Fuentes de Sobretensiones. Internas o externas al sistema Rayos. Sobretensiones por maniobras Sobretensiones Temporales. Rayo directo Inducción

Transcripción

1 PARARRAYOS

2 Los Temas de Hoy Fuentes de Sobretensiones Protección contra Sobretensiones Función de un Pararrayo Diseños/Construcción de Pararrayos Factores que Afectan la Protección del Transformador Verificando los Pararrayos en servicio

3 Fuentes de Sobretensiones Internas o externas al sistema Rayos Rayo directo Inducción Sobretensiones por maniobras Sobretensiones Temporales Fallas de línea a tierra Incremento en fases sin falla

4 Incidencia e Intensidad de Rayos Órbitas Áreas Destellos Grupos Eventos (Creado 12 de Abril de de Diciembre de 1997

5 Rayos y Sistemas de Energía El Rayo es una fuente de corriente Energía de las nubes liberada como sobrecorriente momentánea Los voltajes asociados con rayos son una función del impulso de corriente e impedancia del circuito Los rayos cercanos pueden inducir una carga en al línea El voltaje se propaga como una onda viajera

6 Protección contar Sobretensiones Nivel Básico de Aislamiento al Impulso (BIL) Típicamente 95 a 150 kv en equipo de distribución Pararrayos Un dispositivo de protección para limitar el voltaje en el equipo mediante descarga o desviación de la sobrecorriente Cables Blindados Usados para blindar a los cables de fase contra rayos directos Comúnmente empleados en líneas de transmisión El neutro aterrizado en la parte superior de la linea puede actuar como cable blindado para circuitos de distribución

7 Certificaciones del Pararrayos IEC es la Norma Europea. IEEE C62.11 es la Norma que rige la certificación del diseño de los Pararrayos Certificaciones estándar de otros países y servicios públicos. Las clasificaciones estándar del Pararrayo requieren diferentes requisitos en pruebas de certificación.

8 Ondas Viajeras Causadas por un cambio repentino en el voltaje o corriente Tiempo requerido para que la sobrecarga se propague hacia abajo en la línea Las ondas son reflejadas o refractadas en los puntos abiertos de la línea En un punto abierto, la onda de voltaje se refleja completamente de modo que se dobla su magnitud

9 Onda de Corriente La onda de corriente 8/20 (se pronuncia 8 por 20) es usada por los fabricantes para simular la corriente de un rayo para probar el diseño de los Pararrayos de distribución 8 es el tiempo de elevación del pico en microsegundos 20 es el tiempo para llegar a un 50% del valor del pico Los rayos del mundo rea usualmente tiene un tiempo de elevación pico de 1 a 4 microsegundos.

10 Función de un Pararrayo Limita el voltaje a través de sus terminales a un cierto valor Soporta el voltaje nominal línea a tierra Facilita la conducción ( enciende ) durante sobrecargas Resella ( apaga ) después de pasar la sobrecarga

11 Qué hace un Pararrayo?

12 Voltaje de Distribución Transformador Sin Pararrayo Bajo Voltaje

13 Voltaje de Distribución Transformador CON Pararrayo Transformador Bajo Voltaje

14 Qué hace un Pararrayo? No Absorbe el rayo No Detiene el rayo Sí desvía el rayo Sí corta (limita) el voltaje producido por el rayo Sí protege el equipo instalado en paralelo.

15 Tecnología MOV del Pararrayo Introducida en 1970 Discos MOV comportamiento altamente no lineal como los discos de SiC, ya no se requiere de huecos(gaps) Términos Ur Voltaje Nominal o de Voltaje de Trabajo por ej. 10, 12, 15, 18 kv..360 Uc = Voltaje de operacion máximo continuo Capacidad de Sobretensión Temporal (TOV) > Durante cuánto tiempo puede sobrevivir un Pararrayo cuando se opera por encima de su Uc.

16 Cómo trabajan los Pararrayos MOV Discos MOV altamente no lineales Dispositivo semiconductor Características V-I Opera como una valvula controlado por voltaje Entra en conducción cuando el voltaje se eleva arriba del voltaje de operacion Se apaga después de pasar la sobrecarga

17 Voltaje de Descarga del Pararrayo Volts, kv SiC MOV MCOV Ideal 100a 20Ka Amps

18 Tecnología de Pararrayos SiC vs. MOV Pararrayo MOV Pararrayo de Carburo de Silicio

19 Distribución de Voltaje CARBURO DE SILICIO CARBURO DE SILICIO CARBURO DE SILICIO CARBURO DE SILICIO MOV SIN HUECOS

20 El Proceso de Fabricación del Disco Tecnología y Experiencia Inspección y Aceptación del Material Preparación del Polvo (material principal de Zn0) Formado Sinterización Acollarado Pulido Metalizado Pruebas

21 Construcción interna del Pararrayo MOV Electrodo Disco MOV Electrodo

22 Construcción del Pararrayo La mejor opción; El envolvente El material del envolvente de polímero de Cooper Power Systems es el Hule Silicon.

