SOBRETENSIONES INTERNAS

TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN

INGENIERÍA ELÉCTRICA - UNSA Página 1

DEDICATORIA

El presente tema de investigación está dedicado

a él docente Ing. Holger Meza Delgado,

por brindarme su guía y sabiduría que en este andar por la vida,

quién influye con sus lecciones y experiencias en formarme

como una persona de bien y preparada profesionalmente

para los retos que pone la vida.



INDICE

SOBRETENSIONES INTERNAS

INTRODUCCION....................................................................................................................... 5

SOBRETENSIONES DE SERVICIO (TEMPORALES) ........................................................ 12

Efecto ferranti ............................................................................................................... 13

Ferrorresonancia ........................................................................................................... 14

Resonancia .................................................................................................................... 15

Fallas a tierra ................................................................................................................. 15

Sobretensiones de puesta a tierra. ................................................................................ 16

¿Dónde se instalan los explosores y los pararrayos autovalculares? ............................. 16

PARARRAYOS AUTOVÁLVULARES ............................................................................... 20

APLICACIONES MÁS USUALES DE LAS AUTOVÁLVULAS ........................................... 22

CONSEJOS PARA INSTALACION DE PARARRAYOS AUTOVÁLVULARES EN CT Y MT

.......................................................................................................................................... 25

ENERGIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN VACÍO...................................... 27

CARGA ATRAPADA EN LÍNEAS DE VACÍO ...................................................................... 29

PERDIDA DE CARGA .......................................................................................................... 32

SOBRETENSIONES POR EL ESTABLECIMIENTO O INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES

CAPACITIVAS E INDUCTIVAS (TRANSFORMADORES Y CAPACITORES) ..................... 34

INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES INDUCTIVAS.- ........................................................... 37



MÉTODOS PARA CONTROLAR SOBRETENSIONES GENERADAS EN LA OPERACIÓN

DE INTERRUPTORES DE POTENCIA ................................................................................. 40

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 43

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 45



SOBRETENSIONES

INTERNAS



INTRODUCCION

En toda industria moderna , donde toda la maquinaria se mueve mediante energía

eléctrica , los sistemas de transmisión y distribución eléctrica que alimentan al conjunto se

encuentran sujetos a tensiones mucho mayores que la normal de servicio. Por eso las líneas

y los aparatos del sistema tienen que estar construidos de manera que puedan soportar

éstas sin perjuicio del funcionamiento normal , y es importante que el operario de la

maquinaria y el personal de mantenimiento tenga conocimientos de los conceptos sobre el

tema , por lo tanto a los mismos van dirigidas las siguientes páginas .

Son de sobras conocidas las tormentas con fuerte aparato eléctrico, estas producen

sobretensiones en las redes aéreas de alta tensión que si no son despejadas adecuadamente

pueden destruir instalaciones, desconexiones que dejan sin energía a industrias y

viviendas, incendios y en el peor de los casos pérdidas humanas. En estas líneas no

solamente afectan las sobretensiones por tormentas también afectan sobretensiones



producidas por maniobras dentro de la misma instalación, magnetización de nucleos de

transformadores, etc.

Por tanto, y para evitar las nefastas consecuencias de las sobretensiones se utilizan

parararrayos para poder mantener las instalaciones en condiciones adecuadas de servicio y

seguridad, además de mantener los valores de tensión dentro de los límites que fijan los

reglamentos.

Dentro de la coordinación de aislamiento de una línea eléctrica de alta tensión se utilizan

diversos métodos para protegerlas de las sobretensiones como por ejemplo el hilo de

guarda, pero en esta entrada tan solo trataremos de forma general los pararrayos

denominados "de cuernos" y los pararrayos autovalvulares.

En esta torre de AT se pueden apreciar dos líneas trifásicas (una a cada lado) y arriba del

todo un cable: es el hilo de guarda que se utiliza para proteger las líneas contra las

descargas atmosféricas, dicho hilo de guarda y la torre metálica están conectadas

rígidamente a tierra.



SOBRETENSIONES INTERNAS

DEFINICION:

Se forman como consecuencia de las oscilaciones entre las energías de los campos

magnético y eléctrico producidas por un arco intermitente, es decir arcos que se apagan

al pasar la corriente alterna por cero, pero se vuelven a encender cuando la sinusoide

de la tensión toma mayores valores. Son las producidas al variar las propias

condiciones de servicio de la instalación.

CLASIFICACION DE SOBRETENSIONES

INTERNAS

A este grupo pertenecen las oscilaciones de intensidad de corriente, las variaciones de

carga, las descargas a tierra, etc. En todos estos procesos, la energía acumulada en los

elementos inductivos y capacitivos de los circuitos que comprenden una instalación,

pueden llegar a descargar de tal modo que originen perjudiciales aumentos de la tensión.

Esta clase de sobretensiones pueden preverse en gran parte y, por lo tanto, evitarse. Las

sobretensiones de origen interno pueden, a su vez, clasificarse en dos categorías:



SOBRETENSIONES DE MANIOBRA (TRANSITORIAS)

Que designan los fenómenos transitorios que acompañan a los bruscos cambios de estado

de una red, por ejemplo, maniobras de disyuntores, descargas a tierra, etc.

