Plantilla Ensayo-1

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Daniel Nieto, Member, IEEE, Abel Testa.
Funcionamiento de equipamiento eléctrico e instalaciones eléctricas de MT/BT emplazados en zonas con alturas mayores a 1000 m snm 
Abstract— The design and use of deployed electrical equipment, as well as electrical installations located in excess of 1000 m above sea level deserve special attention. In Jujuy, the knowledge about how atmospheric conditions affect electric systems is particularly known, especially in the Puna region. Therefore, it is vital to know how this environment affects mechanisms, to be able to provide a proper functioning, a lasting equipement, and reduction of outages. The relationship between the relative air density and height, along with the effects of altitude on some important components in Medium Voltage and Low Voltage electrical systems are expressed. There are also some suggestions to solve problems with the components of electric energy distribution systems located at high altitude.[footnoteRef:1] [1: D. Nieto, Empresa Jujeña de Energía S.A., Independencia Nº60, Y4600AFB, Jujuy, Argentina (e-mail: dnieto@ejesa.com.ar).
A. Testa, Empresa Jujeña de Energía S.A., Independencia Nº60, Y4600AFB, Jujuy, Argentina (e-mail: atesta@ejesa.com.ar).
] 
THE 11th LATIN-AMERICAN CONGRESS ON ELECTRICITY GENERATION AND TRANSMISSION - CLAGTEE 2015	1
Keywords— Altitude, distribution of electricity, distribution transformer, relative air density.
Introducción
E
l desarrollo de la provincia de Jujuy en materia energética ha sufrido sustanciales modificaciones en la última década. En el ámbito de energía eléctrica esto se relaciona particularmente con la expansión del sistema eléctrico de sub-transmisión y distribución en la zona de la Puna Jujeña, sumado al advenimiento de nuevos emprendimientos mineros relacionados con la explotación de minerales de Litio, Bórax entre otros, en los Salares de Olaroz ( a 4.544 metros sobre el nivel del mar) y Cauchari (a 3.900 m snm), así como también aquellos en proyección tales como el yacimiento Chinchillas ( a 4.000 m snm) el cual explotará zinc y plata, por nombrar uno; sumado a los ya instalados como ser Mina Pirquitas y Mina Aguilar emplazados también en la zona norte de la provincia y en condiciones de gran altura respecto al nivel del mar. En virtud de este escenario la utilización de sistemas eléctricos bajo condiciones de gran altitud proponen nuevos desafíos para los Ingenieros Eléctricos y Electromecánicos que actúen en materia de diseño y aplicación de equipamientos eléctricos e instalaciones eléctricas en niveles de media y baja tensión, en las zonas vinculadas con los emplazamientos mencionados [1].
Es de considerar además que esta situación no solo es una condición o característica de la provincia de Jujuy, sino también de otras provincias en la República Argentina como lo son las provincias de San Juan, Salta, Catamarca, La Rioja. Al respecto se menciona que en la provincia de San Juan se desarrollan las explotaciones mineras de Mina Veladero (entre 4.000 y 4.850 m snm), Mina Gualcamayo (a 1.949 m snm), y como potenciales los Proyectos Lama-Pascua (a 4.500 msnm), Proyecto Casposo (a 2.800 m snm) y Proyecto El Pachón (a 3.600 m snm) denotando el desarrollo que tienen este tipo de proyectos en emplazamientos de elevada altitud. Aspectos relativos a instalaciones eléctricas o de equipamiento eléctrico instalados en zonas de elevada altura respecto al nivel del mar se presentan de igual manera en países de Bolivia, Perú, Chile.
De acuerdo a la gráfica desarrollada en [2] se pueden observar las cantidades cuantitativas de proyectos mineros emplazados en alturas superiores a los 1000 snm.
Figura 1. Estimaciones en 2013 de porcentajes de operaciones y proyectos mineros ubicados en alturas mayores a 1.000 m snm.
Por lo anteriormente mencionado deben ser consideradas las condiciones medioambientales, relativas al emplazamiento de equipos e instalaciones eléctricas, para asegurar un correcto funcionamiento de los mismos. Conjuntamente con ello, asegurar la continuidad del servicio y disminución de pérdidas económicas. Este trabajo presenta una serie de análisis realizados en torno a equipos e instrumental eléctrico, en niveles de media a baja tensión, necesarios para proveer suministro de energía eléctrica a una carga establecida (explotación minera, población, etc), a partir de una estación de rebaje, generación distribuida o bien desde centros de transformación, emplazados en altitudes, respecto al nivel del mar, superiores a 1000 m. 
puna jujeña
La Puna Jujeña es una zona ubicada al noroeste de la Provincia de Jujuy. Desde el punto de vista geográfico la Puna es una planicie ubicada entre 3500 a 3700 m snm, con cordones montañosos que llegan hasta los 5000 m snm. Su clima es de tipo semidesértico con precipitaciones anuales que no sobrepasan los 300 mm/año. Entre las características medioambientales [3] más sobresalientes de la Puna Jujeña se destacan las presentadas en la Tabla I:
Tabla I
Características medioambientales de la puna jujeña 
	Variable
	Valor numérico
	Unidades
	Altura
	2.500 a 3.500
con máximas de 4.200
	msnm
	Temperaturas medias
	7,5 a 9,2
	º C
	Temperatura máxima absoluta
	25 a 30
	º C
	Temperatura mínima absoluta
	-20 y -25
	º C
	Humedad relativa
	30
	%
	Viento (con ráfagas)
	170 (45-47 m/s)
	km/h
	Precipitaciones
	140 a 350
	mm/año
	Nivel ceráunico
	elevado
	-
Además en época estival se producen una gran cantidad de descargas atmosféricas ya que la zona posee un alto nivel ceráunico, cual también se destaca en la Tabla I.
En la fig. (2) se aprecia un paisaje típico de la Puna Jujeña.
Figura 2. Paisaje típico de la Puna Jujeña. 
