UNIDAD VI - Webnode · 2014-09-29 · 1. Por Descargas Directas . 2. Por Inducción . 3. Por Contorneo Inverso (Sobretensiones electrostáticas) Sobretensiones de Maniobras . 1. Energización

UNIDAD VI

SOBRETENSIONES Y PARARRAYOS

TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA II ING. JOEL FIGUEROA

TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA II

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Definición y Tipos de Sobretensión

Una línea opera la mayor parte del tiempo a unas condiciones que

se denominan normales, las cuales se caracterizan por estar cerca

de la tensión nominal de operación.

Para que la calidad de la potencia sea adecuada, la variable

tensión debe estar alrededor la tensión nominal y presentar unas

variaciones de acuerdo a la regulación de tensión permitida en el

nivel de tensión correspondiente.

Sobre una línea de transmisión de energía se presentan eventos

de tipo interno o externo ocasionando alteraciones importantes en

la tensión. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/



Sobretensión

Cualquier tensión entre un conductor de fase y tierra, o entre

conductores de fases diferentes, cuyo valor de cresta sobrepasa el

valor de cresta correspondiente a la tensión máxima de servicio.

Tensión Máxima de Servicio

Es el mayor valor de la tensión que aparece en cualquier instante y

en cualquier punto del sistema en condiciones normales de

funcionamiento. Este valor excluye las variaciones momentáneas

de la tensión, como aquellas debidas a maniobras en el sistema,

causas accidentales o cambios bruscos del régimen de carga.

(COVENIN 159: 99)




¿Porqué se producen las Sobretensiones?

Las sobretensiones se originan al producirse una redistribución no

controlada de los almacenamiento de energía asociados a los

campos eléctricos y magnéticos en una red eléctrica.

Clasificación

Las sobretensiones tienen una naturaleza esencialmente aleatoria,

interviniendo condiciones tales como: pendiente y amplitud de las

descargas atmosféricas, instante de cierre de interruptores,

configuración particular de la red, etc.




Las mismas se clasifican según su origen y forma de así:




Sobretensiones Atmosféricas

1. Por Descargas Directas

2. Por Inducción

3. Por Contorneo Inverso (Sobretensiones electrostáticas)

Sobretensiones de Maniobras

1. Energización de Líneas Largas

2. Aparición o supresión brusca de fallas

3. Interrupción de pequeñas corrientes inductivas

4. Irrupción de grandes corrientes capacitivas




Sobretensiones Temporarias

1. Efecto Ferranti

2. Desconexión brusca de carga en extremo de Línea Larga

3. Autoexcitación en Generadores por desconexión brusca de

cargas inductivas

4. Fallas monofásicas a tierra

5. Ferrorresonancia



Protección contra Sobretensión

El dispositivo de protección que se utiliza, debe asegurar que la

sobretensión máxima a que va a estar sometido sea siempre

inferior a la tensión soportada por sus aislamientos; por lo tanto el

dispositivo de protección debe actuar siempre que sea necesario

reducir una sobretensión susceptible de provocar una falla del

aislamiento.




Surge el inconveniente de que la tensión soportada por un

aislamiento no puede definirse por un solo número, ya que es

función de la forma de la onda aplicada; puede decirse que un

aislamiento soporta mejor una determinada tensión cuanto menos

tiempo esta aplicada.

La tensión soportada por un material se da así mejor mediante una

curva de tensión – duración (a) tal como la indicada en la figura 1

siguiente:



Se observa que presenta un crecimiento para tiempos pequeños

que corresponden a ondas de tensión aplicadas de gran pendiente.

Figura 1




Los dispositivos de protección presentan una curva

tensión - duración de características parecidas a la indicada (a).

Por ejemplo, la de un simple explosor de varillas es del tipo de la

curva (b) de la figura 1, en este caso la forma de la curva se

interpreta de la siguiente forma:

aquí la falla del aislamiento entre varillas (aire) precisa de la

formación de un fenómeno de avalancha provocada por los iones

libres en el aire acelerados por el campo eléctrico entre las varillas;




el desarrollo de este fenómeno exige, naturalmente, un cierto

tiempo, tanto más pequeño cuanto más elevada es la tensión

aplicada al explosor.




La figura 2 da la curva real medida en un explosor de 50 cm.

Figura 2




Debido al fenómeno aleatorio de la descarga, es de esperar una

cierta dispersión en los resultados obtenidos al trazar estas curvas

y en realidad así sucede, dándose normalmente para cada

dispositivo una banda en lugar de una curva, o bien la curva limite

superior de esta banda.

Además la tensión de descarga en el aire depende mucho del

grado de humedad y la presión.




Para que el dispositivo de protección pueda mantener la tensión en

bornes del aparato protegido por debajo de un determinado valor,

deben cumplirse ciertos requisitos:

a. Debe existir una coordinación entre las curvas tensión –

duración del equipo protegido y el dispositivo de protección en el

sentido de que la curva de este ultimo este siempre por debajo de

la de aquel, a fin de asegurar que se produce la actuación de la

protección antes de que falle el aislamiento. Consideremos las

curvas de la figura 1 supongamos que (a) corresponde a un

transformador y la (b) a un explosor de varillas que la protege; si a




la instalación llega una onda de tensión de pendiente inferior a la

recta OA, se cebaría el arco con el explosor y no fallara el

transformador, pero si la pendiente fuera mayor, se produciría una

falla en el transformador antes de cebarse el explosor.

La solución en este caso seria acortar la distancia entre varillas del

explosor, con lo cual la curva (b) baja hasta quedar

permanentemente debajo de la (a).

