Proceso Proceso de Funcionamiento uncionamiento de un Pararrayo tipo barra •
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El pararrayos , que Benjamín Franklin Franklin inventó en 174 , es un poste de metal montada encima de un edi!cio que llama la car"a el#ctrica de un rayo lejos de la estructura $ %a varilla est& unida a un cable de aluminio o cobre que est& conectado a una red conductora subterr&neo$ Esto permite que la electricidad se disipe sin causar da'o $ (ebido a que el rayo tiende a "olpear el objeto m&s alto en las pro)imidades pro)imidades , pararrayos deben ser m&s altos que los edi!cios u otros objetos en la *ona$
+u# es un descar"ador de sobretensiones•
.n dispositivo que se utili*a en sistemas de ener"ía por encima de 1///0 para par a la Protección de otros equipos de rayos
+u# es un descar"ador de sobretensiones•
.n dispositivo que se utili*a en sistemas de ener"ía por encima de 1///0 para par a la Protección de otros equipos de rayos
+omo un descar"ador de sobretensiones prot#"# el sistema de alimentacion-
Entonces •
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%os descar"adores de sobretensiones son dispositivos que ayudan a prevenir el da'o al aparato por altas tensiones$ El descar"ador proporciona un camino de baja impedancia a tierra para la corriente de un rayo o tensión transitoria y lue"o restaura a una condiciones normales de 2uncionamiento$ .n descar"ador de sobretensiones puede ser comparado con una v&lvula de alivio en una caldera o un calentador de a"ua caliente$ uando e)iste un alto voltaje 3mayor que el voltaje de línea normal en la línea, el descar"ador de inmediato proporciona un camino a límites y drenajes de tierra y por lo tanto el e)ceso de tensión$ El pararrayos debe proporcionar este alivio y prevenir cualquier 5ujo adicional de corriente a tierra$ El descar"ador tiene dos 2unciones6 debe proporcionar un punto en el circuito en el que un impulso de e)ceso de tensión puede pasar a tierra y se"undo, para evitar cualquier corriente de se"uimiento 5uya a tierra$
(ispositivos de protección •
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Puesta a tierra able de "uarda Pararrayos
Puesta a tierra •
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%a central el#ctrica y subestación se pueden prote"er contra "olpes directos de rayo, proporcionando pantallas de puesta a tierra$ 8i un rayo impactara directamente en la estación , la pantalla proporciona una vía de baja resistencia por el se desvía las sobretensiones a tierra$ %imitación9 :o proporciona protección contra las ondas viajeras que puede lle"ar a los equipos en la estación$
able de "uarda •
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Es la 2orma m&s e!ca* de proporcionar protección a las líneas de transmisión contra "olpes directos de rayos$ 8e proporciona un e2ecto de amorti"uación en cualquier perturbación que viaja a lo lar"o de las líneas, ya que act;a como un secundario cortocircuitado$ %imitación9 8e requiere un costo adicional$
=ipos de pararrayos •
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>od ?ap arrester @ulti "ap arrester 0alve type li"Atnin" arrester E)pulsion type li"Atnin" a
>od "ap arrester •
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Es un tipo muy simple de desviador y consta de dos varillas de 1, cm, que est&n dobladas en &n"ulo recto con un Aueco e .na varilla est& conectada al circuito de línea y la otra varilla est& conectado a tierra %a distancia P no debe ser in2erior a un tercio de la lon"itud del Aueco de manera que el arco puede no alcan*ar el aislador y da'arlo En condiciones de 2uncionamiento normales, la di2erencia si"ue siendo no conductor$ En la aparición de una oleada de alta tensión en la línea, la brecAa despierta una y la actual oleada se lleva a cabo a la tierra$ (e esta manera el e)ceso de car"a en la línea debido a la oleada se ino2ensivamente conducido a la tierra
%imitaciones •
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(espu#s de la oleada es m&s, el arco de la brecAa se mantiene "racias a la tensión de suministro normal, dando lu"ar a un cortocircuito en el sistema$ %as varillas pueden derretirse o da'arse debido al calor e)cesivo producido por el arco$ %as condiciones clim&ticas 3por ejemplo, lluvia, Aumedad, temperatura, etc$ a2ectan el desempe'o de los pararrayos brecAa varilla$ %a polaridad de la oleada tambi#n a2ecta al rendimiento de este descar"ador$ (ebido a las limitaciones anteriores, el descar"ador brecAa varilla sólo se utili*a como una protección de respaldo en caso de descar"adores principales$
