6.1 INTRODUCCION

Los supresores de sobretensiones están conectados a través de un aparato para proporcionar una ruta de baja resistencia y para limitar los diversos tipos de tensiones transitorias por debajo del nivel correspondiente aislamiento del aparato. Un descargador de sobretensión debe actuar como un circuito abierto durante el funcionamiento normal del sistema, limitar las tensiones transitorias a un nivel seguro, y que el sistema vuelva a su estado normal modo de funcionamiento tan pronto como las tensiones transitorias se suprimen Por lo tanto, un aumento tope debe tener una resistencia muy alta durante el funcionamiento normal del sistema y una relativamente baja resistencia durante voltajes transitorios; es decir, su tensión-corriente (V-I) característica debe ser lineal.

Hay dos tipos principales de pararrayos: el tipo de expulsión y el tipo de válvula. Puede haber descargadores de expulsión todavía en uso, pero que ya no se fabrican, y que no son revisados en este capítulo

Descargadores de válvulas constan de resistencias no lineales que actúan como válvulas cuando las tensiones son aplicada a ellos. Hay dos tipos de descargadores de válvula: carburo de silicio (SiC) y el metal óxido (MO).

Los primeros dispositivos de protección utilizados espinterómetros conectados en serie con los discos hechos con un no lineal

Material de SiC. Las vías de chispas proporcionan la alta impedancia en condiciones normales mientras que los discos de SiC impiden el flujo de la corriente siguiente cebado. La característica V-I de tipo SiC descargadores de sobretensiones son una combinación de ambos el disco de SiC y el comportamiento brecha.

El material varistor MO utilizado en descargadores de sobretensión de alta tensión moderno tiene una gran no lineal característica V-me. Los varistores se componen de óxido de zinc (ZnO) en polvo y huellas de óxidos de otros metales con destino en un molde de cerámica. Su característica evita la necesidad de espinterómetros serie. Por lo tanto, el comportamiento eléctrico está determinado únicamente por las propiedades de los bloques MO.

La característica V-I de ambos elementos de válvula de SiC y ZnO se muestra en la Figura 6.1. Nota la diferencia entre las corrientes de fuga en los dos tipos de válvulas para una tensión dada. Las series brecha es esencial para un descargador de válvula de SiC para evitar el embalamiento térmico durante el funcionamiento normal, mientras que la operación sin pausas es posible con pararrayos ZnO debido a la baja de fuga corriente durante el funcionamiento normal.

Ambos tipos de descargadores se revisan a continuación, pero el resto del capítulo se dedica a laMO sobretensiones, ya que es el tipo más común que está instalado actualmente.

El objetivo de este capítulo es proporcionar procedimientos para el desarrollo de modelos y la selección de pararrayos MO. El capítulo incluye un resumen de los requisitos de pararrayos, según lo establecido en las normas, una descripción de MO sobretensiones modelos de pararrayos para el dominio del tiempo simulación, una introducción a los modelos de análisis térmico, procedimientos detallados para seleccionar pararrayos para los niveles de transmisión y distribución (> 1 kV), directrices de aplicación, y algunos ejemplos que ilustran cómo seleccionar y desarrollar modelos para diversas aplicaciones en diferentes niveles de voltaje.

Una comparación de las características principales y el comportamiento de los descargadores de válvula de SiC y tanto sin pausas y con huecos descargadores de válvula MO se presenta en la siguiente sección.

Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y el Instituto de Ingenieros eléctricos y electrónicos estándares (IEEE) son una fuente muy valiosa de información sobre los aspectos principales (calificaciones, requisitos y diseños de prueba, clasificación, selección, aplicación) de cualquier tipo de descargadores de [2-10]; Se anima a los lectores a consultar las normas, que son revisados y actualizados periódicamente.

6.2 válvula de tipo Pararrayos

6.2.1 Descargador Gapped Carburo de Silicio

SiC descargadores con huecos consisten en vías de chispas serie con o sin bloques de la serie de no lineal resistencias que actúan como limitadores de corriente. El bloque limitador de corriente tiene una resistencia no lineal características. Las resistencias no lineales se construyen a partir de SiC en polvo mezclado con una unión de materiales, moldeado en un disco circular y al horno. El diámetro del disco depende de su energía calificación, y el espesor de su tensión nominal. La característica V-I de un no lineal SiC bloque de válvulas tiene un bucle de histéresis de tipo, siendo la resistencia más alta durante la parte ascendente del impulso de corriente que durante la cola de la onda de corriente, como se muestra en la Figura 6.2. Las propiedades no lineales son debido a las propiedades de resistencia de temperatura de la unión entre los cristales de SiC.

