Una sobrecarga eléctrica puede ocurrir en un sistema de transmisión de energía eléctrica debido a varias razones. Las sobretensiones en un sistema eléctrico se originaron principalmente debido a los impulsos de los rayos y los impulsos de conmutación. La sobretensión eléctrica produce un gran transitorio sobre voltaje en la red y el sistema eléctrico. La forma de la sobretensión transitoria tiene un frente que se eleva abruptamente con una cola que se descompone lentamente, como se muestra en la siguiente figura. Esta empinada onda de voltaje viaja a través de la red eléctrica y causa tensiones de sobrevoltaje en todos los aislantes eléctricos y el equipo se encuentra en su camino de viaje.
Por eso todo el equipo eléctrico y los aisladores del sistema de energía deben ser protegidos contra las sobretensiones eléctricas. El método de protección del sistema contra las sobretensiones se denomina normalmente protección contra las sobretensiones.
El principal equipo que se utiliza comúnmente para este fin es pararrayos o descargador de sobretensión.
Hay dos tipos de sobretensiones, una proviene del exterior de la atmósfera, como los rayos atmosféricos. El segundo tipo se origina en el propio sistema eléctrico, como las sobretensiones de conmutación.
Cuando una nube cargada eléctricamente se acerca a una línea de transmisión eléctricala nube induce cargas eléctricas en la línea. Cuando la nube cargada se descarga repentinamente, a través de un rayo, la carga inducida en la línea de transmisión ya no está confinada a la estática.
Empieza a viajar y origina sobretensiones transitorias dinámicas. Esta sobretensión transitoria viaja hacia el lado de la carga y el lado de la fuente, en la línea de transmisión debido a la línea distribuida inductancia y se desvían… capacitancia. Este aumento de voltaje viaja a la velocidad de la luz. Al final de la línea de transmisión, al cambiar la impedancia de la sobrecarga, la onda de sobrecarga se refleja de nuevo. Este viaje hacia adelante y hacia atrás de la onda de tensión de oleada continúa hasta que la energía de la oleada o impulso es atenuada por la línea resistencia. Este fenómeno causa un estrés de voltaje en el sistema de transmisión muchas veces mayor que el normal. voltaje del sistema. Por lo tanto, el sistema de protección contra las sobretensiones debe ser proporcionado a la la energía eléctrica… para hacer un sistema fiable y saludable. El pararrayos es uno de los principales componentes para proteger el sistema de las sobrecargas.
Como dijimos antes, que la sobrecarga eléctrica también puede ser generada por el propio sistema. En realidad, durante la operación de conmutación puede haber una posibilidad de actual …cortando. Si durante el funcionamiento normal, si aislante eléctrico se abre con la carga. Se produce un circuito abierto repentino en el sistema.
Además de estos, el básico técnicas de apagado de arco de SF6 interruptor de circuito… y interruptor de circuito de vacío puede dar lugar a cortes de corriente y reignición múltiple a veces.
Como sabemos que el corte de corriente repentino da lugar a la di/dt. [di/dt = tasa de cambio de la corriente con respecto al tiempo].
Como la carga eléctrica es generalmente inductiva, hay un voltaje transitorio, expresado por L(di/dt) donde L es la inductancia de carga del sistema. Este voltaje es inducido a través de los contactos de apertura, y viaja hacia la carga y se refleja de manera similar al impulso del rayo. pararrayos o descargador de sobretensión se proporcionan al final de la línea de transmisión para soportar la sobretensión.
En general, el yacimiento petrolífero transformador de energía eléctrica, el equipo de conmutación eléctrica…cables, líneas de transmisión eléctricaLas líneas de distribución son bastante capaces de soportar estos voltajes de impulso de conmutación, ya que su nivel de aislamiento es bastante alto para soportar estos sobrevoltajes. Pero, el generador, motor eléctrico, transformadores de tipo seco y hornos de arco eléctrico etc. no puede soportar grandes voltajes de impulso de conmutación. Como esencialmente este tipo de equipos no tienen un nivel de aislamiento muy alto. Para proteger este equipo de las sobretensiones, pararrayos es necesario.
En subestación eléctricaLos pararrayos se utilizan principalmente en la entrada de cualquier alimentador y también se utilizan en los dos viajes de transformadores de energía eléctrica como transformador también se considera una carga inductiva y un equipo muy costoso.
En la era moderna, los descargadores de sobretensiones de ZnO u óxido de zinc con menos huecos se utilizan principalmente para la protección contra sobretensiones. Hablemos de los descargadores de óxido de zinc con menos huecos.