Es de destacar que la Puna no solamente es una región característica de la Provincia de Jujuy. La Puna cubre territorios del noroeste de Argentina, del occidente de Bolivia, del noreste de Chile y del centro y sur del Perú. En términos generales la Puna es un conjunto orográfico, el cual se encuentra entre las latitudes 8°S y 30°S aproximadamente.
conceptos inherentes a la influencia de la altitud
Usualmente la rigidez dieléctrica se define como el valor límite de la intensidad de campo eléctrico, para el cual un material pierde sus propiedades aislantes y pasa a ser conductor. En particular la rigidez dieléctrica del aire depende de la presión atmosférica y de la temperatura del aire. Un objeto, con características de aislación definidas tiene una aislación externa, que depende del aire, y que puede ser crítica. Cuando las instalaciones eléctricas o bien componentes eléctricos se proyectan para ser instalados en sitios con alturas mayores a 1.000 m sobre el nivel del mar, la disminución de la rigidez dieléctrica del aire, puede ocasionar que no sean soportadas sobretensiones que al nivel del mar no traerían consecuencias. Los conceptos vinculados con ello se discuten en la Ley de Paschen [4].
Es bien conocido que la temperatura y la presión barométrica determinan el valor de la densidad relativa del aire, en tanto que la humedad relativa también es un factor de interés en el diseño de las instalaciones, por ello es necesario incluir ambos factores en los cálculos concernientes a equipamientos emplazados en sitios de gran altura. Por otro lado si bien la variación de la densidad del aire con el aumento de la altura es un aspecto fundamental a considerar en el diseño de las aislaciones, las variables de interés asociadas con la temperatura y presión barométrica también deben ser estudiadas, ya que tienen influencia particular sobre las maquinas eléctricas e interruptores. 
En [5] se establecen los valores numéricos de las condiciones atmosféricas estándar adoptadas como referencia para los cálculos desarrollados en distintos ámbitos de la ingeniería eléctrica. Los valores mencionados se destacan en la Tabla II.
Tabla II
Condiciones ambientales estándar 
	Magnitud
	Valor numérico
	Unidades
	Temperatura ambiente
	20
	°C
	Presión atmosférica
	1,013
 (760)
	Milibares
 (mm Hg)
	Humedad Absoluta
	11
	g/m3
En condiciones medioambientalescon valores diferentes a los establecidos, se deben aplicar factores de corrección, sobre las tensiones disruptivas correspondientes a una separación dieléctrica establecida, los cuales se relacionan con los valores de densidad relativa del aire y humedad.
Para condiciones atmosféricas habituales la densidad relativa del aire es establecida de manera aproximada por: 
				 				(1)
Dónde: t: temperatura (ºC), to: temperatura standard (ºC), p: presión (milibares/ mmHg) y po: presión standard (milibares/ mmHg).
Un análisis breve permite indicar que la densidad relativa del aire varía en forma directa con la presión y en forma inversa con la temperatura. Análisis respectivos a la ecuación (1) permiten exponer las variaciones que se desarrollan en los valores numéricos de la densidad relativa del aire con la altitud. Esto involucra considerar, por un lado, la curva de variación de la presión atmosférica con la altitud, de acuerdo con la fig. (3). 
Figura 3. Variación de la Presión atmosférica con la Altura. 
Y por otro lado, la curva de variación de la temperatura ambiente con la altura, tal como muestra la fig. (4). 
Figura 4. Variación de la Temperatura ambiente con la Altura. 
En cuanto a la humedad relativa, es oportuno mencionar que esta variable también afecta la rigidez dieléctrica del aire. Cuando se determinan las condiciones adecuadas de aislación de los equipos deben ser realizadas consideraciones respecto a la incidencia de la humedad. La humedad origina efectos distintos sobre las aislaciones según se trate de climas secos o bien húmedos. En el primero causa una disminución cualitativamente de los valores de aislación en tanto que en el segundo causa lo contrario. Una explicación aceptada se relaciona con el hecho de reducir la movilidad de los electrones en un efecto de atrapar los mismos por las moléculas de agua. De acuerdo a lo descripto en [6], la corrección por condiciones de humedad relativa no estándar, se realiza a través de la consideración de una serie de factores numéricos.
Se comprende la importante incidencia que causa la altitud sobre los componentes eléctricos e instalaciones eléctricas al reconocer que en la industria de la ingeniería eléctrica es conocida, la utilización del aire como medio de aislación dieléctrica, el cual es el más ampliamente usado, dada su capacidad regenerativa y económica. En general la mayoría de las líneas aéreas de distribución y sub-transmisión de energía eléctrica en Media Tensión (tanto en 13, 2 kV y en 33 kV) utilizan como medio de aislación dieléctrica el aire. Situación similar se presenta para las líneas de transmisión (132 kV, 220 kV y 500 kV). Otros medios dieléctricos comúnmente utilizados, en componentes y dispositivos eléctricos, son el vacío, aceite y gases como ser hexafloruro de azufre.
estudio del comportamiento eléctrico.
En esta sección se exponen los análisis realizados sobre una serie de componentes eléctricos los cuales forman parte de las redes de Media Tensión así como también dispositivos utilizados en redes e instalaciones de Baja Tensión.
Líneas de Media Tensión- aislación en aire - 
Las líneas de transmisión, sub-transmisión y distribución, emplean aire como medio de aislamiento. La zona geográfica denominada Puna presenta condiciones extremas que afectan el funcionamiento de todas las instalaciones de distribución eléctricas y que deben ser consideradas para el cálculo de la aislación tanto de sus redes eléctricas como de sus equipos instalados. Las líneas eléctricas de distribución y sub-trasmisión ubicadas en alturas mayores a los mil metros sobre el nivel del mar deben tener un tratamiento particular en especial aquellas que se deben instalar en zonas como la región Puna.
Además de las condiciones medioambientales mencionadas en la Tabla I, se deben considerar otras condiciones del entorno. Una de ellas es la contaminación ambiental, la cual se acrecienta en aquellas zonas donde existen “salinas” ricas en litio, bórax, cloruro de sodio y cloruro de litio. En estos lugares sucede que se instalan industrias que trabajan con esos minerales. Por ello resulta de suma importancia el diseño del aislamiento en dichos sistemas eléctricos.