Están producidas por los bruscos cambios de estado de una red, a causa de maniobras

normales de acoplamiento de redes, conexión y desconexión de disyuntores, entre otros.

Estando la instalación a plena marcha.

La amplitud y duración de las sobretensiones transitorias dependen de la configuración del

sistema, de sus parámetros eléctricos, de la condición del sistema previo al cambio, etc.,

pero por lo común son de corta duración y altamente amortiguados.

Aunque desde el punto de vista del aislamiento su forma y duración son los aspectos más

importantes los mismos se clasifican según su origen, siendo los más comunes los debido

a:

a) Energización de un a línea.

Se origina por la discrepancia de polos en el cierre del interruptor de potencia (disyuntor),

esto es, la no simultaneidad del cierre de sus contactos. Al cerrar la primera fase se genera

ondas de tensión en las otras dos fases producto de su acoplamiento. Estas ondas se

propagan a lo largo de las líneas hasta alcanzar su otro extremo, en donde al chocar con

otra impedancia del circuito abierto se refleja para superponerse con las ondas que

continúan propagándose produciendo así las sobretensiones.

b) Recierre de una línea.

Tiene por objeto despejar la falla transitoria y por tanto tiene involucrado los procesos de

apertura y cierre de los interruptores de potencia. Considerando el caso de que el

interruptor de potencia tenga que desconectar una línea en vacío, debido a la naturaleza

capacitiva del circuito al momento de interrumpir la corriente por su paso por cero, la

tensión estará pasando por su valor máximo provocando así que las tres fases queden con



una tensión aproximadamente iguales a la tensión fase tierra de la fuente de alimentación

por consiguiente como producto de esta maniobra se genera la “carga atrapada.”

Posteriormente se ejecuta el recierre que es donde se produce las altas sobretensiones.

Esto ocurre como producto de las altas diferencias de potencial que se pueden generar en

caso de que el cierre ocurra antes de haber drenado la carga residual o si los polos del

disyuntor cierran cuando la tensión del sistema tenga polaridad opuesta a la línea. Las

sobretensiones originadas durante el recierre son de mayor amplitud que las originadas en

la energización debido principalmente a la carga atrapada

c) Apertura de una corriente capacitiva.

El caso de interrupción de una corriente capacitiva se puede representar en el circuito de la

Fig. (a). El proceso de interrupción de la corriente por un interruptor, como es conocido,

ocurre cuando la corriente pasa por cero y como en el caso analizado se trata de una

corriente capacitiva existirá un desfasaje entre la tensión y la corriente de 90º tal como se

muestra en la Fig. (b). Como se aprecia en la Fig. (b) ser interrumpida la corriente la

tensión está en su valor máximo, por lo que el capacitor queda cargado al potencial

máximo de la fuente.

A medida que transcurre el tiempo la tensión que queda aplicada a los extremos del

interruptor va aumentando; si la razón de crecimiento de la tensión entre los polos del

interruptor es menor que la correspondiente al proceso de recobrado de las propiedades

aislantes del medio que separa los contactos, el proceso de interrupción será completo y la

energía almacenada en el capacitor se disipará debido a las pérdidas en el aislamiento. En



caso contrario se reiniciará el arco entre los contactos del interruptor tal como se muestra

en la Fig. (c), Fig. (d) y Fig. (e). En el caso de la Fig. (c), el reinicio del arco se efectúa antes

de que la tensión haya cambiado de polaridad, condición para la cual se restablece la

corriente de frecuencia de potencia, no produciéndose sobretensiones en el sistema, sólo

una pequeña perturbación de frecuencia superior a la de potencia.

En el caso de la Fig. (d) el arco se reinicia cuando la diferencia de potencial entre los

contactos la máxima posible, pues la tensión ya ha invertido su polaridad y está en su valor

negativo máximo, habiendo entre los contactos una tensión de 2 Umax: al reiniciarse el

arco, si se establece de nuevo la corriente de frecuencia de potencia como es el caso de esta

figura, el potencial de Cb tenderá a la tensión Ua después de un proceso oscilatorio el cual

se propaga por la línea. Si por el contrario al pasar la corriente transitoria por su primer

cero se extingue el arco eléctrico el condensador Cb quedará cargado a una tensión de -2

Umax tal como se muestra en la Fig. (e).

En este último caso de nuevo la tensión entre los seguirá aumentando lo que puede

producir otra reiniciación del arco entre los contactos, siendo la condición peor cuando la

misma se presenta después que la tensión a invertido de nuevo su sentido y está en su valor

máximo positivo, lo que puede en dicho caso producir una oscilación que va desde -2

Umax hasta 4 Umax produciéndose ya sobretensiones muy peligrosas para el aislamiento.



d) interrupción de una corriente inductiva.

