En el método determinista, IEC 60071-2 obtiene la tensión de coordinación multiplicando el valor máximo supuesto de la sobretensión representativa por un factor de coordinación Kcd. Con pararrayos y frente lento, Kcd varía entre 1,10 y 1,00 según qué tan bajo sea el nivel de protección frente a la sobretensión esperada. Sin pararrayos se parte del valor de truncamiento y Kcd vale 1. Ante rayo, Kcd vale 1 porque la sobretensión representativa ya incluye la probabilidad.
Respuesta corta
El método determinista de coordinación de aislamiento parte de una sobretensión máxima que se supone sobre el equipo y la multiplica por un factor de coordinación determinista (Kcd). El resultado es la tensión de soportabilidad de coordinación. Con pararrayos y sobretensión de frente lento, Kcd vale entre 1,10 y 1,00 según el nivel de protección del pararrayos. Sin pararrayos, Kcd vale 1 y se parte del valor de truncamiento. Ante rayo, Kcd vale 1. Esta guía sigue IEC 60071-2, edición de 1996, apartados 3.3 y 3.3.1 a 3.3.3.
Qué es y cuándo se usa
La coordinación de aislamiento elige el nivel de aislamiento de cada equipo para que las sobretensiones esperadas no lo dañen, sin sobredimensionarlo. IEC 60071-2 propone dos caminos: el determinista y el estadístico. Muchos procedimientos reales mezclan ambos, porque algunos factores deterministas nacieron de consideraciones estadísticas.
El determinista se usa cuando no hay datos de ensayo sobre la tasa de falla del equipo en servicio. No calcula cuántas fallas habrá por año. Compara dos valores máximos y deja un margen entre ellos. La norma da dos ejemplos típicos:
- El aislamiento interno frente a sobretensiones de frente lento, cuando un pararrayos lo protege.
- La protección con pararrayos contra el rayo, para equipos conectados a líneas aéreas, donde ya existe experiencia con equipos parecidos.
Si lo que interesa es calcular la probabilidad de falla, el camino es el método estadístico, que tiene su propia guía.
Cómo se obtiene la tensión de coordinación
La secuencia es corta:
- Sobretensión representativa. Se toma su valor máximo supuesto, según su clase: temporal, frente lento, frente rápido
- Factor Kcd. Cubre la incertidumbre del valor supuesto del aislamiento y de la sobretensión
- Tensión de soportabilidad de coordinación. Es el producto de las dos cantidades anteriores
- Pasos siguientes. Factores de seguridad y de atmósfera llevan el valor a la tensión soportada requerida
Cuando el aislamiento se describe con una tensión soportada convencional supuesta (probabilidad de soportar de 100 %, caso del aislamiento interno), el valor de soportabilidad se elige igual a la tensión de coordinación. Cuando es aislamiento externo, descrito por una tensión soportada estadística (90 % de probabilidad de soportar), Kcd debe cubrir además la diferencia entre ese valor y el supuesto.
Sobretensiones de frente lento con pararrayos
En el equipo protegido por pararrayos, la sobretensión máxima supuesta es el nivel de protección al impulso de maniobra (Ups) del pararrayos. La norma advierte un efecto: la distribución de las sobretensiones se deforma fuertemente cuando el nivel de protección es bajo frente a las sobretensiones que el sistema generaría sin pararrayos. Con esa deformación, una pequeña variación de la soportabilidad del aislamiento o del nivel de protección cambia mucho el riesgo de falla.
Para cubrir ese efecto, Kcd se evalúa según la relación entre Ups y Ue2, el valor de la sobretensión fase-tierra prospectiva que tiene 2 % de probabilidad de ser superado. En la curva de la figura 6 de la norma, Kcd va de 1,10 cuando Ups es bajo frente a Ue2 hasta 1,00 cuando es alto. La figura da dos curvas:
| Curva | A qué se aplica | Qué se obtiene |
|---|---|---|
| a | Al nivel de protección Ups | Tensión de coordinación fase-tierra, y también del aislamiento longitudinal |
| b | A dos veces Ups | Tensión de coordinación fase-fase |
Un Ups bajo frente a Ue2 significa un pararrayos que recorta mucho; ahí la norma exige más margen, por la sensibilidad descrita. El valor de Ups sale del pararrayos elegido, no de la coordinación, según su norma de producto. Para el equipo, vea el descargador de sobretensiones.