1) Principios de la Coordinación de la Aislación 
Considerando que un aislador o conjunto de ellos, formando una cadena, no son otra cosa que interruptores controladores de voltaje, de manera tal que si el voltaje entre la cruceta que sostiene al aislador y el conductor supera un determinado valor de voltaje, denominado Vfi, el interruptor se activa y semeja una falla en el aislamiento. El valor de Vfi es aquel voltaje que no produce contorneo sobre el aislador. Es decir que una adecuada determinación de la aislación aumenta la confiabilidad del sistema eléctrico. El nivel de aislación también depende de agentes externos como la humedad, la densidad del aire que varía con la altitud sobre el nivel del mar, la lluvia y el medio ambiente. Las peores condiciones para un aislamiento externo son, baja humedad, baja presión atmosférica, contaminación ambiente y altas temperaturas. Por lo tanto las instalaciones deben contar con un sistema de aislamiento que se preserve ante la aparición de sobretensiones teniendo en cuenta los factores expresados anteriormente.
2) Sobretensiones 
La tensión eléctrica de contorneo o flameo se concibe como el voltaje de descarga disruptiva que producirá una descarga sobre un aislamiento. La tensión de flameo es establecida por la siguiente expresión:
 (2)
Dónde: T.C.F.: tensión crítica de flameo, Vsost: tensión de sostenimiento en kV, Z: parámetro estadístico que varía según la probabilidad de descarga deseada. Es adimensional y de acuerdo a lo determinado en [5, 7], tiene un valor igual a 1,3, σ: desviación estándar en p.u. El valor de “σ” para impulsos atmosféricos es igual al 3% y para impulsos por sobretensiones temporales y de maniobra es de 5 %. 
Estas tensiones de contorneo o flameo deben ser afectadas por un coeficiente Kca determinado por las condiciones atmosféricas del lugar donde se encuentran las instalaciones.
3) Coeficiente por Condiciones Atmosféricas 
Las condiciones atmosféricas a tener en cuenta son las siguientes: densidad del aire, humedad y precipitaciones. Considerando las mismas se determina el factor de corrección por condiciones atmosféricas:
 (3)
Dónde: Kll: factor de corrección por lluvia (Adimensional), Kh: factor de corrección por humedad (Adimensional).
A través del análisis de cada uno de estos factores se determina Kca. Luego el factor de corrección por condiciones atmosféricas para 4.000 msnm será el siguiente: Kca = 0,585.
Con el factor de corrección por condiciones atmosféricas estamos en condiciones de analizar las sobretensiones temporales y sobretensiones atmosféricas. 
4) Sobretensiones Temporales 
El comportamiento de las aislaciones ante estas sobretensiones temporales es el resultado de un deterioro progresivo de las condiciones aislantes o de reducciones excepcionales del comportamiento dieléctrico debidas a condiciones severas del medio ambiente. Esta sobretensión, denominada voltaje de sostenimiento, considera el valor de cresta de la tensión de fase y la regulación efectuada por el transformador, de acuerdo a lo expuesto en la ecuación (4).
 (4)
Con este magnitud, se establece la T.C.F. (Tensión Crítica de Flameo), que luego habrá que corregir por las condiciones atmosféricas del lugar, dando lugar a un valor de tensión corregida. En la ecuación (5) se expresa lo anteriormente mencionado.
 (5)
Con este valor se selecciona el tipo de aislador que es capaz de soportar esta sobretensión. 
Este valor de tensión crítica es corregido de acuerdo a las condiciones de contaminación medioambientales naturales de la zona, si fuera el caso, de acuerdo a lo establecido por [7, 8].
Para el caso de la Puna Jujeña se adopta un valor intermedio entre el nivel de contaminación fuerte y muy fuerte.Por lo tanto el valor de longitud mínima nominal de línea de fuga específica es de 28 mm/ kV.
A partir de este valor se establece que la distancia de fuga del aislador apto para soportar la T.C.F. por sobretensiones temporales es:
 (6)
 Dónde: Lfe: Longitud mínima específica para la condición ambiental correspondiente (mm). 
Para este análisis y el valor de tensión nominal en Media Tensión de Un = 13,2 kV, la distancia de fuga tiene un valor de 637,28 mm. Producto este último de los valores 22, 76 kV y 28 mm/kV. Con el valor de la distancia de fuga se selecciona el aislador más adecuado a los requerimientos establecidos, ello implica, para este análisis, seleccionar un aislador que posea una distancia de fuga igual o mayor a este valor.
5) Sobretensiones por Descargas Atmosféricas
Determinado el aislador a utilizar se debe corroborar si el mismo es capaz de soportar las sobretensiones provocadas por descargas atmosféricas. El procedimiento vincula determinar el valor de la tensión soportada por descargas atmosféricas y compararla con la del aislador elegido.
Para ello se parte del Nivel Básico de Aislamiento “NBA” (o por sus siglas en idioma ingles BIL). Este valor está definido en [5], como el valor de tensión eléctrica que un material es capaz de soportar en un ensayo sin que se produzca en ese material perforaciones, contorneos o deterioros. El valor del NBA (BIL) es función del valor de tensión del sistema eléctrico que se estudie. En este caso el nivel de tensión corresponde al valor en Media Tensión de 13, 2 kV del sistema de distribución en análisis. Para el nivel de 13,2 kV, el valor mínimo del BIL es 95 kV.
Como este valor y en general todos los valores de BIL se determinan para condiciones estándar (a nivel del mar), es necesario determinar el valor de BIL para las condiciones atmosféricas del lugar donde se utilizarán esos materiales. En este caso el material son los aisladores. Por lo tanto la Tensión Crítica de Flameo “Vd” para sobretensiones atmosféricas se evalúa mediante la siguiente expresión, ecuación (7):
 (7)
El valor de Vd así obtenido se lo compara con la tensión por impulso soportada por el aislador elegido. Si Vd es mayor se recalcula el aislador, de lo contrario el aislador habrá sido correctamente elegido.
Dispositivos de Maniobra y Protección en LMT 
En el universo de elementos de maniobra y protecciones factibles de ser aplicados en líneas de media tensión, en términos generales, se cuenta con: 
· Seccionadores a cuchillas, seccionadores a cuernos, seccionadores bajo carga, como elementos de maniobra, entre otros.
· En tanto que reconectadores, interruptores automáticos y seccionadores portafusibles de tipo XS como elementos de maniobra y protección.
En los primeros, si las distancias dieléctricas están establecidas en aire se deben discutir los aspectos enunciados anteriormente. Una opción habitual es seleccionar los mismos para un nivel de tensión superior al nominal del sistema en el cual funcionaran, para emplazamientos con altitudes superiores a 3.500 m.