La función del espacio de aire es aislar el bloque de limitación de corriente de la frecuencia de la energía-tensión en condiciones normales de funcionamiento. Sin una brecha, una fuente de frecuencia corriente de fuga sería constante flujo a través del bloque de válvulas, lo que sería un sobrecalentamiento el bloque, y eventualmente podría conducir a la fuga térmica. La brecha serie chispas sobre si el magnitud de la tensión aplicada excede un nivel preestablecido. El voltaje de descarga disruptiva depende en la forma de onda de voltaje: la más pronunciada es la subida de la tensión, la mayor sea el voltaje de cebado.

Una vez que la energía en la tensión transitoria se disipa, el poder de seguir la voluntad actual de flujo a través de los elementos de válvula. Una corriente relativamente alta seguirá flujo a través de la pararrayos, después de cebado y después de la sobretensión ha ido al suelo, si el voltaje de la fuente a través del descargador es lo suficientemente alto, ya que el arco brecha

tiene una resistencia baja y la corriente está determinada principalmente por la característica V-me del bloque de SiC. La caída de tensión en las válvulas se eleva con la corriente de descarga que fluye a través de ellos. Sin embargo, debido a la no linealidad de los bloques de válvulas, el flujo de corriente será tan bajo que el arco a través los elementos brecha serie se vuelva inestable y puede ser apagado, aislando así la potencia-frecuencia fuente del descargador. La operación combinada de la brecha y limite de corriente resultados de bloque en la característica tensión-corriente ilustrados en la Figura 6.3 [1]. Nota que el cebado y el voltaje de descarga no son iguales. Para asegurar la extinción del arco y resellado, se proporciona un mecanismo para el control de la arco. Un efecto importante de este control es que para transitorios rápidos casi toda la tensión aparece a través del bloque de limitación de corriente.

6.2.2 sin pausas metal pararrayos de óxido

Un varistor MO se forma a partir de una variedad de materiales a través de un proceso de fabricación que proporciona las propiedades eléctricas deseadas al varistor. La estructura típica de un MO varistor consiste en partículas altamente conductoras de MO, por lo general ZnO, suspendidas en un semiconductor material. El proceso de fabricación determina el tamaño de las partículas MO así como el espesor y la resistividad del material semiconductor. En un supresor sin pausas bloque MO se somete continuamente a la tensión a frecuencia, pero el powerfrequency corriente de fuga a través de un descargador de MO es tan pequeño que no hay peligro de una fuga térmica.

La característica V-me de un descargador de sobretensiones MO exhibe una rodilla para corrientes pequeñas (en la región de miliamperios). La característica tensión-corriente de un bloque de MO en la protección región (alta flujo de corriente) es insensible a la temperatura del bloque, pero el de voltaje característica de corriente cerca de la rodilla es sensible a la

temperatura, ver Figura 6.1. Para un aplicado cerca de tensión nominal, la corriente eléctrica a través del descargador es principalmente capacitiva y la valor bajo en el orden de un miliamperios. A medida que aumenta la tensión, la corriente aumenta mucho mas rápido. El aumento de la corriente se produce en el componente que está en fase con la tensión mientras que el componente capacitivo permanece constante. La tensión de descarga de sobretensiones para una magnitud de corriente dada es directamente proporcional a la altura de la pila de elemento de válvula y es más o menos proporcional a la descargador puntuación voltaje. El funcionamiento de un descargador de sobretensiones es sensible a la velocidad de aumento de la oleada entrante corriente: cuanto mayor sea la velocidad de aumento de la corriente, el voltaje más el descargador limitar eleva. Se ha sugerido que la tensión de descarga más alta del bloque de MO para tasas más altas de aumento actual se debe a la negativa coeficiente de temperatura de la resistencia de la válvula, ver Figura 6.1. La temperatura instantánea y la resistencia de un bloque de válvulas es una función de la energía disipada en el bloque hasta ese instante. Sin embargo, la energía disipada en una bloque de válvulas para cualquier específi c nivel actual en el frente de la onda de corriente es más pequeña para una más rápido que la corriente para una corriente ascendente más lento en el mismo nivel de corriente ascendente. Entonces, la resistencia instantánea de un bloque de válvulas será mayor para una corriente más rápido que el aumento para una corriente lenta de levantamiento. Por lo tanto, el voltaje de descarga para una corriente de más rápido aumento será más alto.

