Por que usar pararrayos Funcións e beneficios clave

Función dos paraugas de sobretensión

Cando a sobretensión inducida por un raio viaxa por liñas eléctricas aéreas ata unha subestación ou outros edificios, pode causar descargas ou incluso perforar o aislamento do equipo eléctrico. Polo tanto, se se conecta un dispositivo protector—coñecido como paraguas de sobretensión—en paralelo na entrada de enerxía do equipo (como se mostra na Figura 1), activarase inmediatamente cando a sobretensión alcanza o nivel de funcionamento predefinido.

O paraguas disipa a enerxía excedente, limitando a sobretensión e protexendo o aislamento do equipo. Unha vez que a tensión volve ao normal, o paraguas de sobretensión recupera rapidamente o seu estado orixinal, asegurando que o sistema poida continuar co suministro de enerxía normal.

A función protectora dun paraguas de sobretensión basease en tres prerequisitos:

• Coordinación adecuada entre a característica volt-segundo do paraguas e a do aislamento protexido.

• A tensión residual do paraguas debe ser menor que a resistencia de impulso do aislamento protexido.

• O aislamento protexido debe estar dentro da distancia protectora do paraguas.

• Requisitos para os paraguas de sobretensión:

• Non debe descargarse en condicións normais de operación, pero debe descargarse correctamente e con fiabilidade durante eventos de sobretensión.

• Debe ter capacidade de autorecuperación despois da descarga (ou sexa, volver ao seu estado de alta impedancia e extinguir a corrente posterior).

Parámetros clave dos paraguas de sobretensión:

• Tensión de operación continua: A tensión de operación a longo prazo permitida. Debe ser igual ou superior á máxima tensión fase-tierra do sistema.

• Tensión nominal (kV): A máxima tensión de frecuencia de rede permitida a curto prazo (tamén coñecida como tensión de extinción de arco). O paraguas pode operar e extinguir o arco ba esta tensión, pero non pode sostener a operación a longo prazo a este nivel. É un parámetro fundamental para o deseño, as características e a estrutura do paraguas.

• Característica de resistencia de volt-segundo de frecuencia de rede: Indica a capacidade dun paraguas de óxido metálico (por exemplo, ZnO) para resistir sobretensiones ba condicións especificadas.

• Corrente nominal de descarga (kA): O valor pico da corrente de descarga utilizada para clasificar as categorías de paraguas. Para sistemas de 220 kV e inferior, non debe superar os 5 kA.

• Tensión residual: A tensión que aparece nos terminais do paraguas cando está suxeito a unha corrente de impulso. Tamén pode entenderse como a máxima tensión que o paraguas pode resistir durante un evento de descarga.

Tipos e Estructura dos Paraguas de Sobretensión

Os tipos comúns de paraguas de sobretensión inclúen paraguas de válvula, de tubo, de brechas protectoras e de óxido metálico.

(1) Paraguas de Sobretensión de Válvula

Os paraguas de válvula divídense principalmente en dúas categorías: convencional de válvula e de válvula de sopro magnético. O tipo convencional inclúe as series FS e FZ; o tipo de sopro magnético inclúe as series FCD e FCZ.

Os símbolos na designación do modelo significan:

• F – Paraguas de válvula;

• S – Para sistemas de distribución;

• Z – Para subestacións;

• Y – Para liñas de transmisión;

• D – Para máquinas rotativas;

• C – Con brecha de descarga de sopro magnético.

Un paraguas de válvula consiste en brechas planas en serie con discos de resistencia de carburo de silicio (SiC) (bloques de válvula), selados dentro dunha carcasa de porcelana, con tornillos externos para a instalación. A resistencia de carburo de silicio presenta características non lineares: ten alta resistencia ba tensión normal, que diminúe drasticamente durante a sobretensión.

Ba tensión de frecuencia de rede normal, as brechas permanecen non conductivas. Cando ocorre unha sobretensión por raio, as brechas rompen. A resistencia dos bloques de SiC diminúe significativamente, permitindo que a corrente de raio flua seguramente a terra. Despois do impulso, os bloques de SiC presentan alta resistencia á corrente de seguimento de frecuencia de rede, mentres que as brechas interrompen esta corrente, restabelecendo a operación normal do sistema. Este comportamento de encendido e apagado é semellante a unha "válvula"—aberta para a corrente de raio e pechada para a corrente de frecuencia de rede—dende onde deriva o nome "paraguas de válvula".

(2) Brechas Protectoras e Paraguas de Expulsión (de Tubo)

As brechas protectoras son a forma máis simple de protección contra raios. Xeralmente feitas de acero redondo galvanizado, constan dunha brecha principal e unha brecha auxiliar. A brecha principal ten unha configuración angular e montase horizontalmente para facilitar a extinción do arco. Unha brecha auxiliar está conectada en serie debaixo da brecha principal para evitar a activación falsa provocada por obxectos estranhos que cortan a brecha. Debido á súa débil capacidade de extinción de arcos, as brechas protectoras xeralmente úsanse en combinación con dispositivos de reconexión automática para mellorar a fiabilidade do suministro de enerxía.

