Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional … · PARARRAYOS DE OXIDO DE ZINC ( ZNO ) sin explosores Aparecen a mediados de lo ochenta. Son producidos mediante la ... Criterios

Cátedra: Transmisión de la Energía Eléctrica

Departamento Ingeniería Elèctrica

Universidad Tecnológica Nacional

Facultad Regional Rosario

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE

DESCARGADORES DE SOBRETENSION EN

SISTEMAS DE POTENCIAS.

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Rosario

Descargadores de sobretensión (DSE).

IRAM 2318: Dispositivo para la protección de las aislaciones contra las sobretensiones transitorias o sea atmosféricas y de maniobra. No contempla la protección contra las sobretensiones temporarias.

Disipositivo cuya misiòn es limitar las sobretensiones en REDES

ELECTRICAS derivandolas a tierra,.

Bajo condiciones normales de explotación es un circuito abierto, o

permite la circulación de una pequeña corriente.

CARBURO DE SILICIO CON EXPLOSORES SiC

OXIDOS METALICOS ZINC (ZNO )

DIFERENTES TIPOS



Descargadores de sobretensión (DSE).



DSE -EVOLUCIÓN TECNOLÒGICA

Requisitos Operativos GeneralesDebe existir una coordinación entre las curvas tensión – duración del equipo protegido y eldispositivo de protección en el sentido de que la curva de este ultimo este siempre pordebajo de la de aquel, a fin de asegurar que se produce la actuación de la protección antesde que falle el aislamiento.

La tensión residual en el dispositivo de protección, correspondiente ala caída de tensión ensu resistencia al paso de la corriente de descarga debe ser también inferior a la que puedesoportar el material protegido.

Debe ser capaz de disipar la energía liberada por el paso de la corriente de descarga através del mismo. Esta energía depende de la duración de la descarga y del valor de lacorriente.Es preciso situarlos lo mas cerca posible de los aparatos a proteger para evitar fenómenosde reflexión de ondas que puedan originar tensiones en estos aparatos superiores a lamáxima tensión garantizada en bornes del pararrayos, lo que se denomina nivel deprotección.

Es necesario también que las conexiones a tierra y a la línea sean lo mas corta posible, parano sumar a la resistencia propia del pararrayo una resistencia excesiva de las conexiones queproduzcan un valor ip.R demasiado grande.


PARARRARRO DE CARBURO DE SILICIO-( SIC )

LA TENSIÒN DE CEBADO DEL DISPOSITIVO ES AQUELLA QUE

PRODUCE EL CEBADO DEL EXPLOSOR

FUNCIONES DEL EXPLOSOR:

BAJO CONDICIONES NORMALES DE EXPLOTACION, AISLAR ELPARARRAYOS.

CIUANDO APARECE UNA SOBRETENSIÓN, DEBE REACIONAR DEJANDOEL CONJUNTO DE VARISTORES EN PARALELO CON LA RED.

EL DISPOSITIVO DEBE SER CAPAZ DE EXTINGUIR EL ARCOELIMINANDO LA FALLA PRODUCIDA, LUEGO DE SUPERADA LAPERTURBACIÓN.

LOS EXPLOSORES SON PLANOS PARA BT Y MT, Y CON SOPLADO MAGNETICO PARA ALTA TENSION

Explosores: Dispositivo con espacio disrruptivo en aire y en los DSE, enserie con resistores no lineales. Su funcionamiento es en condiciónabierto o en cortocircuito. Presenta corriente subsiguiente.

Resistores no lineales: Presentan una resistencia eléctrica pequeñaante grandes corrientes de descarga producida por sobretensiones,limitando así la tensión residual o de protección Ur o Up. Presentanresistencias grandes a tensión de frecuencia industrial, limitando lacorriente subsiguiente. Son de óxido de zinc (ZnO) o carburo de silicio(SiC).