Aunque se interrumpa bruscamente en cualquier punto un circuito que contenga

inductancia la corriente no puede dejar de circular por la inductancia hasta tanto la energía

almacenada en el campo no se haya disipada totalmente en forma de pérdidas o haya

pasado a almacenarse en el campo electrostático del sistema de que se trate.



De interrumpirse bruscamente la corriente la energía total almacenada en el campo

magnético tiene que pasar a almacenarse en el capacitor, para lo cual la tensión en él tiene

que aumentar. La tensión que alcanza está dada por:

Como se puede ver la magnitud de la sobretensión dependerá básicamente de la magnitud

de la corriente en el momento de la interrupción y de la relación entre la inductancia y la

capacitancia del sistema.

SOBRETENSIONES DE SERVICIO (TEMPORALES)

Comprenden los estados estacionarios que pueden resultar durante la puesta en servicio o

fuera de servicio de una carga, sobre todo, cuando la red comprende líneas de gran

longitud; también se incluyen en este grupo las sobretensiones permanentes provocadas

por variaciones repentinas de la tensión, descargas atmosféricas, cortocircuitos o defectos

a tierra. Sus características son las siguientes:

Es una sobretensión producida en una larga línea de transmisión, relativa a la tensión al

final de la misma, que ocurre cuando esta está desconectada de la carga, o bien con una

carga muy pequeña.

El carácter de las sobretensiones producidas por tales oscilaciones, llamadas

sobretensiones internas, es completamente distinta del de la elevación de la tensión debida

a la autoexcitación de máquinas sincrónicas o al efecto Ferranti, pues en estos dos casos se

trata de la elevación de la tensión de 50 Hz (ó 60 Hz. Según el país), mientras que las

sobretensiones internas están caracterizadas por ondas de otra frecuencia que se

superponen a la frecuencia básica. El transitorio es, casi siempre, una oscilación

amortiguada de frecuencia media y escasa duración. Por el contrario, la forma de onda de

las sobretensiones producidas por fenómenos estacionarios tienen una amplitud constante



o casi constante; estas sobretensiones se desplazan por las líneas y aparatos en forma de

ondas de choque, llamadas también ondas errantes.

Una sobretnsion temporal no es mas que una sobretension de fase a tierra o de fase a fase,

de relativamente larga duración y de débil amortiguamiento o no amortiguada

comúnmente a frecuencia de potencia.

Efecto ferranti

Este efecto es debido a la capacitancia distribuida de la línea. El efecto Ferranti será más

acentuado cuanto más larga sea la línea, y mayor el voltaje aplicado. La sobretensión es

proporcional al cuadrado de la longitud de la línea. Debido a su alta capacitancia, éste

efecto es mucho más pronunciado en cables subterráneos, incluso en líneas cortas.

Cuando la línea está en vacío o con muy poca carga, al no circular una cantidad

significativa de corriente a través de las inductancias serie distribuidas la absorción de

reactivos por parte de la línea será mínima en comparación con la inyección de reactivos

por parte de las capacitancias distribuidas.

La frecuencia de las sobretensiones internas está definida por la frecuencia natural del

sistema siendo:



Donde Csis y Lsis , indican la capacitancia correspondiente a la inductancia de todo el

sistema de transmisión, y fsis, resulta del orden de 103 Hz. La amplitud de las oscilaciones

depende principalmente de la conexión del punto neutro del sistema y también de la

distribución de las inductancias y capacitancias. En sistemas con punto neutro, aislado se

midieron, según Lewis, sobretensiones internas hasta cinco veces mayores que la tensión

normal, mientras en sistemas con punto neutro conectado directamente a tierra no se

registraron valores mayores de dos hasta tres veces la tensión normal.

Ferrorresonancia

La ferroresonancia es un fenomeno de resonancia no lineal, es decir cuando se tiene por

ejemplo una inductancia variable lo cual ocacionara que se puedan presentar varios puntos

de resosnacia y por ende una mayor posiblilidad de ocurrencia. Este tipo de fenomeno

puede afectar a las redes electrica puesto que provoca la presencia de armonicos anormales

y sobretenciones transistorias o premanentes que ponen e peligro al material electrico

Esta puede ser iniciada por sobretenciones de origen atmosferico, conexión o

desconexion de transformadores o de cargas, aparcicion o eliminacion de defectos, trabajos

bajo tension, entre otros. Existe la posibilidad de trasicion brusca de un estado estable

normal a otro estado estable ferrorresonantes caracterizados por fuertes sobretensiones y

por importantes tasas de armonicos peligrosas para los equipos. Las ferrorresonancias se

pueden manifestar por varios de los siguientes síntomas:

- Sobretensiones permanentes elevadas de modo diferencial o de modo común.-

-Desplazamiento de la tensión punto neutro

-Calentamiento de los transformadores (en funcionamiento sin carga).

- Destrucción de materiales eléctricos por efectos térmicos o por roturas eléctricas.



Resonancia

Como es conocido en los sistemas eléctricos se puede presentar un aumento considerable

en la corriente al ocurrir un fenómeno de resonancia. Esta condición se presenta al

neutralizarse las reactancias inductivas y capacitivas entre sí, pasando el sistema a ser

resistivo. El aumento de la corriente que ello conlleva, hace que al circular esta corriente

por cada equipo en particular, provocan los mismos una caída de tensión que dependerá de

la impedancia del mismo, puesto que la corriente está determinada por el circuito en su

conjunto.

