INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Eléctrica. ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I. SEMESTRE: Octavo. OBJETIVO GENERAL: El alumno analizará el origen, estudio y atenuación de las sobretensiones que se presentan en un sistema eléctrico de potencia, con el fin de garantizar buen diseño en los equipos eléctricos y control adecuado del Sistema Eléctrico de Potencia. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Teoría de las Ondas Viajeras. II. Origen de las Sobretensiones. III. Descargas Atmosféricas. IV. Sobretensiones por Maniobra de Interruptores. V. Características de los Interrupción de Potencia en Relación con las Sobretensiones por Maniobra. VI. Técnicas de Limitación de las Sobretensiones por Maniobra. VII. Sobretensiones Temporales. METODOLOGÍA: Elaborará propuestas de solución para aminorar los efectos de las sobretensiones del tipo interno y externo que tienen sobre el equipo y el sistema eléctrico de potencia. Realización de prácticas en el laboratorio de Alta Tensión. Realización de tareas y trabajos extraclase. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes parciales, los cuales serán evaluados de 0 a 80% de la evaluación total, también se tomarán en cuenta los trabajos y tareas asignadas que no deberá exceder el 20% de las calificaciones parciales. Para la evaluación del curso deberá aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica (laboratorio). La calificación mínima aprobatoria es de. BIBLIOGRAFÍA: Manual de Interruptores de Potencia, Coordinadora de Transmisión y Transformación, Instituto de Investigaciones Eléctricas, CFE, México pp. Greenwood A., Electrical Transients in Power System, primer edición. Editorial. J. Wiley, EUA pp. IEEE Working Group on Switching Surges, Switching Surges: Part IV Control and Reductions on AC Transmission Lines, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101, EUA August pp. Kalifa, M. High Voltage Engineering, segunda edición. Editorial Marcel Dekker Inc, EUA pp. E, Kuffel. W.S, Zaengl, High Voltage Engineering Fundamentals, priméra edición. Editorial Pergamon Press. Oxford pp. M.S, Naidu,. V, Hamaraju, High Voltage Engineering, segunda edición, editorial Mc. Graw Hill, EUA pp.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco CARRERA: Ingeniero Electricista OPCIÓN: Sistemas Eléctricos COORDINACIÓN: Academia de Potencia DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I SEMESTRE: Octavo CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: Agosto del 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS /SEMANA/TEORÍA: 3.0 /SEMANA/PRÁCTICA: 3.0 /SEMESTRE/TEORÍA: 54.0 /SEMESTRE/PRÁCTICA: 54.0 /TOTALES: 108. PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Potencia REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar M. En c. Jesús Reyes García AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivos del IPN.

3 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 2 DE 11 FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA En el diseño de Sistemas Eléctricos de Potencia, es fundamental que los aislamientos, parte principal de los elementos que lo conforman, sean diseñados adecuadamente con el fin de garantizar confiabilidad y eficiencia en la operación del sistema eléctrico nacional. Por tal motivo es necesario que el futuro Ingeniero Electricista conozca la teoría de las ondas viajeras para comprender el origen de las sobretensiones por descargas atmosféricas, por maniobra de interruptores y temporales las cuales se presentan en el sistema eléctrico de potencia, originando que los aislamientos se degraden y puedan producir fallas. El egresado, podrá contribuir con el desarrollo de optima calidad del sistema eléctrico de potencia nacional y así competir con grandes redes y sistemas eléctricos en el mundo. Los antecedentes para la asignatura son: Electrónica III, Centrales Generadoras e Instalaciones en Alta Tensión. Las consecuentes son: Técnica de las Altas Tensiones II, Puesta en Servicio e Ingeniería de Mantenimiento. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno analizará el origen, estudio y atenuación de las sobretensiones que se presentan en un sistema eléctrico de potencia, con el fin de garantizar buen diseño en los equipos eléctricos y control adecuado del Sistema Eléctrico de Potencia.

