la densidad de descargas a tierra y de la altura de la línea.