Los fenómenos de resonancia comúnmente no provocan sobretensiones muy grandes

debido a la magnitud tan considerable d las pérdidas en los circuitos comerciales, es decir,

debido a que la corriente es limitada por la magnitud de la resistencia total del circuito; sin

embargo, en algunos casos especiales en que las pérdidas sean pequeñas se pueden

presentar sobretensiones de gran magnitud, como por ejemplo en el caso de pruebas de

cables.

Los sistemas eléctricos más factibles de confrontar estos problemas son aquellos que

alimentan extensas redes basado en cables soterrados, condición esta que sólo se

presentan los sistemas de distribución. En los sistemas de transmisión lo más común es la

ferroresonancia.

Fallas a tierra

Es el tipo de falla que produce normalmente las máximas sobretensiones además de ser el

tipo de fallas mas usuales una falla a tierra en una línea produce una sobretensión en las

fases sanas que dependen de la disposición del neutro a tierra, si el neutro esta unido

rígidamente a tierra, la tensión en las fases sanas permanecen entre la tension simple y

compuesta.

Si la opuesta a tierra es con reactancia la sobretensión no excede del factor 1.5; los sistemas

puesto a tierra a través de resistencia las sobretensiones pueden superar la tensión



compuesta. Por ultimo los sistemas puesto a tierra con bobina permanente (con la que se

busca la resonancia con la capacidad a tierra del sistema) las tensiones en las fases sanas

no sobrepasan el valor de la tensión compuesta.

Es de resaltar que las fallas a tierra son mayores para sistemas con neutro a tierra a través

de resistencias que a través de reactancia para el mismo valor óhmico de ambas; las

oscilaciones transitorias son mayores a con reactancia.

Sobretensiones de puesta a tierra.

Se consideran solo las que forman parte de fenómenos transitorios producidos durante la

puesta a tierra e interrupción de la misma. Los arcos que se producen son muy peligrosos y

las sobretensiones pueden alcanzar valores de 3,1 veces la tensión nominal entre fases.

Onda a frecuencia industrial (en Europa 50 Hz en América 60 Hz), debidas normalmente a

variaciones bruscas de la carga, corrientes inductivas, conexiones y desconexiones de

líneas en vacío, magnetización de núcleos de tranformadores, maniobras realizadas

incorrectamente, etc.

En alta tensión (AT) y media tensión (MT) los elementos que se utilizan para poder reducir

los efectos de las sobretensiones transitorias de gran amplitud son los explosores

(pararrayos de cuernos) y los pararrayos autovalvulares.

¿Dónde se instalan los explosores y los pararrayos

autovalculares?

En el punto de la instalación donde la probabilidad de sufrir una sobretensión es mayor,

así como en las entradas de los centros de transformación(CT) intemperie, estos

dispositivos se presentan como la parte más débil en el aislamiento de la instalación con el

objetivo que se produzca un arco o descarga de la sobretensión en el explosor o pararrayos

valvular antes que en otras partes de la instalación.



Como hemos comentado los explosores se instalan en:

- líneas aéreas de AT.

- líneas aéreas (catenarias) de tracción eléctrica, trenes, tranvías, troles, etc.

Los pararrayos autovalvulares se instalan en:

En la entrada de los CT de intemperie para proteger al transformador de sobretensiones.

En entradas y salidas de subestaciones.

Protegiendo transformadores en subestaciones.

Paso de una línea aérea a subterránea.

Líneas aéreas de tracción para tranvias, trenes, etc.

En ciertas instalaciones de tracción las autoválvulas también se utilizan en estructuras

metálicas que por sus proximidades pasan líneas aéreas de tracción eléctrica (llamadas

catenarias), se instalan para que en caso de que exista una derivación de la línea eléctrica

de tracción a la estructura metálica se produzcan tensiones peligrosas para la instalación y

las personas. Dicha autoválvula se conecta entre la estructura metálica y tierra, en caso de

defecto unirá ambas poniéndolas al mismo potencial. Un ejemplo clásico de este tipo son

los puentes metálicos que cruza las vías que por debajo pasan catenarias.

Explosores o pararrayos de "cuernos"

El explosor sería el sistema de protección más sencillo y económico que existe, consiste en

dos varillas (también conocidas como electrodos) de las cuales una se conecta a la

catenaria o conductor a proteger de las sobretensiones y la otra varilla se conecta a tierra.

Otros tipos de explosores llevan una varilla central, llamada varilla antipájaros, justo en

medio como protección de la avifauna ya que si se quedase un ave entre las dos varillas no

solamente crearía un cortotcircuito electrocutando al ave sino que además si se quedase la

misma enganchada tendríamos con cortocircuito permanente que nos haría disparar la

protección pertinente de esa línea o catenaria.

