BLINDAJE EN SUBESTACIONES

PRESENTADO POR:

GILBERTO MEJÍA – 42031034

CARLOS CONTRERAS - 42032015

PRESENTADO A:

ING. JOSÉ CARLOS ROMERO

CENTRALES Y SUBESTACIONES

INTRODUCCIÓN• Las subestaciones están sometidas a sobre

tensiones de origen atmosférico, que pueden dañar el aislamiento de los equipos; por esta razón se deben proteger.

• Para el caso de las descargas directas, debido el espacio relativamente pequeño que ocupan, la posibilidad de ocurrencia es baja y se relaciona con el nivel y isocreáunico o densidad de rayos a tierra; se debe optar a una protección similar a lo que se aplica la a las líneas de transmisión, lo cual se conoce como “blindaje de “blindaje de la subestación”la subestación”

• Para las subestaciones de tipo exterior y de áreas externas equipo primario de las mismas, así como las líneas de transmisión requieren de la protección conocida como blindaje, de manera que los rayos impactan al blindaje que está conectado a la red de tierras de la instalación. La subestación posee un blindaje de cables de guarda, bayonetas y/o mástiles.

• Por el área que ocupa la subestación la frecuencia de descargas atmosféricas directas es baja, sin embargo los daños que ocasiona una descarga directa, puede causar fallas permanentes, y consecuentemente muy costosas.

CONTENIDOINTRODUCCIÓN

INDUCCIÓN ELECTROSTÁTICACaracterísticas típicas del rayoCABLES DE TIERRAEXPLOSORES

BLINDAJEMétodo de los ángulos fijosMétodo ElectrogeométricoMétodo de Bewley Método de Bayonetas Análisis del uso de mástiles de blindaje múltiples y cables de

guarda

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

INDUCCIÓN ELECTOSTÁCTICA

• VIDEO

• - Tensión de las nubes tormentosas de 100 a 1.000 MV• - Campo eléctrico para la formación del rayo = 500 kV/m• - Intensidad de corriente de 10 a 50 kA (excepcionalmente, hasta 200 kA)• - Cantidad de electricidad descargada, casi siempre inferior a 1 Amperio- segundo,

aunque algunas veces se llega a 20 Amperios-segundo.La corriente desarrollada es una onda de choque de la forma expresada en la figura y

que tiene las siguientes características:• - Duración del frente: de 1 a 10 microsegundos.• - Pendiente de crecimiento: de 5 a 12 kA/microsegundo.• - Duración de cresta media: de 10 .a 50 microsegundos.

CABLE DE GUARDA

• En caso de descarga directa quedan conectadas en serie con la impedancia de onda ZD de la descarga, tres impedancias en paralelo, que corresponden, respectivamente, a la resistencia a tierra del poste ZT y a las dos impedancias de onda, Z1 y Z2 de los cables de tierra que parten en ambos sentidos.

EXPLOSORES

El explosor de un pararrayos tiene una doble misión: debe cebarse en caso de aparición de la sobretensión y, después, debe suprimir la corriente de

fuga a su paso por cero, después del amortiguamiento de la onda de sobretensión.

Una resistencia lineal permite la limitación de corriente requerida produciendo voltajes residuales, aún a

moderadas corrientes de descarga, mayores que el voltaje soportable por los sistemas razonablemente

aislados.

EXPLOSORES

HISTORIA: Gaps y Gaps con modificaciones 1892-1908.

Resistores no lineales basados en huecos y capas reformadas (1908 - 1930).

Descargadores con capa de óxido (1920-1930).

Resistencias de carburo de silicio con gaps no activos (1930- 1954)

DESCARGADORES CONVENCIONALES O DE CARBURO DE SILICIO (SIC)

EXPLOSORES

Dos explosores conectados en serie y denominados,

respectivamente, explosor de cebado y explosor de

extinción.

Sistema de electrodos planos apilados, sin dispositivo de cebado

separado

EXPLOSORESEn los modelos más antiguos, el explosor de

cebado estaba constituido por dos semiesferas, cuya distancia disruptiva era ajustable y

dependía de la tensión de cebado; en estos modelos como elementos de extinción se

utilizaban electrodos planos, con interposición de discos aislantes.

EXPLOSORES

Hay que recurrir a un explosor que, por una parte, satisfaga las condiciones normales, tales como tensión de cebado, etc.. Y, por otra parte, pueda

cortar una elevada corriente de fuga.

El único medio viable es el

soplado del arco y de sus raíces, por medio de un

campo magnético

propio o exterior.

BLINDAJE DE SUBESTACIONES• Las subestaciones tipo exterior están

blindadas contra descargas directas por medio de cables de guarda, bayonetas o mástiles.

• El blindaje es una malla formada por cables de guarda que se instala la sobre la estructura de la subestación. Se entiende por cables de guarda una serie de cables desnudos, generalmente de acero que se fijan sobre la estructura de una subestación, formando una red que actúa como un blindaje, para proteger las partes vivas de la subestación de las descargas directas de los rayos.

• La red de cable de guarda actúa como contraparte del sistema de tierra. A veces se complementa o se sustituye por una serie de bayonetas de tubo de acero galvanizado, también conectadas a la red de tierra de la estación, que se fijan en la parte superior de los remates de las columnas de la estructura de la subestación.

