En sistemas de distribución, la ubicación del apartarrayos respecto al cortacircuitos fusible puede influir en la forma en que el transformador responde ante una descarga atmosférica. Esta decisión técnica se relaciona con la coordinación de protecciones y con la manera en que se desvían las sobretensiones hacia tierra.
En la presentación analizada se comparan dos configuraciones de instalación de apartarrayos: una normalizada y otra experimental, evaluando el comportamiento del sistema ante una corriente de rayo de 5 kA.
¿Qué significa instalar el apartarrayos aguas arriba o aguas abajo?
Cuando se habla de una instalación aguas arriba, se hace referencia a la ubicación del apartarrayos antes del cortacircuitos fusible, tomando como referencia el sentido de alimentación del sistema.
Cuando se instala aguas abajo, el apartarrayos se encuentra después del cortacircuitos fusible, más cercano al transformador.
Ambas configuraciones pueden parecer similares a simple vista, pero su comportamiento ante transitorios puede ser diferente.
Datos del sistema analizado
El sistema considerado en la prueba incluye:
- Acometida aérea de media tensión CFE.
- Tensión de 13.2 kV.
- Sistema 1F, 2H, 60 Hz.
- Apartarrayos clase distribución de 15 kV.
- Transformador tipo poste de 10 kVA.
- Relación 13.2 / 7.620 kV – 120 / 240 V.
- Sistema 2F, 3H, 60 Hz.
- Corriente de rayo de 5 kA.
También se analizan diferentes valores de resistencia de puesta a tierra, específicamente 20 Ω y 40 Ω.
Resultado con resistencia de puesta a tierra de 20 Ω
Con una corriente de rayo de 5 kA y una resistencia de puesta a tierra de 20 Ω, se observaron los siguientes valores de voltaje en el primario del transformador:
- Apartarrayos aguas arriba: 137.91 kV.
- Apartarrayos aguas abajo: 145.93 kV.
- BIL del transformador: 110 kV.
En ambos casos, el voltaje supera el nivel básico de aislamiento indicado. Sin embargo, la configuración aguas abajo presenta un valor mayor en el primario del transformador.
También se observó la corriente en la varilla de puesta a tierra:
- Aguas arriba: 5626.5 A.
- Aguas abajo: 5360.3 A.
Esto indica que, con el apartarrayos aguas arriba, circula una mayor corriente por el electrodo de puesta a tierra.
Resultado con resistencia de puesta a tierra de 40 Ω
Con resistencia de puesta a tierra de 40 Ω, los valores de voltaje en el primario fueron:
- Apartarrayos aguas arriba: 227.73 kV.
- Apartarrayos aguas abajo: 228.51 kV.
- BIL del transformador: 110 kV.
En este escenario, ambos valores son considerablemente superiores al nivel de aislamiento del transformador.
La corriente en varilla fue:
- Aguas arriba: 4945.1 A.
- Aguas abajo: 4925.6 A.
Aunque la diferencia de corriente entre ambas configuraciones disminuye, el nivel de voltaje que aparece en el primario sigue siendo elevado.
¿Qué muestran estos resultados?
Los resultados permiten observar que la resistencia de puesta a tierra influye de manera importante en el comportamiento del sistema ante descargas atmosféricas.
Cuando la resistencia de tierra aumenta, el voltaje en el primario del transformador también aumenta de forma significativa. Esto puede traducirse en mayor esfuerzo sobre el aislamiento.
También se observa que la posición del apartarrayos modifica la distribución de corriente y el nivel de esfuerzo eléctrico al que se expone el transformador.
Conclusión
La ubicación del apartarrayos respecto al cortacircuitos fusible no es un detalle menor. Su posición puede influir en la corriente que circula hacia tierra y en el nivel de tensión que aparece en el primario del transformador.
El análisis técnico muestra la importancia de respetar configuraciones normalizadas y de considerar la resistencia de puesta a tierra como un factor crítico en la protección de transformadores de distribución.