Las dos varillas están dispuestas de tal forma que al aparecer el arco como consecuencia de

la evacuación de una sobretensión alargan el arco consiguiendo que se reestablezcan



rápidamente las condiciones de rigidez dieléctrica, aun siendo así de sencillo los explosores

tienen una serie de inconvenientes, entre ellos que deja pasar ciertas sobretensiones, en

redes de AT se han ido sustituyendo por los pararrayos autovalvulares. Las catenarias de

RENFE emplean explosores.

Explosor típico. Foto sacada del Cuardeno Técnico 151 de Schneider Electric.



Explosores de la catenarias de Renfe (Red española nacional de ferrocarriles) a Sant Adrià

de Besòs. Fotos: Viatger.



PARARRAYOS AUTOVÁLVULARES

Existen diferentes tipos pero los más utilizados en AT y MT son:

De óxido de zinc (ZnO).

Varistancias y explosores.

Los de varistancias y explosores constan de varios explosores en serie y unas resistencias (

de carbono de silicio, SiC) no lineales que limitan la corriente tras el paso de la onda de

choque de la sobretensión.

Según el país del que se trate se les denomina de una u otra forma, en España son

conocidos por pararrayos PE, las características a tener en cuenta para definir un

pararrayos PE son:

Tensión de extinción o tensión asignada: Voltaje más elevado a la frecuencia industrial que

el pararrayos puede descebar expontáneamente o por si mismo.

Tensión de cebado: Irá en relación dependiendo si se refiere a sobretensiones por rayo, a

frecuencia industrial, etc.

Poder de descarga: de la corriente de choque. Es la capacidad de disipación de energía.

Los de óxidos de zinc (ZnO) se les denomina también pararrayos de óxidos metálicos

(POM), este tipo no presenta explosores por tanto la autoválvula es conductora de forma

permanente para el voltaje nominal de la red que protege, si bien que la corriente es de 10

mA que como es obvio no proporciona problema alguno, es decir, este tipo de autoválvulas

solamente está formada por varistancias, además, son más fiables que los anteriores.



Partes de un tipo pararrayos de ZnO utilizado por las compañías francesas de electricidad

en redes de 20 Kv. Imagen sacada del Cuaderno Técnico 151 de Schneider Electric.

Las características esenciales de este tipo de autoválvula son:

Tensión máxima de servicio permanente.

Tensión asignada.

Nivel de protección.

Corriente nominal de descarga.

Capacidad de soportar la energía disipada.



APLICACIONES MÁS USUALES DE LAS AUTOVÁLVULAS

Seguidamente mostramos unas fotos de las aplicaciones más frecuentes de este tipo de

autoválvulas, existen autoválvulas que con una descarga se tienen que cambiar, existen

modelos que se debe tomar la resistencia eléctrica sin servicio y si está por debajo de unos

valores prefijados se deberá cambiar y por último existen fabricantes que dan un número

de descargas que puede efectuar la autoválvula, en redes de MT suelen ser 500 descargas, y

como no puede ser de otra forma nos preguntaremos, ¿cómo sabremos que ha realizado el

número de descargas? Muy sencillo se recomienda instalar un contador de descargas para

saberlo, como he comentado muchas veces lo mejor es la consulta al fabricante para poder

realizar una instalación y mantenimiento adecuado.

Autotransformador en subestación, a la izquierda se pueden ver las autoválvulas que lo

protegen contra sobretensiones.



Autoválvulas a la entrada de un CT tipo "caseta"a Pessonada. Fotos: Viatger.



En esta foto se puede apreciar el paso de línea aérea a suberránea con sus autoválvulas

correspondientes. Fotos: Viatger.



CONSEJOS PARA INSTALACION DE PARARRAYOS

AUTOVÁLVULARES EN CT Y MT

Se deben instalar las autoválvulas lo más cerca del transformador, a menos de 10 metros si

es posible, la mejor opción es colocarlos en las mismas bornas del transformador.

Se deberían instalar autoválvulas fase-tierra cuando el nivel isoceráunico sea mayor de 25

o en el caso que el CT sea alimentado por una línea aéreo-subterránea y la línea

subterránea sea mayor de 20 metros.



Foto sacada del Cuardeno Técnico 151 de Schneider Electric.

Lugar donde deben colocarse las autoválvulas en los CT alimentados por una línea aéreo-

subterránea y principio del cableado correcto de los pararrayos autoválvulas . Imágenes

sacadas del Cuaderno Técnico 151 de Schneiderelectric.

Pararrayos autovalvular en catenaria del tranvía TRAMBESÒS, Sant Adrià de Besòs. Fotos:

Viatger.



Contador de descargas para saber la vida de las autoválvulas. Foto sacada de catálogo

SIEMENS.

ENERGIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN VACÍO

Cuando se conecta una línea a una red, se origina una onda de tensión cuyo valor

depende de la impedancia característica de la red y de la línea. Si la energización se

hace con el extremo en vacío y en el instante más desfavorables, es decir, cuando el

generador denota su tensión máxima, se propagan ondas viajeras a lo largo de la

línea reflejándose ondas de tensión igual a la incidente, pudiendo alcanzar valores

de tensión arriba de los 2.0 p.u., la forma de esta onda reflejada depende mucho del

parámetro al final de la línea.



