¿Cuáles son los factores que influyen en el impacto de los rayos en las líneas de distribución de 10kV?

1. Sobretensión inducida por rayo

La sobretensión inducida por rayo se refiere a la sobretensión transitoria generada en las líneas de distribución aéreas debido a descargas de rayos cercanas, incluso cuando la línea no es golpeada directamente. Cuando un relámpago ocurre en las cercanías, induce una gran cantidad de carga en los conductores, opuesta en polaridad a la carga en la nube tormentosa.

Los datos estadísticos muestran que las fallas relacionadas con el rayo causadas por sobretensiones inducidas representan aproximadamente el 90% de las fallas totales en las líneas de distribución, convirtiéndose en la causa principal de interrupciones en los sistemas de distribución de 10 kV. La investigación indica que si una línea de 10 kV está a 10 metros sobre el suelo y el rayo impacta a 50 metros de distancia, puede inducirse una corriente de rayo de hasta 100 kA. Sin una protección adecuada contra el rayo, la sobretensión resultante puede alcanzar valores pico tan altos como 500 kV. Si el nivel de aislamiento de la línea es inadecuado, esta sobretensión puede perforar fácilmente o incluso romper el aislamiento, lo que lleva a flashover o fallo del conductor.

2. Nivel de aislamiento

La falla del aislamiento, especialmente debido al fallo o explosión de los aisladores, es otra causa importante de fallas en las líneas de distribución. El rendimiento de los aisladores determina directamente la resistencia total al aislamiento de una línea de distribución de 10 kV, y por lo tanto, tiene un impacto significativo en la confiabilidad del sistema.

Durante la operación a largo plazo, los aisladores pueden degradarse debido a la contaminación ambiental, la humedad, el envejecimiento o el estrés mecánico. Sin inspecciones regulares, mantenimiento o reemplazo oportuno, el nivel de aislamiento de toda la línea puede deteriorarse significativamente. Esta degradación aumenta la probabilidad de flashover bajo condiciones de sobretensión, especialmente durante tormentas eléctricas, lo que aumenta aún más el riesgo de interrupciones inducidas por rayos.

Por lo tanto, la inspección y el mantenimiento rutinarios de los aisladores son esenciales para garantizar la integridad sostenible del aislamiento y la seguridad del sistema.

3. Instalación de protección contra rayos

3.1 Protección de transformadores

Cuando la sobretensión por rayo alcanza varias veces el voltaje nominal, puede perforar fácilmente el aislamiento alrededor del punto neutro del transformador. En la mayoría de las instalaciones actuales en China, los pararrayos generalmente se instalan solo en el lado de alta tensión de los transformadores, mientras que la protección en el lado de baja tensión sigue siendo inadecuada.

Los pararrayos pueden instalarse ya sea antes del fusible principal o en el lado de salida del alimentador de la línea de distribución. Durante la instalación, el terminal de baja tensión del pararrayos debe estar correctamente conectado a tierra.

Es crucial tener en cuenta que el conductor neutral (N-line) aguas abajo de un dispositivo de protección de tipo de corriente no debe estar conectado a tierra repetidamente. De lo contrario, el dispositivo de protección puede no funcionar correctamente, comprometiendo todo el esquema de protección. Por lo tanto, el conductor de conexión a tierra del pararrayos de baja tensión debe conectarse al terminal primario del conductor neutral del transformador, antes de cualquier punto de conexión a tierra repetido.

3.2 Interruptores y desconectores montados en poste

La instalación de interruptores y desconectores montados en poste puede mejorar enormemente la confiabilidad y la seguridad de las líneas de distribución de 10 kV. Sin embargo, en la práctica, muchas líneas carecen de una protección adecuada contra rayos para estos dispositivos críticos. Sin pararrayos instalados en ambos lados de dichos interruptores, son vulnerables a daños por sobretensiones inducidas por rayos, lo que potencialmente puede llevar a fallos en el equipo e interrupciones prolongadas.

3.3 Protección contra sobretensiones para equipos de conmutación y otras unidades

Un sistema de distribución de 10 kV consta de múltiples unidades críticas, incluyendo equipos de conmutación, bancos de capacitores y paneles de distribución. Los pararrayos pueden instalarse en cada unidad (protección integral) o selectivamente solo en las unidades clave.

Mientras que el primer enfoque implica costos iniciales más altos, proporciona una confiabilidad y resiliencia del sistema significativamente mayores. La instalación selectiva reduce el costo pero puede dejar expuestas ciertas secciones. La elección debe basarse en la evaluación de riesgos, la criticidad de la carga y la actividad local de rayos.