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onsiste en una 2orma de cuerno varillas de metal C y B separados por un peque'o espacio de aire$ %os cuernos son construidos de modo que la distancia entre ellas aumenta "radualmente Aacia la parte superior como se muestra$ %os cuernos est&n montados sobre aisladores de porcelana$ .n e)tremo del cuerno est& conectado a la línea a trav#s de una resistencia y estran"ulador bobina % mientras que el otro e)tremo est& conectado a tierra con e!cacia$ %a resistencia > ayuda a limitar la corriente de se"uimiento a un valor peque'o$ %a bobina de cAoque est& dise'ado de manera que o2rece peque'a reactancia a la 2recuencia de alimentación normal, pero una muy alta reactancia a la 2recuencia transitoria$ Csí, el estran"ulador no permite transitorios en el aparato a prote"er$ %a brecAa entre los cuernos se re"ular& de modo que la tensión de alimentación normal no sea su!ciente para causar un arco a trav#s del espacio$
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En condiciones normales, la di2erencia es no conductor es decir, la tensión de alimentación normal es insu!ciente para iniciar el arco entre la brecAa$ En la aparición de un e)ceso de tensión$ El aire calentado alrededor del arco y el e2ecto ma"n#tico del arco Aacen que el arco para viajar Aasta el Aueco$ El arco se mueve pro"resivamente en las posiciones 1, D y $ En al";n posición del arco 3posición , la distancia puede ser demasiado "rande para la tensión para mantener el arco6 En consecuencia, el arco se e)tin"ue$ El e)ceso de car"a en la línea de este modo se llevó a cabo a trav#s del descar"ador a tierra$
@ulti"ap arrester •
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8e compone de una serie de cilindros metalicos 3"eneralmente de aleación de *inc aislados el uno del otro y separados por peque'os intervalos de espacios de aire$ El primer cilindro 3es decir, C en la serie se conecta a la línea y los otros al suelo a trav#s de una resistencia en serie$ %a resistencia en serie limita el arco de potencia$ Por la inclusión de la resistencia en serie, se reduce el "rado de protección contra ondas viajeras$ =ales descar"adores se pueden emplear en donde la tensión del sistema no e)ceda de k0$$
E)pulsion type arrester •
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Este tipo de pararrayos tambi#n se llama tubo protector y se utili*a com;nmente en el sistema operativo en tensiones de Aasta k0$ %a !"ura muestra las partes esenciales de un pararrayos tipo e)pulsión$ En esencia, consiste en una varilla brecAa CC en serie con un se"undo Aueco encerrado dentro del tubo de !bra$ El vacío en el tubo de !bra est& 2ormada por dos electrodos$ El electrodo superior est& conectado a un espacio de varilla y el electrodo in2erior a la tierra$ .n supresor de e)pulsión se coloca debajo de cada conductor de la línea$
0entajas •
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Ellos no son muy caros$ Bloquean el 5ujo de las corrientes de se"uimiento de 2recuencia de potencia Ellos pueden ser 2&cilmente instalados$
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%imitaciones .n tipo de descar"ador de e)pulsión puede reali*ar sólo n;mero limitado de operaciones como durante cada operación de al"unos de los materiales de !bra se Aa a"otado$ Este tipo de descar"ador no se puede montar en equipo cerrado debido a la descar"a de los "ases durante el 2uncionamiento$ (ebido a la mala volt G am característica del descar"ador de sobretensiones, no es adecuado para la protección de equipos costosos
0alve type arrester •
(escar"adores tipo de v&lvulas incorporan resistencias no lineales y se utili*an ampliamente en los sistemas, que operan con tensiones elevadas$ 8e compone de dos partes 3i la serie de vías de cAispas y 3ii los discos de resistencias no lineales en serie$ %os elementos no lineales est&n conectados en serie con las vías de cAispas$ =anto las asambleas se alojan en un recipiente de porcelana apretado$
