REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIOEXTENSIN MARACAY

ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN, PARA LA INSTALACIN DE DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES EN LAS REDES DE 34.5KV, EN LOS CIRCUITOS PEN Y CAMEJO DE LA S/E VILLA DE CURA I. DE CADAFE REGIN 4 ZONA ARAGUA. Trabajo Especial de Grado como Requisito para Optar al Ttulo de Ingeniero Electricista.

Autor: Br. Lus, A. Garca Tutor Acadmico: Ing. Esp. Archiles Migdys Asesor Metodolgico: Abg. Patricia Mrquez Tutor Industrial: Ing. Esp. Jos Luis Rodrguez

Maracay, Julio de 2008

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APROBACIN DE LA TUTORA ACADMICA

En mi carcter de Tutora Acadmica del Trabajo de Grado presentado por el ciudadano, Luis Alexander Garca, cuyo ttulo es: Estudio de los Sistemas de Proteccin, para la Instalacin de Descargadores de Sobretensiones en las Redes de 34.5kv, en los Circuitos Pen y Camejo de la S/E Villa de Cura I. de CADAFE Regin 4 Zona Aragua. Considero que ste rene los requisitos y mritos suficientes para ser sometido a presentacin pblica y evaluacin por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Maracay, a los

das del mes de Julio de 2008.

______________________ Ing. Esp. Archiles Migdys C.I.:12.337.305

ii

APROBACIN DE LA ASESORA METODOLGICA

En mi carcter de Asesora Metodolgica del Trabajo de Grado presentado por el ciudadano, Lus Alexander Garca, cuyo ttulo es: Estudio de los Sistemas de Proteccin, para la Instalacin de Descargadores de Sobretensiones en las

Redes de 34.5kv, en los Circuitos Pen y Camejo de la S/E Villa de Cura I. de CADAFE Regin 4 Zona Aragua. Considero que ste rene los requisitos y mritos suficientes para ser sometido a presentacin pblica y evaluacin por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Maracay, a los

das del mes de Julio de 2008.

___________________________ Abg. Patricia Mrquez C.I.:14.786.473

iii

APROBACIN DEL TUTOR INDUSTRIAL

En mi carcter de Tutor Industrial del Trabajo de Grado presentado por el ciudadano, Lus Alexander Garca, cuyo ttulo es: Estudio de los Sistemas de Proteccin, para la Instalacin de Descargadores de Sobretensiones en las

Redes de 34.5kv, en los Circuitos Pen y Camejo de la S/E Villa de Cura I. de CADAFE Regin 4 Zona Aragua. Considero que ste rene los requisitos y mritos suficientes para ser sometido a presentacin pblica y evaluacin por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Maracay, a los

das del mes de Julio de 2008.

___________________________ Ing. Esp. Jos Luis Rodrguez C.I.: 08.731.874

iv

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIOEXTENSIN MARACAY

ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN, PARA LA INSTALACIN DE DESCARGADORES DE SOBRE TENSIONES EN LAS REDES DE 34.5KV, EN LOS CIRCUITOS PEN Y CAMEJO DE LA S/E VILLA DE CURA I. DE CADAFE REGIN 4 ZONA ARAGUA. Trabajo Especial de Grado como requisito para optar al Ttulo de Ingeniero Electricista.

Autor (a): Br. Lus Alexander Garca C.I: 11 777 730

Proyecto de Investigacin aprobado en nombre del Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario, por el siguiente Jurado, a los de Julio del 2008. das del mes

______ Ing. Juan M, Reyes. C.I: 13.201.892

____ Ing. Rhina, Castillo. C.I: 12.928.583

.

__ Ing. Johnny, Garca. C.I: 9.667.682

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DEDICATORIA

En la vida hay momentos en los cuales los triunfos llenan de alegra el espritu, pero ms alegra representa poder compartir estos momentos con las personas a quienes el amor significa ms que un sentimiento, ms que una palabra, y es a estas personas, a quien dedico este trabajo porque se lo merecen. A nuestro padre celestial, hacedor de vida, incluyendo la ma, junto con sus momentos y experiencias, por darme la fe y la fuerza de voluntad necesaria para seguir adelante. A mi Hija Michelle Alexandra, por ser lo ms lindo que me envi Dios, a ti ms que a nadie le dedico todo mi esfuerzo, voluntad y triunfo. Te Quiero mi Princesita. Gracias por estar siempre en esos momentos alegrndome la vida con tu sonrisa sincera. Te amo. A mis Padres: Milagro Briceo y Asdrbal Brito, por su apoyo incondicional en los buenos y malos momento, los cuales me han dado gran enseanza de trabajo en la vida, salud, me han regalado parte de su valioso tiempo, me han educado lo suficientemente bien como para que en estos momentos pueda presenta este proyecto Esto es para ustedes. Los amo. A mi Querida Esposa Yolismar Bogado, por estar conmigo todo el tiempo cuando la he necesitado, por brindarme todo su amor y dedicacin, por compartir mis grandes momentos y por ayudarme a superar todos los momentos difciles que he pasado. Te quiero mucho. Y hoy ms que nunca te aprecio y quiero mucho, porque sin importar las fronteras y las condiciones, me enseaste que en la vida hay que perdonar para poder vivir, te amo mucho ms de lo que t piensa Gracias por todo. Quiero que tengan presente que este espacio es pequeo para expresar mis sentimientos, A ellos mi dedicatoria y admiracin

Luis Alexander Garca

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AGRADECIMIENTO

Primero que todo le doy las gracias a DIOS, por darme salud y valor en los momentos en los cuales he tenido que enfrentar obstculos, dndome la fuerza necesaria para afrontarlos y as poder llegar al cumplimiento de mis metas. A mi madre y mi padre por haberme dado la vida. A mis amigos y compaeros de clase, que de una u otra manera me brindaron su amistad sincera y desinteresada durante todo este tiempo. Por haber compartido conmigo tan buenos momentos y ayudarme tanto, Gracias. Al Ing. Migdys Archiles y a la Abg. Patricia Mrquez por su dedicacin y orientacin para la realizacin de este trabajo. Al Ing. Jos Luis Rodrguez por su dedicacin y orientacin para la realizacin de este trabajo. A mi amiga y compaera de clase Yeniffer Snior por darme valor, apoyo, y sobre todo sus conocimientos para poder realizar este trabajo. A la empresa CADAFE por darme la oportunidad de ser uno mas de sus trabajadores preocupados por el desarrollo de nuestro pas y la misin de llevar energa elctrica a cada rincn de Venezuela, y brindarme la oportunidad de desarrollar el proyecto de Investigacin en sus instalaciones. Al personal que labora en el departamento de Mantenimiento Especializado seccin Lneas Energizada, por aceptarme y brindarme su ayuda en todo momento. Un agradecimiento especial para mis compaeros de cuadrilla Vctor Naranjo, Manuel Rosario Juan Hurfano, Marco Materano, mi amigo Rubn Hernndez, y al Tcnico Israel Aponte, Cesar Barreto, Javier Lpez, Sr. Jess Lozada, por Apoyarme y brindarme la oportunidad de estar Aqu. No los voy a defraudar. A todas aquellas personas que de una manera u otra contribuyeron en el desarrollo del proyecto de investigacin. A todos ellos gracias. Y que Dios los bendiga.

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NDICE GENERAL

pp. LISTA DE CUADROS ....................................................................................... x LISTA DE TABLAS ....................................................................................... xi LISTA DE FIGURAS ......................................................................................... xiii RESUMEN .......................................................................................................... xvi INTRODUCCIN .............................................................................................. 1 CAPTULOS I. EL PROBLEMA ..................................................................................... Contextualizacin del Problema. ............................................................. Objetivos de la Investigacin .................................................................... Objetivo General ................................................................................ Objetivos Especficos ......................................................................... Justificacin de la Investigacin ............................................................... II. MARCO REFERENCIAL ..................................................................... Resea Histrica de la Empresa ................................................................ Resea Histrica del Problema ................................................................. Antecedentes de la Investigacin .............................................................. Bases Tericas ........................................................................................... Sistema de Proteccin Equipos de Maniobras ........................................................................ Las Descargas Atmosfrica Sobretensiones ... Induccin Electrosttica . Interruptores ... Pararrayos ... El Aislamiento Aterramiento .. Sistema de Potencia ........................................................................... Sistema de Distribucin ..................................................................... Bases Legales ............................................................................................ Sistema de Variable ................................................................................... 3 3 6 6 6 7 10 10 11 12 17 18 21 24 29 37 41 43 44 48 92 95 103 106

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Definicin de Trminos Bsicos ............................................................... III. MARCO METODOLGICO ................................................................ Modalidad de la Investigacin .................................................................. Tipo de Investigacin ................................................................................ Poblacin y Muestra .................................................................................. Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos ................................... Tcnicas de Anlisis de Datos ................................................................... Procedimientos .................................................................................. Operacionalizacin de Variables ...............................................................

108 116 116 116 118 118 121 122 126

V.

RESULTADOS ........................................................................................ 128 Anlisis de los Resultados ......................................................................... 128 185 188 190 192 193 199 200 203

CONCLUSIONES ............................................................................................. RECOMENDACIONES ................................................................................... REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................ ANEXOS ............................................................................................................ Anexo A. Estudio de Factibilidad del Proyecto ........................................... Anexo B. Fotos ............................................................................................. Anexo C. Circuito de Simulacin de Sobretensiones ................................... RESUMEN CURRICULAR ...............................................................................

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LISTA DE CUADROS

CUADROS 1 Conceptualizacin de Variables ...................................................................

pp. 107

2 Operacionalizacin de Variables .. 127

x

LISTA DE TABLAS

TABLAS

pp.

