Estructura del Pararrayos y Tecnología de Pruebas Eléctricas

Domina la estructura interna de los Pararrayos de Óxido de Zinc (MOA) y las pruebas eléctricas críticas, incluyendo el voltaje de referencia en corriente continua y la corriente de fuga para sistemas de potencia.

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China

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1. Papel Crítico de los Pararrayos en la Protección contra Sobretensiones en Sistemas Eléctricos

El pararrayos sirve como la primera línea de defensa contra las sobretensiones en los sistemas eléctricos. Su estado operativo determina directamente la seguridad de la aislación de equipos principales como transformadores, motores y interruptores. Los Pararrayos de Óxido de Cinc (MOA), con sus superiores características no lineales de voltaje-corriente, se han convertido en los dispositivos protectores más ampliamente utilizados en redes modernas. Comprender profundamente su configuración interna y realizar pruebas preventivas científicas es esencial para identificar defectos ocultos como el envejecimiento de las válvulas o fallas de sellado, asegurando así la estabilidad a largo plazo de la red.

2. Configuración Interna y Modelos de Características Eléctricas de MOA

2.1 Definiciones Clave

Pararrayos de Óxido de Cinc (MOA): Un dispositivo protector que utiliza la resistencia no lineal de las válvulas de óxido de cinc para limitar las sobretensiones. Mantiene un estado de alta impedancia a tensión de operación normal y se transfiere rápidamente a un estado de baja impedancia durante las sobretensiones para mantener el voltaje residual dentro de límites seguros.

2.2 Característica V-I de la Válvula de Óxido de Cinc:

I=k⋅U^α

Descripción:
Esta relación describe el comportamiento no lineal de corriente y voltaje de las válvulas de óxido de cinc. $I$ es la corriente que fluye a través de la válvula, $U$ es la tensión aplicada, y $k$ es una constante del material. $α$ (el coeficiente de no linealidad) es la métrica de rendimiento central; un valor más alto indica una mayor capacidad de clavado de voltaje durante las sobretensiones y menor pérdida de potencia a tensión de operación continua.

2.3 Componente de Corriente Resistiva:

I_r=I⋅cosϕ

Descripción:
La corriente total $I$ en un pararrayos consiste en un componente capacitivo y un componente resistivo $I_{r}$ . Al medir el ángulo de fase $ϕ$ , se puede aislar la corriente resistiva que representa el consumo de energía de la válvula y su estado de envejecimiento. Un aumento significativo en $I_{r}$ es un signo directo de ingreso de humedad o degradación de la válvula.

2.4 Clasificación Estructural

Carcasa de Aislamiento: Se clasifica en carcasas de porcelana y compuestas (caucho de silicona). Las carcasas compuestas ofrecen un excelente rendimiento antideflagrante y una superior resistencia a la contaminación.
Núcleo Interno: Compuesto por pilas de válvulas de óxido de zinc, soportes de aislamiento y resortes de presión para asegurar un contacto eléctrico ajustado.
Sistema de Sellado: Generalmente emplea un sello de doble capa lleno de nitrógeno de alta pureza para prevenir la oxidación y la contaminación por humedad.

3.Desarrollo Detallado de las Pruebas Preventivas Eléctricas Convencionales

3.1 Medición de la Resistencia de Aislamiento

Se mide utilizando un medidor de resistencia de aislamiento de 2500 V o 5000 V. Para los pararrayos con una calificación de 35 kV o menos, la resistencia de aislamiento no debe ser generalmente inferior a 1000 M $Ω$ . Para 110 kV y superior, no debe ser inferior a 2500 M $Ω$ .

3.2 Voltaje de Referencia DC $U_{1 mA}$ :

U_1 mA=f(I=1 mA)

Descripción:
Este valor es el elemento más crítico de las pruebas preventivas. Mide el voltaje DC necesario para causar un flujo de corriente de 1 mA a través del pararrayos. El valor medido debe compararse con el informe de prueba de fábrica; una desviación que exceda $\pm 5%$ indica un potencial deterioro de la válvula o una distribución de potencial desigual.

3.3 Corriente de Fuga al 75% $U_{1 mA}$ :

I_0.75≤50 μA

Descripción:
Medición de la corriente de fuga a 0.75 veces el voltaje de referencia DC. Generalmente, la corriente no debe exceder 50 $μ$ A. Un valor significativamente mayor indica la entrada de humedad debido a un fallo en el sellado o una contaminación superficial severa.

3.4 Tabla de Datos Técnicos y Comparación Diagnóstica

Ítem de Prueba	Estándar de Aprobación (MOA 110 kV)	Manifestación Típica de Fallo	Recomendación Diagnóstica
Resistencia de Aislamiento	$\geq 2500$ M $Ω$	Disminuye exponencialmente a 500 M $Ω$	Humedad interna o descarga externa
$U_{1 mA}$ Voltaje	$\geq 145$ kV (Valor ref.)	La disminución supera $5%$	Envejecimiento de la válvula o degradación del material
75% $U_{1 mA}$ Corriente	$\leq 50$ $μ$ A	Aumenta más allá de 200 $μ$ A	Falla en el sello, ingreso de humedad

4.Guía operativa para pruebas preventivas en campo y aplicación

4.1 Pasos de ejecución de las pruebas en campo

Preparación: Limpie completamente la superficie del pararrayos para eliminar el impacto de la corriente de fuga superficial en los resultados de medición.
Conexión: Los cables de alta tensión deben ser lo más cortos posible con suficiente separación, y el terminal inferior debe estar confiablemente conectado a tierra.
Prueba: Aumente gradualmente la tensión hasta que la corriente alcance 1 mA y registre la tensión; luego disminuya al 75% del punto para registrar la corriente de fuga.
Descarga: Después de la prueba, el pararrayos debe ser descargado completamente utilizando un varilla de descarga dedicada.

4.2 Precauciones críticas

Uso de anillo de guarda: Al probar $U_{1 mA}$ en entornos de alta humedad, se debe aplicar un anillo de guarda a la superficie de porcelana y conectarlo a tierra para eliminar la influencia de la corriente superficial en los datos del válvula.
Corrección de temperatura: Mientras que $U_{1 mA}$ se ve menos afectado por la temperatura, la corriente resistiva es muy sensible. Los datos registrados a temperaturas ambientales superiores a 30 grados Celsius deben convertirse para una comparación adecuada.

4.3 Escenarios de aplicación y resultados esperados

Ámbito: Aplicable a las inspecciones anuales de primavera, pruebas de entrega después de la revisión del equipo y patrullajes especiales antes y después de la temporada de rayos.
Resultados esperados: Siguiendo estrictamente estos estándares de prueba, la tasa de fallas de los pararrayos puede reducirse en más del 80%. Este enfoque puede interceptar con precisión más del 95% del equipo "defectuoso" en las etapas iniciales de ingreso de humedad o envejecimiento, mejorando significativamente la vida útil y la seguridad de los activos de la red de 110 kV y superior.

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