En la construcción anterior los elementos Mo fueron rodeados por un medio gaseoso y las Ajus tes fi finales fueron generalmente selladas con anillos de goma. Con el tiempo en servicio, especialmente en ambientes hostiles, los sellos tienden a deteriorarse permitiendo la entrada de humedad. En la década de 1980 se desarrollaron pararrayos poliméricos alojados. En su diseño de la superficie de los elementos MO columna se une homogéneamente con la resina de fibra de vidrio reforzado con fi. Esta construcción es libre de huecos, da la unidad de una alta resistencia mecánica, y proporciona una dieléctrica uniforme en la superficie de la columna de la MO. El material de la carcasa es resistente a seguimiento y adecuada para la aplicación en las regiones contaminadas. Las ventajas de la polymerichoused descargadores más de sus equivalentes de porcelana alojados son muchas e incluyen modular la luz montaje, sin riesgo para el personal o equipos adyacentes durante el funcionamiento corriente de falla, o disminución de problemas Ashover fl contaminación.

Para reducir y simplificar el mantenimiento, descargadores integrados en equipos (por ejemplo, los aisladores de línea) se han desarrollado niveles tanto de distribución y transmisión [13,14].

6.2.3 pararrayos metálicos Gapped de oxido

El descargador de MO tiene varias ventajas en comparación con el descargador de SiC (simplicidad de diseño, disminución de características de protección, capacidad de absorción de aumento de la energía); sin embargo, la tensión a frecuencia permanecen de manera ininterrumpida a través de la MO. Altas corrientes pueden ser el resultado de las sobretensiones temporales (TOVS), tales como fallas o ferrorresonancia, y producir calefacción; si los TOV son suficientemente grande en magnitud y tiempo de duración, temperaturas pueden aumentar suficiente para que se produzcan escapes térmicos y el fracaso. En adición, aumenta la tensión de descarga como el descargador descarga y la corriente aumenta.

El rendimiento de MO bloques en las corrientes de descarga más altas se puede mejorar mediante el equipamiento con una brecha de derivación, que está diseñado para cebado cada vez que la corriente de descarga a través del descargador supera un cierto valor; por ejemplo, 10 kA. Un típico descargador V-me derivación con huecos

característica se ilustra en la Figura 6.4 [5]. Inicialmente, el voltaje aumenta con el descargador la oleada actual después de la gama A-B de la característica V-me. Cuando la corriente de choque magnitud alcanza de 250-500 A (rango B a C), descarga disruptiva de una brecha conectado en paralelo con unos MO elementos de válvula resulta en una derivación de la corriente alrededor de estos elementos de válvula, y un voltaje de descarga inferior (en el rango de D a E). Con un aumento de corriente adicional, la aumenta la tensión de acuerdo con la característica E-F. A medida que la corriente de choque disminuye, las disminuciones de tensión pararrayos siguientes la característica F-G hasta que las brechas de derivación extinguen a un bajo nivel de corriente. Después de la extinción de la corriente de fuga pararrayos, el descargador operación vuelve al punto A.

Algunos descargadores de clase de distribución utilizan lagunas de la serie que se desvían por una componente lineal de red de impedancia. Una característica típica de V-me se ilustra en la Figura 6.5 [5]. Los descargadores de tensión comienzan a subir con el transitorio de corriente en el rango de A-B. A eso de las 1 A (dependiendo de la velocidad de aumento en el rango de B a C), los huecos de descarga disruptiva y la tensión de descargador se reduce a la tensión de descarga de sólo los elementos de válvula MO. Para mayor aumento de sobretensión, la corriente aumenta de tensión según la característica D-E-F. Como el aumento corriente disminuye, la tensión pararrayos disminuye en consecuencia, a raíz de la característica F-G hasta que los huecos de la serie extinguir a un bajo nivel de corriente.

Las ventajas de MO pararrayos en serie con huecos para diferentes tipos de aplicaciones se han discutido en varios documentos.

