Si tomas y revisas cualquier hoja de especificaciones de transformadores, seguramente encontrarás información sobre lo que se denomina Nivel Básico de Aislamiento, o BIL para abreviar — por ejemplo, “BIL: 95 kV” o “BIL: 150 kV.” Si has tenido alguna consulta sobre estas clasificaciones o te has sentido confundido por el hecho de que dos transformadores similares pueden tener dos clasificaciones BIL diferentes, este artículo es precisamente para ti. El nivel básico de aislamiento es en realidad la especificación más significativa que registra la coordinación de aislamiento.
En resumen, el término BIL o Nivel Básico de Aislamiento se refiere a la clasificación de aislamiento de un transformador definida en relación con el voltaje máximo de la onda de impulso de rayo y aclara lo que es BIL. Para elaborarlo detalladamente, el estándar que regula el BIL se introduce en IEC 60076-3 y IEEE/ANSI C57.12.00. El BIL se expresa en kV (pico). Para determinar el BIL, se realiza una prueba de impulso de rayo utilizando una onda completa, lo que implica que se inyecta una onda de impulso de rayo de 1.2/50 μs al nivel BIL nominal. Se debe adoptar un BIL más alto en caso de exposición severa a rayos, bajo margen de aislamiento, voltaje del sistema mayor; aunque se debe recordar que el BIL se aplica solo a la tensión de resistencia al impulso y no garantiza protección contra sobrevoltajes o sobretensiones.
Lo que significa BIL
El nivel básico de aislamiento (BIL) se refiere al voltaje máximo que está definido por el impulso de rayo. Cuando un rayo golpea las líneas de transmisión o una sobretensión pasa a través del sistema, se genera una sobretensión eléctrica, dando una onda de voltaje por encima del voltaje de operación regular en cualquier sistema. El BIL es el valor calculado por los transformadores para manejar esa sobretensión generada por el rayo sin que el aislamiento se destruya y puede expresarse en kilovoltios, como 95 kilovoltios.
BIL es particularmente importante porque las fallas de aislamiento pueden causar problemas significativos y pueden ser muy costosas; cualquier transformador que tenga un destello interno no puede ser reparado donde se encuentra. BIL proporciona un lenguaje común tanto para diseñadores como para compradores — “este transformador clasificado en 15 kV puede manejar la sobretensión generada por un golpe de 95 kV” — y, por lo tanto, esencialmente reúne todos los procesos de coordinación de aislamiento en un solo panel, asignando el nivel de protección ofrecido al dispositivo. guía de especificaciones del transformador explica dónde se sitúa BIL entre las otras clasificaciones en una placa de identificación y hoja de datos.
Cómo se mide y prueba BIL
BIL no es un valor simple obtenido por estimación. En realidad, se refiere a un nivel de prueba. La verificación de BIL generalmente significa realizar una prueba de impulso de rayo de onda completa, de acuerdo con IEEE C57.12.90 e IEC 60076-3:
- La prueba consiste en aplicar un impulso de rayo con una forma de onda de 1.2/50 µs — el tiempo de subida del impulso es de 1.2 µs con la caída de la onda tomando 50 µs, modelando así el efecto de un rayo.
- El pico de la onda coincide con el BIL nominal (por ejemplo, 95 kV para un transformador de 15 kV).
- El transformador puede soportar un número mínimo definido de aplicaciones sin arco eléctrico o fallo de aislamiento.
- Los transformadores de alta tensión pasan por pruebas adicionales de onda cortada e impulso de conmutación; sin embargo, el BIL siempre se define por el nivel de resistencia al impulso de rayo de onda completa.
En términos prácticos, el BIL representa el valor máximo que debe demostrarse durante las pruebas de laboratorio, ya sea en una muestra o en unidades de producción. El conjunto completo de pruebas de aceptación —incluida la prueba de impulso— se cubre en nuestro guía de pruebas de transformadores, porque la mayoría de los fallos de aislamiento se deben a defectos que las pruebas de fábrica existen para encontrar antes del envío.