En relación a los segundos, se debe recordar, como es el caso de los reconectadores también, que la mayoría de estos equipos actúan en general gracias al principio de funcionamiento de interruptores. Por ello el diseño de los interruptores automáticos en medios gaseosos, aire, vacío, y aceite debe asegurar una distancia dieléctrica adecuada fase a fase y fase a tierra. Si no es así, debería pensarse en la aplicación de descargadores de sobretensiones, o aumentar las distancias dieléctricas de los aisladores.
Un ligero derrateo de la corriente, en aproximadamente 2% por cada 1.000 m snm, sucede generalmente lo cual no es crítico para interruptores automáticos. La capacidad de interrupción permanece constante para todas las altitudes en equipos con medios de interrupción de corriente, en los cuales los polos de los equipos se encuentran embebidos en medios gaseosos, vacío o aceite y no se encuentran expuestos a la atmósfera. Por eso, los interruptores automáticos en vacío, medios gaseosos y en aceite tienen relativamente buena aplicación en elevadas zonas. Se destaca que los interruptores en vacio se comportan correctamente hasta una altitud de 3.500 m. Bajo la razón enunciada anteriormente, es que los fabricantes deberían ser contactados y proporcionar los factores de derrateo de sus interruptores para la altura de aplicación. Si el interruptor particular que se está contemplando para su uso tiene su capacidad de interrupción que ha sido reducida por debajo de la capacidad de falla esperada del sistema, debe ser aplicado el siguiente tamaño superior del interruptor. 
En cuanto a los seccionadores portafusibles los mismos deben ser seleccionados con una distancia de fuga adecuada para la altura de emplazamiento. Ante lo cual es fundamental discutir estos aspectos con el fabricante.
Descargadores de sobretensiones
Si bien este equipo forma parte del ítem anterior, se lo designa de manera particular en razón de la importancia del mismo. Esencialmente existen 2 tipos de descargadores de sobretensiones, los descargadores de carburo de silicio con explosores [10, 11] y los descargadores de óxido metálico [12, 13]. Los primeros han sido prácticamente desplazados en su totalidad por los descargadores de óxidos metálicos, quedando solamente algunos en los sistemas eléctricos en estudio. En tanto que los segundos se fabrican con distintas tecnologías, las cuales involucran conformar el cuerpo del mismo con materiales cerámicos y con materiales de silicona (poliméricos). Estos últimos disminuyen los riesgos derivados de las explosiones por sobrepresiones en el interior de los mismos. Esencialmente el descargador de sobretensiones es un sistema sellado. Este sistema sellado se compone de aire seco o nitrógeno a una presión determinada. Las normas [11,13] establecen la aplicación de descargadores hasta los 1.800 m snm. Para altitudes mayores debe ser contactado el fabricante [14]. En general los fabricantes de descargadores acatan lo indicado en las normas proporcionando rangos de altitudes para la aplicación de los mismos, no obstante esta característica debe ser verificada. Estos rangos pueden variar entre los 1.000 m snm a 3.000 m snm. Las normas citadas, además indican, que para alturas mayores a 1.800 m snm, los descargadores deben ser preparados para funcionar en cualquiera de los siguientes rangos: 1.801–3.600 m y 3.601–5.400 m.
El principal problema en la aplicación de descargadores de sobretensiones, en altitudes superiores a la calificación mencionada, se vincula con la capacidad de pérdida de estanqueidad del sistema. Si se emplea un descargador de sobretensiones, diseñado para alturas menores a 1.000 m snm, en una altitud superior a la mencionada, existe la posibilidad de que la presión interna sea lo suficientemente alta como para causar una fuga en el sello. Una fuga de este tipo podría permitir el ingreso de humedad al interior del descargador y con ello ocasionar una falla del mismo.
Asimismo deben ser considerados los efectos de la radiación solar [15], en razón del efecto de calentamiento y enfriamiento posterior en la noche. Efecto más pronunciado en descargadores con cuerpo cerámico y colores oscuros. Este fenómeno se conoce comúnmente como efecto de “bombeo”, lo cual puede ocasionar variaciones de presión interna y por tanto una fatiga en los sellos de los descargadores de cerámica, con el consiguiente mal funcionamiento de los sellos de los descargadores, lo que causa la pérdida del gas inerte alojado en el interior del descargador e ingrese humedad, con la subsiguiente conducción lateral de las pastillas en lugar de transversal como corresponde.
Otro aspecto a considerar en los descargadores de sobretensiones son los fenómenos de flameo externo. Las aplicaciones en elevada altitud de este tipo de equipos exige analizar en cuidado las mismas, para asegurar que existe un margen adecuado entre las características de protección del descargador y el flameo externode la carcasa para condiciones de elevada altitud. 
Otro efecto menos considerado es el vinculado con la polución del ambiente. Este efecto puede ocasionar la disminución de distancias dieléctricas en la parte externa del descargador. Por ello en zonas con permanente polvo en suspensión, zonas salinas o bien escasas lluvias anuales, consideraciones relativas deben ser tomadas. Estos efectos causan la adherencia de suciedades en la superficie de los descargadores, originando la concentración de campo eléctrico, que conducirán a distribuciones irregulares de las caídas de tensión sobre las pastillas, y por lo tanto logre que sobre algunas existan caídas de tensión mayores que sobre otras, lo que produce un calentamiento localizado en las primeras con la autodestrucción por avalancha térmica con el tiempo, debido a la corriente que circula por la aplicación de la tensión de fase normal del sistema. Los descargadores de óxidos metálicos son generalmente construidos con gaps internos, en razón de ello las fallas inducidas internas de estos descargadores debido a la contaminación externa de la carcasa no se consideran apreciables. Sin embargo la falla externa a través de la carcasa del descargador puede ocurrir como una combinación de efectos de acumulación de contaminantes sobre el mismo y condiciones de nieve, escarchas de hielo, lluvia o niebla. La solución usual es la limpieza periódica de la carcasa. Finalmente si se tratara de descargadores para subestaciones de transmisión deben ser consideradas los efectos del viento y los terremotos, los cuales pueden ocasionar la rotura de los descargadores de tipo pedestal. 