Cuando se habla de la energización de una línea en vacío lo primero que debemos

saber es su longitud, ya que la tensión de marcha en vacío de la LT varía con el

cuadrado de la longitud y si esta es muy extensa existirá una corriente capacitiva

que puede llegar alcanzar valores considerables, además sobretensiones

Energización o cierre: al energizar una línea de transmisión en vacío la

sobretensión se origina por la discrepancia de polos en el cierre del Interruptor de

potencia (disyuntor), esto es, la no simultaneidad del cierre de sus contactos. Así,

luego de haber cerrado la primera fase se generan ondas de tensión en las otras dos

fases, producto de su acoplamiento. Estas ondas se propagan a lo largo de la línea

hasta alcanzar su otro extremo, en donde al chocar con la impedancia de circuito

abierto, se reflejan para superponerse con las ondas que continúan propagándose,

produciéndose así la sobretensión. En caso de que la línea a energizar no termine

en circuito abierto sino en un transformador, el fenómeno se vuelve más

complicado debido a las características no lineales de su impedancia y la presencia

de armónicos. La Figura #02 ilustra la maniobra de energización de una línea de

transmisión en vacío.



CARGA ATRAPADA EN LÍNEAS DE VACÍO

Al ser desconectada la alimentación de la línea de transmisión en vacío, dada la

naturaleza prácticamente capacitiva del circuito, las 3 fases quedarán con una

tensión prácticamente igual al valor pico de la tensión fase-neutro de la fuente,

debido principalmente a que en el instante en que ocurre el cruce por cero de la

corriente, la tensión se encuentra en su valor máximo.

Esta tensión queda atrapada en las capacitancias a tierra por períodos de tiempo

que pueden llegar al orden de los minutos. De ahí el nombre del fenómeno. Sin

embargo, analicemos en detalle la situación ante la apertura de cada uno de los 3

polos del interruptor.

Por simplicidad, supongamos que la orden del despeje trifásico llega de forma tal

que la secuencia de desconexión es ACB y que no se producen reencendidos del

arco en los interruptores.

Una vez abierto el polo de la fase A, por las otras 2 fases de la línea de transmisión

sigue circulando una corriente por efecto de las capacitancias mutuas que aun

existen entre los conductores.

Por su parte, el capacitor a tierra de la fase A queda cargado a un voltaje DC muy

cercano al valor máximo de la fuente respectiva. Sobre este voltaje DC aparece una

componente alterna debida a la corriente a través de las capacitancias mutuas.

Esta corriente que aún circula por la fase A, es resultado de la presencia de las dos

fuentes de alimentación alterna que permanecen conectadas a las otras dos fases.

Por lo tanto, el voltaje “inducido” en la fase A se encontrará en fase con la onda

resultante de la suma de los voltajes B y C.



PERDIDA DE CARGA La pérdida de carga de un sistema eléctrico de transmisión, puede dar origen

también a sobretensiones internas, capaces de producir daños a los componentes

eléctricos de la red.

En los sistemas de transmisión de energía el ángulo formado por las tensiones en

los extremos transmisor y receptor determina el porcentaje de potencia activa que

se transmite, mientras que la diferencia existente entre ambas tensiones (valores

pico o rms) establece el porcentaje de potencia reactiva que fluye a través de la

línea.

Cuando existe una carga inductiva se desconecta súbitamente en el extremo

receptor de la línea, la tensión de régimen en el mismo sufre un incremento, como

consecuencia de un fenómeno transitorio que se le superpone. Este incremento de

tensión es afortunadamente de corta duración, pero le da origen a sobretensiones

temporales.

Otra manera de estudiar el comportamiento de la línea a las pérdidas de cargas

seria al conectar una impedancia de carga a la impedancia de corto circuito del

sistema (Figura #12) ambas inductivas, con lo cual la tensión de la fuente (U1) es

mayor que la tensión en el extremo de la carga (U2). El bote de carga o pérdida de

carga se manifiesta entonces cuando se interrumpe la intensión de corriente que

demanda la carga, la cual cancela la ciada de tensión en la impedancia de corto

circuito. La consecuencia que esto origina, es un incremento de tensión en los

contactos del interruptor cercano a la fuente.



La compensación en derivación de las líneas de transmisión de longitud apreciable

tiene un efecto muy favorable en la impedancia de corto circuito, y por consiguiente

también en el bote de carga, pues disminuye el incremento de tensión a frecuencia

de régimen.

La transmisión a base de líneas en paralelo, al igual que la subdivisión de la carga,

puede evitar la incidencia del bote de carga en casi 100%. El incremento mismo de

la tensión se logra evitar en la práctica recurriendo a un sistema de protección que

se desconecte inmediatamente al interruptor de potencia de lado del suministro

(fuente). Algunas compañías de electricidad desconectan incluso ambos

interruptores (fuente y carga) simultáneamente para evitar las sobretensiones

temporales en cuestión. En los sistemas muy extensos, con líneas de transmisión de

longitud apreciable, el mejor método para combatir las sobretensiones temporales

causadas por la pérdida de carga consiste en transmitir solo potencia activa.