4 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 3 DE 11 UNIDAD: I. NOMBRE: Teoría de las Ondas Viajeras. El alumno analizará la teoría de la onda viajera en las líneas y cables, en los sistemas de transmisión o subtransmisión y los métodos para determinar las sobretensiones. 1.1 Velocidad de propagación de las ondas en el aire y otros medios. T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA B, 3B, 4B 1.2 Atenuación y distorsión de ondas viajeras Concepto de impedancia característica y factores de reflexión y refracción El diagrama de celosía (Lattice) y el perfil de voltajes. El método de Bergerón para determinar las sobretensiones Subtotal Exposición temática por parte de los alumnos y profesor e ilustración mediante ejemplos, y con apoyo del pizarrón, equipo audiovisual y acetatos. Realización de ejercicios prácticos en clase y extra clase. Consulta bibliográfica sobre análisis de la teoría de la onda viajera en las redes de transmisión. Realización de prácticas. Participación de los alumnos en las exposiciones y ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará del 1.1 al Corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

5 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 4 DE 11 UNIDAD: II. NOMBRE: Origen de las Sobretensiones. El alumno explicará las teorías relacionadas con el origen de las sobretensiones, con las componentes de una línea de transmisión y sus efectos sobre la misma. 2.1 Introducción a las sobretensiones. T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2B, 3B, 4B Descargas atmosféricas. Descargas as de origen interno. Descargas por maniobras. Descargas temporales Efectos de las sobretensiones. En aislamientos autorrecuperables (boquillas, cadenas de aisladores, porcelanas, etc.) En aislamientos no recuperables (cables de potencia, devanados de máquinas, etc.) Simulación de las sobretensiones. Desarrollo histórico de los elementos de prueba. Generador de impulsos. Subtotal Realización de practicas por parte de los alumno en el laboratorio. Realización de exposiciones por parte de los alumnos, con apoyo del pizarron y equipo audiovisual. Ejemplos que serán expuestos por el profesor y los ejercicios desarrollados por los alumnos. Consulta bibliográfica sobre el origen de las sobretensiones. Participación de los alumnos durante las exposiciones y ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará del 1.1 al corresponde al 60%. Practicas de laboratorio corresponde al 20%.

6 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 5 DE 11 UNIDAD: III. NOMBRE: Descargas Atmosféricas. El alumno explicará las teorías relacionadas con el origen de las descargas atmosféricas, sus efectos sobre una línea de transmisión, y sus componentes. 3.1 Origen de las descargas (nube-tierra, nube, polaridad de las descargas). T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2B, 4B 3.2 Teoría de la formación de la descarga Modelado de la descarga atmosférica Descargas de línea Componentes de la línea a) Estructuras b) Conductores de fase c) Aisladores d) Hilos de guarda Descargas en la torre. Descargas en los conductores de fase. Descarga en los cables de guarda. Factores de acoplamiento. Descargas directa e inversa Subtotal Integración de equipos de trabajo. Ejemplos que serán expuestos por el profesor y los ejercicios desarrollados por los alumnos. Consulta bibliográfica sobre las descargas atmosféricas. Realización de prácticas. Trabajos y ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará del 1.1 al corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

7 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 6 DE 11 UNIDAD: IV NOMBRE: Sobretensiones por Maniobra de Interruptores. El alumno explicará el origen de las sobretensiones de tipo interno, conexión y desconexión de los interruptores y los casos en que se presentan. 4.1 Concepto de maniobra de interruptores (ejemplos: cómo se pueden controlar). T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B,2B,3B,4B 4.2 Casos que se presentan Redes Eléctricas a voltajes mayores de 300 KV. a) Conexión de líneas en vacío. b) Desconexión de líneas en vacío. c) Desconexión de pequeñas corrientes inductivas (bancos de transformadores y reactores en vacío. d) Maniobras en compensadores estáticos de VARS. e) Transitorios por desconexión de una fase en esquemas de recierre monopolar. Redes de distribución subterránea. a) Desconexión de cables. b) Desconexión de bancos de capacitores. c) Desconexión de bancos de transformadores. d) Concepto de transición y su efecto en las sobretensiones. Subtotal Exposición teórica auxiliándose del pizarrón o equipo audiovisual por parte del profesor, realización de práctica en laboratorio realizadas por los alumnos y solución de ejemplos prácticos. Trabajos realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen parcial abarcará del tema 4.1 al 5.5. Corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