1 Valor de resistividad en diferentes tipos de suelo ......................................... 66 2 Valores de resistividad de algunos suelos . 66 3 Valores de resistividad de algunos materiales .. 67 4 Como obtener la resistencia de un electrodo 67 5 Porcentaje de reduccin del valor resistivo en funcin del tipo de configuracin 76 6 Influencia de contenido de humedad en la resistividad del suelo . 79 7 Influencia de contenido de sal en la resistividad del suelo ... 80 8 Influencia de la temperatura en la resistividad del suelo .. 81 9 Caractersticas del Transformador de la Subestacin Los Tanques .............. 134 10 Caractersticas del Disyuntor de la Subestacin Los Tanques ...................... 135 11 Caractersticas del Transformador de la Subestacin Tocorn ..................... 141 12 Caractersticas del Disyuntor de la Subestacin Tocorn ............................. 142 13 Promedio de Carga de los Circuitos Pen y Camejo .................................. 143 14 Histricos de Falla de los Circuito Pen y Camejo Promedio de 6 Meses 144

15 Parmetro Elctricos del Circuito El Pen ................................................. 145 16 Parmetro Elctricos del Circuito Pedro Camejo .......................................... 146 17 Posicin Elctrica del Sistema con Relacin a Tierra ................................... 150 18 Datos Tcnicos del Telurmetro ................................................................... 156 19 Valores de Resistencia de Puesta a Tierra y Resistividad del Suelo

xi

Medidos en los Circuitos El Pen y Camejo .............................................. 158 20 Calidad de las Tomas de Tierra ..................................................................... 160 21 Valores del CFO para Aisladores a Nivel de 34,5 KV ................................. 164 22 Valores del CFO para Aisladores a Nivel de 34,5 KV (Condiciones hmedas) ....................................................................................................... 164 23 Valores del CFO en Espacio Libres hmedos entre Conductores ................ 165 24 Valores del BIL segn Rango A de la ICE 71-1976 ..................................... 165 25 Valores de Corriente de Descargas Atmosfricas y la Distancia del Conductor ...................................................................................................... 172 26 Valores de Corriente de Descargas Atmosfricas y Tensiones Mximas Inducidas ....................................................................................................... 173 27 Valores de Corriente de Descargas Atmosfricas y la Distancia del Conductor en funcin del CFO ..................................................................... 174 28 Valores de Sobretensin en los Equipos y Margen de Proteccin de los Pararrayos por Descargas Atmosfricas ....................................................... 178 29 Caractersticas Tcnicas ................................................................................ 179 30 Caractersticas Tcnicas Requeridas para Descargadores de Sobretensin de 34,5 KV..................................................................................................... 183 31 Costo de Materiales ....................................................................................... 195 32 Tarifas Actuales Aplicada por CADAFE Regin 4 .................................... 197

xii

LISTA DE FIGURAS

FIGURAS

pp.

1 Distribucin de cargas durante la formacin de las nubes de tormentas .. 26 2 Niveles Isoceraunicos de la Repblica Bolivariana de Venezuela .. 27 3 Distintos tipos de Descargas Atmosfricas ................................................... 28 4 Tipos de Sobretensiones .... 31 5 Representacin esquemticas de los diferentes tipos de sobretensiones .. 32 6 Sobretensiones temporales durante fallas monofsicas a tierra ... 33

7 Nivel de aislamiento (IEC) y sobretensiones de maniobras mximas .. 34 8 Forma de onda normalizada para impulso tipo rayos ... 36 9 Efecto de una nube cargada positivamente sobre una lnea area . 37 10 Zona de proteccin formada por conductores de guarda .. 39 11 Aplicacin del mtodo de un soporte para doble lnea . 40 12 Interruptor . 41 13 Seccionador ... 42 14 Pararrayo ... 43 15 Grfico de coordinacin de aislamiento 48 16 Sistema de aterramiento 53 17 Conexin entre neutro y tierra .. 54 18 Diagrama fasorial de las tensiones en caso de falla a tierra monofsica en la fase R 55 19 Diagrama vectorial de los diferentes componentes simtricos . 55

xiii

20 Impedancia de neutro 56 21 Diagrama de conexin de neutro solidamente aterrado 57 22 Recorrido de la corriente de falla .. 58 23 Sistema neutro a travs de resistencias . 59 24 Conexin a tierra del neutro .. 60 25 Esquema bsico del transformador de Reithoffer . 61 26 Transformador de Bauch .. 61 27 Sistema neutro aterrado a travs de reactancias 61 28 Sistema con aterramiento resonante .. 62 29 Diseo de una bobina 64 30 Configuracin de electrodo ... 69 31 Varilla Copperweld ... 70 32 Configuracin de una malla .. 72 33 Configuracin de un electrodo qumico 74 34 Conectores . 78 35 Flujo senosoidal y corriente de excitacin del transformador ... 90 36 Relacin lineal entre el flujo magntico y la corriente de magnetizacin 90 37 Forma de onda para un transformador sin prdida pero saturado . 91 38 Ciclo de Histresis de un transformado con prdida y saturado ... 92 39 Curva de excitacin final para un transformador con prdida y saturado . 92 40 Proceso de Distribucin ................................................................................ 93 41 Estructura de un sistema de potencia ............................................................ 94 42 Esquema general de una Red Elctrica ......................................................... 95

xiv

43 Diagrama Unifilar de la Subestacin Villa de Cura I ................................... 129 44 Disyuntor de Salida de 34,5 KV del Circuito Pen .................................... 131 45 Disyuntor de Salida de 34,5 KV del Circuito Camejo .................................. 132 46 Configuracin del Circuito Pen y Pedro Camejo en 34,5 KV .................. 133 47 Transformador de 34.5/13.8 KV de la Subestacin Los Tanques ................. 134 48 Disyuntor de 34,5 KV de la Subestacin Los Tanques ................................ 135 49 Diagrama Unifilar de la Subestacin Los Tanques 34.5/13.8 KV ............... 136 50 Ubicacin Geogrfica del Circuito Camejo .................................................. 137 51 Diagrama Unifilar de la Subestacin Tocorn 34.5/13.8 KV ....................... 139 52 Ubicacin Geogrfica del Circuito Pen ..................................................... 140 53 Transformador de 34.5/13.8 KV de la Subestacin Tocorn ........................ 141 54 Disyuntor de 34.5 de la Subestacin Tocorn ............................................... 142 55 Configuracin Wenner .................................................................................. 157 56 Pararrayos ...................................................................................................... 184 57 Contadores de Carga Atmosfrica ................................................................. 184

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIOEXTENSIN MARACAY ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN, PARA LA INSTALACIN DE DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES EN LAS REDES DE 34.5KV, EN LOS CIRCUITOS PEN Y CAMEJO DE LA S/E VILLA DE CURA I. DE CADAFE REGIN 4 ZONA ARAGUA. Lnea de Investigacin: Protecciones Elctricas. Autor: Br. Lus, A. Garca Tutora Acadmica: Ing. Esp. Archiles Migdys Asesora Metodolgica: Abg. Patricia Mrquez Tutor Industrial: Ing. Esp. Jos Luis Rodrguez

RESUMENEl presente trabajo tiene como objeto analizar los diferentes factores que influyen de una manera directa o indirecta en las interrupciones del servicio elctrico en los circuitos Pen y Camejo de la subestacin Villa de Cura I de la poblacin de Tocoron y Magdaleno. La misma posee la necesidad del estudio de los sistemas de protecciones, para la instalacin de descargadores de sobretensin en los circuitos ante mencionados de 34.5 KV los cuales alimentan a las subestaciones de distribucin no atendidas de Los Tanques y Tocoron de la Regin 4 de CADAFE con la finalidad de mejorar el sistema de distribucin de la Empresa, especficamente dentro del esquema de protecciones suplementarias del mismo. La metodologa empleada para desarrollar el estudio, se bas en una investigacin de campo con carcter descriptivo, evaluativo y una investigacin tipo documental. Se present una poblacin y muestra que se estudi para alcanzar los objetivos que condujeron al estudio de la instalacin de los descargadores de sobretensin. Adems se utiliz la observacin directa, entrevistas no estructuradas y la revisin documental como tcnicas de recoleccin de datos con el fin de determinar la necesidad de establecer la instalacin del sistema de proteccin en estudio. Se aplico la tcnica de anlisis que permiti establecer las fases del desarrollo del proyecto. El diagnostico de las condiciones de operacin se bas en funcin de las normas, la interpretacin de los reportes de fallas, evaluacin del mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo, obtencin de los valores y estado del sistema salida por descargas atmosfricas que generan sobretensiones, principalmente por impactos directos y en las cercanas de la lnea y por ltimo se evalu el estado de las protecciones; para establecer parmetros que permitan la utilizacin de descargadores de sobretensin como proteccin contra sobretensiones principalmente de origen externo, ya que solo se posee este tipo de protecciones en las subestaciones y bancos de transformadores, todo esto cumpliendo con las normas CADAFE. Descriptores: Descargadores de sobretensin, Subtransmisin, Distribucin.

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INTRODUCCIN

A medida que el pas se desarrolla, tanto tecnolgicamente como en el aumento de la poblacin, se va incrementando la necesidad de la energa elctrica para satisfacer la demanda. Por lo tanto el sector elctrico Venezolano debe ofrecer un suministro de energa eficiente y de calidad, adems de estar a la par con las nuevas tecnologas que aparecen en el mercado, brindando nuevas posibilidades para mejorar la calidad de vida de los usuarios y de los servicios requeridos. El grado de desarrollo de las redes elctricas para suministrar el servicio de energa elctrica y mejorar la calidad de vida, es una medida del crecimiento y progreso de la poblacin. El desarrollo de las redes elctricas, aunado al crecimiento en la demanda de energa elctrica, surge como consecuencia del rpido crecimiento demogrfico que se ha experimentado en los ltimos aos. Tomando en cuenta la importante labor que cumplen los sistemas elctricos de subtransmisin y distribucin como encargados de la entrega de energa elctrica a los consumidores, se hace necesario mantener a los mismos en buenas condiciones, con el objeto de asegurar que el servicio prestado sea eficiente, confiable, continuo y en la medida de lo posible econmico. Debido a las mltiples variables que pueden influir y causar interrupciones en el sistema de subtransmisin y distribucin de la energa elctrica, la complejidad que tiene la red en cuanto a su diseo y factores que puedan originar fallas e interrupciones en el mismo, es necesario tener un buen conocimiento de las posibles variables que puedan afectar el normal funcionamiento del sistema elctrico, as como las posibles condiciones de fallas a las que puedan estar sometido a causa de su ubicacin geogrfica, la carga demandada por los suscriptores, condiciones climatolgicas, entre otras. Los sistemas de subtransmisin y distribucin de energa elctrica, conformados por las redes de distribucin, transformadores de distribucin y sistemas de protecciones, deben ser confiables, flexibles y con un alto grado de seguridad,

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teniendo presente en su diseo una adecuada planificacin, que mantenga al margen las causas de fallas. CADAFE como empresa encargada de la distribucin y comercializacin del servicio elctrico en la regin 4. Est en la obligacin de mejorar la calidad del suministro de electricidad, por ende debe ofrecer un buen mantenimiento preventivo y correctivo en sus redes de distribucin, tanto areas como subterrneas. Por lo tanto, el propsito fundamental de ste proyecto es el estudio de los sistemas de proteccin, teniendo como finalidad proponer la instalacin de descargadores de sobretensin en las redes de 34.5 KV. En los circuitos Pen y Camejo de la subestacin Villa de Cura I, como parte importante del esquema de proteccin de los circuitos, para luego ser implementado en otros circuitos, para lograr prestar un mejor servicio. La investigacin posee un esquema basado en una serie de captulos numerados del I al IV, con caractersticas propias que ayudan al desarrollo y culminacin de la investigacin. A continuacin se presenta un breve resumen de los mismos: El Captulo I, en este se describe la problemtica existente en los circuitos Pen y Camejo perteneciente a la subestacin Villa de Cura I, plantendose el objetivo general y los objetivos especficos, culminando con la justificacin de la investigacin. El Captulo II, denominado Marco Terico, este contiene la resea histrica del problema, mencionndose los antecedentes de la investigacin, se realiza una documentacin bibliogrfica para determinar las bases tericas y legales, estableciendo algunas definiciones de trminos referentes a la investigacin. El Captulo III, llamado Marco Metodolgico, se establece la modalidad del proyecto, determinndose la metodologa a utilizar estableciendo el tipo de investigacin. Se determina la poblacin y la muestra, luego se seleccionan las tcnicas de recoleccin de datos, definindose las fases de la investigacin. El Captulo IV, Anlisis de los resultados, Conclusiones, Recomendaciones, Anexos y Referencias Bibliogrficas.