O paraguas de expulsión (de tubo) consiste nunha brecha aloxada dentro dun tubo xerador de gas, formado por electrodos de barra e anel. Inclúe tanto brechas internas como externas. O tubo do paraguas está feito de materiais como resina fenólica reforzada con fibra que producen grandes volumes de gas cando se aquecen. Cando ocorre unha sobretensión por raio, ambas as brechas internas e externas rompen, desviando a corrente de raio a terra. A corrente de seguimento de frecuencia de rede subsequente crea un arco forte, que quema a parede do tubo e xera gas a alta presión expulsado polo extremo aberto, extinguido rapidamente o arco. A brecha externa entón restablece o seu aislamento, aislando o paraguas do sistema e permitindo que a operación normal se reanude.

Como os paraguas de expulsión dependen da corrente de frecuencia de rede para xerar gas para a extinción do arco, correntes de cortocircuito excesivas poden xerar demasiado gas, superando a resistencia mecánica do tubo e causando rupturas ou explosións. Polo tanto, os paraguas de expulsión xeralmente úsanse en instalacións exteriores.

(3) Paraguas de Óxido Metálico (Óxido de Zinc) Sen Brechas

Tamén coñecidos como paraguas varistores, son un tipo moderno introducido na década de 1970. En comparación cos paraguas de válvula de carburo de silicio tradicionais, os paraguas de óxido metálico sen brechas non teñen brechas de chispa e usan óxido de zinc (ZnO) en lugar de carburo de silicio. Están construídos a partir de discos de varistor de ZnO empilhados con excelentes características de tensión-corrente non lineares: ba tensión de frecuencia de rede normal, exhiben unha resistencia moi alta, suprimindo eficazmente a corrente de fuga; ba sobretensión por raio, a súa resistencia diminúe drasticamente, permitindo unha descarga eficiente da corrente de impulso.

Os paraguas de óxido metálico ofrecen características de protección superiores, capacidade de descarga alta, tensión residual baixa, tamaño compacto e facilidade de instalación. Agora son amplamente utilizados para a protección de equipos eléctricos de alta e baixa tensión.

(4) Paraguas de Óxido Metálico (Óxido de Zinc) con Brechas

Estes consisten en discos de resistencia de ZnO conectados en serie con unha brecha de chispa dentro dunha carcasa composta. A unidade de brecha xeralmente contén dous electrodos en forma de disco encerrados nun anel cerámico. Son adecuados para sistemas de neutro non eficazmente aterrado. Durante fallos monofásicos a terra ou aterramentos de arco, poden ocorrer sobretensiones transitórias graves de duración prolongada, que os paraguas de ZnO sen brechas poden non resistir. Os paraguas de ZnO con brechas superan esta limitación: ba sobretensiones moderadas como o aterramento monofásico ou o aterramento de arco de baixo nivel, a brecha en serie permanece inactiva, aislándo o paraguas do sistema.

Cando a sobretensión supera un umbral, a brecha dispara, e as excelentes características non lineares dos bloques de ZnO limitan a tensión residual a través do paraguas. A corrente de seguimento resultante é moi pequena e fácil de interromper, proporcionando unha protección de aislamento fiable para transformadores e outro equipo.

Probas e Normas para Paraguas de Sobretensión

(1) Medición da Resistencia de Aislamento

Usar un megohmímetro de 2500 V ou superior. Para paraguas de 35 kV e superiores, a resistencia de aislamento debe ser de no menos de 2500 MΩ; para os inferiores a 35 kV, de no menos de 1000 MΩ.

(2) Medición da Tensión CC a 1 mA e Corrente de Fuga ao 75% desta Tensión

Aplicar unha tensión CC ao paraguas. Á medida que a tensión aumenta, a corrente de fuga aumenta gradualmente. Rexistrar o valor de tensión cando a corrente alcance 1 mA. Logo reducir a tensión ao 75% deste valor e rexistrar a corrente de fuga, que non debe superar os 50 μA.

(3) Corrente de Fuga AC ba Tensión de Operación

Medir a corrente total, a corrente resistiva ou a perda de potencia ba tensión de operación. Os valores medidos non deben mostrar cambios significativos en comparación cos valores iniciais. Se a corrente resistiva duplica, o paraguas debe ser desenerxizado para inspección.
Se a corrente resistiva aumenta ao 150% do valor inicial, o ciclo de monitorización debe ser adecuadamente acortado.

Estas probas poden detectar defectos como a entrada de humidade ou o envellecemento dos bloques de válvula do paraguas, grietas superficiais e o deterioro do aislamento.