DSE de SiC con explosores

Cuando una sobre tensión transitoria llega al pararrayos y alcanza undeterminado valor uc, denominado tensión de cebado, se ceban losexplosores A, estableciéndose la corriente de descarga a través de loselementos de resistencia variable R y de las bobinas de soplado B.Normalmente, los explosores se construyen de forma que entre suselectrodos exista un numero de electrones libres superior al normal mediantela creación de un punto de campo eléctrico muy elevado entre los electrodos,de esta forma el cebado de los explosores es muy rápido. La variación rápidade la corriente de descarga ip hace que se engendre en las bobinas una femelevada que produce el cebado de los explosores F, que cortocircuitan lasbobinas (fase b), dejando solo en el circuito de descarga a los elementosresistivos R. Durante esta fase la tensión en bornes del pararrayos es igual alproducto R.ip y se denomina tensión residual del pararrayo ur al valormáximo del producto. Cuando la onda de sobre tensión se ha extinguido y serestablece en bornes del pararrayos la tensión de servicio, la corriente dedescarga que sigue o corriente subsiguiente is, de variación más lenta y devalor más pequeña que ip, hace que los explosores de cortocircuito de lasbobinas se apaguen espontáneamente, pasando ahora la corriente por estasbobinas. Se crea entonces un campo magnético longitudinal que produce elalargamiento del arco de los explosores de sellado, llevándole hacia una zonafría de la pared de la cámara del explosor (fase c) y aumentando suresistencia equivalente, este aumento hace disminuir is lo cual provoca unaaumento de las resistencias R y así sucesivamente hasta que is se anula y el

Proceso de drenaje energético del DSE

Se observa que hasta que la resistencia comienza su trabajo de descarga,transcurre un cierto tiempo en donde la tensión alcanza un valor máximo mayor a la tensión de cebado, descendiendo luego al valor de la tensión residual o de protección. El área bajo lacurva representa la energíaque es capaz de manejar elDSE.

PARARRAYOS DE OXIDO DE ZINC ( ZNO ) sin explosores

Aparecen a mediados de lo ochenta. Son producidos mediante la

sintetizaciòn , compactaciòn y mezcla polvos de óxidos de metales

diversos ( Bi, Sb, Mn, Co ) con polvos de òxidos de zinc.

Región 1, predescarga, prerruptura o líneal,, también zona óhmica

es la zona de trabajo del DSE, existe una corriente de fuga ,

proporcional a la tensión,

La propiedad eléctrica más importante del ZnO,es la posibilidad de

soportar corrientes muy distintas en un estrecho márgen de

tensiones, V= 10 3, I= 10 11

El grado de alinealidad depende del proceso de fabricación,

geometría del elemento, sección, longitud.

Región 2, de descarga, ruptura ao no lineal. En esta región grandes

aumentos de corriente producen pequeños incrementos de tensión

residual, esta es la zona de protección del pararrayo, cuando aparecen

sobretensiones.

Región 3, de alta descarga, zona de ruptura, aquí vuelve a ser lineal.




Tensión Nominal ó Asignada: Ur max tensión eficaz que soporta el DSE,

durante 10 seg, despues de haber sido sometido ha un ciclo descargas de alta

duración. Tiene que ver con la respuesta del DSE para soportar e sobretensiones

Temporales y evalua la estabilidad del mismo despues de ocurrida las descargas.

MCOV ó Uc : Tensión eficaz máxima de operación continua a frecuencia

industrial.

Tensión residual: Ur o Up, es el valor de cresta de la tensión que aparece entre

sus terminales durante la circulación de la corriente de descarga, para una onda de

rayo normalizada 8/20 microseg. ó 30/60 micros., para maniobra (ver tablas )

Tensión residual para Maniobra: SIPL ( switchigng impulse protección level)

tensión que aparece entre sus terminales con la actuación y la corriente de

descarga, para una onda de maniobra. Define el nivel de protección para

sobretensiones de maniobras.

Tensión residual para impulsos tipo Rayo: LIPL ( ligthing impulse protección

level) tensión que aparece entre sus terminales con la actuación y la corriente de

descarga, para una onda de rayo. Define el nivel de protección para

sobretensiones de rayo.

