Lineas de transmision Pararrayos

8/18/2019 Lineas de transmision Pararrayos

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Proceso de Funcionamiento de unPararrayo tipo barra

• El pararrayos , que Benjamín Franklininventó en 174 , es un poste demetal montada encima de un edi!cioque llama la car"a el#ctrica de unrayo lejos de la estructura $ %a varilla

est& unida a un cable de aluminio ocobre que est& conectado a una redconductora subterr&neo$

• Esto permite que la electricidad sedisipe sin causar da'o $ (ebido a que

el rayo tiende a "olpear el objeto m&salto en las pro)imidades , pararrayosdeben ser m&s altos que los edi!ciosu otros objetos en la *ona$


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+u# es un descar"ador desobretensiones-

• .n dispositivo que se utili*a ensistemas de ener"ía por encima de1///0 para la Protección de otrosequipos de rayos


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+omo un descar"ador de sobretensiones

prot#"# el sistema de alimentacion-


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• %os descar"adores de sobretensiones son dispositivos que ayudana prevenir el da'o al aparato por altas tensiones$ El descar"adorproporciona un camino de baja impedancia a tierra para lacorriente de un rayo o tensión transitoria y lue"o restaura a unacondiciones normales de 2uncionamiento$

• .n descar"ador de sobretensiones puede ser comparado con unav&lvula de alivio en una caldera o un calentador de a"ua caliente$

• uando e)iste un alto voltaje 3mayor que el voltaje de líneanormal en la línea, el descar"ador de inmediato proporciona uncamino a límites y drenajes de tierra y por lo tanto el e)ceso detensión$ El pararrayos debe proporcionar este alivio y prevenircualquier 5ujo adicional de corriente a tierra$ El descar"ador tienedos 2unciones6 debe proporcionar un punto en el circuito en el queun impulso de e)ceso de tensión puede pasar a tierra y se"undo,para evitar cualquier corriente de se"uimiento 5uya a tierra$

Entonces


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(ispositivos de protección

• Puesta a tierra• able de "uarda•

Pararrayos


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Puesta a tierra

• %a central el#ctrica y subestación se puedenprote"er contra "olpes directos de rayo,proporcionando pantallas de puesta a tierra$

•

8i un rayo impactara directamente en laestación , la pantalla proporciona una vía debaja resistencia por el se desvía lassobretensiones a tierra$

•

%imitación9• :o proporciona protección contra las ondasviajeras que puede lle"ar a los equipos en laestación$


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able de "uarda

• Es la 2orma m&s e!ca* de proporcionar protección alas líneas de transmisión contra "olpes directos derayos$

• 8e proporciona un e2ecto de amorti"uación en

cualquier perturbación que viaja a lo lar"o de laslíneas, ya que act;a como un secundariocortocircuitado$

• %imitación9•

8e requiere un costo adicional$•


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=ipos de pararrayos

• >od ?ap arrester• @ulti "ap arrester•

0alve type li"Atnin" arrester• E)pulsion type li"Atnin" a


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>od "ap arrester• Es un tipo muy simple de desviador y consta

de dos varillas de 1, cm, que est&n dobladasen &n"ulo recto con un Aueco e

• .na varilla est& conectada al circuito de líneay la otra varilla est& conectado a tierra

• %a distancia P no debe ser in2erior a un terciode la lon"itud del Aueco de manera que elarco puede no alcan*ar el aislador y da'arlo

• En condiciones de 2uncionamiento normales,la di2erencia si"ue siendo no conductor$ En laaparición de una oleada de alta tensión en la

línea, la brecAa despierta una y la actualoleada se lleva a cabo a la tierra$ (e estamanera el e)ceso de car"a en la línea debidoa la oleada se ino2ensivamente conducido ala tierra


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%imitaciones

• (espu#s de la oleada es m&s, el arco de la brecAa semantiene "racias a la tensión de suministro normal, dandolu"ar a un cortocircuito en el sistema$