Construcción de un pararrayos de óxido de zinc
Este tipo de pararrayos se compone de números de disco de óxido de zinc sólido. Estos discos están dispuestos uno por uno para formar una pila cilíndrica. El número de discos de óxido de zinc utilizados por pararrayos depende de la voltaje de la clasificación del sistema. Esta pila se mantiene dentro de una carcasa cilíndrica de polímero o porcelana. Luego la pila se coloca dentro de la carcasa y es altamente presionada por una pesada carga de resorte unida a la tapa del extremo en la parte superior. El terminal de conexión del equipo para la línea se proyecta desde la tapa superior y el terminal de conexión para la tierra se proyecta desde la tapa inferior.
Principio de funcionamiento del pararrayos de óxido de zinc
El funcionamiento normal se define como la condición en la que no se presenta ninguna sobretensión y el descargador de sobretensión se somete sólo a la tensión normal del sistema. El óxido de zinc tiene características de tensión de corriente altamente no uniforme (I-V). Esta característica típica I-V hace que el óxido de zinc sea muy adecuado para el diseño de pararrayos con menos espacio de separación de óxido de zinc para la protección contra sobretensiones. La resistencia no lineal del bloque es una propiedad de volumen inherente y consiste principalmente en óxido de zinc (90 a 95%) con cantidades relativamente pequeñas de varios aditivos de otros óxidos metálicos (5 a 10%) como alúmina, trióxido de antimonio, óxido de bismuto, óxido de cobalto, circonio, etc. A escala macroscópica, los aditivos están distribuidos casi homogéneamente en los bloques de pararrayos. Pero las microestructuras del bloque de óxido metálico representan una red de arreglos en serie y en paralelo de granos de óxido de zinc altamente dopados (ZnO) separados por uniones intergranulares. El comportamiento no lineal es la superposición de características no lineales de las uniones individuales. La capacidad de transporte de corriente del descargador de sobretensión es proporcional a la sección transversal total del bloque.
Las características de resistencia no lineal del bloque de ZnO pueden expresarse como,
¿Dónde?r y Vr son la referencia actual y el voltaje respectivamente de la pararrayos o pararrayos de sobretensión bloque. El valor de x es de 30 a 40 en el caso del bloque de óxido metálico. Para el sistema normal, el voltaje y el aumento actual. Para un sistema normal, el voltaje y la corriente aumentan linealmente, es decir, para aumentar el voltaje del sistema en este rango, la corriente se aumenta en proporción lineal. La corriente en esta región de características está en el rango de micro amperios. Pero más allá de un cierto nivel de voltaje, el nivel de voltaje de la corriente de fuga, la corriente de fuga comienza a aumentar muy rápidamente es del rango de KA. El voltaje más allá del cual la corriente que pasa por el LA se vuelve tan alta, se denomina voltaje de referencia y la corriente en el voltaje de referencia se conoce como corriente de referencia. El drenaje repentino de la enorme corriente a través del pararrayos justo más allá del nivel de voltaje de referencia, evita que el sistema se sobrecargue de tensión transitoria. La relación voltaje-corriente en un bloque de óxido metálico depende en gran medida de la temperatura. El bloque de óxido metálico tiene un coeficiente de temperatura negativo. Eso significa que con el aumento de la temperatura, la resistencia del descargador de sobretensión disminuye, por lo tanto, para algunos sistemas de voltaje, la corriente de fuga a través del instrumento aumenta con el aumento de la temperatura.
Como sabemos eso, habría una corriente de fuga continua a través de Los Ángeles. Esta corriente de fuga genera calor. Este calor generado debe ser disipado adecuadamente, de lo contrario la temperatura del LA puede aumentar lo que incrementa aún más la fuga actual. Debido a esto, el diseño térmico adecuado de la carcasa del protector contra sobretensiones juega un papel importante. Hay una temperatura crítica que depende de la voltaje del bloque de óxido metálico más allá del cual el calor julioscópico generado en el bloque que el calor julioscópico generado en el bloque no puede ser disipado a la velocidad requerida y que finalmente conduce a la fuga térmica del pararrayos.
Ahora podemos entender que, el principio de funcionamiento de LA o descargador de sobretensión utilizado para la protección contra sobretensiones depende totalmente de las características no lineales V-I de los bloques de óxido de metal (ZnO) dentro de la carcasa aislante del pararrayos.
