proteccion contra descarga del rayo

AUMENTO A LA PROTECCIÓN CONTRA EVENTOS ELÉCTRICOS 
TRANSITORIOS PARA SUBESTACIONES Y TRANSFORMADORES 
ROY B. CARPENTER, JR. 
LEC, INC., BOULDER, COLORADO, U.S.A. 

ANTECEDENTES 
Un elemento básico en el Diseño de Subestaciones Eléctricas, es el 
concepto del Subsistema de Protección contra Eventos Eléctricos Transitorios (surge). La efectividad de este subsistema, la determinarán los requisitos del 
Nivel Básico de Aislamiento (BIL), para el Transformador y los componentes de 
la subestación. Ya que los transformadores son el factor de mayor costo de la 
subestación, su BIL es el factor de más costo en el diseño. Reduciendo los 
requerimientos del BIL de la Subestación, se puede tener un mayor impacto, 
tanto en costo, como en riesgo, y finalmente, en la confiabilidad de la subestación. 
Manejando desde un principio el diseño en función del BIL, los otros 
requerimientos están relacionados con el riesgo de sobrecargas y eventos 
eléctricos transitorios en las líneas de transmisión. Una descarga de rayo 
cercana (dentro de un kilómetro más o menos), está considerada como el caso 
límite. Las componentes de alta frecuencia creadas por el rápido crecimiento de las sobrecargas, requieren de protecciones de respuesta rápida. Interrumpiendo 
los transitorios y los rayos lejanos, se disminuye el riesgo, porque disminuye la 
corriente pico y usualmente, la magnitud de ésta es mucho menor. 
Para eliminar el riesgo creado por la rápida elevación de altas corrientes 
transitorias dentro de la subestación, se requiere de dos Sistemas de Protección 
principales: 
1. 1. 
La PREVENCIÓN de rayos directos, en cualquier componente 
operativo DENTRO de la Subestación. 
2.  2. 
La PREVENCIÓN de la rápida elevación de altas corrientes transitorias 
que entran a la subestación por las líneas de entrada o de salida. 
Uno de los documentos técnicos (1), describe como un sistema de protección contra rayos de una Subestación, puede diseñarse para prevenir descargas o 
impactos directos sobre cualquier componente de la subestación. Este sistema 
ha estado en uso desde hace más de 10 años en muchas subestaciones, en 
áreas de alta incidencia de rayos, todas sin falla por descargas eléctricas 
atmosféricas, que indican que lo importante, es prevenir el paso de la entrada de 
transitorios con características de peligro potencial a los componentes de la Subestación.

INTERRUMPIR LOS EVENTOS ELÉCTRICOS TRANSITORIOS 
Normalmente, la protección contra descargas eléctricas atmosféricas de 
una subestación, está equipada de alguna manera, por una estación de 
arrestadores de Eventos Eléctricos Transitorios (surge). Estos dispositivos, 
limitan el voltaje pico de sobrecarga simultáneamente, por medio de un camino de baja impedancia a tierra. Sin embargo, el desempeño de un solo arrestador 
de surge convencional haciendo esta función depende de muchos factores, 
algunos de los cuales no pueden ser controlados. Cuando un arrestador de 
rayos o apartarrayos está instalado a alguna distancia de los aparatos 
protegidos (transformador, interruptor, etc.), siempre existe la probabilidad de algún sobrevoltaje a través del transformador, debido a las longitudes de esas 
distancias. Como resultado, donde se usan arrestadores convencionales 
solamente, la onda viajera de surge puede alcanzar a la terminal del 
transformador antes de que opere el arrestador. En ese caso, la onda de voltaje 
de surge reflejada desde el transformador, siempre se duplicará en amplitud y 
pondrá en peligro el aislamiento del transformador o requerirá un alto BIL. FIGURA 1. SERIES HÍBRIDAS, PARA LÍNEAS SOLAS REFERENCIADAS A 
TIERRA 

Respecto al tiempo de reacción del arrestador, su uso en circuito paralelo, no 
puede darle una reacción instantánea, hay una demora antes de que operen. 
Como resultado, el efecto de protección de los arrestadores de surge contra el 
crecimiento rápido de voltajes de surge es limitado. ...