•

%as varillas pueden derretirse o da'arse debido al calore)cesivo producido por el arco$• %as condiciones clim&ticas 3por ejemplo, lluvia, Aumedad,

temperatura, etc$ a2ectan el desempe'o de los pararrayosbrecAa varilla$

• %a polaridad de la oleada tambi#n a2ecta al rendimiento deeste descar"ador$

• (ebido a las limitaciones anteriores, el descar"ador brecAavarilla sólo se utili*a como una protección de respaldo en casode descar"adores principales$


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• En condiciones normales, la di2erencia es no conductores decir, la tensión de alimentación normal esinsu!ciente para iniciar el arco entre la brecAa$ En laaparición de un e)ceso de tensión$ El aire calentado

alrededor del arco y el e2ecto ma"n#tico del arco Aacenque el arco para viajar Aasta el Aueco$ El arco se muevepro"resivamente en las posiciones 1, D y $

• En al";n posición del arco 3posición , la distanciapuede ser demasiado "rande para la tensión paramantener el arco6 En consecuencia, el arco se e)tin"ue$El e)ceso de car"a en la línea de este modo se llevó acabo a trav#s del descar"ador a tierra$


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@ulti"ap arrester

• 8e compone de una serie de cilindrosmetalicos 3"eneralmente de aleaciónde *inc aislados el uno del otro yseparados por peque'os intervalos deespacios de aire$ El primer cilindro 3esdecir, C en la serie se conecta a la

línea y los otros al suelo a trav#s deuna resistencia en serie$ %a resistenciaen serie limita el arco de potencia$ Porla inclusión de la resistencia en serie,se reduce el "rado de proteccióncontra ondas viajeras$

• =ales descar"adores se puedenemplear en donde la tensión delsistema no e)ceda de k0$$


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E)pulsion type arrester

• Este tipo de pararrayos tambi#n se llamatubo protector y se utili*a com;nmenteen el sistema operativo en tensiones deAasta k0$ %a !"ura muestra las partesesenciales de un pararrayos tipoe)pulsión$

• En esencia, consiste en una varillabrecAa CC en serie con un se"undoAueco encerrado dentro del tubo de!bra$ El vacío en el tubo de !bra est&

2ormada por dos electrodos$ El electrodosuperior est& conectado a un espacio devarilla y el electrodo in2erior a la tierra$.n supresor de e)pulsión se colocadebajo de cada conductor de la línea$


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0entajas

• Ellos no son muy caros$• Bloquean el 5ujo de las corrientes de

se"uimiento de 2recuencia depotencia

• Ellos pueden ser 2&cilmenteinstalados$


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• %imitaciones

• .n tipo de descar"ador de e)pulsión puedereali*ar sólo n;mero limitado de operacionescomo durante cada operación de al"unos de losmateriales de !bra se Aa a"otado$

• Este tipo de descar"ador no se puede montaren equipo cerrado debido a la descar"a de los"ases durante el 2uncionamiento$

• (ebido a la mala volt G am característica deldescar"ador de sobretensiones, no es adecuadopara la protección de equipos costosos


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0alve type arrester

• (escar"adores tipo de v&lvulas incorporan

resistencias no lineales y se utili*an ampliamente enlos sistemas, que operan con tensiones elevadas$ 8ecompone de dos partes 3i la serie de vías de cAispasy 3ii los discos de resistencias no lineales en serie$

%os elementos no lineales est&n conectados en seriecon las vías de cAispas$ =anto las asambleas sealojan en un recipiente de porcelana apretado$


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• En condiciones normales, la tensión normal del sistema esinsu!ciente para causar la descomposición de reunión

espacio de aire$ En la aparición de un e)ceso de tensión, laruptura de la brecAa de cAispa serie tiene lu"ar y lasobrecorriente se lleva a cabo a la tierra a trav#s de lasresistencias no lineales$