MÉTODOS PARA REALIZAR EL BLINDAJE

• MÉTODO DE LOS ÁNGULOS FIJOS

• MÉTODO ELECTROGEOMÉTRICO

• MÉTODO DE BEWLEY

• MÉTODO DE BAYONETAS

• ANÁLISIS DEL USO DE MÁSTILES DE BLINDAJE MÚLTIPLES Y CABLES DE GUARDA

MÉTODO DE LOS ÁNGULOS FIJOS

• Por este método se puede calcular el blindaje con bayonetas o mástiles o con cables (hilos) de guarda, y es una práctica estándar en la industria proporcionar una forma de protección contra descargas directas, ya sea por medio de bayonetas o mástiles o por medio de cables de guarda; en cualquier caso, están eléctricamente conectados a la mallo o red de tierras de la subestación. Las bayonetas pueden estar en postes autosoportados, o bien, en las terminales (parte superior) de las estructuras de la subestación.

• Este método tiene algunas objeciones, por tratarse de un cálculo determinístico que no toma en consideración la naturaleza aleatoria de las descargas atmosféricas, y esto hace que en ocasiones falle al no tomar en cuenta que la corriente del rayo varía en magnitud, pero también en ángulo de incidencia, y el nivel básico de aislamiento; el impulso del equipo de la subestación se debe considerar para predecir si un aislamiento puede fallar para una cierta descarga.

MÉTODO ELECTROGEOMÉTRICO

• En el modelo electrogeométrico se considera que al quedar protegidos los conductores más altos de una subestación, los niveles inferiores quedan automáticamente protegidos, y además considera que la zona de atracción de los rayos en el hilo de guarda, genera una parábola, como se muestra en la Figura

• Como realidad los cables de guarda no se instalan exactamente encima de los cables por proteger, entonces conviene establecer la protección por zonas, como se muestra en la figura en donde aparece la magnitud ΘB que se denomina ángulo del blindaje.

Caso real figura anterior

MÉTODO DE BEWLEY• Este maneja un método

analítico muy parecido al anterior para el cálculo de todas las componentes, teniendo en cuenta que ΘB no puede superar los 45° y se calcula rcf que es la distancia que alcanza a cubrir los conductores del cable de guarda; y comprueba el modelo electrogeométrico

MÉTODO DE BAYONETAS

• Las bayonetas son piezas de tubo de hierro galvanizado, con su extremo superior cortado en diagonal, terminado en punta, de una longitud variable que depende de la zona que va a proteger, y con un diámetro que depende de la longitud del tubo.

• Las bayonetas constituyen un medio adicional de protección contra las descargas atmosféricas directas, aunque no siempre son necesarias, si la red de cables de guarda está correctamente calculada. Éstas actúan como electrodos, provocando mediante el efecto de punta, la concentración de cargas electrostáticas durante la descarga de un rayo.

• Las bayonetas se colocan sobre las partes más altas de las estructuras, sobre los capitales de las columnas, protegiendo un área igual a la sección del cono que corta.

• El ángulo de protección máxima del cono se ha determinado, en forma experimental, de 30° respecto a su eje, aunque se acostumbra en algunos cálculos llegar a utilizar ángulos de hasta 45°.La zona de protección de una bayoneta se determina a partir de la distancia llamada radio crítico de flameo

• La distancia protegida se puede calcular gráficamente a partir de las curvas experimentales indicadas en la figura siguiente, que relacionan la altura b de la punta de la bayoneta con la distancia de protección XT, en función de diferentes valores de h. La altura mínima que debe tener una bayoneta se puede obtener aproximadamente

• a partir de la figura siguiente, en la práctica, para normalizar las dimensiones de todas las bayonetas de una instalación, se calcula la más crítica y todas las demás se fabrican de la misma longitud, aun quedando excedidas.

Caso real

• El blindaje completo de la subestación contra descargas directas se obtiene de la correlación del blindaje por cable de guarda y el blindaje por bayoneta en el proyecto se debe tratar de que todo el equipo por proteger, incluyendo las barras de la subestación, queden debajo del blindaje. Una idea del traslape en las zonas de protección se da en la figura siguiente:

ANÁLISIS DEL USO DE MÁSTILES DE BLINDAJE

MÚLTIPLES Y CABLES DE GUARDA

• En una subestación típica, se requiere generalmente más de un mástil de blindaje y frecuentemente del uso de cables de guarda entre los mástiles o estructuras de la instalación, usando este mismo método anterior, se puede analizar también al caso para la combinación de múltiples mástiles con o sin cables de guarda.

• Cuando dos mástiles de igual altura están cerca uno del otro, el efecto de blindaje se mejora mas allá del blindaje proporcionado por dos mástiles distantes uno del otro.

• Cuando los mástiles están muy cercanos uno de otro, antes de contactar al otro mástil; esto resulta como un área de protección adicional entre los mástiles, como se muestra en la sección doblemente achurada de la siguiente figura

• Para definir gráficamente esta área adicional, se pueden usar las siguientes ecuaciones para una altura nada del equipo (he), una altura del mástil o bayoneta (hm), una distancia de impacto (s) y una separación entre mástiles (d) como cantidades conocidas.

La zona la zona de protección desarrollada por un cable de guarda horizontal y soportando dos mástiles (o los capiteles de la estructura) de la misma altura,

se muestra en la siguiente figura: Los cables de guarda se pueden modelar gráficamente, como si se tratara de mástiles de blindaje colocados muy cercanos uno del otro.

Para una altura dada del cable de guarda (hw), la distancia (r) con relación al cable de guarda para la cual el equipo a proteger de una altura (he) está dada por la siguiente ecuación:

• Cuando dos cables de guarda están en paralelo y cerca un del otro, el efecto de blindaje es mejorado en una forma semejante que lo que ocurre con dos mástiles que están cercanos uno al otro.

• Resulta un área de protección adicional entre los cables de guarda, como se muestra en el área doblemente achurada de la siguiente figura

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• GRACIAS POR SU ATENCIÓN