En términos generales, la respuesta de los descargadores no sufre efecto alguno por la altura de emplazamiento, pues son unidades selladas. Pero sí pueden las pastillas internas sufrir daños, debido a calentamientos localizados, en zonas de elevada polución ambiental o con bajos niveles de lluvias. 
Se puede utilizar para todos los casos, la técnica que consiste en realizar termografías de los descargadores para detectar puntos calientes por mal funcionamiento en estas condiciones de emplazamiento, por comparación con los otros descargadores emplazados en el mismo lugar.
Es necesario recordar siempre consultar al fabricante y requerir de parte del mismo toda aquella información del equipo y fundamentalmente la información relativa a las curvas de los descargadores. Las mismas deberán ser cotejadas con ensayos en laboratorios.
Las aplicaciones de descargadores de sobretensiones en emplazamientos de elevada altitud no deben ser confundidas con la selección de los valores de corriente nominal, clase y longitud de línea de fuga, cuales son tres aspectos bien diferenciados.
Máquinas Eléctricas Estáticas 
Los sistemas eléctricos de generación, transmisión y distribución se componen de varios dispositivos eléctricos, entre ellos se destacan los transformadores, de potencia y distribución, los cuales constituyen activos muy sensibles en relación al funcionamiento de los sistemas mencionados. Por este y otros motivos la operación y mantenimiento de los transformadores por un lado, así como también el conocimiento de los efectos de la altura por otro es clave para todo ingeniero dedicado a la labor de diseño y explotación de estos activos.
Los transformadores pueden ser emplazados para funcionar con condiciones de temperatura ambiente mayores o en altitudes superiores a las especificadas en la norma [16], pero deben ser efectuadas consideraciones bajo estas condiciones ya que el rendimiento de la maquina puede verse afectado. La temperatura ambiente promedio en zonas de elevadas alturas tiene una tendencia a ser menor. El efecto de la disminución de la densidad del aire debido altitud causa la elevación de la temperatura de estos equipos, ya que dependen del aire para lograr la disipación de las pérdidas de calor que generan en su interior. Cuando se evalúa el comportamiento de un transformador en una altura determinada se deben considerar los efectos de la temperatura ambiente y rigidez dieléctrica.
Es importante realizar una distinción entre las posibilidades de trabajo de los transformadores, es decir si trabajará o no a potencia nominal en elevadas altitudes.
En el primer caso los transformadores pueden ser operados a potencia nominal en altitudes superiores a 1.000 m, sin exceder los límites de temperatura, siempre que los valores de la temperatura media del aire ambiente involucrado en la refrigeración del transformador no exceda los valores indicados en la tabla III:
Tabla III
Máxima temperatura promedio permitida del aire de refrigeración para lograr los valores de potencia nominal
	Método de refrigeración
	1.000 m snm
	2.000 m snm
	3.000 m snm
	4.000 m snm
	ONAN
	30 ºC
	28 ºC
	25 ºC
	23 ºC
	ONAF
	30 ºC
	26 ºC
	23 ºC
	20 ºC
Por otro lado deben ser realizadas correcciones relativas a la capacidad de aislación del transformador para alturas mayores a 1.000 m snm. Cuando se especifican, los transformadores deberán estar diseñados con separaciones de aire mayores utilizando los factores de corrección indicados en [16] para obtener los valores de rigidez dieléctrica del aire adecuados para altitudes superiores a 1.000 m smn. En la Tabla IV se indican los factores de corrección relativos a la capacidad de aislamiento del transformador en altitudes superiores a 1.000 m snm.
Tabla IV
Factores de corrección: rigidez dielétrica para altitudes mayores a 1.000 m snm. 
	Altitud [m]
	Factores de Corrección
	1000
	1
	1200
	0,98
	1500
	0,95
	1800
	0,92
	2100
	0,89
	2400
	0,86
	2700
	0,83
	3000
	0,8
	3600
	0,75
	4200
	0,7
	4500
	0,67
Los factores de reducción de rigidez dieléctrica, en la tabla IV, tienen valor 1 desde el nivel del mar hasta los 1.000 m, a partir de este valor de altitud la rigidez dieléctrica disminuye a un ritmo de aproximadamente el 1% por cada 100 m.
Cuando se derratea la rigidez dieléctrica de las aislaciones de un transformador por altitud, solo debe ser realizada para las aislaciones que dependan del aire. La rigidez dieléctrica interna del transformador, la cual involucra partes inmersas en aceite y no expuestas a la atmósfera tiene una rigidez dieléctrica constante la cual no es necesaria derratearla por altura. Las aislaciones que se derratean por altura son: aislaciones fase a tierra y fase neutro; aislaciones fase-fase, entre fases de un mismo arrollamiento y aislaciones entre bornes de línea de diferentes arrollamientos [17]. Tal vez una de las distancias más comúnmente ignoradas para aplicaciones de altura involucra las bornes de baja tensión respecto de las partes en media tensión y/o alta tensión. Las distancias de aislaciones indicadas anteriormente corresponden con valores mínimos. Una vez definidas las distancias de aislación, las mismas deben ser precisadas en los planos de montaje. 
Por otro lado el transformador puede operar en altitudes superiores a 1.000 m, sin exceder los límites de temperatura, siempre que la potencia del mismo sea reducida por debajo de los valores nominales de acuerdo a lo establecido por [18]. En la misma se establece la aplicación de un factor de derrateo de 0,4 % por cada 100m sobre los 1000m para transformadores inmersos en aceite refrigerados por aire (ONAN) y de 0,5 % por cada 100 m para transformadores inmersos en aceite con ventilación forzada (ONAF). Se recuerda que la sobre elevación de la temperatura del arrollamiento respecto a la temperatura del aceite no es afectada por la altura.
En relación a la perdida de vida del transformador, se reconoce que la misma es muy afectada por el efecto de la temperatura, de acuerdo a lo establecido por las ecuaciones en las guías de carga [18,19].
Para transformadores ensayados en alturas hasta 1.000 m snm, que funcionaran en altitudes mayores a 1.000 m, la ecuación (8) de acuerdo a la referencia [20] provee los incrementos de temperatura debido a la altitud.
