Sobretensiones

2.- INTRODUCCIÓN

Las líneas aéreas exponen a los sistemas eléctricos a las descargas atmosféricas, originadas por rayos, con sobrevoltajes asociados de gran magnitud y elevada pendiente, mientras que internamente a los sistemas, se originan sobrevoltajes debido a maniobras, que tienen asociadas menores magnitudes, menores tiempos de elevación, pero en general, mayor contenido energéticodebido a su larga duración.
La necesidad de proteger el equipo eléctrico contra los fenómenos asociados a las sobretensiones, comenzó a estudiarse desde comienzos de siglo, junto con la aparición de las primeras líneas aéreas de gran longitud (sobre los 100 Km.), y los dispositivos de maniobra para conexión y desconexión manual o automática de los circuitos eléctricos.
El estudio de lossobrevoltajes en sistemas eléctricos, se logró después del desarrollo del osciloscopio de rayos catódicos, el cuál permitió un análisis mas detallado acerca del fenómeno, y su incidencia en los sistemas eléctricos, manifestada a través de ondas electromagnéticas con características de polaridad, velocidad, magnitud, elevación, y energía, altamente peligrosas para las personas y equipos eléctricos asociados.En forma paralela, se desarrollaron una serie de estándares, tendientes a definir y clasificar las sobretensiones, ya sea, de acuerdo a su origen y naturaleza, como también de acuerdo a sus características eléctricas (pendiente, duración, magnitud), los que además definen los niveles de aislación mínimas que debe soportar el equipo eléctrico (según su clase de tensión), y establecen un conjunto deensayos, con formas de onda representativas de los distintos tipos de sobretensiones, para verificar el estado de la aislación de los equipos, previo a su puesta en servicio.
Con el desarrollo de los dispositivos de protección contra sobretensiones, surgieron también los nuevos estándares, acerca de los requerimientos que estos debían cumplir, para garantizar la seguridad de los sistemas deaislación del equipo eléctrico. Existiendo una clara división entre el concepto de protección por apantallamiento (o blindaje), tendiente a evitar al máximo (económicamente posible), las descargas atmosféricas directas sobre líneas aéreas o subestaciones eléctricas, y el concepto de protección a través de dispositivos descargadores (o arrester), conectados en paralelo al sistema, para derivar atierra gran parte de la energía asociada al transiente, y de esta manera reducir la magnitud de los sobrevoltajes introducidos en forma externa e interna al sistema.

2.1.- TRANSIENTES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS
Los sistemas eléctricos están sujetos a variados tipos de perturbaciones que desencadenan transientes. Básicamente los fenómenos físicos que involucran estos transientes pueden serclasificados en dos categorías:

1.- Transformación entre la energía magnética almacenada en las inductancias del sistema, y la energía electrostática almacenada en las capacitancias.
2.- Transformación entre Energía Mecánica almacenada en las máquinas eléctricas rotatorias y la Energía Eléctrica almacenada en los circuitos eléctricos.

La primera de estas categorías involucra solamente TransientesEléctricos o Electromagnéticos, mientras que en la segunda se encuentran los llamados Transientes Electromecánicos. La mayoría de los transientes en sistemas eléctricos son de naturaleza oscilatoria, y cada tipo de fenómeno transitorio tiene asociado un rango típico de frecuencias a estas oscilaciones. En base a esto, los transientes se pueden clasificar según su frecuencia de oscilación como seindica en la Figura 2.1.
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Figura 2.1: Clasificación de los transientes Eléctricos según su frecuencia.

Los transientes eléctricos desencadenan sobretensiones y sobrecorrientes. Las sobrecorrientes pueden dañar el equipamiento eléctrico involucrado, debido al excesivo calentamiento, y a los esfuerzos de tipo electrodinámico asociados.
Las sobretensiones por su parte, originan esfuerzos...