23 Hule Silicon El Hule Silicon tiene ventajas sobre los otros materiales de polímero en: Capacidad para repeler el agua. Menores pérdidas de watts superficiales al estar mojado. Mayor resistencia al daño de radiación UV.

24 Hule Silicon vs Polímeros EPDM

25 Definiciones de Material Estructura de EP (Etileno Propileno) de EPDM y EPR EPDM (Monómero Dien de Etileno Propileno) EPR (Hule de Etileno Propileno)

26 Hule Silicon Porqué usar Hule Silicon en lugar de otros materiales de polímero? > La experiencia y pruebas nos dicen que es el mejor material respecto a desempeño de aislamiento a largo plazo.

27 El Material del envolvente de Energía (kj/m) Hule Silicon UltraSIL Resistencia contra Radiación Ultravioleta La energía de enlace molecular del Hule Silicon UltraSIL TM es más fuerte que la energía de la radiación UV Energía de Enlace de Polímeros Basados en Carbono (EPRs, EVAs) (Luz del Sol ) Energía de Enlace del Caucho de Silicio UltraSIL

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29 El Hule Silicon tiene la superficie hidrofóbica de más larga duración del mercado

30 Lo que significa una vida más larga y menos corriente de fuga

31 Otra marca después de 5 años A diferencia de

32 Hule Silicon UltraSIL después de 5 años

33 EPR s vs Hule Silicon Diferencia Importante Los hules EPR se basan en carbono Los hules silicon se basan en silicio Los polímeros basados en carbono no se desempeñan como el hule de silicio, sin importan cuanto aceite de silicio se les agregue!

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35 Porcelana vs. Hule de Silicon Alivio de presión Controlado direccionalmente con puertos Fuerza de cantilever Más alta Peso Alto-10 kv 22 kg Alivio de presión No controlado direccionalmente Fuerza de cantilever Más baja Peso Bajo-10kv 4 kg

36 Pararrayos de Distribución de Porcelana Sin capacidad de soportar Altas corrientes de Los Pararrayos de Hule de Silicon UltraSIL de 10kA tienen una capacidad de resistencia de corriente de falla de 20kA. Los Pararrayos de distribución de porcelana típicamente no tienen capacidad de soportar altas corrientes de fallas (se rompe) Explotan potencialmente si se dañan internamente lo cual puede lastimar personas y destruir propiedad.

37 Desconectadores Desconectador e indicación visual si el Pararrayo se daña internamente Si el aislador opera, entonces reemplace el Pararrayo.

38 Seleccionando un Pararrayo Magnitud de TOV Pararrayos usualmente seleccionados con el voltaje máximo de fase a tierra en una fase sin falla durante falla de una linea a tierra Régimen Nominal de MCOV Coordinación de Aislamiento Máximo voltaje de descarga > Voltaje de descarga más bajo = mejor para el equipo Material del envolvente Tornillería de montaje

39 Determinando el (Uc) MCOV Ejemplo Seleccione un Pararrayo para una aplicación de distribución aérea. El sistema está aterrizado en estrella, kv LL o 7200 kv LN. Solución: Determine el voltaje nominal del Pararrayo con base en el (Uc) MCOV V MAX(L-G) = (V LN )(Factor de regulacion) Factor de regulación = 5% V MAX(L-G) = 7200 x 1.05 = 7560 V Se necesita un (Uc) MCOV de 7560 V o más. Los Pararrayos de Voltaje Nominal de 9 kv (Ur) tienen un MCOV (Uc) de 7650 V.