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CAPTULO I

EL PROBLEMA

Contextualizacin del Problema

La energa elctrica ocupa un lugar de gran importancia en la tecnologa moderna siendo el motor principal que contribuye al desarrollo econmico, social y cultural de los pases. Dada la importancia que tiene un servicio continuo e ininterrumpido de energa elctrica para la poblacin en general, las Empresas prestadoras del servicio elctrico deben asegurar un suministro confiable de energa a travs de la incorporacin de nuevas tecnologas en sus redes. En Venezuela, la Compaa Annima de Administracin y Fomento Elctrico (CADAFE) es la empresa encargada de las actividades relacionadas con el suministro del servicio elctrico. Esta energa es suministrada a travs de los sistemas de subtransmisin y distribucin que se realiza en los niveles de tensin de 115, 34.5 KV, eventualmente 24 KV. Segn el nuevo reglamento de servicios elctrico los voltajes antes mencionados pasan a ser subtransmisin. Para distribuir la energa elctrica la empresa cuenta con 16.556 Km. de lneas de distribucin y 57 subestaciones en tensiones de 34.5 KV, 24 KV y 13.8 KV; por medio de conductores y transformadores se permite convertirla en niveles de tensin de 440, 220, 208 y 120V, hasta llegar a proveer el servicio elctrico en las zonas industriales, comerciales, Nacional. Se considera a las subestaciones, una de las instalaciones con mayor importancia dentro de los sistemas elctricos de distribucin, ya que transforman niveles agrcolas, residenciales, urbanas y rurales. En todo el territorio

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energticos, poseen equipos de proteccin permitiendo un regular flujo de potencia, CADAFE Regin 4 Zona Aragua cuenta con 24 Subestaciones, clasificadas en dos rubros: Atendidas y no atendidas. La diferencia entre unas y otras radica en sus dimensiones fsicas, niveles de operacin, nmero de equipos y permanencia de personal de maniobras. CADAFE, tiene como funcin distribuir y comercializar el servicio de energa elctrica en todas las regiones del territorio Venezolano, brindando un servicio eficiente y confiable a un costo razonable. Uno de sus objetivos es brindar el servicio elctrico a las zonas rurales, urbanas, industriales y comerciales valindose de grandes y pequeas subestaciones atendidas o no atendidas, con la finalidad de racionar los recursos utilizados, permitiendo de esta manera poder ofrecerle el servicio de energa elctrica a toda la poblacin independientemente de su ubicacin geogrfica. Producto del aumento de la poblacin en el Estado Aragua, el incremento de las reas comerciales, industriales y residenciales; la diversificacin de los equipos instalados y la automatizacin de los procesos existentes, ha aumentado la demanda del servicio. En consecuencia la empresa CADAFE se ha visto en el compromiso de desarrollar proyectos de gran importancia, que permitan satisfacer la demanda energtica creciente. Estos proyectos se estn llevando a cabo en su mayora en zonas que presentan continuas interrupciones, las cuales daan a los diferentes equipos que conforman los circuitos elctricos. Sin embargo, en los ltimos aos la misma ha sufrido un estancamiento en cuanto a la adquisicin de nuevas tecnologas que permitan dar como respuesta la continuidad del servicio elctrico, cuando por diversas fallas en las lneas de distribucin, ocurren interrupciones, afectando a diversas zonas. Como se sabe, es difcil evitar que ocurran las fallas pero es importante contar con equipos adecuados para responder de manera rpida y efectiva cuando ocurren las mismas. Actualmente para solventar dichas interrupciones se cuenta con cuadrillas de mantenimiento conformadas por personal calificado, sin embargo, en ocasiones estas cuadrillas encuentran obstculos al momento de acceder a las zonas donde

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ocurre la falla, debido a que las vas de acceso a las mismas se encuentran colapsadas por el trnsito automotor, lo cual retarda el tiempo de respuesta y por ende existe un lapso prolongado de tiempo sin el suministro de energa. Esto se traduce en prdidas econmicas tanto para las empresas que dependen del servicio como: carniceras, heladeras, panaderas, centro de comunicaciones, bancos, fbricas diversas, entre otras, as como para CADAFE por la energa dejada de facturar y a los gastos ocasionados por la reposicin de los equipos daados. Para la empresa, es importante maximizar la capacidad de respuesta en la solucin de problemas, en tal sentido, en la bsqueda de soluciones tcnicas que introduzcan mejoras e innovaciones en el manejo de los procesos, surge la necesidad de proponer la instalacin de descargadores de sobretensin en las redes de 34.5KV. En tal sentido, es importante mencionar que uno de los problemas actuales que presenta en la mayora los sistemas de subtransmisin en 34.5 KV, es la falta de protecciones contra sobretensiones, bien sea de servicio, de maniobra o atmosfrica la cual ocasiona un dao irreversible al sistema as como a los equipos que en l se encuentran, de igual forma se hace necesario destacar que el estudio de estos sistema de protecciones, se genera a consecuencia del alto nivel de sobretensiones que se producen debido al cruce de las lneas de transmisin en 745 KV, descargas atmosfricas y a las operaciones monopolares que en ellas se realizan, observndose que los descargadores de sobretensin de la Subestacin Tocoron as como los Tanques, estos equipos se queman por su continuo funcionamiento, es decir, el constante drenaje de las descarga a tierra de las tensiones y corrientes que se encuentran en niveles excesivos en las lneas de Subtransmision, y como su funcin es de descargar a tierra para la proteccin de los sistemas y la continuidad de los mismos; en este aspectos no existen descargadores de sobretensin para protecciones de lneas, solo se encuentran en la salida y llegada de cada Subestacin y en los grupos de transformacin del Sistema de Distribucin, al igual que el recorrido de los Circuitos en las partes montaosas, el mantenimiento de los conductores, el sistema de aislamiento, las condiciones atmosfricas de la zona esto es importante resaltar su caracterstica de tener un alto nivel Isocerunico, lo cual se refiere al nmero de das

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por mes y por ao en que se pueden tener tormenta en un rea de 10 Km de radio, cuyo centro viene siendo el sitio en cuestin. En los estados Gurico, Miranda y Aragua este nivel se ubica entre 60 y 80 das de tormentas al ao, pero en la poblacin de Villa de Cura se establece el nivel Isocerunico en 50 das de tormentas al ao; es claro que el nivel Isocerunico de cualquier zona puede variar significativamente de un mes a otro y ms aun de un ao a otro, aumentando o disminuyendo su nivel, por lo que se requiere que el sistema este debidamente adecuado a estas condiciones. En la actualidad estos tipos de protecciones existen solo en las subestaciones y en algn punto de transformacin, en algunos casos, es por ello que amerita realizar una reconfiguracin de los sistemas elctricos, con respecto a las protecciones de sobretensiones, para as prestar un mejor fluido de la energa en las poblaciones, y buena calidad del servicio a la comunidad. Los dispositivos de proteccin suplementaria tienen como objetivo fundamental el resguardo de los equipos de mayor importancia tanto tcnico como econmico. Uno de stos, son los transformadores, disyuntores o interruptores de potencia de las subestaciones elctricas de distribucin ubicados en los sectores de alta y baja tensin, de las poblaciones de los Tanques y Tocoron, que estn ligados directamente con la confiabilidad y continuidad del suministro elctrico de la red de distribucin. Es por ello, que cada equipo dentro de un esquema de proteccin suplementaria se debe adaptar a una nueva filosofa de proteccin de avanzada tecnologa, donde interacte lo sofisticado del universo de los equipos automatizados con la electrotecnia aplicada en los sistemas de distribucin. Todo lo antes expuesto hace necesario el estudio de los sistemas de proteccin, para la instalacin de descargadores de sobretensiones en las redes de 34.5kV, en los circuitos Pen y Camejo de la subestacin Villa de Cura I de CADAFE Regin 4 Zona Aragua.

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Objetivos de la Investigacin Objetivo General Estudiar los sistemas de proteccin, para la instalacin de descargadores de sobretensiones en las redes de 34.5 KV, en los circuitos Pen y Camejo de la S/E Villa de Cura I de CADAFE Regin 4 Zona Aragua. Objetivos Especficos Diagnosticar la situacin actual que se presenta en los circuitos de 34.5 KV asociados a la subestacin Villa de Cura I. Efectuar el estudio de carga de dichos circuitos. Revisar los puntos donde estn instalados los descargadores de sobretensin actuales y realizar un estudio de la posible ubicacin de los nuevos equipos a instalar. Realizar prueba de resistividad del terreno en el punto de instalacin de los dispositivos de proteccin y desarrollar los clculos matemticos para la determinacin de los parmetros elctricos que debe cumplir los equipos a instalar. Elaborar un estudio de comparacin tcnica para la seleccin de los equipos, dispositivos de proteccin o descargadores de sobretensin.