 			 			(8)
Dónde:: incremento en la sobre temperatura en el aceite (ºC) para una altura A en metros, :sobre temperatura del aceite observada (ºC), A: altura en metros, A0: 1000 m, y F: factor, valor 0,04 para modo auto refrigerado, 0,06 para modo refrigeración forzado.
En tanto que la norma IEC [21] establece que el límite de sobre temperatura media de los arrollamientos debe ser reducido en 1 K por cada 400 m sobre los 1.000 m para transformadores inmersos en aceite refrigerados por aire (ONAN) y 1 K por cada 250 m para transformadores inmersos en aceite con ventilación forzada (ONAF).
Cuando se considere el derrateo de un transformador para aplicaciones en altura se pueden considerar las distintas alternativas mencionadas anteriormente. Buenas prácticas recomiendan para aplicaciones en altura las siguientes alternativas:
- Elegir características nominales del transformador mayores, como para manejar la carga con margen para una altitud determinada.
- Contactar a los fabricantes y consultar sobre el diseño y construcción de los transformadores para aplicaciones particulares de altitud. El diseño en todos probablemente incluirá un núcleo estándar y bobinas diseñadas con mayor superficie de enfriamiento para disipar el calor.
Similar al problema de vinculado con la sobretemperatura del transformador, existen varias soluciones para elegir los niveles de aislación adecuados.
- Aplicar protección con descargadores de sobretensiones. Los cuales permitan un adecuado margen de protección al transformador.
- Especificar distancias dieléctricas en aire adicionales para cumplir con los requerimientos de aislamiento para elevadas alturas. 
- Utilizar bushing con mayores distancias de fuga. Tener cuidado de no descoordinar las distancias de fase a fase por incremento de una distancia de fase a tierra. Una regla simple para asegurar la coordinación de la aislación es asegurar que las dimensiones de fase a fase sean un 10% mayor que las de fase a tierra.
Aunque la aplicación de un transformador particular puede parecer satisfactoria en alturas mayores a las estándar de 1.000 m, de igual manera debe ser contactado el fabricante para asegurar que la unidad puede ser aplicada satisfactoriamente y con seguridad en alturas mayores a las estándar. 
Aparamenta en envolventes metálicas para maniobra y control en Media Tensión (Switchgear)- Celdas de Media Tensión 
Las envolventes o tableros con interruptores en Media Tensión son denominados comúnmente celdas. Las mismas constituyen elementos importantes en toda instalación eléctrica vinculada a Estaciones de Rebaje y Centros de Transformación. Es necesario realizar una correcta selección de las mismas. En caso contrario se originarían sobrecostos en proyectos y/o instalaciones, debido a una posible pérdida de rigidez dieléctrica o bien por sobre dimensionamientos del equipamiento. 
La selección de celdas, en general, obedecen a tres aspectos bien diferenciados: corriente nominal, intensidad de corriente de falla y tipo de uso. En tanto que los tipos de aislación que se presentan en la actualidad comprende envolventes aisladas en aire, vacío y aisladas en hexafloruro de azufre (SF6). De acuerdo a lo establecido en [22, 23] estos equipos están normados para funcionar en alturas sobre el nivel del mar hasta 1.000 m. 
Al aumentar la altitud, disminuye la rigidez dieléctrica, y con ello las celdas aisladas en aire deben ser sobredimensionadas para garantizar una correcta aislación. Ello involucra contar con mayores dimensiones en estos equipos. Por otro lado, de acuerdo a la fig. (3), al aumentar la altitud disminuye la presión. Por consiguiente las celdas aisladas en gas deben permitir deformaciones de los compartimentos de gas o deben ser regulados los valores de presión en estos equipos para altitudes superiores a 1.000 m.
Respecto a la temperatura, no es necesario realizar ninguna corrección dado que en elevadas altitudes, de acuerdo a la fig. (4), la temperatura tiene a disminuir.
En instalaciones a una altitud superior a 1.000 m, el nivel de aislamiento externo, e interno para el caso de celdas aisladas en aire, se determina multiplicando el valor de aislamiento en condiciones atmosféricas de referencia normalizada, por un factor de “Ka”, de acuerdo con la ecuación (9), lo cual brindará los valores de tensiones necesarias en el lugar de servicio. 
 (9)
Dónde: H: altura sobre el nivel del mar (m), m = 1: para valores de tensiones nominales, voltajes de frecuencia industrial y voltajes de descarga atmosférica; m: depende de varios parámetros, incluyendo la ruta de descarga mínima que es generalmente desconocido en la etapa de diseño. La determinación del exponente m se basa en [9]. 
En [22] también se provee una serie de curvas para otros valores de m correspondiente con otras condiciones de solicitaciones eléctricas.
En [23], se indica que todas aquellas celdas que dependen del aire como medio de aislamiento y refrigeración tendrán un aumento de la temperatura y una menor capacidad de rigidez dieléctrica cuando se opera a altitudes superiores a los valores especificados en [22]. Por ello los valores de tensión nominal máxima, tensión soportada de frecuencia industrial de 1 minuto y BIL, así como también los valores de corriente de las celdas deben multiplicarse por factores de corrección para obtener los valores adecuados. Los mismos se muestran en la tabla V:
Tabla V
Factores de corrección: rigidez dielétrica y Corrente continua para altitudes mayores a 1.000 m snm. 
	Altitud [m]
	FdC 
Tension Rigidez Dieléctrica
	FdC 
Corriente 
	Altitud [m]
	1000
	1,00
	1,00
	1000
	1200
	0,98
	1,00
	1200
	1500
	0,95
	0,99
	1500
	1800
	0,92
	0,99
	1800
	2000
	0,91
	0,99
	2000
	2100
	0,89
	0,98
	2100
	2400
	0,86
	0,97
	2400
	2700
	0,83
	0,97
	2700
	3000
	0,80
	0,96
	3000
	3600
	0,75
	0,95
	3600
	4000
	0,72
	0,94
	4000
	4300
	0,7
	0,94
	4300
	4900
	0,65
	0,925
	4900
	5500
	0,61
	0,91
	5500
	6000
	0,56
	0,90
	6000
De acuerdo a lo expuesto por las distintas normas se observa que una celda seleccionada para un nivel de tensión de 13,8 kV que opere a 3.500 m snm, al aplicar los factores de corrección, la tensión resultante corregida es un 24 % superior respecto al valor nominal. Por ello deberá ser seleccionada la celda inmediatamente superior. Una alternativa de solución, es seguir las recomendaciones de [23], cual recomienda en su cláusula 8.1.3 el uso de descargadores de sobretensiones para alturas superiores de 1.000 m snm, manteniendo así, los voltajes transitorios por debajo del límite permitido. Otra alternativa de solución, radica en la posibilidad de utilizar celdas aisladas en gas, tales como hexafluoruro de azufre (SF6), ya que estos equipos no se ven afectados por la altura, debido a que todas sus partes activas se encuentran en un compartimento cerrado, por tanto aislado de las condiciones medio ambientales, y embebidas en un medio dieléctrico gaseoso tal como SF6. Aunque si deben ser considerada la regulación de presiones a efectuar sobre estos equipos, de acuerdo a la altura de emplazamientos. Y con ello evitar el efecto de la menor presión atmosférica sobre la celda. 