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En condiciones normales, la tensión normal del sistema es insu!ciente para causar la descomposición de reunión espacio de aire$ En la aparición de un e)ceso de tensión, la ruptura de la brecAa de cAispa serie tiene lu"ar y la sobrecorriente se lleva a cabo a la tierra a trav#s de las resistencias no lineales$ (ado que la ma"nitud de corriente de cAoque es muy "rande, los elementos no lineales se o2recen una muy baja resistencia al paso de corriente$ El resultado es que el aumento ser& r&pidamente ir a la tierra en lu"ar de ser enviado de vuelta sobre la línea$ uando el aumento es m&s, las resistencias no lineales asumen alta resistencia para detener el 5ujo de la corriente$
Procesos de selección %a selección y aplicación de adecuada pararrayos en un sistema implican decisiones en tres &reas9 1$lasi!cacion de la tensión de descar"a Esta decisión se basa en si o no conectar el sistema a tierra y el m#todo de puesta a tierra del sistema$ D$ 8elección de la clase de los pararrayos$ •
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En "eneral Aay tres clases de descar"adores, En orden de la protección, la capacidad y costo, las clases son9
lase
estación lase intermedia lase (istribución El 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$ •
F.:IJ:C@IE:=J •
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En condiciones de 2uncionamiento continuo sin sobretensión, a trav#s del pararrayos circula una corriente de 2u"a de unos pocos mC$ En esta re"ión la densidad de corriente en los discos es In2erior a 1/K CGmmD on altas temperaturas la ener"ía disipada en el pararrayos aumenta considerablemente pudi#ndose lle"ar a su ruptura t#rmica$
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uando aparece una sobretensión, el pararrayos cambia su punto de 2uncionamiento 3re"ión D$ En esta re"ión la ener"ía de la sobretensión transitoria se drena a tierra en 2orma de corriente provocando una densidad entre 1/K ClmmD y /,D CGmmD, manteniendo la tensión en un valor pr&cticamente constante y por debajo del nivel de aislamiento del equipo o material que prote"e$ %a característica de 2uncionamiento en esta re"ión viene de!nida por la si"uiente e)presión9
I 9 corriente de descar"a$ . 9 tensión residual$ 9 es el coe!ciente de no linealidad que varía entre / y /$ C mayor valor de mayor protección$ En los anti"uos pararrayos de carburo de silicio 38i, y estaba comprendido entre D y L$ M 9 es un par&metro característico del material, del proceso de 2abricación y del dise'o y es proporcional a la
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uando la ener"ía a drenar es muy elevada el punto de 2uncionamiento del pararrayos pasa a la re"ión $ %a re"ión es una *ona lineal de densidad de corriente superior a /,D CGmmD pero inestable t#rmicamente que puede conducir a la destrucción del pararrayos$
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%os pararrayos de resistencia variable normalmente se construyen sin e)plosores y su 2uncionamiento se caracteri*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$
=ensión de 2uncionamiento continuo .c E s la tensión e!ca* m&)ima soportada por un pararrayos de 2orma permanente que "aranti*a su correcto 2uncionamiento 2rente a la corriente de las descar"as del rayo que se puedan producir$ 8e comprueba mediante ensayos se";n la norma de obli"ado cumplimiento .:EKE: L//K4
=ensión asi"nada .r •
Es la tensión e!ca* m&)ima soportada por un pararrayos durante 1/s despu#s de Aaber sido sometido a descar"as de corriente se";n los ensayos de!nidos en la norma de obli"ado cumplimiento .:EKE: L//K4$
orriente nominal In •
Es el valor de cresta del impulso de corriente tipo rayo de 2orma de onda OGD/ 3O s de tiempo de 2rente y D/ s de tiempo Aasta el valor mitad utili*ada para desi"nar el pararrayos$ %os valores normali*ados de la corriente nominal de descar"a son 1, kC, D, kC, kC, 1/ kC y D/ kC
apacidad de absorción de ener"ía •
8e de!ne para los pararrayos de corriente nominal de descar"a de 1/ kC y D/ kC$ E)isten cinco clases de descar"a de línea normali*adas9 clases 1, D y para los pararrayos de 1/ kC de corriente nominal, y clases 4 y para los pararrayos de In Q D/ kC
=ensión residual .res y niveles de protección$ •
%a tensión residual R.resR , de un pararrayos es el valor de cresta de la tensión que aparece entre sus bornes durante el paso de una corriente de descar"a$ %a tensión residual depende de la 2orma de onda y de la ma"nitud de la corriente de descar"a$
