DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (1). INTRODUCCIÓN

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1 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (1). INTRODUCCIÓN
Las sobretensiones en las redes son el resultado INEVITABLE de las descargas eléctricas atmosféricas y las maniobras. Por razones económicas el aislamiento no puede ser dimensionado para soportar cualquiera de estas sobretensiones. Por tanto el equipo eléctrico debe ser protegido con el objetivo de reducir la probabilidad de fallas en la aislación a un índice y costo aceptable. Los métodos generales utilizados son de dos tipos: 1. Direccionando convenientemente la descarga atmosférica inevitable mediante la utilización de pararrayos (como ya hemos mencionado) teniendo en cuenta la limitada eficacia de esta herramienta para MT (menor a 36 kV) 2. Limitando la solicitación eléctrica de la sobretensión en la cercanía del equipo eléctrico mediante la utilización de DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN. El objetivo de esta clase son los descargadores de sobretensión aplicable en los rangos de tensión de la media tensión, equipos cuya función es la de PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS DE IMPULSO (NO SOBRETENSIONES DE RÉGIMEN)

2 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (2). PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
Referencias: Teoría de ondas viajera en circuitos distribuídos (líneas) (ver en la página de sistemas lineales 2 el archivo teolintx.pdf). Norma IEC Norma UTE de descargadores de MT en la página de Normalización de equipos. Los descargadores son equipos que se conectan en general en paralelo (fase tierra) en la red en las cercanía del equipo o sección a proteger. En condiciones normales de tensión de régimen rms y con cierto nivel y duración de sobretensiones permanentes (rms) el equipo presenta un valor muy alto de resistencia circulando por el mismo un valor muy bajo a despreciable de corriente. Cuando en el punto de conexión llega un frente de onda de impulso de tensión (por ej un 1,2/50 μs) el equipo “opera” cuando la tensión alcanza un cierto valor conveniente (se dice que se “ceba”), bajando radicalmente su resistencia y derivando la corriente del impulso a tierra (corriente de descarga) y limitando entre sus bornes un valor adecuado de tensión, soportable para el equipo protegido, denominada tensión residual. Cuando el frente de onda transitoria “pasa” (al cabo de algunos μseg) el equipos “se restablece” cortando la corriente y volviendo a su condición inicial de alta resistencia

3 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (3)
DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (3). TIPOS BÁSICOS DE DESCARGADORES. ELEMENTAL: El gap o de explosor. (comentarios generales) No es capaz de restablecerse, muy económico pero de dudosa eficacia. Utilizado actualmente para proteger aisladores. SPARK-GAP: Dentro de una envolvente aislante se conectan en serie uno o más explosores con resistencias de Carburo de Silicio (no lineales). Muy utilizados hasta hace unos años. Necesita el pasaje por cero de la corriente luego del impulso para “cortar”. OM: Dentro de la envolvente, en base a siliconas, se eliminan los explosores y la resistencia variable se realiza con Oxidos Metalicos (OM) resistencias extremadamente no lineales (varistores). Presentan grandes ventajas en particular el mejor control de parte del fabricante de la tensión de “cebado” y de la energía que debe absorber en la descarga (la corriente cae inmediatamente que la tensión comienza a disminuir).

4 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (4). PARÁMETROS BÁSICOS
TENSIÓN CONTÍNUA DE OPERACIÓN (Ucov) Es la máxima tensión rms a frecuencia nominal que puede aplicarse continuamente entre sus terminales. TENSIÓN NOMINAL (Un) Tensión rms a frecuencia industrial de referencia para la especificación de las características de operación del descargador. CORRIENTE NOMINAL DE DESCARGA (Ipn): Valor pico máximo del impulso de corriente de descarga capaz de soportar el descargador. Se utiliza para clasificar los descargadores. CORRIENTE DE DESCARGA (Id): Corriente pico que circula por el descargador en el ciclo de descarga. Este valor dependerá de la solicitación a que se someta el equipo. CORRIENTE CONTÍNUA: Corriente del descargador cuando la tensión en bornes es Ucov. TENSIÓN DE PROTECCIÓN (Up): Máxima tensión en bornes cuando circula Ipn. (ver que la tensión de cebado es menor en un OM). TENSIÓN RESIDUAL (Ures): Valor de pico de tensión que aparece entre los terminales del descargador. (Depende del frente de onda, en particular interesa en MT el valor al impulso de rayo 8/20) SOBRETENSIÓN TEMPORARIA (Utov): Tensión rms a frecuencia industrial superior a Ucov.

