El factor de seguridad Ks cubre las diferencias entre el ensayo normalizado y el servicio: montaje, dispersión de fabricación, calidad de instalación, envejecimiento y otras influencias. Si el comité de producto no fija otros valores, IEC 60071-2 recomienda 1,15 para aislamiento interno y 1,05 para externo. Los factores de conversión de ensayo pasan la tensión requerida a la forma de onda en que está normalizado el nivel: de maniobra a frecuencia industrial y rayo en rango I, y de frecuencia industrial a maniobra en rango II.
Respuesta corta
El factor de seguridad Ks y los factores de conversión de ensayo llevan la tensión de coordinación hasta una tensión que sí se puede ensayar. Ks cubre las diferencias entre el ensayo y la vida real del aislamiento. Si el comité del producto no fija otro valor, IEC 60071-2 recomienda Ks = 1,15 para el aislamiento interno y 1,05 para el externo. Los factores de conversión pasan una tensión requerida a la forma de onda del ensayo normalizado. Se usan solo en la dirección que la norma indica. Esta guía sigue los apartados 4.3 y 5.1 a 5.2 de la edición de 1996 y las definiciones de IEC 60071-1:2006.
Dónde entran en la coordinación
La coordinación de aislamiento avanza en pasos. La tensión de soportabilidad de coordinación se convierte en tensión soportada requerida (Urw) al aplicar la corrección por atmósfera y el factor de seguridad. Después, la tensión soportada requerida se compara con los valores normalizados para elegir el nivel de aislamiento.
- Tensión de coordinación. Resultado del método determinista o estadístico
- Corrección atmosférica. Solo aislamiento externo, por ejemplo Ka por altitud
- Factor de seguridad Ks. Se aplica después de la corrección atmosférica
- Tensión soportada requerida. Es la que debe demostrarse en ensayo
- Factor de conversión. Si el ensayo normalizado tiene otra forma de onda
- Tensión soportada asignada. El siguiente valor normalizado igual o mayor
IEC 60071-1 define Ks como un factor global. Se aplica a la tensión de coordinación, después de la corrección atmosférica. Cubre las diferencias entre las condiciones en servicio durante la vida del equipo y las del ensayo normalizado.
Qué cubre el factor de seguridad Ks
La norma lo compone de cinco efectos:
- las diferencias en el montaje del equipo,
- la dispersión en la calidad del producto,
- la calidad de la instalación,
- el envejecimiento del aislamiento durante su vida esperada,
- otras influencias desconocidas.
El peso de cada efecto cambia según el tipo de equipo. IEC 60071-2 detalla cómo se trata cada uno:
| Efecto | Cómo lo trata la norma |
|---|---|
| Envejecimiento | El aislamiento externo no se supone sujeto a envejecimiento, salvo los que contienen materiales orgánicos, que requieren estudio, sobre todo a la intemperie. En el interno puede ser significativo y se cubre con Ks. |
| Dispersión de producción y montaje | En equipos armados completos en fábrica es despreciable. En equipos montados en sitio, la tensión soportada real puede ser menor que la requerida y se cubre con Ks. |
| Inexactitud de la tensión soportada | En el externo, las diferencias entre la disposición de ensayo y la de servicio, y la influencia del laboratorio. En el interno, la incertidumbre estadística del ensayo con tres impulsos, que suele usarse porque se supone 100 % de probabilidad de soportar. |
Valores recomendados
Cuando los comités de aparatos no especifican otros, la norma recomienda:
| Aislamiento | Ks recomendado |
|---|---|
| Interno | 1,15 |
| Externo | 1,05 |
Para la GIS de rango II, la norma advierte que pueden ser aplicables factores de seguridad mayores y que en ese caso se pueden considerar ensayos en sitio. Si los efectos no se pueden evaluar uno por uno, IEC 60071-1 indica que se adopte un factor global derivado de la experiencia.
Los factores de conversión de ensayo
El nivel de aislamiento está normalizado en ciertas formas de onda: en rango I (hasta 245 kV), frecuencia industrial de corta duración e impulso de rayo; en rango II (sobre 245 kV), impulso de maniobra e impulso de rayo. Por eso, una tensión requerida de otra clase se convierte antes de compararla. Un solo valor normalizado puede así demostrar varias tensiones requeridas.
La norma los define como el factor por el que se multiplica la tensión soportada requerida de una clase cuando la forma de onda del ensayo elegido es la de otra clase. Se obtuvieron de resultados existentes para dar un valor conservador y deben usarse solo en el sentido indicado. Se aplican si el comité del producto no tiene factores adecuados.