Es oportuno indicar que distintos fabricantes han desarrollado metodologías para establecer factores de derrateos para estos equipos. Sin embargo el presente artículo se remite a lo establecido en las normas de aplicación.
En relación a las temperaturas mínimas de funcionamiento de estos equipos, que se pueden presentar en emplazamientos de elevada altitud, al momento de instalar las celdas deben ser colocados medios de calefacción en el recinto cual las alojará.
Por último, en relación a la radiación solar, la cual puede alcanzar grandes valores en zonas de elevada altitud, no es necesaria considerarla en razón de que estos equipos se encuentran instalados en recintos cerrados por lo general, salvo que sean celdas para uso en intemperie. Ante lo cual deben seguirse los lineamientos establecidos en [22]
Máquinas Eléctricas Rotativas
Las maquinas eléctricas proporcionan la fuerza motriz y energía eléctrica, en una gran y todavía creciente parte de nuestra economíaindustrial moderna. El número y diversidad de aplicaciones continúa expandiéndose. El generador forma parte de los sistemas de generación distribuida, tanto en sistemas de distribución de energía eléctrica como así también en complejas explotaciones industriales. El generador además es utilizado en las plantas industriales para emergencias, de manera de complementar los requerimientos de forma parcial o total de potencia. En tanto que la gama de tipos y tamaños de motores, es bastante extensa. El motor eléctrico, más ampliamente utilizado que el generador, sostiene una gran porción de la carga de una compleja industria típica. 
En [24], se establecen las condiciones normales de funcionamiento, de este tipo de máquinas eléctricas, vinculados con los parámetros siguientes: altura menor 1.000 m, temperatura ambiente máxima hasta 40 °C y temperatura ambiente mínima hasta -15°C.
En [24] se establecen 2 aspectos bien diferenciados de acuerdo a la altitud de emplazamiento de los equipos. En altitudes mayores a 1.000 m y menores a 4.000 m snm, no debe ser realizado ningún ajuste en el funcionamiento de la máquina, ya que se asume que la refrigeración mediante aire es reducida producto de la altitud, pero es compensada por la menor temperatura ambiente máxima, por debajo de 40 ° C. Por lo tanto la temperatura total, no excederá de 40 ° C. Este aspecto se encuentra en concordancia con lo expresado en la figura (4), cual muestra que al aumentar la altitud disminuye la temperatura ambiente. Para altitudes superiores a 4.000 m, las características de funcionamiento se establecerán mediante consensos con el fabricante. Aspectos vinculados con los ventiladores de estos equipos y caudal necesario a movilizar deben ser analizados. Al momento de aplicar maquinas eléctricas en sistemas eléctricos emplazados por encima de los 1.000 m snm, se deberá contactar al fabricante para confirmar si las mismas han sido diseñadas, o no, para condiciones superiores a los 1.000 m snm. Es importante destacar que para alturas superiores a 1.000 m, a una temperatura ambiente de 40ºC, se aplicará un derrateo de 1% sobre la temperatura por cada 100 m por encima de los 1.000 m, para los motores que no han sido preparados para funcionar en alturas mayores a 1.000 m. Lo indicado se puede apreciar en la siguiente tabla, la cual relaciona los tipos de aislación con altura.
Tabla VI
Máxima temperatura ambiente permitida de acuerdo al tipo de aislación para uma altura determinada.
	Altitud [m]
	Clase Térmica
	
	A
	E
	B
	F
	H
	
	Temperatura [ºC]
	1.000
	40
	40
	40
	40
	40
	2.000
	34
	33
	32
	30
	28
	3.000
	28
	26
	24
	19
	15
	4.000
	22
	19
	16
	9
	3
En [24] no se discute los aspectos del denominado factor de servicio, el cual es un multiplicador que, cuando se aplica a la potencia nominal, indica una carga de potencia admisible que puede realizarse en las condiciones especificadas. Este factor si es discutido en [25]. La misma también discute la aplicación y operación de motores en altura respecto al nivel del mar superior a los 1.000 m snm. 
En [26] se indica que a medida que aumenta la elevación y la densidad del aire disminuye, la tensión de arranque corona disminuye. Por lo tanto, es importante especificar los requisitos de altitud para todas las máquinas con tensiones de 2300 V y mayores. Especialmente para voltajes entre 2300 y 4000 V, para garantizar que el aislamiento seleccionado es adecuado para el servicio. Con base en lo anterior, se indica finalmente, que deben ser incluidas en las especificaciones de estas máquinas, las condiciones de servicio inusuales. Como mínimo, las mismas deben indicar si la maquina eléctrica se va a ubicar en interiores o al aire libre, la temperatura ambiente máxima y mínima, y la altitud. Además se debe mencionar cualquier condición ambiental inusual.
Dispositivos de Protección Eléctrica en Baja Tensión 
Los interruptores automáticos, de acuerdo a [27, 28, 29], poseen una altura máxima de instalación hasta 2.000 m.
En [28] se indica que los interruptores automáticos, en aplicaciones con altitudes superiores a 2.000 m, deben ser derrateados en sus valores de nominales de corriente y voltaje de acuerdo a los factores mostrados en la tabla VII.
Tabla VII
Factores de corrección por altitud.
	Altitud [m]
	Corriente
Nominal
	Voltaje Nominal
	2.000 y por debajo
	1,00
	1,00
	2.600
	0,99
	0,95
	3.900
	0,96
	0,80
Los valores no mostrados se pueden obtener por interpolación.