Niveles de BIL Estándar (Tablas de Referencia)
En IEEE/ANSI C57.12.00, se detallan los valores normales de BIL para transformadores sumergidos en aceite. Los valores de BIL marcados en negrita son los estándar para cada clase de voltaje:
| Voltaje Nominal del Sistema (kV) | BIL Estándar (kV pico) | BIL Reducido Común |
|---|---|---|
| 2 (distribución) | 30 | — |
| 2.5 | 45 | — |
| 5 | 60 | — |
| 8.7 | 75 | — |
| 15 (distribución) | 95 | — |
| 25 | 150 | 125 |
| 34.5 | 200 | 150 |
| 46 | 250 | 200 |
| 69 | 350 | 250 |
| 115 | 550 | 450 / 350 |
| 138 | 650 | 550 / 450 |
| 161 | 750 | 650 / 550 |
| 230 | 900 | 825 / 750 |
| 345 | 1,175 | 1,050 / 900 |
| 500 | 1,675 | 1,550 / 1,425 |
| 765 | 2,050 | 1,925 / 1,800 |
Para transformadores de tipo seco (IEEE C57.12.01), los valores de BIL son más bajos para los mismos niveles de voltaje; por ejemplo, la clasificación de BIL de un transformador de tipo seco de 15 kV es generalmente de 95 o 110 kV. Los sistemas IEC (IEC 60076-3) también tienen una tabla de clasificaciones de BIL: el valor de BIL se calcula de acuerdo con el voltaje del sistema más alto Um. Por ejemplo, un sistema de 12 kV tiene un valor de BIL de 75 kV, 24 kV → 125 kV, 36 kV → 170 kV, 72.5 kV → 325 kV, 123 kV → 550 kV, 145 kV → 650 kV, 245 kV → 1,050 kV. Cualquiera que sea el estándar que rija su proyecto, el proceso de especificación es el mismo —y el fundamentos de transformadores de distribución artículo muestra cómo se seleccionan juntos la clase de voltaje y el BIL para servicio público e industrial.
Cuándo Especificar un BIL Más Alto
El BIL estándar puede verse como una línea base en lugar de un ápice cuando hay cuatro razones para aumentar el nivel:
- Sitios con un riesgo elevado de rayos. Áreas que son montañosas, lugares caracterizados por una alta actividad keraúnica (el número de tormentas eléctricas que ocurren en un año), líneas expuestas largas pueden ser las razones para usar un BIL más alto.
- Márgenes de protección insuficientes. Cuando hay limitaciones en la posibilidad de colocar pararrayos en medio de condiciones de entorno de alta sobretensión, este nivel más alto de protección puede compensar esa distancia e impedancia.
- Unidades que son críticas o difíciles de reemplazar.
- Nivel de protección reducido. Al especificar el tamaño de BIL Reducido, se puede ahorrar dinero; sin embargo, esto requiere una cuidadosa coordinación de pararrayos.
Niveles altos de BIL requerirán la inversión de una cantidad considerable de dinero para cubrir problemas de aislamiento y separaciones que se espera estén presentes en la fase de diseño. Por lo tanto, la ingeniería adecuada siempre implica estudios de coordinación. El lado de puesta a tierra y pararrayos de ese estudio se cubre en nuestro fundamentos de puesta a tierra de transformadores artículo, ya que el sistema de puesta a tierra determina cómo se disipa realmente la energía de sobretensión.
Lo Que el BIL No Cubre
Hay una cosa que es cierta respecto al BIL; ese es el aspecto de “resistencia al impulso”. Sin embargo, los compradores que lo generalizan se llevarán sorpresas. El BIL no proporciona:
- El problema de la sobretensión por contaminación. Un terminal o aislador contaminado puede sufrir un flashover bajo el voltaje de trabajo normal antes de la llegada de cualquier rayo; esto significa que es un problema de distancia de creepage y clase de contaminación, y no un problema de BIL.
- Sobretensiones de frecuencia de potencia. La razón de la sobretensión sostenida, que se debe ya sea a un mal funcionamiento del regulador o a la ferroresonancia, pondrá el aislamiento bajo estrés térmico y eléctrico; el período de tiempo de operación de un transformador de potencia no se tiene en cuenta en las pruebas de impulso en microsegundos.
- Debilidades internas. Las pruebas de BIL pueden detectar debilidades; sin embargo, la entrada de humedad, el movimiento de las bobinas y el proceso de envejecimiento del aislamiento afectarán negativamente después de un largo período de tiempo. Por eso se realizan controles continuos, como las pruebas de aceite y DGA, además de las pruebas de impulso en fábrica.
- La vida útil desde el punto de vista mecánico. Incluso cuando el transformador pasa la prueba de impulso, puede dañarse por un cortocircuito, sobrecarga o envejecimiento del aislamiento.
Es importante recordar que el BIL debe ser uno de los elementos de un conjunto coherente que incluye el nivel de impedancia, la clasificación del pararrayos, la distancia de creepage, el tipo de conexión a tierra y un programa de pruebas y no el indicador de inmortalidad.