8 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 7 DE 11 UNIDAD: V. NOMBRE: Características de los Interruptores de Potencia en Relación con las Sobretensiones por Maniobra. El alumno analizará las partes constitutivas de un interruptor de potencia y el efecto que causa en cada una de sus partes cuando se presenta una sobretensión del tipo interno. 5.1 Principio de desconexión tripolar. T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B,2B,3B,4B, 5B 5.2 Medios de extinción del arco eléctrico Rapidez de corte del arco eléctrico. 5.4 Tensión Transitoria de restablecimiento (TTR). 5.5 Reencendido del arco eléctrico. Subtotal Exposiciones de los alumnos frente a grupo Exposición teórica por parte del profesor. Ejemplos que serán expuestos por el profesor y los ejercicios desarrollados por los alumnos Realización de práctica de laboratorio. Búsqueda documental sobre características de los interrupotores de potencia Trabajos realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. Participación en actividades individuales y de equipo mediante la realización exposiciones frente a grupo. El segundo examen parcial abarcará del tema 4.1 al 5.5. Corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

9 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 8 DE 11 UNIDAD: VI. NOMBRE: Técnicas de Limitación de las Sobretensiones por Maniobra. El alumno analizará las técnicas de limitación de las sobretensiones por maniobra. 6.1 Resistencias de preinserción en interruptores. T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2B, 3B, 4B, 6B 6.2 Resistencias de amortiguamiento en interruptores. 6.3 Uso de reactores en el neutro. 6.4 Apartarrayos Subtotal Exposición teórica por parte del profesor con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Realización de prácticas de la unidad VII y exposiciones de los alumnos. Realización de trabajos y tareas extraclase. Trabajos realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. Participación en actividades individuales y de equipo mediante la realización exposiciones frente a grupo. El tercer examen parcial abarcará del tema 6.1 al 7.7. Corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

10 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 9 DE 11 UNIDAD: VII. NOMBRE: Sobretensiones Temporales. El alumno analizará el comportamiento y atenuación de las sobretensiones de tipo temporal. 7.1 Conexión y desconexión de líneas. T P EC 3.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B,2B,3B,4B 7.2 Desconexión de bancos de transformadores. 7.3 Desconexión de reactores en derivación. 7.4 Corto circuito de fase a tierra y de dos fases a tierra. 7.5 Sobrevelocidad y rechazo de carga. 7.6 Efecto Ferranti. 7.7 Concepto de ferroresonancia. Subtotal Ejemplos que serán expuestos por el profesor y los ejercicios desarrollados por los alumnos. Integración de equipos de trabajo para promover la colaboración del grupo.. Consulta bibliográfica sobre sobretensiones temporales. Realización de prácticas en el laboratorio. Trabajos realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. Participación en actividades individuales y de equipo mediante la realización exposiciones frente a grupo. El tercer examen parcial abarcará del tema 6.1 al 7.7 corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

11 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE HOJA: 10 DE 11 PRACT RELACIÓN DE PRÁCTICAS NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Introducción al laboratorio de Alta Tensión. I 3.0 Todas las prácticas se realizarán en Seguridad en el laboratorio de Alta Tensión. I 3.0 Laboratorios Pesados II en el laboratorio de Alta Teoría del análisis de ondas viajeras empleando un I Tensión, a excepción de simulador computacional. las prácticas 3, 8 y 9 que se realizaran en la sala Conocimiento del equipo de una subestación II 3.0 de audiovisual. eléctrica y de una línea de transmisión. 5 Generación de altas tensiones y métodos de medición. II 6 Teoría del generador de impulsos y aplicaciones. III 7 Generación de ondas de impulso en el generador de ondas de repetición. III 8 Simulación de una sobretensión por rayo a partir de un paquete computacional. III 9 Simulación de una sobretensión por maniobra a partir de un paquete computacional. IV 10 Conocimiento de los diferentes tipos de interruptores, tipos de apartarrayos, resistencias de preinscripción en interruptores y reactores. V 11 Generación de la alta tensión a la frecuencia del sistema. VII 3.0 Total 54.0

