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Indice ESTRUCTURA DEL PARARRAYOS ................................................................................... 2 FUNCIONAMIENTO DEL PARARRAYOS ........................................................................... 3 CLASIFICACIÓN DE LOS PARARRAYOS .......................................................................... 3 Pararrayos tipo secundario ............................................................................................................. 3 Pararrayos tipo distribución .......................................................................................................... 3

PARARRAYOS TIPO SUBESTACIÓN ................................................................................. 4 INSTRUMENTACIÓN PARA PRUEBAS PREVENTIVAS A PARARRAYOS ....................... 4 MEDIDOR DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO ............................................................................... 4

APARTARRAYOS ................................................................................................................ 6 CLASE ESTACIÓN .............................................................................................................. 6 CLASE INTERMEDIA .......................................................................................................... 6 CARACTERÍSTICAS DE APLICACIÓN TENSIÓN NOMINAL .............................................. 6 LOCALIZACIÓN ................................................................................................................... 7 TENSIÓN RESIDUAL .......................................................................................................... 8

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PARARRAYOS EN SUBESTACIONES DE POTENCIA DE ALTAS TENSIONES ESTRUCTURA DEL PARARRAYOS El elemento principal del pararrayos de óxido metálico es un resistor no lineal, formado por una serie de pastillas de óxido metálico alojadas en un cilindro de fibra de vidrio. El arreglo descrito anteriormente se encuentra envuelto por un recubrimiento de porcelana vitreada o por una envolvente de polímeros con compuestos de silicón. El pararrayos cuenta en los extremos con tapas que lo sellan herméticamente y permiten establecer la conexión eléctrica con el exterior. - Varistor de óxido metálico, MOV: Generalmente se fabrica de óxido de zinc. - Cubierta interna: El cilindro que aloja las pastillas de óxido metálico debe ser un buen aislante eléctrico y poseer suficiente capacidad para soportar las altas temperaturas causadas por las corrientes que son drenadas a tierra en condiciones de sobre voltaje - Envoltura externa: La envoltura externa del pararrayos cumple la función de proteger a los componentes internos de los efectos del ambiente; está hecha de porcelana vitreada o de silicón dieléctrico. - Tapas de encapsulado: Estas tapas están hechas de metal, por lo que constituyen una parte viva en la estructura del pararrayos. -Terminales de conexión: Son el medio que une eléctricamente el MOV del pararrayos con la instalación que se protege. Con envolvente de polímero. Terminal de conexión superior

Tapa de encapsulado superior

Varistor de óxido metálico (MOV)

Envoltura externa con forma de faldón

Cubierta interna

Tapa de encapsulado inferior

Terminal de conexión inferior

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FUNCIONAMIENTO DEL PARARRAYOS

Funcionamiento

en

condiciones

de

voltaje nominal de la red: En condiciones normales de operación de la red, voltaje nominal, el pararrayos se comporta como un aislante eléctrico conectado entre

la

línea

y tierra;

en

estas

circunstancias el varistor de óxido metálico presenta un valor muy alto de resistencia eléctrica. En condiciones normales de operación de la red, circularán a través del varistor y sobre la superficie del pararrayos pequeñas corrientes de fuga de tipo capacitivo y resistivo.

FUNCIONAMIENTO EN CONDICIONES DE SOBREVOLTAJE EN LA RED La condición de sobrevoltaje en el sistema al cual está conectado el pararrayos provoca el comportamiento dinámico del varistor de óxido metálico, lo que se traduce en la consecuente reducción en el valor de su resistencia eléctrica e incremento del valor de corriente que pasa por el y que es drenada a tierra.

CLASIFICACIÓN DE LOS PARARRAYOS

Pararrayos tipo intermedio

Pararrayos tipo secundario Pararrayos tipo distribución

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PARARRAYOS TIPO SUBESTACIÓN Los pararrayos tipo subestación están diseñados para la protección de equipos e instalaciones cuyo voltaje de operación se encuentre en el rango de 2,400 V a 765,000V. Al igual que los otros tipos de pararrayos, se fundamenta en la operación de un MOV. Su estructura es característicamente robusta, con el fin de garantizar tanto la distancia mínima de fuga como el seguro drenado de corrientes a tierra durante la presencia de sobre voltaje.

INSTRUMENTACIÓN PARA PRUEBAS PREVENTIVAS A PARARRAYOS La instrumentación utilizada para la realización de las pruebas predictivas a pararrayos de óxido metálico para alta tensión tipo subestación consiste en medidor de resistencia de aislamiento –megger-, medidor de factor de potencia de aislamiento, medidor de pérdidas de potencia y equipo medidor de corriente de fuga. MEDIDOR DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO El instrumento utilizado para la medición de resistencia de aislamiento es el megger, el cual es un instrumento que mide resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica indicada en un instrumento tipo ohmímetro, es independiente del valor del voltaje utilizado para la medición.

MEDIDOR DE FACTOR DE POTENCIA DE AISLAMIENTO El medidor de factor de potencia de aislamiento es un aparato destinado a probar las condiciones operacionales de un aislamiento de alta tensión, a través de la medición del factor de potencia, pérdidas en volt-amperes, pérdidas activas y capacitancia, en el aislamiento. MP 2500D, equipo portátil. 4

MEDIDOR DE PÉRDIDAS DE POTENCIA El instrumento medidor de pérdidas potencia de mide la razón a la cual la energía activa es consumida por el material aislante del dispositivo objeto de medición EQUIPO MEDIDOR DE CORRIENTE DE FUGA Es un equipo portátil que monitorea permanentemente la componente resistiva de la corriente de fuga de pararrayos de óxido metálico –MOSA. El valor de la corriente de fuga de un pararrayos de óxido metálico es un indicador de su estado; pararrayos fatigados tienen mayor probabilidad de falla porque las características mecánicas y eléctricas de los materiales con que se fabrican han perdido las calidades que garantizan su adecuada operación.

