Una metodología práctica y actualizada para la ubicación de descargadores en la protección de los transformadores de distribución frente a sobretensiones atmosféricas Héctor Leopoldo Soibelzon – UBA y UNLP. Argentina Julieta Zulema Vernieri - UNLP, Argentina

CIDEL Argentina Metodología Comparación de los valores de distancia existentes entre los descargadores de protección y los transformadores de distribución en una red de Media Tensión actualmente en operación, con las distancias sugeridas por las recomendaciones internacionales. Se analizaron las recomendaciones y metodologías propuestas por la guía de CIGRE/CIRED (2006) y por la Norma del IEEE (2009).

CIDEL Argentina Regla General Los descargadores, como regla general, se ubican lo más cerca posible del aparato a proteger, con el objetivo de asegurar la adecuada protección. La Guía CIGRE/CIRED 287 (2006) propone un método para calcular las distancias aplicable a redes de media tensión. El IEEE Std. c (2009) propone un método para calcular las distancias aplicable a alta tensión. Con respecto a media tensión sólo plantea recomendaciones generales. En ambos casos se trata de documentos muy recientes, con metodología innovadora frente a la clásica.

CIDEL Argentina Metodología CIGRE/CIRED CIGRE Guide 287 “Protection of MV and LV Networks Against Lightning”, Part 1-February 2006, and Part 2 (borrador bajo revisión, no publicado al momento de la presente exposición, disponible sólo para los miembros del JWG CIGRE/CIRED). Ver a, b1 y b2 pues se usan.

CIDEL Argentina Fórmulas CIGRE/CIRED Se adopta L=a+b como un valor límite de distancia entre el descargador y el transformador, con b = b1 + b2. La máxima distancia puede ser calculada como: (1) (2) En nuestra contribución para CIDEL 2010 (ver el trabajo) se utilizó la fórmula (2) para calcular las distancias recomendables límites.

CIDEL Argentina Metodología IEEE - Alta Tensión Método de cálculo recomendado por IEEE para sistemas de alta tensión (≥ 69 kV) Modelo similar al empleado por CIGRE/CIRED IEEE Std C IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-Current Systems

CIDEL Argentina Metodología IEEE - Distribución Recomienda conectar el descargador directamente en bornes de la aislación del equipo aéreo de forma de reducir los efectos de separación (inciso 6.5 de [2]). La Norma IEEE recomienda utilizar márgenes de protección de al menos el 20%, (NBA del aparato 20% mayor al NP del descargador). Pero IEEE Std. inciso 6.5 dice que la experiencia ha demostrado que en sistemas de distribución menores a 15kV las mediciones arrojan que los márgenes de protección se cumplen holgadamente inclusive hasta en un 50%. IEEE Std C IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-Current Systems

CIDEL Argentina Experiencias internacionales prácticas para configuraciones de descargadores y transformadores. Conexión 1Conexión 2Conexión 3 PobreBuenaExcelente Henriksen, T. “Lightning overvoltage due to direct strokes”, CIRED 2005.

CIDEL Argentina Red analizada Red de distribución en Media Tensión, en operación en una zona residencial de una localidad de la Provincia de Buenos Aires. Configuraciones de centros de transformación existentes: Puestos con tres transformadores monofásicos sobre un mismo poste Plataformas con transformadores trifásicos Muestreo representativo 7 centros de transformación, a partir de más de 150 centros observados. Datos estimados Nivel de protección de los descargadores Nivel básico de aislación (BIL) de los transformadores Distancias entre descargadores y transformador (fotos + CAD).

CIDEL Argentina Método gráfico para estimar distancias Longitud de referencia: largo de los fusibles tipo Kearney Modelo de referencia: CIGRE/CIRED

CIDEL Argentina (1) En este caso el transformador está protegido con dos descargadores por fase, estando colocados unos en bornes del transformador y los demás en las ménsulas donde se apoyan los conductores NºTransformadorS [kVA]Desc a [m] b1 [m] b2 [m] a+b [m] 11 trifásico100SI005,5 23 monofásicos3 x 25SI trifásico100SI trifásico100SI monofásicos3 x 40NO monofásicos3 x 40SI (1) 1 trifásico100SI005,5 Distancias calculadas. Muestras analizadas

CIDEL Argentina Ej. Nºv/2SU a [kV]U res [kV] L máxima [m] L real estimada [m] Califi- cación 1 0,187583, ,25 5,5Bien 2 0,187583, ,25 6Bien 3 0,187583, ,25 14Mal 4 0,187583, ,25 13Mal 5 0,187583, ,25 0 No posee 6 0,187583, ,25 5Bien 70,187583,33506,255,5Bien Distancias máximas vs. distancias reales Distancias máximas calculadas con el método propuesto por la Guía de CIGRE/CIRED

CIDEL Argentina Foto 1. Adecuadamente protegido

CIDEL Argentina Foto 2. Mal protegido

CIDEL Argentina Foto 3. No protegido

CIDEL Argentina Lecciones aprendidas (1) De la muestra representativa del universo de configuraciones de centros de transformación de la red analizada, en el 57% los descargadores están correctamente ubicados, en el 28% están mal ubicados, y el 15% restante no posee descargadores de sobretensión. La metodología propuesta por CIGRE se adapta mejor para el cálculo de las distancias máximas en redes de media tensión. La propuesta por IEEE es más apropiada para sistemas de alta tensión. El presente trabajo propone un método gráfico para estimar distancias en las instalaciones existentes, tomando como referencia la longitud de un dispositivo de amplio uso (fusibles Kearney), aplicable con métodos modernos de fotografía y dibujo cuando no se dispone de planos.

CIDEL Argentina Lecciones aprendidas (2) El estudio minucioso del IEEE Std. permite deducir que, según IEEE, sin necesidad de cálculos estrictos ni tomando medidas preventivas exageradas, con el solo hecho de mantener las distancias reducidas, no sería necesario hacer el cálculo, pues los márgenes seguramente superarán el 20% y estarían en el rango del 50% en redes de MT. Quizás por este motivo IEEE Std. se orienta y ejemplifica redes de AT. No es el caso de CIRED/CIGRE. Por ello, para esta contribución para CIDEL 2010 se siguió a CIRED/CIGRE.

CIDEL Argentina Recomendaciones a empresas La diversidad de criterios de ubicación de los descargadores observada en las instalaciones sugiere que es posible que no se hayan supervisado los trabajos de instalación, usualmente realizados por empresas subcontratadas. Se recomienda supervisar. Se recomienda la realización de relevamientos de las instalaciones existentes, para mejorar los márgenes de protección cuando corresponda. De las Fotos y la Tabla de Distancias Estimadas, es posible deducir que en las subestaciones aéreas de Media Tensión es más fácil reducir a y b1 que reducir b2. Se sugiere este procedimiento, pues en plataformas en altura es muy difícil reducir b2. Gracias por la atención