12 ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I CLAVE: HOJA: 11 DE 11. PERÍODO UNIDAD 1 er 2º 3º I, II, III IV, V VI, VIII El profesor realizará una evaluación de conocimientos al finalizar de los temas 1.1 al 3.4.6, del 4.1 al 5.5 y del 6.1 al 7.7, lo que implica realizar tres evaluaciones durante el semestre. El promedio de éstas representará el 60% de la calificación correspondiente a las evaluaciones más el 20% de la evaluación continua correspondiente a ejercicios realizados en clase y extra-clase, participación en actividades individuales y de equipo. Las prácticas realizadas representaran el 20%. La evaluación de las prácticas de laboratorio se hará promediando la calificación de las prácticas realizadas y reportadas, siendo necesario que el alumno cumpla con el 100% de asistencias. Para la evaluación del curso es indispensable que el alumno apruebe la parte teórica como la parte práctica. La calificación final de esta asignatura será el promedio de las calificaciones obtenidas en la teoría y en la evaluación de prácticas. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 X Manual de Interruptores de Potencia, Coordinadora de Transmisión y Transformación, Instituto de 2 X Investigaciones Eléctricas, CFE, México pp. 3 X Greenwood A., Electrical Transients in Power System, primer edición. Editorial. J. Wiley, EUA X 711 pp. IEEE Working Group on Switching Surges, Switching Surges: Part IV Control and 5 X Reductions on AC 6 X Transmission Lines, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101, EUA August pp. Kalifa, M. High Voltage Engineering, segunda edición. Editorial Marcel Dekker Inc, EUA pp. E, Kuffel. W.S, Zaengl, High Voltage Engineering Fundamentals, priméra edición. Editorial Pergamon Press. Oxford pp. M.S, Naidu,. V, Hamaraju, High Voltage Engineering, segunda edición, editorial Mc. Graw Hill, EUA pp.

13 1. DATOS GENERALES: INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Zacatenco. CARRERA: Ingeniería Eléctrica. SEMESTRE: Octavo. ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. Y HUM. ACADEMIA: Potencia. ASIGNATURA: Técnicas de las Altas Tensiones I. ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero Electricista con conocimientos en las Altas Tensiones. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno analizará el origen, estudio y atenuación de las sobretensiones que se presentan en un sistema eléctrico de potencia, con el fin de garantizar buen diseño en los equipos eléctricos y control adecuado del Sistema Eléctrico de Potencia. 3. PERFIL DOCENTE: Ingeniero Electricista con experiencia en transitorios eléctricos en Alta Tensión. CONOCIMIENTOS Conocimientos amplios en la teoría y el análisis de la onda viajera. Conocimientos del origen, efectos y control de las sobretensiones del tipo atmosférico, de maniobra y temporales en equipos y en la red eléctrica. Conocimientos en simulaciones de sobretensiones en programas comerciales. EXPERIENCIA PROFESIONAL En docencia y/o aplicaciones en la Ingeniería de la Alta Tensión. Ingeniero Electricista con experiencia en transitorios eléctricos en Alta Tensión. HABILIDADES Dominio del tema y habilidad para enseñar los conceptos básicos de la Ingeniería de la Alta Tensión. ACTITUDES Colaboración con profesores integrantes de la academia. Servir al instituto en la enseñanza y mostrar una actitud de tutor hacia los alumnos. Respeto, tolerancia. Utilizar los conocimientos adquiridos para el desarrollo tecnológico que requiere y demanda el país. Responsabilidad y compromiso social. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ M. en C. Oscar L. Puente Navarrete Ing. Guillermo Santillán G M.en C. Jesús Reyes García Presidente de Academia Subdirector Académico Director ESIME-Zacatenco FECHA: Marzo 2006