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APARTARRAYOS CLASE ESTACIÓN Estos apartarrayos están diseñados para la protección de los equipos que pueden estar expuestos a cantidades de energía significativa debido a la apertura-cierre de las líneas eléctricas y en lugares donde pueda existir una corriente de falla de gran magnitud se fabrican de 3 a 400 kV. Tienen un rendimiento eléctrico superior porque sus capacidades de absorción de energía son mayores, las tensiones de descarga son más bajas y el alivio de la presión es mayor. El valor del equipo protegido y la importancia de la continuidad del servicio en general, justifican el uso de apartarrayos clase estación a través de su rango de tensión. CLASE INTERMEDIA Estos apartarrayos están diseñados para proporcionar protección económica y fiable de los equipos eléctricos de media tensión. Los apartarrayos clase intermedia son una excelente opción para la protección de transformadores tipo seco, para su uso en la apertura-cierre y seccionamiento de equipo en subestaciones de pequeña potencia y para la protección de los cables URD. Se encuentran disponibles en rangos de 3 a 144 kV. CLASE DISTRIBUCIÓN Estos apartarrayos se utilizan con frecuencia para pequeños transformadores enfriados por aceite y tipo seco, también son utilizados para la protección de líneas de distribución aéreas, líneas de distribución subterráneas (tipo codo) y para transiciones aéreas subterráneas (riser pole). Se fabrican en un rango de 3 hasta 34.5 kV TIPOS DE APARTARRAYOS PARA SUBESTACIONES Los apartarrayos también pueden clasificarse por su clase de descarga de línea: Clase 2. Para tensiones hasta 34.5 kV, en aplicaciones de transición aéreo-subterráneo. Clase 3. Para tensiones hasta 230 kV Clase 4. Para tensiones de 400 Kv

CARACTERÍSTICAS DE APLICACIÓN TENSIÓN NOMINAL Características

de

aplicación

de

los

apartarrayos.

Tensión

nominal

(Vn).

Vn = Ke Vmáx. Donde: Vn = Tensión nominal del apartarrayos en KV. Ke = Factor de R0 /X1 y X0 /X1

conexión

a

tierra

cuyo

valor

depende

de

las

relaciones:

Para propósitos de cálculos aproximados, el valor de Ke se puede tomar como 0.8 para sistemas con neutro efectivamente aterrizado en los que se debe cumplir que: R0 /X1 ≤ 1.0 y X0 /X1 ≤ 3.0

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Para

sistemas

con

neutro

flotante

el

valor

de

Ke

se

toma

como

1.0

LOCALIZACIÓN

La distancia entre el apartarrayos y el equipo a proteger debe ser tal, que proporcione un margen de protección cuyo valor debe ser al menos, por encima de los mínimos recomendados (20% para impulso por rayo y 15% para impulso por maniobra). CORRIENTE DE DESCARGA Con relación a la selección de la corriente de descarga de los apartarrayos, se puede mencionar que sólo las descargas cercanas a las subestaciones, someten a los apartarrayos a condiciones severas de operación y para determinar este aspecto cuantitativamente se requiere de la determinación de datos estadísticos de mediciones de corriente de rayo. Para dar una idea de este aspecto se puede mencionar, que la norma americana ANSI C 62.2 (Standard Guide for Aplication of Valve Arresters for A. C. Systems), muestra que las corrientes de descarga de los apartarrayos en las subestaciones tienen una distribución como la indicada en la tabla. Tabla 1 Porcentaje de las corrientes del rayo que pueden exceder a los valores de Valor en KA corriente indicados 5%

65

10%

50

20%

35

70%

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La selección de los apartarrayos debería estar basada sobre las condiciones de sobretensiones máximas esperadas, de manera que el apartarrayos empleado debe ser capaz de soportar estas condiciones con un riesgo de falla mínimo en el mismo. Para tomar en consideración el efecto de las reflexiones sucesivas de las ondas del rayo desde el punto de la descarga y que tienden a incrementar la corriente de descarga del apartarrayos, a las expresiones para el cálculo de esta corriente se les multiplica por un factor “K” que depende de la distancia al punto de la descarga (D) y de la longitud de la cola de onda pudiéndose tomar los valores que aparecen en la siguiente tabla: Tabla 2 D (mts)

Factor K

700

3

1,600

2

3,200

1

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MARGEN DE PROTECCIÓN A la diferencia que debe existir, entre el nivel básico de aislamiento al impulso del aislamiento por proteger y la máxima tensión que puede aparecer en el apartarrayos, se le conoce como MARGEN DE PROTECCIÓN. Se establece que debe ser como mínimo del 20% para impulsos por rayo y 15% para impulsos por maniobra, generalmente se expresa en por ciento y se obtiene con las siguientes expresiones:

TENSIÓN RESIDUAL Es el valor cresta de tensión que aparece en las terminales de un apartarrayos durante el paso de la corriente de descarga.

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BIBLIOGRAFÍA http://www.energy.siemens.com/co/es/transmision-de-energia/productos-de-altatension/pararrayos-descargadores-de-sobretension/ http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0563_EA.pdf http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/29582/1/MarPerezyVidalLopez.pdf https://www.exposolucionesenenergia.com/blog/instalacion-de-apartarrayos-2.php?m=

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