¿Qué es un Pararrayos de Tipo Válvula?

¿Qué es un pararrayos de tipo válvula?

Definición

Un pararrayos que consta de una o varias brechas conectadas en serie con un elemento de control de corriente se denomina pararrayos. La brecha entre los electrodos bloquea el flujo de corriente a través del pararrayos, excepto cuando el voltaje a través de la brecha excede el voltaje crítico de flashover de la brecha. El pararrayos de tipo válvula también se llama desviador de sobretensión con brecha o desviador de sobretensión de carburo de silicio con brecha en serie.

Construcción del Pararrayos de Tipo Válvula

El pararrayos de tipo válvula se construye con un conjunto de múltiples brechas de chispa conectado en serie con un resistor hecho de un elemento no lineal. Cada brecha de chispa consiste en dos elementos. Para abordar la distribución no uniforme de voltaje entre las brechas, se conectan resistores no lineales en paralelo a través de cada brecha individual. Esta construcción ayuda a asegurar el funcionamiento adecuado del pararrayos bajo diferentes condiciones eléctricas, permitiéndole proteger eficazmente el equipo eléctrico de sobretensiones inducidas por rayos.

Los elementos de resistencia se fabrican a partir de carburo de silicio combinado con ligantes inorgánicos. Todo el conjunto está encerrado en una carcasa de porcelana sellada que se llena de gas nitrógeno o SF6. Este entorno lleno de gas ayuda a mejorar la aislación y el rendimiento eléctricos del pararrayos.

Funcionamiento del Pararrayos de Tipo Válvula

Bajo condiciones normales de bajo voltaje, los resistores en paralelo previenen el flashover a través de las brechas. Como resultado, los cambios lentos en el voltaje aplicado no representan una amenaza para el sistema eléctrico. Sin embargo, cuando ocurren cambios rápidos de voltaje a través de los terminales del pararrayos, como los inducidos por rayos o sobretensiones eléctricas, las brechas de aire en el pararrayos experimentan un flashover. La corriente resultante se descarga a tierra a través del resistor no lineal. Es significativo que el resistor no lineal exhibe una resistencia extremadamente baja bajo estas condiciones de alto voltaje y alta corriente, desviando eficazmente la corriente excesiva lejos del equipo eléctrico protegido y salvaguardándolo de posibles daños.

Después del paso de la sobretensión, el voltaje impreso a través del pararrayos disminuye. Simultáneamente, la resistencia del pararrayos aumenta gradualmente hasta que se restaura el voltaje de operación normal. Una vez que la sobretensión ha disipado, comienza a fluir una pequeña corriente a frecuencia de baja potencia a través del camino creado por el anterior flashover. Esta corriente particular se denomina corriente de seguimiento de potencia.

La magnitud de la corriente de seguimiento de potencia disminuye gradualmente a un valor que puede ser interrumpido por la brecha de chispa a medida que la brecha recupera su resistencia dieléctrica. La corriente de seguimiento de potencia se extingue en el primer cruce cero de la forma de onda de corriente. Como resultado, el suministro de energía permanece ininterrumpido, y el pararrayos vuelve a estar listo para la operación normal. Este proceso se conoce como la resealización del pararrayos.

Etapas de Funcionamiento del Pararrayos de Tipo Válvula

Cuando una sobretensión llega al transformador, se encuentra con el pararrayos, como se muestra en la figura siguiente. En aproximadamente 0.25 μs, el voltaje alcanza el valor de ruptura de la brecha en serie, lo que desencadena la descarga del pararrayos. Esta acción de descarga desvía la corriente excesiva asociada con la sobretensión, protegiendo el transformador y otro equipo eléctrico conectado de posibles daños causados por la transitoriedad de alto voltaje.

A medida que el voltaje de la sobretensión aumenta, la resistencia del elemento no lineal disminuye. Esta caída en la resistencia permite la continuación de la descarga de energía adicional de la sobretensión. Como consecuencia, el voltaje transmitido al equipo terminal se limita, como se muestra claramente en la figura siguiente. Este mecanismo juega un papel crucial en la protección del equipo terminal de los efectos perjudiciales de las sobretensiones de alto voltaje, controlando eficazmente la cantidad de voltaje que llega a él.

A medida que el voltaje disminuye, la corriente que fluye a tierra disminuye simultáneamente, mientras que la resistencia del pararrayos aumenta. Eventualmente, el pararrayos llega a un punto donde la brecha de chispa interrumpe el flujo de corriente, y el pararrayos se reseala eficazmente. Este proceso asegura que, una vez que el evento de sobretensión se disipa, el pararrayos vuelve a su estado normal y no conductor, listo para proteger el sistema eléctrico de futuras sobretensiones.

El voltaje máximo que se desarrolla a través del terminal del pararrayos y se transmite al equipo terminal se denomina valor de descarga del pararrayos. Este valor es crucial ya que determina en qué medida el pararrayos puede proteger el equipo conectado de sobretensiones excesivas.

Tipos de Pararrayos de Tipo Válvula

Los pararrayos de tipo válvula se pueden clasificar en varios tipos, a saber, tipos de estación, tipos de línea, pararrayos para la protección de máquinas rotativas (tipo de distribución o tipo secundario).

• Pararrayos de Tipo Estación

• Este tipo de pararrayos se utiliza principalmente para proteger equipos de potencia críticos en circuitos que van desde 2.2 kV hasta 400 kV y niveles de voltaje aún más altos. Se caracteriza por su alta capacidad de disipación de energía. Esto le permite manejar grandes cantidades de energía de sobretensión, garantizando la seguridad de los componentes de potencia esenciales dentro de la estación.

• Pararrayos de Tipo Línea

• Los pararrayos de tipo línea se utilizan para la protección de equipos de subestaciones. Tienen una sección transversal más pequeña, son más ligeros y más económicos en comparación con los pararrayos de tipo estación. Sin embargo, permiten un voltaje de sobretensión más alto a través de sus terminales en comparación con los pararrayos de tipo estación y tienen una menor capacidad de carga de sobretensión. A pesar de estas diferencias, están bien adaptados para proteger el equipo de subestaciones debido a su diseño específico y eficiencia de costos.

• Pararrayos de Distribución

• Los pararrayos de distribución se montan típicamente en postes y se utilizan para proteger generadores y motores dentro de la red de distribución. Su ubicación en postes los hace fácilmente accesibles para la instalación y el mantenimiento, mientras protegen eficazmente la maquinaria eléctrica en el sistema de distribución.

• Pararrayos Secundarios

• Los pararrayos secundarios están diseñados para proteger aparatos de bajo voltaje. De manera similar, los pararrayos para la protección de máquinas rotativas están específicamente diseñados para proteger generadores y motores. Estos pararrayos desempeñan un papel vital en la garantía del funcionamiento confiable de equipos de bajo voltaje y rotativos, evitando daños causados por sobretensiones.