%ínea de 2u"a •
%a línea de 2u"a es la lon"itud medida a lo lar"o del perímetro del aislamiento e)terno de un equipo y que caracteri*a su resistencia 2rente a la contaminación
lase delimitador de presión •
Es el valor de la corriente de cortocircuito interno que puede soportar el pararrayos sin destrucción violenta de su envolvente$
>I=E>IJ8 (E (I8ESJ •
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Paso 19 8elección de la tensión de servicio continuo %os pararrayos deben ser capaces de soportar en permanencia la m&)ima tensión de servicio que pueda aparecer en la red9 T Para redes con eliminación autom&tica de los de2ectos a tierra9 .c U1,/V .sGW T Para redes con neutro aislado o puesto a tierra por una 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 la red$
Paso D9 8elección de la tensión asi"nada •
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%a tensión asi"nada de un pararrayos debe ele"irse en 2unción de las sobretensiones temporales de la red previstas en su lu"ar de instalación, teniendo en cuenta sus amplitudes y sus duracione la norma .:E establece la si"uiente e)presión empírica para determinar la amplitud de una sobre tensión temporal equivalente 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 pararrayos varía 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 X y el 1X a !n de tener en cuenta posibles imprecisiones en el c&lculo$
Paso 9 8elección de la corriente nominal In •
%a corriente nominal de descar"a se eli"e en 2unción de la corriente tipo rayo prevista$ Para redes de .sY7D, k0, se suelen utili*ar pararrayos de ó 1/ kC, siendo necesario emplear la corriente nominal mayor cuando la tensión nominal de la red es m&s elevada o la probabilidad de impacto de rayos es alta 3Z 1 impacto Ga'oNkmD$ Para redes de mayor tensión nominal se utili*an pararrayos de 1/ o D/ kC aplicando los mismos criterios$
Paso 49 apacidad de absorción de ener"ía •
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%os pararrayos de ó)idos met&licos deben ser capaces de absorber la ener"ía, [, causada por las sobretensiones transitorias de la red debidas a la cone)ión y reen"ancAe de las líneas de "ran amplitud la norma .:E E: L//K, establece tres e)presiones analíticas simpli!cadas para estimar la ener"ía de cada una de estas solicitaciones9 T Ener"ía debida a la cone)ión y reen"ancAe de líneas de alta tensión9
Ener"ía debida a la maniobra de condensador o cable •
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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 la lon"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
Ener"ía debida a la maniobra de condensador o cable •
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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
Ener"ía debida al impacto de una rayo •
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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 rayo que comprende la descar"a principal y las descar"as subsi"uientes, Aabitualmente se toma // s$
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8i la absorción de ener"ía requerida es mayor a la capacidad de absorción de ener"ía del pararrayos seleccionado se incrementar& la clase del pararrayos, en caso de no e)istir clase ener"#tica su!ciente para la corriente nominal ele"ida, se ele"ir& un pararrayos con un valor superior de corriente nominal In y en caso de no ser posible, la ;ltima opción sería aumentar la tensión asi"nada del pararrayos .r, a condición de que los niveles de protección sean aceptables
:iveles de protección, tensiones soportadas de coordinación y m&r"enes de protección •
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In$ 8in embar"o, la sobretensión m&)ima que puede lle"ar al objeto a prote"er y que debe ser soportada por .c\ onsecuentemente la tensión soportada de coordinación, .c\, depende de la distancia al pararrayos, 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 tasa marcada como aceptable >a, calculada se";n la 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"uantar una tension epeci!cada mayor .r\, con el propósito de tener 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 la mayor parte de compa'ías e)i"en que el valor de la tensión soportada .\ por los aislamientos sea, al menos, 1,D veces de la tensión soportada de coordinación calculadaote"er debe a"uantar una tensión soportada