Justificacin de la Investigacin

Contar con un sistema elctrico acorde a las necesidades de la poblacin es un factor fundamental para su desarrollo, por lo que CADAFE, tiene el compromiso de prestar un servicio eficiente de energa elctrica, y tomando en consideracin la Ley Orgnica de Servicio Elctrico (LOSE) en su artculo 36. Por otro lado, el desarrollo de la investigacin le permite a la empresa, reducir tanto las prdidas econmicas dentro de la empresa, representadas en la energa dejada de facturar durante las interrupciones en el suministro elctrico, as como reducir las prdidas econmicas

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para los suscriptores en la regin, por daos ocasionados en sus equipos electrnicos y electrodomsticos, al igual que en los dispositivos de proteccin y equipos de la empresa, contra sobretensiones y descargas atmosfricas. Esta puede aportar soluciones concretas al caso. El estudio propuesto pretende aportar a la empresa CADAFE, juicio valioso que derivados de los objetivos propuestos permitan detectar las causas que generan fallas en los equipos y dispositivo de proteccin tales como los descargadores de sobretensin o pararrayos, al igual que los transformadores de potencia y otros equipos, de all se deriva el estudio de los descargadores de sobretensin ser instalados en redes de 34.5 KV de los circuitos de alta tensin, en este caso los circuitos en estudio son el Pen que alimenta a la Subestacin Tocoron y Camejo los Tanques 34.5/13.8 KV. Ambos salida de la S/E Villa de Cura I 115/34.5/13.8 KV de CADAFE Regin 4 Zona Aragua. Igualmente, los resultados derivados del estudio incidirn de manera positiva en el aprovechamiento efectivo de los recursos tcnicos, humanos y financieros que dispone la empresa con el propsito de mejorar la competitividad y mejorar los procesos de distribucin, traducindose en un sustancial ahorro de recursos como resultado directo de la disminucin de la tasa de descargadores de sobretensin daados y dejados de colocar, que afecta no solo a la empresa sino tambin al suscriptor que ha visto desmejorada la calidad del servicio prestado. Una vez subsanado esto, se podr proyectar una mejor imagen de la empresa. Otro beneficio directo obtenido por la empresa con la presente investigacin es fundamentada en la importancia de la verificacin de las condiciones actuales que presentan los descargadores de sobretensin o pararrayos en los circuitos, los cuales forman parte importante de los sistemas de distribucin como dispositivo de proteccin, y que en la realidad no se le da el uso y la importancia adecuada a los

mismos. Ya que aporta soluciones concretas al caso; as mismo cabe destacar que con el presente estudio se podr analizar los efectos que producen estas fallas y puede servir de aporte para minimizar los problemas ocasionados durante las interrupciones del servicio elctrico por sobretensiones y descargas atmosfricas.

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El aspecto ms relevante para justificar esta investigacin es poder corregir las interrupciones y aumentar la continuidad del suministro de energa elctrica, debido a la presencia de factores perjudiciales como las extremas condiciones atmosfricas caracterizadas por su alto nivel Isocerunico, sistemas de protecciones defectuoso, falta de pararrayos en diferentes puntos a lo largo del recorrido del circuito y elementos externos a las redes elctricas, los cuales traen una variedad de consecuencias negativas para la empresa. La solucin de estos inconvenientes favorecera en el aspecto econmico a la empresa, pues disminuiran los daos en las redes elctricas, las prdidas por la energa dejada de facturar, la fatiga en el personal tcnico destinado a la solucin de las fallas, prdidas econmicas por la inversin de sobre tiempo en el personal, entre otros y adems de fomentar un ambiente propicio para la futura ampliacin de las redes de subtransmisin y distribucin de energa elctrica, teniendo en cuenta que la metodologa empleada en esta investigacin puede ser utilizada para proyectos futuros. Pudiendo ser aplicada en los dems circuitos para estudios posteriores, ya que los mismos se ven sometidos a las mismas condiciones de operacin.

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CAPTULO II

MARCO REFERENCIAL

La funcin del marco referencial es situar al problema objeto de estudio dentro de un conjunto de conocimientos, a fin de orientar la bsqueda y ofrecer una conceptualizacin adecuada de los recursos utilizados pudiendo ser manejados y convertidos en acciones concretas. En base a esto, Balestrini (2001) define el marco referencial como: el que determina la perspectiva de anlisis, muestra la voluntad del investigador de analizar la realidad objeto de estudio de acuerdo a una explicacin pautada por conceptos y categoras, atendiendo un determinado paradigma terico (p. 91). En este contexto el manual de trabajo especial grado del Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario (2007), refiere que el marco referencial Constituye el conjunto de aportes tericos existentes sobre el problema que ser objeto de estudio (p. 20). Por ello este, captulo dilucido las tcnicas que operan metodolgicamente en el estudio, ya que estuvo compuesto por un conjunto de categoras bsicas, la cual constituyo un sistema coordinado y coherente de conceptos y proporciones que permitieron abordar el problema para que ste cobrara sentido.

Resea Histrica de la Empresa

En octubre del ao 1.958 es creada la Compaa Annima de Administracin y Fomento Elctrico (CADAFE), la empresa elctrica del Estado Venezolano que desde 1959 entr a servir a ms del noventa (90) por ciento del territorio nacional.

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CADAFE, es la empresa elctrica del estado venezolano, que ha servido durante 43 aos a ciudades y zonas rurales con el lema: "CADAFE llega donde VENEZUELA llega". Luego se gener la idea de la creacin de unas empresas filiales de comercializacin y distribucin inicindose as los estudios de reorganizacin y regionalizacin en el ao 1980 y siendo en 1990 cuando se emprendi el proceso para lograrlo. A mediados de 1991, CADAFE ya haba descentralizado sus Actividades de distribucin y comercializacin en cuatro Empresas Regionales tales como: CADELA, ELEORIENTE, ELEOCCIDENTE, ELECENTRO y DESURCA. El 22 de Febrero de 1.991 es creada la Electricidad del Centro (ELECENTRO); establecindose como su objetivo la distribucin y comercializacin de la energa elctrica, a fin de cumplir con las exigencias del proceso de desarrollo elctrico. ELECENTRO, es una empresa de servicios que se dedica a distribuir, generar y comercializar energa elctrica a las regiones que comprenden su radio de influencia: Aragua, Miranda, Gurico, Apure y Amazonas. Se destaca hoy por hoy, como un gran potencial en distribucin y comercializacin, ya que cuenta con todas las caractersticas necesarias para ese sitial, gente con mstica, que hacen posible el crecimiento de la empresa.

Resea Histrica del Problema

En tal sentido, la empresa CADAFE es la encargada del suministro elctrico cada rincn de Venezuela, la misma clasifica las cargas elctricas segn su magnitud, stas a su vez estn determinadas por dos conjuntos como lo son el sistema de transmisin cuyo margen de tensin se ubica en 400, 230, 115 kilovoltios (KV) y el sistema Subtransmision o distribucin el cual comprende valores de tensin de 34,5 y 13,8 kilovoltios, eventualmente 24 KV. CADAFE clasifica a las subestaciones de distribucin segn su operacin en atendidas y no atendidas, y segn su diseo en encapsuladas o a la intemperie. Las atendidas son aquellas que son controladas por un personal especializado permanente,

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debido a la diversidad del diseo de los esquemas de que estas poseen. Mientras que las no atendidas se caracterizan por la ausencia de personal humano en sus instalaciones, su diseo se fundamenta generalmente por un slo esquema de subtransmisin, la continuidad y confiabilidad del servicio elctrico que estos suministran est basado por eventos de maniobra y control, los cuales dependen de una coordinacin automatizada por funciones hidrulicas o electromecnicas de los equipos de subtransmisin y proteccin. Las Subestaciones encapsuladas se caracterizan por presentar una cmara de gas blindada a base de hexafloruro de azufr (SF6), con el objetivo de aislar y proteger la salida del transformador de potencia hasta el prtico que le corresponda. La misma engloba a las protecciones externas de transformador de potencia. En lo que respecta a las Subestaciones a la intemperie, por su condicin de diseo, son contrarias a la anteriormente descrita, debido a que las mismas estn diseadas para soportar descargas atmosfricas y reunir condiciones para tener una mejor accesibilidad a los esquemas de sus elementos al momento de efectuarle cualquier tipo de mantenimiento. En la actualidad el sistema de distribucin de CADAFE Regin 4, no est completamente optimizado ni automatizado en lo que respecta a las nuevas tecnologas de la innovacin en los esquemas de protecciones suplementarias de las redes de distribucin. Por consiguiente, para que ste sistema de distribucin ofrezca una mejor confiabilidad, continuidad y seguridad debe adaptarse a los nuevos diseos que involucren diferentes funciones sistematizadas y automtica con la finalidad de solucionar posibles anormalidades en el menor tiempo; disminuyendo de esta forma los daos y cortes de energa elctrica ocasionadas por fallas en las redes de distribucin.

Antecedentes de la Investigacin

Los antecedentes de la investigacin analizan y exponen las diversas teoras, enfoques, investigaciones y antecedentes desarrollados, por algunos autores que son

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considerados vlidos para el correcto entrenamiento del problema estudiado, la cual es tarea ineludible de toda investigacin de carcter cientfico. En consecuencia en este captulo se expondrn algunos trabajos y publicaciones que servirn de apoyo, soporte y desarrollo del presente estudio. Martnez, D. (2000). Coordinacin de aislamiento de la lnea de transmisin en 115 KV Altagracia - Santa Teresa, Presentado como Trabajo Especial de Grado para Optar al Ttulo de Ingeniero Electricista, UNEFA. Los aspectos expuestos por el autor de esta investigacin , acerca de las caractersticas de las condiciones atmosfricas resultan de gran importancia para la presente investigacin, pues permitieron obtener un conocimiento de la influencia de las cualidades ceranicas de la poblacin que influyen en las interrupciones, as como la forma que se debe llevar a cabo el estudio del Nivel Isocerunico. La investigacin se apoy en un estudio enmarcado dentro de la modalidad de proyecto factible con investigacin de campo de tipo explorativa y descriptiva, emplendose como instrumento: cuaderno de registros, manuales tcnicos y registradores de energa. El aporte de esta investigacin se puede observar ya que tiene relacin con el planteamiento que se estudia en la presente investigacin en vista de utilizar los niveles Isoceranicos. Figueroa R. Nelson (2001). Desarrolla criterios para la ubicacin de dispositivos de seccionamiento y proteccin en redes area de distribucin, en su Trabajo Especial de Grado presentado para Optar al Ttulo de Ingeniero Electricista en la Universidad de Carabobo (UC); presenta una metodologa basada en criterios tcnicos y econmicos, planteando la ubicacin ptima de los equipos de seccionamiento y proteccin de un sistema de distribucin; considerando como punto importante el clculo los costos de energa no distribuida, ndice de falla y dando a conocer las bases jurdicas que se deben cumplir para prestar un buen servicio elctrico. El estudio se apoy dentro de la modalidad de proyecto factible con una

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investigacin de campo de tipo descriptiva, en cuanto a las tcnicas utilizadas se encuentran: la observacin directa, la revisin documental y las entrevistas no estructuradas. Los instrumentos empleados para esta investigacin fueron: cuaderno de registros, manuales tcnicos y registradores de energa. Este trabajo de grado sirvi al presente proyecto de investigacin para identificar los diversos factores que afectan las redes de subtransmisin y distribucin, adems de cmo se pueden localizar las fallas.