SOBRETENSIONES POR EL ESTABLECIMIENTO

O INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES

CAPACITIVAS E INDUCTIVAS

(TRANSFORMADORES Y CAPACITORES)

Operaciones de interrupción de corrientes inductivas o capacitivas, pueden dar

lugar a sobretensiones de frente lento. Esto se debe fundamentalmente a que este

tipo de corrientes están desfasadas alrededor de 90º con respecto a la tensión. Por

lo tanto, al momento en el que se interrumpe la corriente por su paso por cero, la

tensión estará en su valor máximo, lo cual ocasiona incrementos o transitorios en la

tensión que aparece entre los contactos del disyuntor luego de haber sido

interrumpida la corriente.

Esta tensión se denomina tensión de reestablecimiento del disyuntor.

Sobretensiones de mayor magnitud se pueden generar en caso de ocurrir una

reignición del arco en los contactos del disyuntor.

- A continuación se expone una breve explicación de estos fenómenos.

Interrupción de una corriente capacitiva.- para analizar esta maniobra se considerará un

circuito de carga capacitiva alimentado a través de una fuente inductiva. La Figura

muestra el circuito de carga capacitiva y el comportamiento de las ondas de corriente y

tensión asociadas.



Tal como se muestra en la figura, previo a la apertura de los contactos del disyuntor

la corriente adelanta 90º a la tensión, ya que es predominantemente capacitiva.

Con el fin de interrumpir la corriente, los contactos del disyuntor se abren pero la

corriente continua fluyendo hasta su siguiente paso por cero donde el arco pierde

conductividad y la corriente se interrumpe, en este instante la tensión está en su

valor máximo. La corriente se ha interrumpido y el capacitor de carga C2 queda

cargado a la tensión máxima de la fuente +1 p.u.



Conforme la tensión de la fuente cambia de polaridad, la tensión de

restablecimiento en el disyuntor aumenta hasta que la tensión de la fuente alcanza

su valor máximo y la de restablecimiento un valor de 2 p.u. En este punto del

proceso, si entre los contactos del disyuntor no hay una rigidez dieléctrica

suficiente se producirá el reencendido del arco, como es el caso de la figura.



Una vez que ha ocurrido la re ignición, la corriente vuelve a ser interrumpida a su

paso por cero, dejando al capacitor cargado a una tensión superior, de incluso 3

p.u. Una segunda re ignición podría ocurrir cuando la tensión de restablecimiento

alcance su nuevo valor máximo de hasta 4 p.u. Si nuevas re-igniciones ocurren este

proceso podría ser recurrente y la tensión podría ir incrementándose cada vez más,

en la práctica la falla del aislamiento interrumpiría el proceso.

En sistemas de potencia, este tipo de corrientes aparecen ante la apertura de líneas

de gran longitud en vacío, o bancos de condensadores.

INTERRUPCIÓN DE CORRIENTES

INDUCTIVAS.-

Para analizar esta maniobra se considera el circuito mostrado en la Figura 2.11 (a)

cuya corriente de carga es predominantemente inductiva. Las Figuras 2.11 (b) y (c)

muestran el comportamiento transitorio de la tensión.



Análogo al caso anterior, previo a la apertura de los contactos del disyuntor la

corriente retrasa 90º a la tensión, debido a su naturaleza inductiva. Con el fin de

interrumpir la corriente, los contactos abren y la corriente continúa fluyendo a

través del arco formado entre los contactos hasta su paso por cero, donde el arco se

extingue, en este instante la tensión está en su valor máximo. Si el arco se extingue

sin que ocurra re ignición como se muestra en la Figura 2.11 (b), la tensión del lado

de la carga oscilará a una frecuencia mayor que la fundamental debido al efecto de

las capacitancias parásitas representadas en C2 y la inductancia de carga L2, en

este instante la tensión de restablecimiento crece instantáneamente hasta su valor

máximo para luego amortiguarse.

Debido a que la tensión de restablecimiento se aplica entre los contactos del

disyuntor, pueden existir condiciones de re ignición, en cuyo caso la corriente



vuelve a circular y la tensión del lado de la carga trata de seguir a la tensión del lado

de la fuente. Luego, una vez que la corriente pase por cero y se extinga el arco la

tensión de restablecimiento vuelve a alcanzar su valor máximo que debido a estas

condiciones es mucho mayor que en caso de no tener re ignición, alcanzando

incluso valores mayores que la tensión de fuente. Este proceso se ilustra en la

Figura y puede repetirse varias veces en función del número de reencendidos,

provocando que la tensión del lado de la carga aumente considerablemente. Cabe

notar que el arco se extingue cuando la corriente del inductor de carga pasa por

cero y por lo tanto la energía será inicialmente almacenada en el capacitor.

- Por lo tanto, la razón por la cual la tensión tiende a incrementarse es

un fenómeno capacitivo.