• (ado que la ma"nitud de corriente de cAoque es muy"rande, los elementos no lineales se o2recen una muy bajaresistencia al paso de corriente$ El resultado es que elaumento ser& r&pidamente ir a la tierra en lu"ar de serenviado de vuelta sobre la línea$ uando el aumento es

m&s, las resistencias no lineales asumen alta resistenciapara detener el 5ujo de la corriente$


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Procesos de selección• %a selección y aplicación de adecuada pararrayos en un sistema

implican decisiones en tres &reas9• 1$lasi!cacion de la tensión de descar"a

Esta decisión se basa en si o no conectar el sistema a tierra y elm#todo de puesta a tierra del sistema$•

D$ 8elección de la clase de los pararrayos$ – En "eneral Aay tres clases de descar"adores, En orden de la protección, la

capacidad y – costo, las clases son9

lase estaciónlase intermedia

lase (istribuciónEl descar"ador de clase estación tiene la mejor capacidad de

protección y es l m&s caro$• $ (eterminar donde debe estar ubicado 2ísicamente el descar"ador$


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F.:IJ:C@IE:=J

• En condiciones de 2uncionamientocontinuo sin sobretensión, a trav#sdel pararrayos circula una corriente

de 2u"a de unos pocos mC$ En estare"ión la densidad de corriente en losdiscos es In2erior a 1/K CGmmD

• on altas temperaturas la ener"íadisipada en el pararrayos aumentaconsiderablemente pudi#ndose lle"ar

a su ruptura t#rmica$


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• uando aparece una sobretensión, el pararrayos cambiasu punto de 2uncionamiento 3re"ión D$ En esta re"ión laener"ía de la sobretensión transitoria se drena a tierraen 2orma de corriente provocando una densidad entre

1/K ClmmD y /,D CGmmD, manteniendo la tensión enun valor pr&cticamente constante y por debajo del nivelde aislamiento del equipo o material que prote"e$ %acaracterística de 2uncionamiento en esta re"ión vienede!nida por la si"uiente e)presión9

I 9 corriente de descar"a$ . 9 tensiónresidual$

9 es el coe!ciente de no linealidadque varía entre / y /$ C mayor

valor de mayor protección$ En losanti"uos pararrayos decarburo de silicio 38i, y estabacomprendido entre D y L$ M 9 es un par&metro característico delmaterial, del proceso de 2abricación y

del dise'o y es proporcional a la


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• uando la ener"ía a drenar es muyelevada el punto de 2uncionamiento

del pararrayos pasa a la re"ión $ %are"ión es una *ona lineal dedensidad de corriente superior a /,D

CGmmD pero inestable t#rmicamenteque puede conducir a la destruccióndel pararrayos$


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• %os pararrayos de resistencia variable normalmentese construyen sin e)plosores y su 2uncionamiento secaracteri*a por los si"uientes par&metros9

• =ensión de 2uncionamiento continuo .c$• =ensión asi"nada .r$• orriente nominal de descar"a In$• apacidad de absorción de ener"ía 3clase 1, D, , 4 o

$• :ivel de protección 2rente a impulsos tipo rayo .pt• :ivel de protección 2rente a impulsos tipo maniobra

.psN• %ínea de 2u"a$• lase de limitador de presión$


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=ensión de 2uncionamiento continuo.c

E s la tensión e!ca* m&)ima soportadapor un pararrayos de 2ormapermanente que "aranti*a su correcto

2uncionamiento 2rente a la corriente delas descar"as del rayo que se puedanproducir$ 8e comprueba mediante

ensayos se";n la norma de obli"adocumplimiento .:EKE: L//K4


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=ensión asi"nada .r

• Es la tensión e!ca* m&)imasoportada por un pararrayos durante1/s despu#s de Aaber sido sometido

a descar"as de corriente se";n losensayos de!nidos en la norma deobli"ado cumplimiento .:EKE:

L//K4$


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orriente nominal In

• Es el valor de cresta del impulso decorriente tipo rayo de 2orma de ondaOGD/ 3O s de tiempo de 2rente y D/

s de tiempo Aasta el valor mitadutili*ada para desi"nar el pararrayos$%os valores normali*ados de la

corriente nominal de descar"a son1, kC, D, kC, kC, 1/ kC y D/ kC


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apacidad de absorción deener"ía

• 8e de!ne para los pararrayos decorriente nominal de descar"a de 1/kC y D/ kC$ E)isten cinco clases de

descar"a de línea normali*adas9clases 1, D y para los pararrayos de1/ kC de corriente nominal, y clases

4 y para los pararrayos de In Q D/kC


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%ínea de 2u"a• %a línea de 2u"a es la lon"itud

medida a lo lar"o del perímetro delaislamiento e)terno de un equipo y

que caracteri*a su resistencia 2rentea la contaminación


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lase delimitador de presión

• Es el valor de la corriente decortocircuito interno que puedesoportar el pararrayos sin

destrucción violenta de suenvolvente$


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>I=E>IJ8 (E (I8ESJ

• Paso 19 8elección de la tensión de servicio continuo%os pararrayos deben ser capaces de soportar enpermanencia la m&)ima tensión de servicio quepueda aparecer en la red9

• T Para redes con eliminación autom&tica de losde2ectos a tierra9 .c U1,/V .sGW

• T Para redes con neutro aislado o puesto a tierra poruna bobina de compensación sin eliminación

autom&tica de los de2ectos a tierra9 .c U1,/V .s• :ótese que el 2actor de 1,/ se aplica para tener en

cuenta la presencia de armónicos de tensión en lared$


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Paso D9 8elección de la tensiónasi"nada

• %a tensión asi"nada de un pararrayosdebe ele"irse en 2unción de lassobretensiones temporales de la red

previstas en su lu"ar de instalación,teniendo en cuenta sus amplitudes y susduracione

• la norma .:E establece la si"uiente

e)presión empírica para determinar laamplitud de una sobre tensión temporalequivalente de 1/ s de duración


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• donde9• . 9 amplitud de la sobretensión temporal representativa

de duración =1T• .eq 9 amplitud de la sobretensión temporal

representativa equivalente de 1/ s de duración$• md9 coe!ciente que caracteri*a la curva sobretensiónK

duración del pararrayos 3se";n el dise'o del pararrayosvaría entre /,/1O y /,/DD$

• %a tensión asi"nada del pararrayos .r, debe ser superior

a la sobretensión temporal equivalente m&s elevada,obtenida aplicando un mar"en de se"uridad entre el Xy el 1X a !n de tener en cuenta posibles imprecisionesen el c&lculo$


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Paso 9 8elección de la corrientenominal In

• %a corriente nominal de descar"a se eli"e en2unción de la corriente tipo rayo prevista$Para redes de .sY7D, k0, se suelen utili*arpararrayos de ó 1/ kC, siendo necesarioemplear la corriente nominal mayor cuandola tensión nominal de la red es m&s elevadao la probabilidad de impacto de rayos es alta

3Z 1 impacto Ga'oNkmD$ Para redes demayor tensión nominal se utili*an pararrayosde 1/ o D/ kC aplicando los mismos criterios$


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Paso 49 apacidad de absorción deener"ía

• %os pararrayos de ó)idos met&licos debenser capaces de absorber la ener"ía, [,causada por las sobretensiones transitoriasde la red debidas a la cone)ión y reen"ancAede las líneas de "ran amplitud

• la norma .:E E: L//K, establece trese)presiones analíticas simpli!cadas para

estimar la ener"ía de cada una de estassolicitaciones9 T Ener"ía debida a la cone)ióny reen"ancAe de líneas de alta tensión9


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Ener"ía debida a la maniobra decondensador o cable