Ojeda, M. (2002). Propuesta para la reduccin de las interrupciones que afectan al circuito Punzn-Palenque 13.8 KV correspondiente a la subestacin Las Mercedes del Llano 34.5/13.8 KV perteneciente a Elecentro Zona Gurico, Universidad Bicentenaria de Aragua, Trabajo Especial de Grado para optar al ttulo de Ingeniero Electricista. En esta investigacin se propone soluciones para mejorar la condicin operativa del circuito integrante del Plan de Inversiones para la transformacin del Sector Agrcola (PITSA), a travs del diagnstico sobre el funcionamiento del circuito de distribucin, para determinar las posibles causas de las fallas, analizando los valores obtenidos a travs de mediciones de los parmetros elctricos y reportes de fallas. La metodologa utilizada por el autor fue de tipo descriptiva apoyada bajo la modalidad de prefecto factible con una estrategia de campo puesto que los datos se tomaron de la realidad en donde se desarroll el estudio. Las tcnicas utilizadas se encuentran: la observacin directa, la revisin documental y las entrevistas no estructuradas. Los instrumentos empleados para esta investigacin fueron: cuaderno de registros, manuales tcnicos y registradores de energa. Esta investigacin sirve de base al presente estudio por cuanto se utilizan el diagnstico a efectuar para la determinacin de las fallas en la zona en estudio. Guilln, G (2003). Rediseo del Sistema Elctrico de la Empresa Pepsi-Cola Venezuela C.A. Planta Tocorn, Universidad Bicentenaria de Aragua, Trabajo Especial de Grado para optar al ttulo de Ingeniero Electricista. Este Trabajo Especial

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de Grado propone redisear el sistema elctrico de la empresa PEPSI-COLA VENEZUELA C.A., adecuado a las nuevas lneas de produccin que operarn en la empresa, luego de diagnosticar las condiciones actuales de funcionamiento del sistema elctrico de la empresa. El mtodo utilizado para levantar la informacin consisti en una evaluacin visual de las instalaciones elctricas e informacin obtenida en el departamento de Produccin y Mantenimiento, adems de una toma de registros correspondientes a los parmetros elctricos sobre las condiciones de operacin de la planta. Metodolgicamente la investigacin se bas en un proyecto factible con una investigacin de campo de tipo descriptiva, las tcnicas utilizadas se encuentran: la observacin directa, la revisin documental y las entrevistas no estructuradas. Los instrumentos empleados para esta investigacin fueron: cuaderno de registros y manuales tcnicos. Esta investigacin aporta el presente proyecto un mtodo de levantamiento de informacin de forma directa en la zona, as como obtencin de datos a travs de los diferentes estudios a efectuarse a fin de realizar el diagnstico de las redes de distribucin elctricas. Martnez, A (2003). Diseo de un Sistema de Transferencia de Energa Elctrica Automatizado para el Servicio de Comunicacin y Electrnica de la Fuerza Area Venezolana. Universidad Bicentenaria de Aragua, Trabajo Especial de Grado para optar al ttulo de Ingeniero Electricista. Esta investigacin proporciona una referencia en cuanto al sistema de transferencia a implementar en la presente propuesta, con respecto al equipo a utilizar para la aplicacin de la tecnologa automatizada. La metodologa utilizada por el autor fue de tipo descriptiva apoyada bajo la modalidad de prefecto factible con una estrategia de campo; las tcnicas utilizadas se encuentran: la observacin directa, la revisin documental y las entrevistas no estructuradas. Los instrumentos empleados para esta investigacin fueron: cuaderno de registros, manuales tcnicos y registradores de energa.

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El aporte de este proyecto a la presente investigacin fue la metodologa a emplear en los casos de estudio de las transferencias de cargas los cual es de mucha importancia al tema en estudio. Fonseca, J. (2003). Evaluacin del uso de los postes de acero que soporta las lneas de distribucin como sistema de puesta a tierra, elabor un estudio que se bas en fuentes bibliogrficas, normas establecidas por el Cdigo Elctrico naciones, con lo cual fue nominada como investigacin documental, se compararon la impedancia del alambre de cobre y la del poste, se analiz la impedancia de dispersin del electrodo ante las descargas atmosfricas y el comportamiento del poste con base galvanizada ante la corrosin. Se concluyo que la alternativa planteada cumple con los requisitos tcnicos y econmicos planteados como objetivos, en spat propuesto puede alcanzar a obtener una impedancia menor o igual a 23 ohmios siempre y cuando los suelos donde se instale presente una resistividad no mayor a 70 ohmios-m. El aporte fundamental de esta investigacin al actual estudio viene dado por el uso y el conocimiento de las diversas tcnicas de estudio y del anlisis de una sistema puesta a tierra con material alternativo, el cual presenta una innovacin con respecto a los sistemas tradicionales utilizados para el sistema de puesta a tierra. Andrade, C. (2004). Propuesta para el mejoramiento de la carga total bajo condiciones de fallas, en el circuito de distribucin Ocumare 34.5 KV, el autor plantea la solucin para resolver problemas ms urgentes del circuito de distribucin encontrado en Ocumare, tales como: fallas e interrupciones en el circuito elctrico entre otros, para as ofrecer seguridad, confiabilidad, continuidad y calidad de servicio. Primero se conoci el estado en que estaba el sistema elctrico, como la subestaciones alimentadoras, entre otros, es decir, se realiz un levantamiento del circuito de distribucin de la regin a la que se le practico el estudio. La segunda fase se realizo mediante el conocimiento de los valores de las mediciones elctricas en el circuito de distribucin. Se dio a conocer el comportamiento del circuito en los

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ltimos 10 aos y la ltima fase tuvo como finalidad proponer el circuito, un establecimiento de la carga total bajo condiciones de fallas para as mejorar el sistema elctrico de la poblacin costera de Aragua. La investigacin descrita proporciona a la presente investigacin utilizar en referencia a los sistemas de distribucin, sirviendo de gua para conocer los estudios necesarios a realizar para reducir las fallas en los sistemas de distribucin de alta y baja tensin. Hurtado, J. (2004). Proyecto para la modernizacin del sistema contra descargas atmosfricas de la empresa planta centro perteneciente a CADAFE. Esta investigacin se apoy bsicamente en la revisin de fuentes bibliogrficas, catlogos tcnicos de equipos, con lo que fue enmarcada como tipo documental, se hizo un estudio para analizar la situacin en la que se encontraba el spat. Se determino que el sistema contra descargas atmosfricas era muy deficiente, debido a su deterioro por parte del mantenimiento preventivo, los nuevos componentes a utilizar deberan ser de acero inoxidable y en su defecto tendran que ser protegidos por un recubrimiento de epxica, de esta manera estaran resguardado del salitre que presenta puerto cabello. El aporte fundamental al desarrollo de la presente investigacin est reflejado en el estudio y anlisis de los agentes externos que pueden afectar protecciones ubicadas en los sistemas de generacin, transmisin y distribucin que integran las redes elctricas.

Bases Tericas

Las bases tericas permiten fundamentar aquellos elementos y/o factores importantes para sustentar el trabajo de grado desde el punto de vista terico. Por ello en esta seccin se mostraran todos los criterios tomados en consideracin, que estarn descritos de lo general a lo particular.

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En este contexto, el Manual de Trabajo Especial grado del Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario (2007), refiere que las bases tericas Comprenden una serie de conocimientos existentes sobre el campo del saber o sector de la realidad que ser objeto de estudio, y los cuales se encuentran contenidos en diferentes fuentes documentales reflejando especficos puntos de vistas de los autores (p. 21). Las bases tericas recogen conceptos temas y teoras que permiten aproximarse y enfocar al problema en estudio, contribuyendo a prestar sustento al desarrollo de la investigacin.

Sistemas de Proteccin

Romero, C. (1980), a firma que la continuidad y la calidad del suministro de energa elctrica es uno de los objetivos del funcionamiento del sistema de proteccin, ya que los mismos determinan la continuidad del suministro presentado por las empresas elctricas a los suscriptores.(p.53) Todos los sistemas elctricos, cualquiera que sea su naturaleza, estn expuestos a la ocurrencia de falla o condiciones anormales de operacin que de una u otra manera afectan su normal funcionamiento. El dispositivo de proteccin es el encargado de detectar las ocurrencias de alteraciones o perturbaciones que se presentan en los sistemas de potencia, que le permite luego tomar acciones correctivas tendentes a disminuir sus efectos sobre el mismo. Objetos de un Sistema de Proteccin Segn Romero, C. (1.980), El objetivo principal de los sistemas de proteccin consiste en detectar la falla, determinar su localizacin y retirar rpidamente del sistema nicamente la parte necesaria para eliminar la falla del mismo (p. 45). Los sistemas de proteccin modernos, son ms una proteccin a los sistemas que una proteccin a los equipos, por cuanto al actuar en la forma indicada evitan que la falla dae la calidad del servicio, lo mantienen en su ms alto grado de explotacin y al mismo tiempo, mejoran la continuidad del servicio a los consumidores.

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Funciones de los Sistemas de Proteccin

Para cumplir con su objetivo principal, los sistemas de proteccin realizan funciones muy variadas, algunas de las cuales se mencionan a continuacin: Retirar rpidamente del servicio la parte necesaria para despejar la falla, con el objeto de evitar que se dae la calidad del servicio, como es el caso de un cortocircuito en cualquier parte del sistema. Poner en operacin seales luminosas o sonoras, cuando se presenta una condicin de operacin anormal con el objeto de que el personal de operacin del sistema tome las medidas necesarias que el caso amerite, como es el de una sobrecarga en un transformador. Retirar de servicio la parte del sistema en donde la condicin anormal pueda afectarlo y a los equipos, como es el caso de una sobrecarga mantenida en un transformador que pone en peligro al propio transformador, y al mismo tiempo, al sistema. Impedir maniobras de operacin incorrectas que por error pueda cometer el personal de operacin y que afectan al sistema, como puede ser una orden de sincronizacin cuando no existen condiciones para la misma. Seccionar el sistema en los puntos ms aconsejables para la reparticin de las cargas frente a una prdida de sincronismo. Es difcil enumerar todas las funciones que debe realizar un sistema de proteccin; sin embargo, puede decirse que en general, debe realizar todas aquellas funciones tendientes a evitar que se dae la calidad y continuidad del servicio. Tambin debe mantener en su ms alto grado de explotacin al sistema. Mantener el servicio a la mayor cantidad de consumidores y retirar lo estrictamente necesario para eliminar la falla. Aparte de las funciones necesarias para cumplir con su objetivo principal, los sistemas de proteccin realizan otra serie de funciones de tipo secundario, que se mencionan a continuacin: Reducir los daos ocasionados por la falla retirando oportunamente el equipo fallado.