Rango I. Convierten la tensión de maniobra requerida (Urw, en kV) a frecuencia industrial de corta duración y a impulso de rayo. Valen para la tensión fase-tierra y para la suma de componentes fase-fase y longitudinal:
| Aislamiento | Frecuencia industrial | Impulso de rayo |
|---|---|---|
| Distancias en aire y aisladores limpios, en seco, fase-tierra | 0,6 + Urw / 8 500 | 1,05 + Urw / 6 000 |
| Ídem, fase-fase | 0,6 + Urw / 12 700 | 1,05 + Urw / 9 000 |
| Aisladores limpios, bajo lluvia | 0,6 | 1,3 |
| GIS | 0,7 | 1,25 |
| Aislamiento sumergido en líquido | 0,5 | 1,10 |
| Aislamiento sólido | 0,5 | 1,00 |
Los factores de frecuencia industrial ya incluyen la división entre raíz de dos para pasar de valor pico a valor eficaz.
Rango II. Convierten la tensión de frecuencia industrial de corta duración requerida a impulso de maniobra, y también valen para el aislamiento longitudinal:
| Aislamiento | Impulso de maniobra |
|---|---|
| Distancias en aire y aisladores limpios, en seco | 1,4 |
| Aisladores limpios, bajo lluvia | 1,7 |
| GIS | 1,6 |
| Aislamiento sumergido en líquido | 2,3 |
| Aislamiento sólido | 2,0 |
Estos incluyen el factor raíz de dos para pasar de eficaz a pico.
Un ejemplo ilustrativo
Una distancia en aire, en seco, fase-tierra, en rango I, con una tensión de maniobra requerida de 300 kV. El factor a frecuencia industrial es 0,6 + 300/8 500, cerca de 0,635, y da unos 191 kV eficaces. El factor a impulso de rayo es 1,05 + 300/6 000 = 1,10, y da 330 kV. Se elegiría un valor normalizado igual o mayor que cada resultado. Es una ilustración de la operación, no un dato de proyecto.
Qué cubre la elección del nivel
En rango I, la tensión normalizada de frecuencia industrial o de impulso de rayo debe cubrir las tensiones de maniobra requeridas fase-tierra, fase-fase y longitudinal. En rango II, la tensión normalizada de impulso de maniobra debe cubrir dos cosas. Una es la tensión requerida de frecuencia industrial de corta duración. La otra es la tensión continua de frecuencia industrial, si ningún comité de producto fija otro valor. Para el ensayo de larga duración a frecuencia industrial, IEC 60071-1 deja la definición al comité del producto.
Qué no hacer
- No usar Ks = 1,15 o 1,05 si el comité del producto fija otro valor: los de la guía son para cuando no lo fija.
- No aplicar los factores de conversión al revés ni entre clases distintas de las de las tablas.
- No sumar la corrección por altitud y el factor de seguridad como si fueran el mismo concepto: Ka corrige la atmósfera y Ks las demás diferencias.
- No dar por cubierto un aislamiento de montaje en sitio con el valor de fábrica: su dispersión es mayor.
Para ampliar el tema, vea Método determinista de coordinación de aislamiento, Ensayos de tensión soportada: tipos y criterio de aprobación, Aislamiento autorrecuperable y no autorrecuperable y Impulso de rayo y de maniobra: formas de onda normalizadas.
Cuándo llamarnos
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Referencias
- IEC 60071-2:1996, Insulation co-ordination, Part 2: Application guide, apartados 4.1, 4.3, 5.1 y 5.2, tablas 2 y 3.
- IEC 60071-1:2006, Insulation co-ordination, Part 1: Definitions, principles and rules, definiciones 3.30 a 3.32 y apartados 5.4 y 5.5.
Preguntas frecuentes
¿Qué valores recomienda IEC 60071-2 para el factor de seguridad Ks?
Si los comités de aparatos no especifican otros, recomienda Ks = 1,15 para el aislamiento interno y Ks = 1,05 para el externo (apartado 4.3.4). En GIS de rango II pueden aplicar valores mayores, y en ese caso se pueden considerar ensayos en sitio.
¿Qué es un factor de conversión de ensayo?
Es el factor por el que se multiplica la tensión soportada requerida de una clase de sobretensión cuando la forma de onda normalizada del ensayo elegido es la de otra clase (IEC 60071-1, definición 3.32). Se usa para comprobar con un solo ensayo normalizado más de una tensión requerida.
¿Se pueden usar los factores de conversión en cualquier dirección?
No. La norma los determinó a partir de resultados existentes para dar un valor conservador del nivel asignado, y por eso deben usarse solo en la dirección especificada: de maniobra a frecuencia industrial y rayo en rango I, y de frecuencia industrial a maniobra en rango II.