En contrapartida, se originarían mayor numero de cebado del

explosor para tensiones que antes no lo cebaban dando lugar en

este caso a cortocircuitos que seria necesario eliminar. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/



b. Otro requisito se refiere a la tensión residual en el dispositivo de

protección, correspondiente a la caída de tensión en su resistencia

al paso de la corriente de descarga.

Se comprende que esta tensión debe ser también inferior a la que

puede soportar el material protegido.

En la figura 3 se representa el esquema equivalente del circuito,

donde zc es la impedancia de onda de la línea, z la del equipo a

proteger y zp la del dispositivo de protección una vez cebado, lo

que se representa por el cierre del interruptor. Si es Uc la tensión

de cebado, por Thevenin se tiene la corriente de descarga: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/



Figura 3




c. Otro requisito que debe cumplir el dispositivo de protección es

que sea capaz de disipar la energía liberada por el paso de la

corriente de descarga a través del mismo.

Esta energía depende de la duración de la descarga y del valor de

la corriente.




¿Dónde se instalan?

En el punto de la instalación donde la probabilidad de sufrir una

sobretensión es mayor, así como en las entradas de los centros de

transformación(CT) a intemperie, estos dispositivos se presentan

como la parte más débil en el aislamiento de la instalación con el

objetivo que se produzca un arco o descarga de la sobretensión en

el explosor o pararrayos valvular antes que en otras partes de la

instalación.




Se pueden dividir en tres grupos, los cuales son los

siguientes:

- La protección con dispositivos que desvían la onda de línea a

tierra (explosores).

- La protección con dispositivos que modifican la forma de onda de

sobretensión y/o absorben parte de su energía (descargadores)

- La protección que previene la ocurrencia de una onda o reduce

su magnitud (hilos de guarda).




Explosores o Pararrayos de Cuernos

El explosor sería el sistema de protección más sencillo y

económico que existe, consiste en dos varillas (también conocidas

como electrodos) de las cuales una se conecta a la catenaria o

conductor a proteger de las sobretensiones y la otra varilla se

conecta a tierra.

Otros tipos de explosores llevan una varilla central, llamada varilla

antipájaros, justo en medio como protección de la avifauna ya que

si se quedase un ave entre las dos varillas no solamente crearía un

cortotcircuito electrocutando al ave sino que además si se





quedase la misma enganchada tendríamos con cortocircuito

permanente que nos haría disparar la protección pertinente de esa

línea o catenaria.

Las dos varillas están dispuestas de tal forma que al aparecer el

arco como consecuencia de la evacuación de una sobretensión

alargan el arco consiguiendo que se restablezcan rápidamente las

condiciones de rigidez dieléctrica, aun siendo así de sencillo los

explosores tienen una serie de inconvenientes, entre ellos que deja

pasar ciertas sobretensiones.








Los Explosores se instalan en:

- Líneas aéreas de AT.

-Líneas aéreas de tracción para tranvías, trenes, etc.




Pararrayos Autoválvulares o Descargadores .

Existen diferentes tipos pero los más utilizados en AT y MT son:

- De óxido de zinc (ZnO).

- Varistancias y explosores.

Varistancias y Explosores

Los de varistancias y explosores constan de varios explosores en

serie y unas resistencias ( de carbono de silicio, SiC) no lineales

que limitan la corriente tras el paso de la onda de choque de la

sobretensión.





-Varistancias y Explosores.





De óxido de zinc (ZnO).

Los de óxidos de zinc (ZnO) se les denomina también pararrayos

de óxidos metálicos (POM), este tipo no presenta explosores por

tanto la autoválvula es conductora de forma permanente para el

voltaje nominal de la red que protege, si bien que la corriente es de

10 mA que como es obvio no proporciona problema alguno, es

decir, este tipo de autoválvulas solamente está formada por

varistancias, además, son más fiables que los anteriores.






Las características esenciales de este tipo de autoválvula son:

Tensión máxima de servicio permanente.

Tensión asignada.

Nivel de protección.

Corriente nominal de descarga.

Capacidad de soportar la energía disipada.




Los Pararrayos Autovalvulares se instalan en:

- En la entrada de los CT de intemperie para proteger al

transformador de sobretensiones.

- En entradas y salidas de subestaciones.

- Protegiendo transformadores en subestaciones.

- Paso de una línea aérea a subterránea.

- Líneas aéreas de tracción para tranvías, trenes, etc.




Pararrayos Autoválvulares.





Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.




























Protección con Cables o Hilos de Guarda

En las líneas de transmisión que tienen una alta incidencia de

descargas atmosféricas, es importante prevenirlas contra éstas,

mediante el blindaje con hilos de guarda, que tienen como objetivo

principal interceptar la descarga por rayo y conducirlas a tierra.

Los cables de guarda instalados en las líneas de alta tensión, son

cables sin tensión que se colocan en la parte más alta en las redes

de alta tensión, se conectan a la misma estructura metálica en

cada torre y sirven para varios motivos.





Uno es el generar un equipotencial de tierra en todo el trazado de

la línea, rebajando al mínimo la resistencia de tierra ya que con el

cable se unen todas las torres y por defecto todas las tomas de

tierra del trazado.

Otro motivo es para intentar captar el rayo durante las tormentas y

conducirlo a tierra (cosa que no siempre sucede).





Uno es el generar un equipotencial de tierra en todo el trazado de

la línea, rebajando al mínimo la resistencia de tierra ya que con el

cable se unen todas las torres y por defecto todas las tomas de

tierra del trazado.

Otro motivo es para intentar captar el rayo durante las tormentas y

conducirlo a tierra (cosa que no siempre sucede).






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