BIL y Coordinación de Aislación
El concepto de coordinación de aislación se puede definir como asegurarse de que el transformador soporte la influencia de la sobretensión que recibe. Según el enfoque convencional (IEC 60071-2), el nivel de aislamiento del equipo (BIL) debe exceder el nivel del dispositivo de protección (pararrayos) en al menos 20%. Por ejemplo, en caso de una instalación de 145 kV y un voltaje residual de 400 kV a través de pararrayos de ZnO con corriente nominal de 10 kA, es necesario tener un BIL del terminal (y del equipo) de al menos 480 kV, por lo que se debe aplicar un nivel estándar de 550 kV. Si el nivel de aislamiento no cumple con los requisitos, sería necesario aumentar el valor de BIL o acercar el pararrayos al equipo.
Los terminales también están incluidos en la misma coordinación de aislación. El BIL del terminal debe ser igual o mayor que el BIL del devanado al que se conecta, de lo contrario se convierte en el elemento más débil de toda la cadena. Por lo tanto, todas las hojas para estos dispositivos (transformador, terminal, pararrayos) deben incluir BIL, ya que los valores de BIL deben ser iguales para todo el equipo que participa en el proceso. Cuando compras un transformador y sus accesorios, pedir los niveles de impulso coordinados en un documento es la diferencia entre una instalación coordinada y una futura falla — y el gama de productos de transformadores de distribución enumera las opciones estándar de BIL disponibles con cada clase de voltaje.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es el nivel básico de aislamiento (BIL) de un transformador?
El BIL se refiere al voltaje más alto del impulso estándar de rayo de 1.2/50 µs, al que la aislación del transformador está obligada a resistir sin arco eléctrico. Se cita en kV pico, por ejemplo, para el transformador de distribución de 15 kV el BIL es de 95 kV, mientras que para el transformador de 69 kV tendría que ser de 350 kV. Su definición/prueba se establece de acuerdo con IEEE/ANSI C57.12.00/C57.12.90 (o IEC 60076-3).
¿Cuál es la definición del Nivel Básico de Aislación (BIL)?
El Nivel Básico de Aislación es la permisión a voltaje de impulso, como el voltaje más alto que el sistema de aislación debe soportar (el nivel BIL). Se refiere ya sea a pruebas de fábrica del equipo o a un valor particular en la lista de niveles de aislación para la clase de voltaje.
¿Qué son BIL y SIL?
BIL significa nivel de aislamiento por impulso (nivel de rayo) e implica su nivel en kV de su pico. En el contexto de los transformadores, SPL significa el nivel de conmutación porque es aplicable para sobretensiones de conmutación lenta con un frente de onda más largo que generalmente ocurre en electricidad de ALTA tensión, a partir de 345 kV. Ambos términos son similares ya que se utilizan para considerar la coordinación de aislamiento, ya que tratan con diferentes situaciones: BIL para picos de alta tensión, y SIL para conmutación lenta.
¿Cuál es el valor mínimo de Megger?
Si bien no hay un mínimo estricto, se requiere aproximadamente 1 MΩ de resistencia de aislamiento por kV de voltaje nominal para transformadores en la práctica (o alrededor de 100 MΩ para transformadores de distribución que están bajo un voltaje de prueba de 2500V). El factor más importante al medir es la tendencia en los valores más que el valor en sí.
Referencias
- Tablas de Prueba IEEE C57.12.00 — Niveles de Aislamiento de Transformadores de Distribución y Potencia
- Eaton — Especificación de Transformador de Subestación (Tablas de Voltaje y BIL)
- Ziyao Power — Guía de Selección de Bushing y Coordinación de BIL
- IEEE C57 — Tablas de Prueba de BIL y Dielectridad de Transformadores de Instrumento
- IEC 60076-3 — Transformadores de Potencia: Niveles de Aislamiento, Pruebas Dielectridad
Conclusión
El nivel de aislamiento básico incluye la construcción de relámpago y sobretensión de un transformador, proporcionando un valor máximo de voltaje específico: para la construcción de clase de 15 kV – 95 kV, para la clase de 69 kV – 350 kV, y para la construcción de clase de 500 kV – 1,675 kV; estos valores indican cuán fuerte es la construcción del aislamiento. La esencia de esta noción radica en la coordinación, lo que significa que necesitamos ajustar el BIL a la clase de voltaje, evaluar el BIL del transformador si hay necesidad de márgenes de protección gruesos e influencia de relámpago, y mantener el margen de protección por encima de 20%. Sin embargo, debe señalarse que solo el problema de impulso puede resolverse con la ayuda del BIL.