En sistemas de potencia, este tipo de sobretensiones aparecen ante la interrupción

de corrientes de magnetización de transformadores o reactores y ante la

interrupción de corrientes de arranque en motores.

Para evitar la presencia de sobretensiones tanto de origen capacitivo como

inductivo se deberá seleccionar disyuntores adecuados, con el fin de evitar la

reignición del arco, que es la peor condición para la generación de sobretensiones

de esta naturaleza.

MÉTODOS PARA CONTROLAR

SOBRETENSIONES GENERADAS EN LA

OPERACIÓN DE INTERRUPTORES DE

POTENCIA

Cuando las sobretensiones son originadas por maniobras con interruptores, las

medidas destinadas a limitar su valor tienen como objetivo final alterar o controlar

el proceso transitorio que se origina con la maniobra.



Las sobretensiones por maniobra se pueden limitar o evitar empleando

interruptores con cierre sincronizado. Puesto que, como ya se ha

mencionado, la sobretensión que se puede originar con una maniobra

depende de la tensión que exista en el lado de la fuente cuando se cierra el

interruptor, el valor de la sobretensión puede reducirse drásticamente, o

incluso no originarse sobretensión, si el cierre se sincroniza con la tensión

de la fuente, y tiene lugar cuando esta tensión es nula o cercana a cero.

El uso de resistencias de preinserción es uno de los métodos más efectivos

para controlar sobretensiones generadas en la operación de los interruptores de

potencia. Estas resistencias se conectan en serie a la línea previo al cierre de los

contactos principales del disyuntor para una vez que el disyuntor ha efectuado el

cierre se forme un divisor de tensión con la resistencia preinsertada para así

reducir la tensión inicial.



Una vez que esto ha sucedido las resistencias se cortocircuitan para ser

eliminadas del circuito. La Figura #06 muestra dos arreglos para el uso de

las resistencias de preinserción. En ambos casos debe primero cerrarse el

contacto A para permitir que entre la resistencia R, y luego de un intervalo

de tiempo deberá cerrar B para cortocircuitar a R. El valor de R suele ser

similar al de la impedancia característica de la línea, y su tiempo de

permanencia está entre 6 y 15 ms.

Los transformadores de tensión inductivos, conectados a los extremos de

una línea, reducen eficazmente las cargas atrapadas en las fases de una línea

después de su conexión, con lo que las sobretensiones de reenganche

generalmente se limitan a las de conexión.

La presencia de pararrayos de óxidos metálicos limita las sobretensiones de

frente lento al nivel de protección correspondiente a impulsos tipo



maniobra. En general, las sobretensiones pueden alcanzar valores

superiores al nivel de protección proporcionado por los pararrayos durante

la conexión y reenganche de líneas, o con maniobras de corrientes

capacitivas e inductivas, pero no así con las otras sobretensiones de frente

lento, cuya magnitud será inferior al nivel de protección.

- Los casos más importantes de desconexión que dan lugar a transitorios

de sobretensiones son los siguientes:

-

CONCLUSIONES

Las sobretensiones temporales pueden resultar durante la puesta en

servicio o fuera de servicio de una carga, sobre todo, cuando la red

comprende líneas de gran longitud; también se incluyen en este grupo las

sobretensiones permanentes provocadas por variaciones repentinas de la

tensión, descargas atmosféricas, cortocircuitos o defectos a tierra. Y se

generan por los fenómenos siguientes:

Fallas en el sistema

Rechazo de carga

Ferroresonancia en LT

La pérdida de carga de un sistema eléctrico de transmisión, puede dar

origen también a sobretensiones internas, capaces de producir daños a los

componentes eléctricos de la red.



Cuando se conecta una línea a una red, se origina una onda de tensión cuyo

valor depende de la impedancia característica de la red y de la línea. Si la

energización se hace con el extremo en vacío y en el instante más

desfavorables, es decir, cuando el generador denota su tensión máxima, se

propagan ondas viajeras a lo largo de la línea reflejándose ondas de tensión

igual a la incidente, pudiendo alcanzar valores de tensión arriba de los 2.0

p.u.



BIBLIOGRAFÍA

a) JOSÉ CARLOS ROMERO SUBESTACIONES FUNDAMENTOS TEÓRICOS,

UNIDAD DE PUBLICACIONES, 2001. SUBESTACIONES DE ALTA

TENSIÓN.

b) “SOBRETENSIÓN ELÉCTRICA” WIKIPEDIA. CONTENIDO DISPONIBLE

BAJO LOS TÉRMINOS DE LA

CREATIVECOMMONSATTRIBUTION/SHARE-ALIKELICENSE.

c) [GILBERTO ENRÍQUEZ HARPER. TÉCNICAS DE LAS ALTAS

TENSIONES, VOL. 1. EDITORIAL LIMUSA, MÉXICO 1980.

d) http://sobretensionelectricas.blogspot.com/2012/06/sobretensiones-

internas-y-su.html

e) http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/31186/1/OrtizCruz.pdf

f) http://www.profesormolina.com.ar/electromec/prot_linea_elec.htm

g) http://sobretensiones.blogspot.com/

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