Corriente Nominal de descarga: Valor normalizado de la Corriente de cresta

drenada a tierra durante la operación del DSE. (8/20 μ seg ), 1.5;2,5;5; 10 y 20 KA

Clase de Descarga de Línea

La Norma IEC 60099-4, fija cinco clases de DSE según su uso y su capacidad de

absorber energía. Los de distribución son los de Clase 1, y las clase 2 a 5 son de

Estaciones Transformadoras y LAT. A mayor Clase, mayor capacidad de evacuar

energía.

CLASE 1: 2,85 a 3,9 KJ/KV.CLASE 2: 4,3 KJ/KV, Corriente impulsiva de larga duración 500 A, 2 m seg.CLASE 3: 7,5 KJ/KV, Corriente impulsiva de larga duración 700 A, 2 m seg.CLASE 4: 9,5 KJ/KV, Corriente impulsiva de larga duración 1200 A, 2 m seg.CLASE 5: 13 a 15 KJ/KV, Corriente impulsiva de larga duración 1600 A, 2 m seg.

Capacidad para soportar sobretensiones temporales: (TOVc) es el

valor eficaz de la maxima sobretensión temporal que es capaz de soportar entre sus

terminales,durante un tiempo determinado, gralmente, 1seg o 1 min. Es levemente

superior a Ur

Soportabilidad de corrientes de falla: Es la corriente que debe soportar el DSE después de cebarse, dependiendo de donde está ubicado en el sistema.Icc = Scc / 3 ½ Um. Clase de limitador de presión instalación de un sitema de evacuación de la

presión resultante, muy importante en envolturas de porcelana.

Linea de Fuga: en función del grado o nivel de contaminación.


Otros ensayos según IEC 60099


Características del DSE Marca ABB Mod. PEXLIMQ 120


Criterios de Selección

Elección correcta de la clase descarga y la corriente nominal de

descarga.

Inserción del parrayo en el sistema. Dede ser capaz de soportar la tensión

max. Del sitema, y las sobretensiones temporales que aparezcan.

Debe tener una linea de fuga mínima para garantizar q no se generen

contorneos.

Selección de los niveles de protección, debe ser capaz de limitar las

sobretensiones por maniobras y rayo, por debajo de los niveles que

soportan las aparamenta.

Donde instalarlos,??

Próximo a los devanados de los transformadores en ambos lados,

En la llegada de líneas a estaciones transformadoras, para proteger IAP, y

equipamiento de descargas ceráunicas.

En las transiciones aéreas-subterraneas.

En tramos de líneas., muy críticos .


1. Elección de la corriente nominal y clase de descarga: en función de la Un

del sistema, y recomendaciones dadas por la 60099, tablas 6.13 y 6.14.

2. Elección de la Tensión de Funcionamiento Continuo, se debe cumplir que

Uc= Umax/ √ 3 .

3. Elección de sobretensiones temporales, se calcula una Ueq, para 10 seg.

Ueq= Ut [ T/10 ] 0.02 TOVc (10 s) ≥ Ueq

Donde T es el tiempo de despeje de falla, .6 a 1 segundo.

Ut= k * Umax. / √ 3 . Umax del sistema. Con k ente 0.9 y 1.4


4. Elección de la Línea de fuga: se elige en función del nivel de

contaminación de la zona. Tabla 6.9.

5. Margen de protección a impulsos tipo rayo. : resultará del cociente

entre el NBA ó BIL para rayo del equipamiento, y el nivel de protección

contra rayo del DSE, no debe ser inferior a 1,2 .

6. Margen de protección a impulsos tipo maniobra: resultará del cociente

entre el NBA ó BIL para maniobra del equipamiento, y el nivel de

protección contra maniobra del DSE, no debe ser inferior a 1,15 .

6. Determinación de la Tensión Nominal ó Asignada Ur

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional Rosario Aislamiento de los

equipos








Magnitud de las corrientes de descarga de rayos-probabilidad de ocurrencia

Iram 2281, niveles de corriente de descargas atmosféricas esperadas

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