Per què utilitzar pararracades? Funcions clau i beneficis

Funció dels parafulles

Quan la sobretensió induïda per un raig passa a través de línies elèctriques aèries cap a una subestació o altres edificis, pot causar flashovers o fins i tot perforar l'aislament dels equips elèctrics. Per tant, si un dispositiu de protecció - conegut com a parafulle - es connecta en paral·lel a l'entrada d'energia de l'equip (com es mostra a la Figura 1), s'activarà immediatament quan la sobretensió arribi al nivell de funcionament preestablert.

El parafulle descarrega l'excés d'energia, limitant l'increment de tensió i protegint l'aislament de l'equip. Un cop la tensió torna a ser normal, el parafulle es recupera ràpidament a l'estat original, assegurant que el sistema pugui continuar amb el subministrament normal d'energia.

La funció protectora d'un parafulle es basa en tres prerequisits:

• Coordinació adequada entre la característica volt-segon del parafulle i la de l'aislament protegit.

• La tensió residual del parafulle ha de ser inferior a la resistència a impulsos de l'aislament protegit.

• L'aislament protegit ha de estar dins la distància de protecció del parafulle.

• Requisits per als parafulles:

• No hauria de descarregar en condicions normals d'operació, però ha de descarregar correctament i de manera fiable durant els esdeveniments de sobretensió.

• Ha de tenir capacitat de recuperació automàtica després de la descàrrega (és a dir, retornar a l'estat d'alta impedància i extinguir la corrent posterior).

Paràmetres clau dels parafulles:

• Tensió d'operació contínua: La tensió d'operació llarga permetida. Ha de ser igual o superior a la tensió màxima fase-terra del sistema.

• Tensió nominal (kV): La tensió de freqüència industrial de curt termini màxim permès (també coneguda com a tensió d'extinció d'arc). El parafulle pot operar i extinguir l'arc a aquesta tensió, però no pot mantenir l'operació a llarg termini a aquest nivell. És un paràmetre fonamental per al disseny, les característiques i l'estructura del parafulle.

• Característica de soport de volt-segon de freqüència industrial: Indica la capacitat d'un parafulle d'òxid metàl·lic (per exemple, ZnO) per suportar sobretensions sota condicions especificades.

• Corrent de descàrrega nominal (kA): El valor pícnic de la corrent de descàrrega utilitzat per classificar les qualificacions dels parafulles. Per sistemes de 220 kV i inferiors, no hauria de superar els 5 kA.

• Tensió residual: La tensió que apareix entre els terminals del parafulle quan es veu sotmesa a una corrent d'impuls. També es pot entendre com la màxima tensió que el parafulle pot suportar durant un esdeveniment de descàrrega.

Tipus i Estructura dels Parafulles

Els tipus comuns de parafulles inclouen els de tipus válvula, els de tub, els intervals de protecció i els de òxid metàl·lic.

(1) Parafulles de Tipus Válvula

Els parafulles de tipus válvula es divideixen principalment en dues categories: convencionals i de soflada magnètica. El tipus convencional inclou les sèries FS i FZ; el de soflada magnètica inclou les sèries FCD i FCZ.

Els símbols en la designació del model signifiquen:

• F – Parafulle de tipus válvula;

• S – Per a sistemes de distribució;

• Z – Per a subestacions;

• Y – Per a línies de transmissió;

• D – Per a màquines rotatives;

• C – Amb interval de descàrrega de soflada magnètica.

Un parafulle de tipus válvula consta de intervals d'escintilla plans en sèrie amb discs de resistència de carbide de silici (SiC) (blocs de válvula), tancats dins d'un revestiment de porcellana, amb bosses externes per a la instal·lació. La resistència de carbide de silici presenta característiques no lineals: té una alta resistència sota la tensió normal, que disminueix bruscament durant la sobretensió.

Sota la tensió de freqüència industrial normal, els intervals d'escintilla romanen no conductors. Quan ocorre una sobretensió per raig, els intervals d'escintilla es trencen. La resistència dels blocs de SiC disminueix significativament, permetent que la corrent elevada del raig flueixi segurament a terra. Després de l'impuls, els blocs de SiC presenten una alta resistència a la corrent de seguiment de freqüència industrial, mentre que els intervals d'escintilla interrompen aquesta corrent, restablint la operació normal del sistema. Aquest comportament d'obertura-tancament assembla una "vàlvula" - oberta per la corrent del raig i tancada per la corrent de freqüència industrial - d'on el nom de "parafulle de tipus válvula".

(2) Intervals de Protecció i Parafulles d'Expulsió (de Tub)

Els intervals de protecció són la forma més simple de protecció contra els raigs. Normalment fabricats amb rodes d'acer galvanitzat, consisteixen en un interval principal i un auxiliar. L'interval principal té una configuració angular i es mou horitzontalment per facilitar l'extinció de l'arc. Un interval auxiliar està connectat en sèrie a sota de l'interval principal per evitar la activació falsa causada per objectes estranys que facin curto-circuit a l'interval. Degut a la seva feble capacitat d'extinció d'arc, els intervals de protecció solen utilitzar-se conjuntament amb dispositius de reconnexió automàtica per millorar la fiabilitat del subministrament d'energia.

