TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA II UNIDAD VI

Transcripción

1 UNIDAD VI SOBRETENSIONES Y PARARRAYOS

2 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.

3 Definición y Tipos de Sobretensión 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)

4 Definición y Tipos de Sobretensión 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.

5 Definición y Tipos de Sobretensión Las mismas se clasifican según su origen y forma de así:

6 Definición y Tipos de Sobretensión 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

7 Definición y Tipos de Sobretensión 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

8 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.

9 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:

10 Se observa que presenta un crecimiento para tiempos pequeños que corresponden a ondas de tensión aplicadas de gran pendiente. Figura 1

11 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;

12 el desarrollo de este fenómeno exige, naturalmente, un cierto tiempo, tanto más pequeño cuanto más elevada es la tensión aplicada al explosor.

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

14 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.

15 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

16 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.

17 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:

18 Figura 3

19 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.

20 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.

21 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).

22 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

23 Explosores o Pararrayos de Cuernos 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.

24 Explosores o Pararrayos de Cuernos

25 Los Explosores se instalan en: - Líneas aéreas de AT. -Líneas aéreas de tracción para tranvías, trenes, etc.

26 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.

27 Pararrayos Autoválvulares o Descargadores. -Varistancias y Explosores.

28 Pararrayos Autoválvulares o Descargadores. 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.

29 Pararrayos Autoválvulares o Descargadores. De óxido de zinc (ZnO). 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.

30 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.

31 Pararrayos Autoválvulares. De óxido de zinc (ZnO).

32 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

33 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

34 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

35 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

36 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

37 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

38 Aplicaciones más usuales de las autoválvulas.

39 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.

40 Protección con Cables o Hilos de Guarda 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).

41 Protección con Cables o Hilos de Guarda 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).

42 Protección con Cables o Hilos de Guarda