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Indicar que tipo de falla ha ocurrido. Indicar la localizacin de la falla. Suministrar los registros de evolucin de las fallas. Llevar los registros del nmero de las fallas. Hacer chequeos de s la falla es transitoria y de ser as, restablecer el servicio. Todas las funciones secundarias que estos sistemas pueden realizar, son el resultado de la inventiva propia del diseador, de los objetivos que se persiguen, y de los recursos econmicos disponibles y por tanto, no son de aplicacin general en todos los sistemas, sino de los requerimientos de lo que se va a proteger.

Caracterstica de un Sistema de Proteccin Palacios, A. (1980) expone que la configuracin de un sistema de proteccin no sigue un esquema general por cuanto debe cubrir la totalidad del sistema de potencia y por tanto depende de la configuracin del mismo. Su diseo debe hacerse al mismo tiempo que se disea la configuracin del sistema de potencia y por consiguiente no pueden darse reglas de diseo de aplicacin general. Sin embargo, cualesquiera que sea el sistema de potencia, el sistema de proteccin debe cumplir con sus objetivos principales y esto permite dar algunas de las caractersticas ms importantes que debe presentar todo sistema de proteccin: Sensibilidad: El sistema de proteccin debe tener la suficiente sensibilidad para detectar las fallas que lo afectan. Selectividad: El sistema de proteccin debe poder determinar la localizacin de la falla para despejarla, retirando de l nicamente la parte afectada por la falla. Velocidad: El sistema de proteccin debe determinar con qu velocidad es necesario despejar la falla, y poseer la velocidad adecuada para hacerlo. Confiabilidad: Por cuanto las fallas que afectan el sistema se presentan con relativa poca frecuencia, es necesario que su diseo garantice que se pueda confiar en que al presentarse una falla su operacin sea correcta. Estabilidad: Es necesario que el sistema de proteccin sea estable, para que

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frente a una falla no se retiren innecesariamente elementos sanos del sistema.

Equipos Protectores Contra Sobre Corriente

Palacios, A. (1980) afirma que: El equipo ms simple de proteccin contra sobre corriente es el fusible. El elemento fusible ms usado est hecho de una aleacin metlica que se funde por calor causado por la corriente que pasa a travs del elemento cuando excede algn valor mnimo determinado por el valor nominal de ese elemento en particular. Circuitos areos de distribucin son protegidos normalmente por corta-corriente de tipo abierto que usan lminas fusibles. Cada vez que una sobre corriente pasa a travs del fusible, por un cierto tiempo mnimo, el elemento se funde y abre permanentemente el circuito. As el fusible es un equipo de un solo uso, que no tiene posibilidad de recierre. Esto puede ser causa de interrupcin en fallas temporales ocasionando prdidas de servicio, de dinero y de horas hombres, necesarias para reemplazar el fusible.

Equipos de Maniobra

Son todos aquellos equipos de potencia instalados en la subestacin para abrir o cerrar un circuito elctrico. En las subestaciones de CADAFE existen tres tipos:

Disyuntor

Es un equipo de potencia diseado para abrir o cerrar uno o ms circuitos elctricos, bajo condiciones normales de operacin o de falla. Segn S. Regert L. (1998). Un interruptor de potencia o disyuntor es un dispositivo cuya funcin consiste en interrumpir y restablecer la condicin de corriente en un circuito, es decir, el interruptor abre y cierra galvnicamente al circuito en cuestin. Esta interrupcin se puede efectuar bajo carga, para despejar por ejemplo una falla, para desconectar o conectar cualquier equipo elctrico o lnea de transmisin.

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Los medios de extincin de los disyuntores pueden ser: aceite, hexafloruro de azufre, aire comprimido, vaco o soplado magntico.

Seccionador

Es un equipo de maniobra diseado solo para abrir o cerrar circuitos elctricos en condiciones energizadas o no, pero sin circulacin de corriente de carga o cortocircuito. Los seccionadores segn su condicin de operacin se clasifican en: De lnea y de barras: Se emplean para aislar un tramo o transferir un circuito. Rompearco: Est equipado con cuernos rompearco y es utilizado para energizar transformadores en vaco. De puesta a tierra: Tal como su nombre lo indica, se utiliza para la puesta a tierra de lneas y equipos, cuando se realiza una labor de inspeccin, mantenimiento o reparacin. Reconector: Es un equipo diseado para abrir un circuito elctrico bajo condiciones normales de operacin o de fallas, en este ltimo caso se realiza la conexin automtica del circuito. Si la falla es permanente, abre definitivamente despus de un ciclo de operaciones preestablecidos. Se clasifican segn su sistema de control de mando en: De control hidrulico. De control electrnico. El tipo de control hidrulico es l mas usado por las subestaciones de transmisin de CADAFE. Este cumple las siguientes funciones: Controlar el tiempo de disparo. Establecer el tiempo de reenganche. Contar el nmero de operaciones. Rel de Proteccin: Son aquellos que tienen por funcin censar continuamente los valores caractersticos del circuito (equipo) protegido, y desconectarlo del circuito inmediatamente (por medio de disyuntores) cuando dichos valores sobrepasen de los preestablecidos. Estos valores pueden ser: tensin, frecuencia, temperatura, presin,

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etc., o combinaciones de ellas. Este presenta las siguientes caractersticas: Selectividad: Propiedad por el cual el rel detecta la falla que est dentro de lo que se denomina zona de proteccin. Confiabilidad: Propiedad por medio de la cual el rel siempre acta ante fallas que estn dentro de sus zonas de proteccin. Sensibilidad: Propiedad mediante la cual el rel mantiene sus caractersticas de operacin, cuando los valores que estn midiendo estn por encima de ciertos lmites. Pararrayos: Protegen los equipos de la subestacin contra sobretensiones producidas por las descargas atmosfricas o de maniobra que inciden en las lneas de transmisin y distribucin. Los Pararrayos son diseados con la finalidad de cortar las tensiones picos que se encuentran muy por encima de la nominal, producto de descargas atmosfricas o maniobras en sistemas elctricos de potencia. Fusibles Segn Palacios, A. (1980), el fusible es un dispositivo protector que contiene un pequeo trozo de alambre especial que funde cuando la intensidad que circula por l durante un perodo determinado de tiempo excede de un valor establecido (p. 54). Caractersticas Tiempo Corriente Segn el Autor antes citado, las curvas tiempo corriente entregadas por los fabricantes muestran los tiempos de operacin de los fusibles para diferentes valores de corrientes. El valor de tiempo indicado en las curvas puede corresponder al tiempo mnimo de fusin del fusible, o bien tiempo promedio de fusin, o tiempo total de apagado de la corriente. En caso de no indicarse especficamente a que valor corresponde, se asume un valor promedio de tiempo de fusin. Este valor promedio asume una tolerancia de (10%) en la corriente para un tiempo de operacin definido. Por lo tanto, el tiempo mnimo de fusin se considera inferior en un (10%) en corriente al valor promedio. Para tiempos superiores a 0.1 segundo, el tiempo

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mximo de fusin se considera igual al tiempo total de despeje de la falla. Para tiempos entre 0.1 y 0.01 segundos, el tiempo de despeje se considera mayor al tiempo de fusin debido al tiempo de apagado del arco, que en este caso adquiere importancia. Para tiempos de operacin muy cortos, el valor del I 2 t (energa disponible como resultado del paso de corriente durante el tiempo de operacin) adquiere relevancia para definir criterios de coordinacin y asegurar una proteccin efectiva.

Descargas Atmosfricas

Tal como lo deduce Harper (1986), De acuerdo a teoras generales aceptadas, los rayos son producidos en un intento de la naturaleza por mantener un balance dinmico entre las cargas positivas de la ionosfera y las cargas negativas de la tierra. Una de las teoras ms aceptadas, es la de Schonland, segn la cual el ciclo de la nube de tormenta y la consecuente descarga denominada rayo, se puede resumir de la siguiente manera: a) Las descargas elctricas en la nube se encuentran distribuidas en forma no homognea, existiendo por consiguiente concentraciones desiguales de carga en el seno de la misma. Alrededor del (90%) de las descargas son de carcter negativo. b) Una vez que el gradiente elctrico sobrepasa el valor crtico, comienza a ocurrir pequeas descargas en el interior de la nube, estas en virtud de la ionizacin por choque en el aire, van denegando en una forma de avalancha, denominada pilot streamer o descarga piloto, la cual avanza a una velocidad de 150 km/s (aproximadamente 1/20 veces la velocidad de la luz). c) La rama de la descarga piloto orientada hacia la tierra logra imponerse en su crecimiento hacia la tierra, vindose acompaada a pequeos puntos luminosos caracterstico a de las descargas escalonadas Stepped Leadess. Durante este proceso, la luminosidad es baja y la corriente no excede de unos pocos amperios. Las descargas escalonadas parecen tener su origen en la accin del viento, llegando raras veces a la tierra; esto se debe a que la intermitencia de la descarga