El parafulle d'expulsió (de tub) consta d'un interval d'escintilla amagat dins d'un tub generador de gas, format per electrodes de barra i anell. Inclou tant intervals interns com externs. El tub del parafulle està fet de materials com la resina fenòlica reforçada amb fibra que produeix grans volums de gas quan es calenta. Quan ocorre una sobretensió per raig, tant els intervals interns com els externs es trencen, desviem la corrent del raig a terra. La corrent posterior de freqüència industrial crea un arc potent, que crem el mur del tub i genera gas a pressió alta expulsat a través de l'extrem obert, extingint ràpidament l'arc. L'interval extern restaureix llavors la seva aïllament, aïllant el parafulle del sistema i permetent que la operació normal es reiniciï.

Com que els parafulles d'expulsió depenen de la corrent de freqüència industrial per generar gas per a l'extinció d'arc, les corrents de curt circuit excessives poden produir massa gas, superant la resistència mecànica del tub i causant ruptures o explosions. Per tant, els parafulles d'expulsió solen utilitzar-se en instal·lacions exteriors.

(3) Parafulles de Òxid Metàl·lic (Òxid de Zinc) Sense Interval

També coneguts com a parafulles varistor, són un tipus modern introduït a finals dels anys 1970. En comparació amb els parafulles de tipus válvula de carbide de silici tradicionals, els parafulles de òxid metàl·lic sense interval no tenen intervals d'escintilla i utilitzen òxid de zinc (ZnO) en lloc de carbide de silici. Estan construïts amb discs de varistor de ZnO apilats amb excel·lents característiques no lineals de tensió-corrent: sota la tensió de freqüència industrial normal, presenten una resistència molt alta, suprimint eficientment la corrent de fuga; sota la sobretensió per raig, la seva resistència disminueix bruscament, permetent una descàrrega eficient de la corrent d'impuls.

Els parafulles de òxid metàl·lic ofereixen característiques de protecció superiors, gran capacitat de descàrrega, baixa tensió residual, mida compacta i fàcil instal·lació. Ara s'utilitzen ampliament per a la protecció d'equips elèctrics d'alta i baixa tensió.

(4) Parafulles de Òxid Metàl·lic (Òxid de Zinc) Amb Interval

Estan compostos per discs de resistència de ZnO connectats en sèrie amb un interval d'escintilla dins d'un revestiment compost. La unitat d'interval sol contenir dos electrodes en forma de disc engastats en un anell de ceràmica. Són adequats per a sistemes de neutre no efectivament aterrats. Durant falles de fases a terra o aterraments d'arc, poden ocorrer sobretensions transitories severes de llarga durada, que els parafulles de ZnO sense interval podrien no suportar. Els parafulles de ZnO amb interval superen aquesta limitació: sota sobretensions moderades com ara la de fases a terra o aterraments d'arc de baix nivell, l'interval en sèrie roman inactiu, aïllant el parafulle del sistema.

Quan la sobretensió supera un llindar, l'interval fa escintilla, i les excel·lents característiques no lineals dels blocs de ZnO limiten la tensió residual a través del parafulle. La corrent posterior resultant és molt petita i fàcil de interrompre, proporcionant una protecció d'aislament fiable per a transformadors i altres equips.

Proves i Normes per als Parafulles

(1) Mesura de la Resistència d'Aïllament

Utilitzeu un megohmmetre de 2500 V o superior. Per als parafulles de 35 kV i superiors, la resistència d'aïllament hauria de ser no inferior a 2500 MΩ; per als inferiors a 35 kV, no inferior a 1000 MΩ.

(2) Mesura de la Tensió CC a 1 mA i Corrent de Fuga al 75% d'aquesta Tensió

Apliqueu una tensió CC al parafulle. Com la tensió augmenta, la corrent de fuga augmenta gradualment. Registreu el valor de tensió quan la corrent arriba a 1 mA. A continuació, reduïu la tensió al 75% d'aquest valor i registreu la corrent de fuga, que no hauria de superar els 50 μA.

(3) Corrent de Fuga AC sota Tensió d'Operació

Mesureu la corrent total, la corrent resistiva o la pèrdua de potència sota la tensió d'operació. Els valors mesurats no haurien de mostrar canvis significatius en comparació amb els valors inicials. Si la corrent resistiva es duplica, el parafulle ha de ser desenergetitzat per inspecció.
Si la corrent resistiva augmenta al 150% del valor inicial, el cicle de monitorització hauria de ser convenientment acurtat.

Aquestes proves poden detectar defectes com la ingressió d'humitat o el vellut de blocs de válvula del parafulle, creixals superficials i deteriorament de l'aislament.