Herramienta gratuita · IEEE C62.22 / IEC 60099-5 · Coordinación de Aislamiento · Multidisciplinar

Coordinación de Aislamiento

Selección de pararrayos MOV según IEEE C62.22 e IEC 60099-4/5. Calcula márgenes de protección rayo/conmutación (PM_L/PM_S), capacidad TOV, carga energética, corrección distancia de separación y tabla de selección. Universal HV/MV — contexto solar: pararrayos para transformadores PCS, aparamenta de subestación y sistema de recolección.

Sistema y Equipo
Niveles de resistencia del equipo
BSL = Nivel básico de conmutación del equipo protegido.
IEEE C62.22 §5: PM_L ≥ 20% for self-restoring insulation (transformers, cable terminations), PM_S ≥ 15% for switching impulse withstand.
Parámetros del pararrayos
MCOV = Tensión máxima continua de operación que puede soportar el pararrayos sin degradación.
Distancia física entre el pararrayos y el equipo protegido (transformador, aparamenta).
Niveles de protección del pararrayos (hoja de datos)
LPL = Nivel de protección al rayo de la hoja de datos del fabricante (descarga a 10 kA o 20 kA).
SPL = Nivel de protección de conmutación de la hoja de datos (descarga a 500 A).
Sobretensión temporal (TOV)
SOT esperada en kV rms — de un estudio TOV o manual.
Duración del evento TOV en segundos. Determina nivel de sobretensión permitido via curva IEEE C62.22 TOV.
Tensión nominal del pararrayos (Ur) de la hoja de datos del fabricante.
Carga energética
Carga energética en kJ/kV MCOV — del estudio TOV. Típico 5 kJ/kV para transitorios de conmutación.
Detección automática o anulación manual de la clase del pararrayos.
Resultados de coordinación
Margen de protección rayo PM_L
—
≥ 20% para aislamiento autorrestablecido
Margen de protección conmutación PM_S
—
≥ 15% para impulso de conmutación
LPL efectivo en terminales del equipo—
SPL efectivo en terminales del equipo—
PM_L corregida en el equipo—
PM_S corregida en el equipo—
Tiempo de propagación unidireccional (τ)—
Capacidad TOV
—
Carga energética
—
Clase de pararrayos recomendada—
Tabla de selección de pararrayos
Valores nominales MCOV estándar. Las filas verdes pasan todas las comprobaciones.
MCOV (kV) Tensión nominal (kV) LPL (kVp) SPL (kVp) PM_L (%) PM_S (%) TOV Energía Rec.
IEEE C62.22 §5: PM_L ≥ 20%, PM_S ≥ 15%. TOV per IEEE C62.22 §6. Energía per IEC 60099-4.
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Worked Example — 11 kV cable-fed substation
PASS Adequate insulation coordination — all criteria PASS. PM_L=265.4% ≥ 20%, PM_S=476.9% ≥ 15%, TOV within capability, energy within class rating.
Margen de protección rayo PM_L
265.38%
≥ 20% para aislamiento autorrestablecido
Margen de protección conmutación PM_S
476.92%
≥ 15% para impulso de conmutación
Capacidad TOVPASS — 1.8× rated voltage
Carga energéticaPASS — 42 kJ
Clase de pararrayos recomendadaDistribution class (IEEE C62.22 Class A)
Methodology & Formula Reference

1. Lightning Protective Margin (PM_L)
PM_L = (BIL / LPL − 1) × 100% — IEEE C62.22 §5
Pass if PM_L ≥ 20% for self-restoring insulation.

PM_L = (BIL / LPL - 1) × 100
pm_l_pass = PM_L >= 20

2. Switching Protective Margin (PM_S)
PM_S = (BSL / SPL − 1) × 100% — IEEE C62.22 §5
Pass if PM_S ≥ 15% for switching impulse.

PM_S = (BSL / SPL - 1) × 100
pm_s_pass = PM_S >= 15

3. Separation Distance Voltage Correction
ΔV due to travel time: ΔV = 2 × τ × (rate of rise)
Effective level at equipment = datasheet level + ΔV

τ = d / v   (one-way travel time in µs)
ΔV_L = 2 × τ × (LPL / 1 µs)   (lightning, 1 µs front)
ΔV_S = 2 × τ × (SPL / 50 µs)  (switching, 50 µs front)
effectiveLPL = LPL + ΔV_L
effectiveSPL = SPL + ΔV_S

4. Corrected Protective Margins at Equipment
Margins using effective protective levels at equipment terminals.

correctedPM_L = (BIL / effectiveLPL - 1) × 100
correctedPM_S = (BSL / effectiveSPL - 1) × 100

5. TOV Capability Check
IEEE C62.22 §6 TOV-withstand curve: duration → allowable factor × rated voltage.
E.g. 1 s → 1.8×, 10 s → 1.3×, 60 s → 1.2×, 3600 s → 1.0×.

allowableTOV = factor(tovDurationS) × arresterRatedVoltageKV
tovCapabilityPass = tovExpectedKV <= allowableTOV

6. Energy Duty Check
Expected energy = energyDutyKJkV × MCOV (kJ)
Class thresholds: Distribution ≤ 1500 kJ, Intermediate ≤ 2500 kJ, Station ≤ 4000 kJ.

energyRequired_kJ = energyDutyKJkV × mcovKV
energyDutyPass = energyRequired_kJ <= classEnergyThreshold

7. Arrester Class Selection (IEEE C62.22)
Distribution (Class A): system ≤ 52 kV AND LPL ≤ 100 kVp
Intermediate (Class B): 52 kV < system ≤ 345 kV OR LPL > 100 kVp
Station (Class C): system > 345 kV OR LPL > 150 kVp

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Herramientas relacionadas
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FAQ

¿Cuál es la diferencia entre PM_L y relación de protección (BIL/APL)?
PM_L = (BIL/LPL − 1) × 100%. La relación de protección usa APL = max(MCOV, tensión de descarga). IEEE C62.22 §5: PM_L ≥ 20%, PM_S ≥ 15%.
¿Por qué la distancia de separación afecta el nivel de protección?
Las ondas viajeras causan ΔV ≈ 2 × (d/v) × (tasa de ascenso). Incluso 50 m de cable produce una corrección significativa para rayos.
¿Cómo funciona la verificación de capacidad TOV?
Curva TOV IEEE C62.22 §6: duración → factor de sobretensión permitido × tensión nominal. Ej: 1 s → 1.8×, 10 s → 1.3×.
¿Cuándo elegir subestación/intermedio/distribución?
Distribución ≤ 52 kV, LPL ≤ 100 kVp, energía < 1500 kJ. Intermedio 52–345 kV o LPL > 100 kVp. Subestación > 345 kV o LPL > 150 kVp.
¿Contexto específico para solar?
Transformadores PCS solares 33 kV: MCOV 24 kV o 30 kV, LPL ≈ 78 kVp. BESS/híbrido en 132/220 kV: clase Subestación en el PCC.
¿Cómo se determina la carga energética del estudio TOV?
Energía (kJ/kV MCOV) del estudio TOV — típicamente 4–6 kJ/kV para 33 kV, 8–12 kJ/kV para EHV. Verificar contra límites de clase.