• donde9• .ps9 nivel de protección del pararrayos 2rente a

onda maniobra$• .19 amplitud de la sobretensión a tierra debida a

la cone)ión y reen"ancAe de la línea evaluada$• =\9 tiempo de propa"ación de la sobretensión a lo

lar"o de línea, calculada como cociente entre lalon"itud de línea que recorre la sobretensión y la

velocidad de propa"ación de la onda por la línea$• ]^o ]9 módulo de la impedancia característica de

la línea


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Ener"ía debida a la maniobra decondensador o cable

• donde9• 9 capacidad del banco de

condensadores o del cable• .o9cresta de la tensión de servicio

entre 2ase y tierra$• .r 9 tensión asi"nada del pararrayos


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Ener"ía debida al impacto de unarayo

• donde9• .pl 9 nivel de protección a impulsos tipo rayo del

pararrayos$• .2 9 tensión de cebado en polaridad ne"ativa del

aislamiento de la línea$• ]^o ]9 módulo de la impedancia característica de la

línea$• :l Q n;mero de líneas conectadas al pararrayos$

• =r Q duración equivalente de la corriente de un rayoque comprende la descar"a principal y las descar"assubsi"uientes, Aabitualmente se toma // s$


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• 8i la absorción de ener"ía requerida es mayora la capacidad de absorción de ener"ía delpararrayos seleccionado se incrementar& laclase del pararrayos, en caso de no e)istirclase ener"#tica su!ciente para la corrientenominal ele"ida, se ele"ir& un pararrayos conun valor superior de corriente nominal In y encaso de no ser posible, la ;ltima opción seríaaumentar la tensión asi"nada del pararrayos

.r, a condición de que los niveles deprotección sean aceptables


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:iveles de protección, tensiones soportadasde coordinación y m&r"enes de protección

• In$ 8in embar"o, la sobretensiónm&)ima que puede lle"ar al objeto aprote"er y que debe ser soportada

por .c\• onsecuentemente la tensión

soportada de coordinación, .c\,

depende de la distancia alpararrayos, o lo que es lo mismo,depende del tiempo que el rayo

tarda en lle"ar desde el pararrayos al


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• (onde9• .pl9 nivel de protección a impulsos tipo rayo$

l9 distancia de separación Aasta el pararrayos$•

:l9 n;mero de líneas$• %sp9 lon"itud del vano en cuyo e)tremo est&

conectado el pararrayos$• %29 tramo de lon"itud de línea para que la tasa

anual de 2allos corresponda con la tasamarcada como aceptable >a, calculada se";nla 2órmula si"uiente9


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• (onde9• >a9 tasa de 2allo aceptable 32allosGa'o• :cb9 tasa anual total de cebados 32allos Ga'o$km$• C9 par&metro que viene dado se";n la naturale*a de la

línea$ %íneas de distribución• Partiendo de la tensión soportada de coordinación obtenida

.c\, el aislamiento del material a prote"er debe a"uantaruna tension epeci!cada mayor .r\, con el propósito detener un cierto mar"en de protección$ El mar"en mínimo de

protección e)i"ido por la norma es 1,1$ C nivel pr&ctico lamayor parte de compa'ías e)i"en que el valor de la tensiónsoportada .\ por los aislamientos sea, al menos, 1,D vecesde la tensión soportada de coordinación calculadaote"erdebe a"uantar una tensión soportada


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Elección de la línea de 2u"a• (ebe seleccionarse el nivel de contaminación m&s apropiado

se";n el lu"ar de instalación del pararrayos$ %a línea de 2u"amínima lt, para un nivel de contaminación determinado se obtienemultiplicando la línea de 2u"a especí!ca le, correspondiente alnivel de contaminación considerado por la tensión m&s elevada de

la red .s9

• %a línea de 2u"a del aislamiento e)terno del pararrayos deber seri"ual o superior a la línea de 2u"a determinada$

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