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piloto (de 30 a 90 s) las sustrae la energa necesaria para tales fines. Esta etapa ocurre a mucha mayor velocidad que las posteriores (aproximadamente a un (3%) de la velocidad de la luz). El incremento del gradiente elctrico de la tierra al aproximarse la descarga a sta, favorece a la formacin de un canal de recepcin, dicho canal muchas veces puede ser distinto al suelo, es decir, que puede ser un objeto el causante del canal de recepcin Upward Streamar, y es de notar que rara vez dicho canal supera los 30 metros de altura. d) El canal de recepcin sale entonces al encuentro de la descarga piloto, la cual trae una gran cantidad de cargas negativas (positivas muy pocas veces), formndose as un canal plasmtico. Para neutralizar la carga en la nube, una gran cantidad de cargas opuestas salen de la tierra utilizando el mismo canal plasmtico previamente ionizado. A travs del canal plasmtico ocurrirn todas las descargas sucesivas de las cuales la primera es la denominada de retomo o Return Stroke. La velocidad de propagacin de esta descarga es aproximadamente (10%) de la velocidad de la luz, lo cual causa que sea apreciable el valor de la intensidad de corriente que puede causar valores de hasta 160 KA. Mientras la descarga principal requiere de un tiempo aproximado de 20 ms para llegar a la tierra, la descarga de retorno acusa un tiempo promedio de 100 s. La forma de onda de la corriente del Return Stroke, es determinada por la rata de descargas del canal plasmtico, la cual es funcin de la velocidad del retomo de la distribucin dc las cargas a lo largo del canal. e) El impacto provocado por la carga elctrica que la descarga de retorno introduce en el seno de la nube es tan fuerte, que en la mayora de los casos origina una segunda descarga secundaria o Dart Leader, con una velocidad promedio de (1%) la velocidad de la luz. Este par de fenmenos (Retorn Stroke /Dart Leader), puede repetirse un nmero de veces apreciable y esto se denomina descargas sucesivas o Mltiple Strike que consiste en descargas separada que utilizan el mismo canal plasmtico. Cerca del

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(50%) de las descargas que ocurren son mltiples y el intervalo de tiempo entre descargas, va desde 0,5 ms hasta 0,5 s. Se debe tener en cuenta que los lideres (ramificaciones que tienen una descarga atmosfrica) son los mltiples causante de los impactos directos en las lneas, debido a sus mltiples derivaciones. En la figura 1 se muestra el proceso de acumulacin de cargas, tanto en la nube como en la tierra, originando posteriormente la descarga atmosfrica, como consecuencia del campo elctrico que se forma entre estos, ionizando en ambiente para facilitar la aparicin del rayo.

Figura 1. Distribucin de las cargas durante la formacin de la nube de tormenta. Datos Obtenidos del Autor: Siegert, Luis (1989).

Nivel Cerunicos y Lneas Isocerunico.

Segn el mismo Autor Lnea Isocerunico es la que une puntos de la superficie terrestre con igual nmero de das en los que se pueden observar truenos (si solo se ven relmpagos no se computan) en un intervalo de tiempo. Aunque estas lneas no dan indicacin precisa de intensidad, duracin, etc., de las tormentas elctricas, se ha

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comprobado que constituyen una eficiente referencia sobre la probabilidad de cada de rayos. Las regiones tropicales son las que tienen ms tormentas y muy intensas, ocurriendo lo contrario en las zonas de alta montaa, de intenso fro o martimas. En la figura 2, que se muestra a continuacin se detallan los niveles isoceraunicos de la Repblica Bolivariana de Venezuela en toda su expansin territorial.

Figura 2. Niveles Isocerunico de la Repblica Bolivariana de Venezuela. DatosObtenidos del Autor: Siegert, Luis (1989).

Concepto de Rayo

El mismo Autor, define un rayo es la unin violenta de las cargas positivas y negativas, constituyendo una descarga elctrica a travs de gases de baja Conductividad. Las descargas pueden ocurrir de nube a nube o de nube a tierra. Estas ltimas son a las que nos referiremos, por ser las que provocan daos tanto en tierra, como en el

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agua. Usualmente las nubes estn cargadas negativamente en su base y positivamente en su parte superior. Por induccin electrosttica la tierra resultar positiva inmediatamente debajo de tal nube. Se establece as una diferencia de potencial enorme, producindose el rayo cuando se vence la rigidez dielctrica del medio (aire o vapor de agua). Simultneamente con el rayo se produce la luz (relmpago) y sonido (trueno). Aproximadamente la mitad de los rayos constituyen descargas simples y la otra mitad corresponde a rayos compuestos por descargas mltiples de rpida sucesin. As como en la nube se forman centros de carga, algo similar ocurre en la tierra, pues hay suelos ms conductores que otros, tenindose en cuenta que las cargas en la tierra se mueven segn la induccin que impone la nube.

Figura: 3. Distintos tipos de descargas atmosfricas. Datos Obtenidos del Autor: Siegert,Luis (1989).

Efectos de los Rayos:

Mecnicos: Destruccin de elementos afectados. Trmicos: Incendios, volatilizacin de metales por fusin. Fisiolgicos: Quemaduras, parlisis, y a menudo, la muerte. Elctricos: Generacin de tensiones de paso y de contacto, por circulacin de corriente de descarga, produccin de corrientes inducidas en conductores o piezas metlicas prximas y paralelas a la corriente de descarga.

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Parmetros que Caracterizan las Descargas Atmosfricas

a) Mltiples descargas: (55%) poseen descargas sucesivas. (%) no exceden de 8 descargas. Media: tres descargas/rayo. b) Intensidad y polaridad de la corriente de descarga: La magnitud de la descarga no depende de las caractersticas del punto de terminacin, ya que la resistencia propia del canal plasmtico es superior (en el orden de los miles de Ohm) a la propia de la terminacin. Magnitudes promedios: Media: 31 KA Media para descargas sucesivas: 12 KA Magnitud con ms probabilidad: 10 KA (segn las normas IEC 99-1 y ANSI C62.l). Se debe tener en consideracin que el (90%) de las descargas atmosfricas son de polaridad negativa y el resto positiva.

ngulo de Incidencia de la Descarga

Segn el mismo Autor. Es el ngulo con el cual incide la descarga en cualquier punto terminal, respecto a la lnea vertical. Considerar que todos los rayos inciden verticalmente, introduce algunos errores en el clculo de la tasa de salida. Para el caso de circuitos de distribucin, el ngulo segn estudios probabilsticos publicados por la EPRI es de 20 a 30 grados.

Sobretensiones

Palacios, A. (1980). Se denomina sobretensin a todo aumento de la tensin capaz de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalacin elctrica. La relacin entre la sobretensin Us y la tensin de servicio U, se denomina factor de

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sobretensin y viene expresado por Ks = Us / U Por ejemplo en una lnea de 6 KV, aumenta la tensin hasta 15 KV, el factor de sobretensin vale Ks = 15 / 6 = 2,5 Muchas veces es imposible calcular el factor de sobretensin y, por lo tanto, prever la magnitud de las posibles sobretensiones que pueden presentarse en la Instalacin. Las descargas pueden producir sobretensiones que, adems de destruir o averiar seriamente el material, tambin pueden ser la causa de nuevas sobretensiones. Muchas veces, los peligros de las sobretensiones no se deben solamente a su magnitud, sino tambin a la forma de onda. Si se realizan correctamente las instalaciones y las lneas de conduccin, se puede reducir considerablemente las probabilidades de que se produzcan sobretensiones. Si, a pesar de todas las precauciones, en una instalacin se producen sobretensiones debe procurarse que descarguen a tierra lo ms rpidamente posible, por medio de los correspondientes dispositivos de proteccin denominados, en general, descargadores de sobretensin. Estas protecciones deben regularse a un factor de sobretensin que sea menor al grado de seguridad de la instalacin pero que, por otra parte, no se aproxime demasiado al valor de la tensin de servicio ya que de lo contrario entrara muchas veces en funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la instalacin. Las sobretensiones se producen tanto en instalaciones de baja como de alta tensin aunque, generalmente, en las primeras tienen menos importancia que en las ltimas, debido a que en las instalaciones de alta tensin las propias condiciones de funcionamiento y de aislamiento favorecen la aparicin de sobretensiones.

Tipos de Sobretensiones

Las sobretensiones que ocurren en un sistema son usualmente divididas por definicin en tres grupos: sobretensiones temporales, sobretensiones de maniobra y

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sobretensiones atmosfricas, como se muestra en la figura 4. Las dos primeras se consideran como de origen interno, mientras que la tercera se considera de origen externo.

Figura 4. Tipos de Sobretensiones. Datos Obtenidos del Autor: Roque Vctor. Coordinacinde Aislamiento (1999).

Las Sobretensiones Temporales: Son la frecuencia industrial o muy cercana a la frecuencia industrial y no amortiguadas o suavemente amortiguadas. Ellas estn asociadas principalmente a perdidas de carga, fallas a tierra y resonancia de diferentes tipos. En un sistema bien diseado, las amplitudes de las sobretensiones temporales no deben exceder 1.5 p.u. y su duracin debe ser menor de 1 segundo. Las Sobretensiones de Maniobra: Estn asociadas a todas las operaciones de maniobras y fallas en un sistema. Sus altas amplitudes estn generalmente en el rango de 2 a 4 p.u., dependiendo mucho de los valores reales del diseo del sistema y de los medios para limitarlos. La forma de onda puede variar mucho pero puede ser

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representada por una oscilacin de algunos cientos o algunos miles de ciclos, superpuesta en una onda a frecuencia industrial, o por una onda doble exponencial con un tiempo de frente de 10 a 1000 s. Basados en estudios de sistemas completos en el conocimiento de la resistencia del aislamiento para diferentes formas de onda, la IEC ha recomendado un impulso de maniobra normalizado de 250 x 2500 s. En la figura 5 se puede visualizar los rangos de amplitud y duracin de los tipos de sobretensiones.

Figura 5. Representacin Esquemtica de los Diferentes Tipos de Sobretensiones. Datos Obtenidos del Autor: Roque, Vctor. Coordinacin de Aislamiento(1999).

Sobretensiones Temporales

En la coordinacin de aislamiento, las sobretensiones temporales son de gran importancia porque ellas determinan las caractersticas nominales dc los pararrayos, y por lo tanto, tambin los niveles de proteccin factibles. Los pararrayos son seleccionados usualmente con base en las sobretensiones ocurridas con fallas monofsicas a tierra, aunque las sobretensiones en prdidas de carga tambin deben ser consideradas algunas veces, espacialmente en sistemas dbiles con lneas largas. La figura 6 muestra las sobretensiones temporales ms altas en una fase no fallada durante una falla monofsica a tierra con una funcin de las impedancias de

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secuencia positiva y de secuencia cero de un sistema. Las sobretensiones temporales ms altas, expresada en unidad p.u., para un caso especfico es llamada Factor de falla a tierra, y caracteriza las condiciones de tierra del sistema en cuestin.

Figura 6.

Sobretensiones Temporales Durante Fallas Monofsicas a Tierra.

Datos Obtenidos del Autor: Roque, Vctor. Coordinacin de Aislamiento (1999).