6.3 metal pararrayos de óxido Requisitos

6.3.1 Introducción: descargador de Clasificación

Algunas de información (de voltaje, clase o descarga de corriente, frecuencia) es necesario para identificación de un descargador de sobretensión MO. Estos valores se obtienen de las pruebas establecidas y detallado en las normas.

Normas IEC clasifican descargadores de acuerdo con la corriente nominal de descarga y la línea la clase alta. Descarga actual y la clase alta no se puede seleccionar de forma independiente el uno del otro [15].

Estándares IEEE clasifican descargadores en tres clases principales de durabilidad o capacidad [4]:

(1) La estación, que se utiliza principalmente en los sistemas de AT y MAT; (2) intermedia, que se utiliza entre la estación y la distribución; y (3) de distribución, que se utiliza en sistemas de distribución, y aún más dividido en servicio pesado, servicio normal, y de poca potencia. Además, descargadores específicos se producen para sistemas de distribución: el descargador poste vertical de los cables, el descargador de frente muerto para Padmount transformadores y el descargador líquido sumergido utilizado internamente en un transformador. También descargadores son fabricados para su uso en líneas de transmisión o distribución. Se colocan a través el aislamiento de línea para mejorar el rendimiento de un rayo.

Normas IEC para alta tensión (> 1 kV) descargadores se denotan IEC 60999; para el metal sin pausas pararrayos de óxido, Parte 4 define las pruebas y clasificaciones [8], mientras que la Parte 5 detalles de la aplicación recomendaciones. Principales estándares IEEE para pararrayos MO son C62.11, que pruebas define y clasifica que proporciona la guía de aplicación.

Mientras que en el servicio de un descargador de sobretensiones MO debe soportar el máximo valor rms de tensión a frecuencia industrial que puedan aparecer entre sus terminales y ser capaces de operar bajo la TOV máxima que puede ocurrir en su ubicación durante el período de tiempo que tales existirá sobretensión. Además, el descargador debe tener una mayor capacidad de energía que la energía asociada con la conmutación esperarse sobrecargas en el sistema.

Las calificaciones de un descargador de sobretensión MO en la Guía IEC aplicación son la continua tensión de funcionamiento (COV), la tensión nominal (capacidad de TOV en 10 s), el nominal alta, la clase de descarga de línea actual, y la clase de alivio de presión. El nominal corriente de descarga se selecciona por cálculo o estimación de la corriente del rayo descargar por el pararrayos. La clase de descarga de línea se selecciona por comparación de la capacidad de energía pararrayos con la descarga de energía requerida. La clase de alivio de presión se selecciona por comparación con la corriente de fallo del sistema.

La selección de un descargador de MO de acuerdo con el estándar IEEE se basa en información similar. La tensión nominal-IEC es similar a la tensión de ciclo de trabajo IEEE excepto que en IEEE esta tensión no se define en términos de la capacidad TOV. Por lo tanto, para determinar descargador clasificaciones, las siguientes reglas deben ser consideradas:

 1. La tensión de estado estable que el descargador puede apoyar definitivamente india, conocido como la máxima tensión de funcionamiento continuo (MCOV) en IEEE y COV en la IEC, debe ser igual o mayor que la tensión máxima del sistema de línea a tierra.

 2. El TOV a través del descargador de sobretensiones debe ser menor que la capacidad TOV descargador. Potencia del sistema Transitorios: Determinación de parámetros

 3. Energía oleada de conmutación descargado por el descargador debe ser menor que la energía capacidad.

 4. La corriente de alivio de presión debe ser igual o mayor que la corriente de defecto. Cada clase y tipo de descargador es sometido a una serie de pruebas, que puede ser dividido entre los que sirven a define la capacidad de sobretensiones para protegerse (durabilidad / capacidad) y los que definir la capacidad de sobretensiones para proteger el equipo de los que es aplicados (características de protección). Además, los fabricantes proporcionan capacidades de energía define la capacidad descargador para descargar la energía en una oleada de conmutación o un rayo la descarga. Los exámenes para establecer estas energías todavía no están incluidos en las normas. Como ejemplo, requisitos de prueba en específico en IEEE estándar se muestran en la Tabla 6.1.

TABLA 6.1

IEEE pararrayos clasificación y prueba Requisitos