40 Falla de Fase a Tierra y Sobretension Temporal (TOV) en fases sin falla Aumentos de Voltaje Individuales de Línea a Tierra (TOV) en Fases sin Falla para Diferentes Configuraciones de Sistema Tipo de Sistema Estrella Multi Aterrizada de Cuatro Hilos Cable Espaciador (Estrella 4 hilos) Baja Impedancia de Tres Hilos Aterrizado Alta Impedancia de Tres Hilos Aterrizado Delta Sobretensión por unidad

41 Determinando la Sobretensión Continua Máxima del Pararrayo (Uc) Ejemplo Delta de 23kv, falla de 100 seg, factor de regulación = 5% Vmax=(23/1.73)1.05 = 13.3kV Max TOV durante falla de Fase a Tierra? Vtov= 13.3(1.73) / p.u. Uc a 100seg (curva de TOV) = 23/1.217 = 18.9kV Se necesita Voltaje nominal del Pararrayo (Ur) con Uc de Pararrayo > 18.9 kv para que el Pararrayo soporte los requerimientos de TOV del sistema Pararrayo con Voltaje nominal de 24 kv con Uc de 19.5kV

42 Curvas de TOV (Sobretension Temporal) Típicas del Pararrayo Voltaje (COV por unidad) Con energia Previa Sin energia Previa Tiempo (Seg)

43 Apartarrayo clase Bajo Voltaje (Secundario) Apartarrayo Storm Trapper Modelos de 1, 2 y 3 Fases en 175, 240, 480 y 650 Voltios Nominales. Tres Opciones: Montado Externo Con Gabinete de Metal Montado Bajo Aceite

44 Clase de Bajo Voltaje (Secundario) Pararrayo Baja Tension para protegen contra sobrecargas que se presenten en el lado secundario del transformador. Se estima que 50-70% de todas las fallas de transformadores se deben a descargas del lado BT.

45 Pararrayos Clase Distribución Subterranea Otro tipo de Pararrayos clase distribución es el que se usa en sistemas subterráneos. Pararrayos Tipo Codo y Boquilla Estacionaria.

46 Pararrayos Clase Distribución Pararrayos con Envolvente de Hule UltraSIL MOV 5 ka (10 ka)

47 Pararrayos Clase Estación Envolvente de Porcelana AZG2, AZG3, AZG4 AZES AZEH, AZEX Envolvente UltraSIL (Hule silicon) U2, U3 y U4 US, UH, UX

48 Productos Opcionales disponibles para Pararrayos de Estación Contadores de sobrecarga Bases Aislantes

49 Los Contadores de Sobrecargas y las Bases Aislantes que se usan con Pararrayos de carburo de Silicio para monitorear descargas disruptivas en entrehierros no son necesarios para los Pararrayos MOV TORNILLERÍA M12 (TÍPICA 2 TIRAS DE TIERRA DE CORRIENTE DE COBRE EN PARALELO Pararrayo CONTACTO AUXILIAR OPCIONAL (304 mm) DE REFERENCIA TORNILLERÍA PROPORCIONADA (324 mm) DE REFERENCIA COLGADOR DE SOPORTE PLANO PROPORCIONADO CON LA BASE AISLANTE (VER NOTA 1) SOPORTE DE BASE DEL AISLADOR TORNILLERÍA DE 12 mm o.5 DE ESTRUCTURA NO PROPORCIONADA ESTRUCTURA DEL CLIENTE

50 Factores que Afectan la Protección de los Transformadores Voltaje de descarga del Pararrayo (LPL) Longitud del cable Montaje del Pararrayo Cables con bobina Rango de incremento de sobre corriente Deterioro de BIL

51 Selección del Pararrayo Seleccionar un Pararrayo para una aplicación de distribució aérea. El sistema es Delta, 13200V LL. Calcular el voltaje de Línea-Neutro/Tierra VL-N = VL-L/1.732 = 13200VLL/1.732 = 7621V Determinar el voltaje nominal del Pararrayo con base en Uc V MAX(L-G) = (V LN )(Factor de Regulacion ) Factor de regulación = 5% V MAX(L-G) = 7621 x 1.05 = 8002V Usar un Pararrayo con régimen nominal de Ur con Uc >= 8002V o más?. Un Pararrayo de 10 kv tiene un Uc de 8400V. Esto es Aceptable?

52 Selección del Pararrayo Respuesta: No Un Circuito en Estrella no Aterrizado o Delta puede experimentar voltaje Línea a Línea en las fases sin falla durante una falla L-N/L-G. Se tiene que seleccionar un voltaje nominal de Pararrayo con Uc por encima del voltaje L-L. Qué voltaje nominal del Pararrayo (Ur) tiene un Uc por encima del voltaje L-L de 13200V x 1.05 (factor de regulación ) = 13,860V? Respuesta: Pararrayo con Voltaje nominal de 18kV (Ur) con Uc = 15.3 kv