Los sistemas de potencia para tensiones de 123 KV y superiores, operan usualmente con los neutros aterrados. Esto da valores bajos de los factores de falla a tierra y sobretensiones temporales bajas (usualmente menores a 1,4 p.u., frecuentemente 1,2 y 1,3 p.u.) y consecuentemente niveles de aislamiento bajo. Sin embargo, en sistemas grandes, las corrientes de fallas a tierra llegan en ocasiones a ser demasiado grandes y se puede obtener una reduccin dejando algunos de los neutros de los transformadores sin aterrar o ponindolos a tierra a travs de bajas resistencias. Tal medida ocasiona automticamente sobretensiones temporales ms altas y, posiblemente tambin, requerimientos de aislamientos ms altos. Los sistemas de potencia para tensiones por debajo de 123 KV son algunas veces puestos a tierra con sistemas resonantes (neutros aterrados con bobinas de supresin de arcos). En tales sistemas las sobretensiones temporales son, principalmente iguales

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a la tensin fase-fase, que es 1.73 p.u. sin embargo, en sistemas grandes se pueden tener sobretensiones altas, especialmente en sus partes ms exteriores.

Sobretensiones de Maniobra

La figura 7 da una indicacin de las magnitudes de los transitorios de maniobra que pueden aceptarse en sistemas de potencia con niveles de aislamiento normales. Estas amplitudes son mostradas con una banda, aproximadamente (15%) por debajo de los niveles de aislamiento a la maniobra (BSL o SIWL), econmicamente y recomendable por IEC, con un rango de 3,5 a 4 p.u. aproximadamente a 145 KV y menores, y hasta aproximadamente 2 p.u. a 800 KV. Las sobretensiones de maniobra que ocurren con la desconexin de transformadores, no cargados debido a las corrientes de corte, estn usualmente por debajo de los valores mximos aceptados, dados en la figura 5. Sin embargo, pueden ocurrir sobretensiones ms altas si los transformadores se desconectan

inmediatamente despus de la energizacin, cuando aun la corriente de excitacin est presente. Los transformadores, por lo tanto, deben ser protegidos por medio de pararrayos. Lo mismo es aplicado a reactores en paralelo o derivaciones.

Figura 7. Niveles de Aislamiento (IEC) y Sobretensiones de Maniobra Mximas.Datos Obtenidos del Autor: Roque, Vctor. Coordinacin de Aislamiento (1999)

Las sobretensiones de maniobra pueden estar asociadas tambin con la prdida de carga y la desconexin de transformadores y reactores de lnea cargados, pero ests

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sobretensiones rara vez exceden 2 p.u. Es el mismo caso que ocurre cuando coinciden fallas a tierra y la interrupcin de corto circuito. Por lo tanto, estos tipos de sobretensiones son de poca importancia para los sistemas de potencia actuales. Los pararrayos no se aplican usualmente para limitar las sobretensiones de maniobra de las lneas, pero son utilizados como una segunda lnea dc defensa en caso de que fallen otros mecanismos. Si estn conectados directamente a una lnea deben ser capaces de descargar la mxima energa que pueden desarrollarse en la lnea en cuestin. Sobretensiones Atmosfricas Las sobretensiones atmosfricas de amplitudes grandes pueden entrar a una subestacin o en una lnea como resultado de diversos fenmenos. Los equipos de una subestacin y las lneas deben estar siempre protegidos contra descargas directas mediante un apantallamiento eficiente. Las amplitudes de las ondas de entradas estn limitadas por flameos en la lnea y estn normalmente en el rango de 5 a 7 p.u. para lneas de 72.5 KV y menores, hasta 4 a 6 p.u. para una lnea de 800 KV. Debido a las altas pendientes de las ondas entrantes son valores tpicos de 600 a 1200 KV/Mts., las amplitudes pueden incrementarse considerablemente debido a reflexiones en las subestaciones. Los fenmenos ms importantes que cabe considerar como productores de sobretensiones exteriores, en parte de naturaleza oscilante y en parte como ondas de choque son los siguientes: Descargas Directas Palacios, A. (1980), establece que las descargas directas o rayo a la que se produce en caso de tormenta entre nube y nube o entre nube y tierra. Est caracterizada por las enormes tensiones puestas en accin, por las elevadas intensidades y por su pequesima duracin (p. 89). El origen del rayo, a pesar de los trabajos y estudios realizados por muchos investigadores, empezando por Benjamn Franklin en el siglo pasado, no esta todava

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definido, entre otras causas por la rapidez con la que se producen estos fenmenos hace muy difcil su estudio. Las descargas directas pueden ser directas a la lnea o directa al poste (en el caso de lneas de transmisin tambin hay descargas directas al cable de guarda). Las descargas directas en las lneas son las ms perjudiciales, debido a la gran energa liberada. Con respecto a las descargas directas al poste, para el caso de circuitos hasta de 13.8 KV est se puede despreciar, a causa de la poca separacin existente entre los conductores y la cima del poste. Segn Vctor Roque Coordinacin de Aislamiento (1999), las sobretensiones de tipo atmosfricas son las que determinan el aislamiento y los dispositivos de proteccin contra sobretensiones, para niveles de tensin hasta 300 KV. Las corrientes de descargas pueden alcanzar valores cercanos a los 200 KA, siendo las descargas de 10 KA, la ms comn, con una probabilidad de ocurrencia del (90%) segn investigaciones desarrolladas por Ericksson y Anderson. El valor de esta onda est normalizado por la ANSI/IEEE C62.11 y C62.22 en 1,2/50 s, lo que quiere decir que alcanza su pico mximo en 1,2 s y a los 50 s tiene la mitad de su valor pico. Este modelo es utilizado en los clculos relacionados con las tensiones originadas por las descargas atmosfricas en los circuitos elctricos y es el valor que utilizan los pararrayos para especificar una determinada tensin residual. En la figura 8 se muestra el modelo de onda para impulsos tipo rayo mencionado anteriormente.

Figura: 8. Forma de Onda Normalizada para Impulso Tipo Rayo. Datos Obtenidosdel Autor: Roque Vctor Coordinacin de Aislamiento (1999).

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Induccin Electrosttica

Siguiendo con el mismo autor, el cual hace referencia a que un conductor cargado de electricidad obra inductivamente sobre otro cercano de tal modo que los elementos del primero situados en la proximidad del segundo y cargados con electricidad de cierto signo atraen a los del otro de signo contrario. Por lo tanto, si tal como se representa en la figura siguiente, una nube cargada positivamente se aproxima a una lnea elctrica induce en sta, cargas elctricas de signo contrario, es decir, en nuestro caso de signo negativo. Por el momento todava no hay sobretensiones, ya que la nube se acerca lentamente a la lnea y la carga elctrica del mismo nombre, sobre la lnea, queda repelida, evacundose a tierra por medio. De transformadores de tensin puestos a tierra, de bobinas de contacto a tierra, etc.

Figura 9. Efecto de una nube cargada positivamente sobre una lnea area. DatosObtenidos del Autor: Roque Vctor Coordinacin de Aislamiento (1999).

Carga progresiva de los conductores por rozamiento del aire circundante Cuando el aire est cargado de electricidad, las partculas electrizadas contenidas en el aire (polvo, molculas de agua, etc...), por rozamiento comunican su carga a los conductores. La cantidad de electricidad as aportada es proporcional a la longitud del conductor; esta tensin resulta tambin tanto mayor cuanto mejor aislados estn los conductores.

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Las sobretensiones producidas por estas causas son de carcter muy parecido a las provocadas por la induccin electrosttica, de las que hemos hablado en el pargrafo anterior.

Carga producida por cortar Diferentes Superficies de Nivel Elctrico

Como la Tierra puede considerarse un cuerpo cargado, emite lneas de fuerza que terminan en nubes cargadas con potencial opuesto, o se extienden indefinidamente. Las superficies perpendiculares a estas lneas, que tienen todos sus puntos al mismo potencial, son las superficies equipotenciales, llamadas tambin superficies de nivel. Si un conductor corta una de estas superficies, en dicho conductor se induce una carga elctrica. Cuando los conductores recorren comarcas llanas o casi llanas, estas causas de sobretensin son imperceptibles con tiempo tranquilo. Por el contrario, si cerca se desplazan nubes tempestuosas o si el aire est fuertemente cargado de electricidad, las superficies de nivel se deforman y las cargas inducidas en los conductores pueden alcanzar valores importantes. Se han observado diferencias de tensin de 50 a 250 V por metro de altura. Esta causa de sobretensiones es particularmente importante cuando los conductores pasan por las cumbres de montaas, porque en estos sitios las superficies equipotenciales estn muy prximas, pudiendo haber tensiones a tierra hasta de 10 KV. Estas sobretensiones son de carcter muy parecido a las que hemos estudiado en los dos pargrafos anteriores.

Hilos de Guarda y Disposicin de los Conductores.

Palacios, A. (1980), de lo dicho, resulta que la mejor solucin para proteger lneas areas contra sobretensiones atmosfricas sera impedir que stas entren en los conductores de lneas areas.

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Para eliminar totalmente la influencia del campo electroesttico atmosfrico sobre los conductores habra que construir alrededor de ellos una jaula de Faraday, lo que es econmico y tcnicamente imposible. Sin embargo, la experiencia confirma que uno o dos cables colocados sobre los conductores de fase y paralelos a stos garantizan una discreta proteccin contra golpes de rayo directos. Tales cables de proteccin denominados hilos de guardia o hilos de tierra se colocan en el extremo ms alto de los soportes y se conectan mediante la misma estructura del soporte a tierra. Generalmente se utilizan como hilos de guardia cables de acero con secciones de 25 hasta 50 mm2. La probabilidad de golpes de rayo directos en los conductores disminuye en lneas protegidas con dos hilos de guardia hasta un valor casi despreciable. La eficiencia de la proteccin con hilos de guardia depende de la posicin de los hilos respecto de los conductores, pero siendo las relaciones muy complicadas ya que existen muchos factores independientes, no es posible hallar una solucin analtica del problema, sino solamente una aproximacin experimental. Existen varios criterios sobre la mejor posicin de los hilos de guardia. La zona protegida por los hilos de guarda, est determinada por crculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del hilo de proteccin, como est representado en la figura siguiente:

Figura 10. Zonas de proteccin formadas por 1, 2 y 3 conductores de guarda (Schwaiger). Datos Obtenidos del Autor: Roque Vctor Coordinacin de Aislamiento (1999).

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La zona propiamente protegida, est an disminuida por una zona de dispersin que hay que tomar en cuenta con un ancho del 2 al 4 % del radio correspondiente.

Figur