Sobretensiones de frente lento sin pararrayos
Si el equipo no tiene pararrayos que limiten el frente lento, la sobretensión máxima supuesta es el valor de truncamiento de su distribución: Uet fase-tierra o Upt fase-fase, definidos en el apartado 2.3.3.1. Con ese valor ya se está en el extremo superior de lo que el sistema puede generar, por lo que Kcd vale 1.
Sobretensiones de frente rápido
Para rayo, la norma aplica Kcd = 1 a la sobretensión máxima supuesta. La razón es que la sobretensión representativa de rayo se define con la probabilidad dentro de ella: es la amplitud que se espera con una tasa de retorno igual a la tasa de falla aceptable. Un margen adicional contaría dos veces la probabilidad. Para las sobretensiones de maniobra de frente rápido valen las mismas reglas que en frente lento.
Para el aislamiento interno, la norma asume 100 % de probabilidad de soportar hasta la tensión supuesta y 0 % por encima. Con eso, la tensión de coordinación es igual a la amplitud representativa de rayo a la tasa de retorno elegida. En el aislamiento externo, la dispersión de la descarga suele ser pequeña frente a la de las sobretensiones, y se desprecia como simplificación.
Sobretensiones temporales y tensión continua
Para la tensión continua a frecuencia industrial, la tensión de coordinación es la tensión más elevada del sistema en aislamiento fase-fase. En aislamiento fase-tierra es esa tensión dividida por raíz de tres. Su duración es la vida de servicio. Para la sobretensión temporal, en el método determinista la tensión de corta duración de coordinación es igual a la sobretensión temporal representativa.
Límites del método
El método es sencillo y rápido. Esa sencillez cobra un precio: no da la frecuencia de fallas ni permite comparar alternativas por riesgo. Dos cautelas para quien lo usa:
- El margen Kcd cubre la incertidumbre de las hipótesis, no un error de modelo. Si el máximo supuesto de la sobretensión está mal estimado, el factor no lo corrige.
- El nivel de protección Ups debe corresponder al pararrayos que realmente se instalará, con su ubicación respecto del equipo. La coordinación se rehace si cambia el pararrayos.
Qué no hacer
- No aplicar 1,10 como un factor fijo ni 1,00 como si el pararrayos nunca importara: dependen de la relación entre Ups y Ue2.
- No sumar el factor de coordinación al factor de seguridad como si fueran el mismo: el primero cubre incertidumbre del método, y el segundo las diferencias entre ensayo y servicio.
- No tomar la tensión de coordinación como tensión de ensayo: faltan los factores de atmósfera y de seguridad, que la llevan a la tensión soportada requerida.
Para ampliar el tema, vea Factores de seguridad y de conversión de ensayo, Sobretensiones temporales: causas y valores usuales y Sobretensiones de rayo en una subestación.
Cuándo llamarnos
Elegir el nivel de aislamiento de una subestación o de una conexión implica definir sobretensiones representativas, el pararrayos y el margen de cada equipo. En Tiza Group hacemos ese estudio como parte del diseño de ingeniería y estudios. Escríbanos y le cotizamos.
Guías relacionadas
- Coordinación de aislamiento según IEC 60071: los pasos
- Método estadístico y riesgo de falla del aislamiento
- Factores de seguridad y de conversión de ensayo
- Sobretensiones temporales: causas y valores usuales
- Nivel de protección del pararrayos: Upl y Ups
Referencias
- IEC 60071-2:1996, Insulation co-ordination, Part 2: Application guide, apartados 3.3, 3.3.1, 3.3.2.1 y 3.3.3.1, y figura 6.
- IEC 60071-1:2006, Insulation co-ordination, Part 1: Definitions, principles and rules.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el factor de coordinación determinista Kcd?
Es el factor por el que se multiplica el valor máximo supuesto de la sobretensión representativa para obtener la tensión de soportabilidad de coordinación. Cubre la incertidumbre de dos valores: la tensión soportada que se supone al aislamiento y la sobretensión representativa. IEC 60071-2:1996 lo trata en el apartado 3.3.2.1.
¿Cuándo se usa el método determinista y cuándo el estadístico?
El determinista se aplica cuando no hay información estadística, obtenida por ensayo, sobre la tasa de falla del equipo en servicio. Si el aislamiento autorrecuperable se caracteriza por su distribución de probabilidad de descarga, se puede usar el método estadístico, que calcula el riesgo de falla directamente.
¿Por qué Kcd vale 1 para sobretensiones de rayo?
Porque la sobretensión representativa de rayo ya se define con la probabilidad incluida: es la amplitud cuya tasa de retorno es igual a la tasa de falla aceptable. Por eso no hace falta otro margen de coordinación (IEC 60071-2:1996, apartado 3.3.3.1).