5 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (5). ESTABILIDAD TÉRMICA.
Cuando circula una corriente por el descargador se disipará en el mismo una cierta energía térmica, que dependerá del valor de U aplicada, Id, I y el tiempo t. El descargador deberá absorber esta energía y disipar parte de la misma al exterior. Se dice que es térmicamente estable si luego de un ciclo de operación de descarga la temperatura en el interior del mismo decae cuando el descargador queda a Ucov en condiciones ambientales especificadas. Cuando la energía disipada por los discos de OM es superior a la disipada al exterior por el descargador la temperatura de los discos subirá en forma contínua provocando la destrucción del equipo. A este proceso se le denomina “embalamiento térmico”. Este efecto de estabilidad térmica tiene especial relevancia si se presenta una sobretensión de régimen Utov (en particular luego de un ciclo de descarga), ya que según la relación T=Utov/Uco y el tiempo “t” de aplicación puede provocar el embalamiento térmico y la destrucción del equipo. Se presenta esta característica del descargador con las CURVAS T (t) que muestra el máximo tiempo de duración de una sobretensión de régimen sin que provoque la destrucción del descargador bajo condiciones dadas de ensayo y Tamb. (usualmente Tamb=45ºC y dos estados uno sin descarga previa y otro con la descarga nominal previa. (Estas curvas deben ser tenidas en cuenta al ajustar las protecciones (relé) de sobretensiones permanentes.)

6 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (6). ESTABILIDAD TÉRMICA.

7 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (7). IDENTIFICACIÓN MÍNIMA EN MT.
Un descargador bajo norma IEC se identifica por la siguiente información mínima que debe aparecer en su placa: Tensión continua de operación Ucov. Tensión nominal Frecuencia nominal Corriente nominal de alivio de presión (si existe) Corriente nominal de descarga (In) Fabricante, serie, año de fabricación. En MT hasta la clase 36 los pasos de tensión nominal son de a 1 , mientras que para la clase 72 son de 6. Se puede encontrar comercialmente las siguientes corrientes nominales de descarga en kA: 20; 10; 5; 2,5 y 1,5. El costo lo determina la corriente de descarga nominal.

8 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (8)
DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (8). SELECCIÓN DE UN DESCARGADOR EN MT. NIVEL DE PROTECCIÓN: Asumiendo que el descargador se instala “junto” al equipo a proteger y por tanto la tensión que “verá” el equipo es la residual la condición se recomienda selección el descargador con una Up tal que: Up < NBAequipo / 1,25 (el 1,25 es por coordinación de aislación (ya visto) y porque en rigor la tensión “vista” es mayor a Up dado que siempre hay una distancia entre el equipo y el descargador (consecuencia de la teoría de ondas móviles). En estas condiciones deberá ser siempre NBAequipo/Up > 1,25. En el rango de MT para cada clase hasta la 36 (solo hay uno) todos los descargadores la cumplen, en la clase 72 hay posibilidades de elegir). CORRIENTE NOMINAL DE DESCARGA: Suponiendo la condición extrema de un descargador en “extremo de línea abierta” si llamamos Zc a la impedancia característica de línea, NBAlínea su NBA entonces la In en kA del descargador se toma como: CLASE DE DESCARGA: Indica la capacidad de absorción de energía de los descargadores y depende crucialmente de la longitud de la línea (explicar), en MT se toma usualmente clase 1.

9 RED FASE-TIERRA NEUTRO-TIERRA
DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (9). SELECCIÓN DE UN DESCARGADOR EN MT. TENSIÓN MÁXIMA DE FUNCIONAMIENTO CONTÍNUO Ucov: Deben cumplirse dos requerimientos básicos en la selección de Ucov: A) Ucov debe ser mayor que la tensión contínua a frecuencia nominal de diseño de la red. B) TxUcov debe ser mayor que la sobretensión temporaria esperada en bornes del descargador y su tiempo de duración. Si llamamos Um la tensión máxima de línea permanente del sistema (clase?) entonces los valores recomendados para cada sistema eléctrico son: Ejercicio: fundamentar cualitativamente el origen de esta recomendación. (repasar factor de puesta a tierra visto en Redes Eléctricas) RED FASE-TIERRA NEUTRO-TIERRA Neutro aislado (NA) s/d Ucov>Um Ucov>Um/raiz3 NA despeje instantáneo Ucov>Um/T(1) Ucov>Um/(raiz3.T(1)) N a Tierra con ft <1,4 Ucov>(0,8.Um)/T(3) Ucov>(0,4.Um)/T(3)

10 DESCARGADORES EN INSTALACIONES DE MT. (10). DISTANCIA DE PROTECCIÓN.
De acuerdo con la teoría de ondas móviles cuando un frente de impulso llega a un circuito abierto la tensión del mismo se duplica. Por tanto la peor condición será que la sobretensión del circuito abierto será 2 NBAlínea. Por otra parte sabemos que la tensión en bornes del descargador frente a una onda de impulso es Up. Asumamos que un transformador (en vacío) es un circuito abierto. Entonces si no pongo un descargador frente a un impulso de tensión recibira 2NBAlínea. Si pongo el descargador exactamente en bornes será Up. Obviamente como elijo Up<NBAtrafo/1,25 si pongo el descargador en bornes el trafo no tendrá una solicitación de tensión que no pueda superar y estará protegido. Pero que pasa si pongo el descargador a una distancia D en metros del trafo? Entonces se deberá cumplir que: NBAtrafo > Up+(2SD/v) donde S es la pendiente del frente de onda (kV/μs) y v es la velocidad de propagación del frente (en m/μs 300 para línea y 150 para cable). Observemos que cuanto menor sea “D” menor la solicitación de tensión sobre el trafo. Ejercicio: Mostrar cualitativamente el fundamento de esta expresión.