Coordinación de aislamiento según IEC 60071: los pasos

Respuesta corta

El procedimiento de IEC 60071-1 convierte las sobretensiones que llegan al equipo en un conjunto de valores de ensayo normalizados. Parte de un análisis del sistema (Urp), aplica un factor de coordinación (Ucw), compensa las diferencias entre el servicio real y el ensayo (Urw) y termina escogiendo los valores de las listas de la norma (Uw). Los apartados 5.1 a 5.5 lo describen y la figura 1 lo resume en un diagrama de flujo.

Paso 1: tensiones y sobretensiones representativas (Urp)

Se determinan la amplitud, la forma y la duración de las tensiones que esfuerzan el aislamiento. La norma pide hacerlo con un análisis del sistema que incluya la selección y la ubicación de los dispositivos que previenen o limitan las sobretensiones.

El resultado es una tensión representativa por cada clase: continua, temporal, de frente lento, de frente rápido y de frente muy rápido. Cada una tiene la forma normalizada de su clase y puede describirse con un máximo supuesto, un conjunto de valores pico o una distribución estadística completa.

Cuando se adopta un máximo supuesto, la norma fija cómo se traduce a una forma de ensayo. Para la continua se usa la tensión más elevada del sistema durante la vida del equipo. Para la de frente lento, un impulso de maniobra normalizado con el mismo pico, y para la de frente rápido, un impulso de rayo normalizado con el mismo pico.

Paso 2: tensiones soportadas de coordinación (Ucw)

Es el valor más bajo de tensión soportada del aislamiento que cumple el criterio de desempeño bajo las sobretensiones representativas en condiciones de servicio. Tiene la forma de la sobretensión de su clase y se obtiene multiplicando Urp por un factor de coordinación Kc.

Kc depende de qué tan exacta es la evaluación de las sobretensiones y de una apreciación empírica o estadística de su distribución y de las características del aislamiento. Se puede trabajar con tensiones soportadas convencionales o estadísticas, y eso cambia el procedimiento y el valor de Kc. La norma permite también simular los eventos y evaluar el riesgo de falla directamente, sin pasar por la sobretensión representativa.

Paso 3: tensiones soportadas requeridas (Urw)

Convierte Ucw a las condiciones del ensayo normalizado, multiplicándola por factores que compensan lo que distingue el servicio real del laboratorio:

• Corrección atmosférica Kt, solo para aislamiento externo. Se considera la presión, la temperatura y la humedad; para la coordinación suele bastar la presión. El factor de altitud Ka se aplica siempre.
• Factor de seguridad Ks, que reúne las diferencias de montaje del equipo, la dispersión de calidad, la calidad de la instalación, el envejecimiento del aislamiento durante su vida y otras influencias desconocidas. Si esos efectos no pueden evaluarse uno por uno, se adopta un factor global basado en la experiencia, que IEC 60071-2 desarrolla.

Paso 4: selección del nivel de aislamiento asignado

Se escoge el conjunto más económico de tensiones soportadas asignadas normalizadas (Uw) que demuestre el cumplimiento de todas las tensiones requeridas.

• Um. Se toma el siguiente valor normalizado igual o mayor que la tensión más elevada del sistema.
• Valores de Uw. Se toma, de las listas de los apartados 5.6 y 5.7, el siguiente valor igual o mayor que la tensión requerida. Si el ensayo usa una forma de onda distinta a la de la sobretensión, se multiplica antes por el factor de conversión de ensayo Ktc.
• Un solo valor para varias exigencias. Un valor de Uw puede cubrir más de una tensión requerida y así reducir la cantidad de valores que definen el nivel.
• Preferencia por las tablas. En ambiente normal, la norma prefiere escoger el nivel de las Tablas 2 y 3 que corresponda a la Um.

Si el conjunto escogido coincide con una asociación de esas tablas, es un nivel de aislamiento normalizado. Si se escogió con otra combinación técnica y económicamente justificada, es un nivel de aislamiento asignado.

Una forma de onda distinta en el ensayo

Las tensiones soportadas requeridas temporal, de frente lento y de frente rápido pueden demostrarse con la misma forma de onda o con otra, aprovechando las características propias del aislamiento. Si es otra, el valor requerido se multiplica por el factor de conversión de ensayo Ktc antes de escoger el valor normalizado. Esto permite que un solo ensayo, por ejemplo uno de impulso de rayo, cubra varias exigencias a la vez y reduzca el número de valores que definen el nivel de aislamiento. En el rango I, la norma explica que el ensayo de frecuencia industrial o el de rayo debe cubrir las exigencias de maniobra; en el rango II, el de maniobra cubre la de frecuencia industrial.

Cuándo se repite el procedimiento

La norma advierte que optimizar el conjunto de Uw puede exigir reconsiderar algunos datos de entrada y repetir parte del procedimiento (apartado 5.1). Los datos de entrada son los de la figura 1: el origen y la clasificación de las tensiones, el nivel de protección de los dispositivos de limitación y las características del aislamiento. La figura dibuja la secuencia en un solo sentido; la repetición está descrita en el texto del apartado 5.1.

Lo que el procedimiento no cubre

• Ensayos de contaminación, descargas parciales y tensión de largo plazo. Los define el comité de producto de cada equipo.
• Sobretensiones de frente muy rápido. La norma no las normaliza: las especifican los comités de producto cuando hace falta.
• Pararrayos. La tensión soportada de la envolvente aislante de un pararrayos se basa en sus niveles de protección y se define en la norma del pararrayos, no en las listas de IEC 60071-1.
• Distancias de seguridad para personas. Se tratan en otras normas.

Para ampliar el tema, vea Coordinación de aislamiento: qué es y para qué sirve, Sobretensiones en el sistema: tipos y origen, Método determinista de coordinación de aislamiento, Método estadístico y riesgo de falla del aislamiento y Factores de seguridad y de conversión de ensayo.

Cuándo llamarnos

El procedimiento depende de datos de la red, del tipo de neutro, de la ubicación y de los pararrayos. En Tiza Group modelamos esas sobretensiones y entregamos el nivel de aislamiento y la protección que lo respalda como parte de la ingeniería de su subestación. Conozca nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios o vea cómo hacemos la ingeniería primaria. Escríbanos y le cotizamos.

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Referencias

• IEC 60071-1:2006, Insulation co-ordination - Part 1: Definitions, principles and rules: apartados 5.1 a 5.5 y figura 1.
• IEC 60071-2:1996, Insulation co-ordination - Part 2: Application guide: factores de coordinación y de seguridad.

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