En [28] se discuten los aspectos vinculados con interruptores automáticos de uso industrial. En [29] se analizan los interruptores de uso doméstico. La diferencia fundamental entre ambos radica en los valores del poder de corte. En ambas normas se indica que para alturas superiores a 2.000 m, se deben efectuar análisis respectivos ya que los ensayos dieléctricos a impulso atmosférico, denominado actitud al seccionamiento y para los normales de impulso atmosférico resultaran afectados en sus valores por la altura. El equipo eléctrico destinado a operar en estas condiciones deberá ser diseñado o utilizado de conformidad con un acuerdo entre el fabricante y el usuario
Finalmente en [30, 31] se discuten los aspectos relativos a los descargadores de sobretensiones en baja tensión. Las mismas no citan ningún aspecto concerniente a la aplicación de estos equipos en altitudes mayores a 1.000 m. En [32] se indica que los ensayos y selección del nivel de tensión del equipo, debe considerar los efectos de la altitud. En base a lo anterior, deberá ser contactado el fabricante para aplicaciones en alturas superiores a 1.000 m.
Sistemas de Almacenamiento de Energía Eléctrica
Las baterías constituyen una fuente de energía a partir corriente y tensión continua. Se usan para asegurar la operación de equipos eléctricos críticos en sistemas eléctricos de generación, transmisión y distribución. En [33] se realiza una revisión detallada de los tipos de tecnologías involucradas en estos sistemas de almacenamiento, con aplicaciones en empresas eléctricas. El sistema de almacenamiento de energía eléctrica a partir de baterías consiste en dos elementos básicos, la batería y el sistema para cargar la batería. El cargador de baterías, lo que requiere es aire para la refrigeración, ante lo cual deben proveerse los medios necesarios para esta tarea debido a la altura de emplazamiento en razón de su menor densidad. Por otro lado, la altitud parece afectar solamente la ventilación requerida para la sala de baterías. En cuanto a la temperatura, deben preverse medios de calefacción adecuados para evitar el congelamiento de las baterías en emplazamientos de elevada altitud.
 Las baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio cubren muchas aplicaciones en los sistemas eléctricos bajo estudio. Específicamente lo que se busca en las mismas son equipos con un mantenimiento reducido, hecho notable al considerar emplazamientos en altitudes superiores a 1.000 m. Además de ello, deben poseer un mayor régimen de carga. Actualmente se utilizan baterías en gel lo cual evita el electrolito líquido.
Si bien, ya prácticamente en desuso, las baterías plomo-acido poseen una producción de hidrógeno, la cual plantea un peligro para la seguridad si la concentración es demasiada alta. Los criterios habituales se relacionan con mantener la concentración de hidrógeno muy por debajo de tres por ciento en volumen. Como un ejemplo, la cantidad de hidrógeno por volumen producido en 3.000 m de altitud es de aproximadamente 43 por ciento más que a nivel del mar [1]. 
Es conocido el desarrollo actual que han tenido las baterías de ion-litio. Particularmente no aplicadas en sistemas eléctricos de potencia todavía, sino más bien en telefonía celular. En razón de ello no son analizadas sus características en el presente. 
Finalmente se indica que es de interés particular conocer el comportamiento de las baterías, para aplicaciones de energía renovable en elevadas altitudes. El sistema de almacenamiento proporciona beneficios significativos en energía solar, eólica, y otros sistemas de generaciónrenovable, donde la fuente de energía es intermitente [34].
Conclusiones.
En este trabajo se han analizado las variables vinculadas con la altitud y su efecto en sistemas de media a baja tensión. El diseño de sistemas eléctricos de media y baja tensión se ven afectados por la altura de emplazamiento superior a 1.000 m. Para altitudes superiores se aplican distintos factores de derrateo de acuerdo al equipo analizado. Por ello deben ser estudiados de manera particular cada caso de aplicación de equipos eléctricos, cuando se encuentren este tipo de condiciones. Un error común es considerar que el efecto de este tipo de condiciones nada tiene que ver con los aspectos técnicos y económicos. Este tipo de error puede llevar al colapso de las instalaciones debido al mal funcionamiento de los equipos, generando con ello una perdida técnica-económica mayor. En virtud de lo anterior se recomienda realizar las consultas pertinentes con el proveedor y/o fabricante sobre consideraciones de diseño, las cuales puede llegar a ser muy enriquecedoras. 
Debe considerarse que la tensión de prueba que se aplica a un equipo es común tanto a las aislaciones externas como a las internas. Generalmente las aislaciones internas no son sensibles a la presión atmosférica y en consecuencia no se degradan con la altura. Por otra parte, las aislaciones en aire si se derratean aunque poseen la ventaja de ser auto regenerativas. Las aislaciones internas no, en general, la falla es definitiva. No se debe olvidar la posibilidad de utilizar descargadores de sobretensiones para lograr un mejor manejo de las sobretensiones, antes que recurrir a diseños onerosos de los equipos en torno a su aislación. 
La variación de densidad del aire con la altura, afecta además las condiciones de disipación de calor. En consecuencia la corriente nominal de un equipo a su temperatura límite será menor con el incremento de la altura. En general la temperatura ambiente máxima disminuye con la altura por ello puede considerarse que esta situación no es de relevancia.
Dos variables que no deben ser dejadas de lado, en estas aplicaciones son la radiación solar y la humedad relativa.
En cuanto a la selección de equipamiento para condiciones de elevada altitud, la misma siempre debe obedecer a criterios técnicos, económicos, de riesgo y seguridad.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece muy especialmente al Ingeniero Germán Ramiro Zamanillo (I.P.S.E.P.- FI- UNRC), por compartir sus conocimientos y opiniones con nosotros. Asimismo se agradece a la Empresa EJE S.A. por la ayuda dispensada para lograr este trabajo.
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500
600
700
800
Altura respecto al nivel del mar [m]
Presión Atmosférica [mm Hg]
Variación de la Presión Atmosférica con la Altura
010002000300040005000600070008000
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-20
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Altura respecto al nivel del mar [m]
Temperatura [°C]
Variacion de la Temperatura Ambiente con la Altitud
 
 
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