Siempre hay una posibilidad de sufrir una sistema de energía eléctrica de sobretensiones anormales. Estas sobretensiones anormales pueden ser causadas por varias razones, tales como, la interrupción repentina de una carga pesada, los impulsos de relámpago, los impulsos de conmutación, etc. Estas sobretensiones pueden dañar el aislamiento de varios equipos y aislantes del sistema de energía. Aunque todas las sobretensiones no son lo suficientemente fuertes como para dañar el aislamiento del sistema, pero aún así estas sobretensiones también deben ser evitadas para asegurar el buen funcionamiento del sistema de energía eléctrica.
Todos estos tipos de sobretensiones anormales destructivas y no destructivas se eliminan del sistema mediante protección contra sobretensiones.
Oleada de tensión
Las tensiones de sobretensión aplicadas al sistema de energía, son generalmente de naturaleza transitoria. El voltaje transitorio o sobrevoltaje se define como el tamaño repentino de voltaje a un alto pico en muy corta duración.
Las subidas de tensión son de naturaleza transitoria, eso significa que existen por muy poco tiempo. La principal causa de estas sobretensiones en el sistema eléctrico se debe a los impulsos de los rayos y a los impulsos de conmutación del sistema. Pero las sobretensiones en el sistema de energía también pueden ser causadas por, fallo de aislamiento, arco eléctrico a tierra y resonancia, etc.
Las subidas de tensión aparecen en el sistema de energía eléctrica debido a la oleada de conmutación, el fallo de aislamiento, el arco de tierra y la resonancia no son de gran magnitud. Estos sobre voltajes apenas cruzan el doble del nivel de voltaje normal. Generalmente, el aislamiento adecuado de los diferentes equipos del sistema de energía es suficiente para prevenir cualquier daño debido a estos sobre voltajes. Pero los sobre voltajes se producen en el sistema de energía debido a que los rayos son muy altos. Si protección contra sobretensiones no se proporciona al sistema de energía, puede haber una alta probabilidad de daños graves. Por lo tanto, todos los dispositivos de protección de sobretensión utilizados en el sistema de energía principalmente debido a las sobretensiones de los rayos.
Discutamos las diferentes causas de las sobretensiones una por una.
Impulso de conmutación o sobretensión de conmutación
Cuando una carga no línea de transmisión se enciende de repente, el voltaje de la línea se convierte en el doble del voltaje normal del sistema. Este voltaje Th
es de naturaleza transitoria. Cuando una línea cargada se apaga o interrumpe repentinamente, el voltaje a través de la línea también se vuelve lo suficientemente alto actual picado en el sistema principalmente durante la operación de apertura de interruptor de circuito de explosión de aire…causa un sobrevoltaje en el sistema. Durante el fallo del aislamiento, una corriente director …de repente se conecta a la tierra. Esto también puede causar una sobretensión repentina en el sistema.
Si la onda EMF producida por alternador está distorsionada, el problema de la resonancia puede ocurrir debido a 5th o armónicos más altos. En realidad para frecuencias de 5th o armónicos más altos, una situación crítica en el sistema así aparece, que la reactancia inductiva del sistema se vuelve igual a la reactancia capacitiva del sistema. Como ambas reactancias se cancelan entre sí, el sistema se vuelve puramente resistivo. Este fenómeno se llama resonancia y en la resonancia el voltaje del sistema puede ser aumentado lo suficiente.
Pero todas estas razones arriba mencionadas crean sobretensiones en el sistema que no son muy altas en magnitud.
Pero las sobretensiones aparecen en el sistema debido a que los impulsos de los relámpagos son de gran amplitud y altamente destructivos. Por lo tanto, el efecto del impulso del rayo debe ser evitado para la protección de sobretensión del sistema de energía.
Métodos de protección contra el rayo
Se trata principalmente de tres métodos principales que se utilizan generalmente para la protección contra los rayos. Son
- Pantalla de tierra.
- Cable de tierra en la parte superior.
- El pararrayos o los divisores de sobretensión….
Pantalla de puesta a tierra
La pantalla de puesta a tierra se usa generalmente sobre subestación eléctrica. En este arreglo una red de alambre GI se monta sobre la subestación. Los cables GI, usados para la pantalla de puesta a tierra, están correctamente conectados a tierra a través de las diferentes estructuras de la subestación. Esta red de cables GI conectados a tierra sobre la subestación eléctrica, proporciona muy baja resistencia camino al suelo para los rayos.
Este método de protección de alto voltaje es muy simple y económico, pero el principal inconveniente es que no puede proteger el sistema de la onda viajera que puede llegar a la subestación a través de diferentes alimentadores.
Alambre de tierra en la parte superior
Este método de protección contra sobretensiones es similar al de la pantalla de puesta a tierra. La única diferencia es que una pantalla de tierra se coloca sobre una subestación eléctrica, mientras que el cable de tierra aéreo se coloca sobre red de transmisión eléctrica. Se colocan uno o dos cables GI de sección transversal adecuada sobre los conductores de transmisión. Estos cables GI están debidamente conectados a tierra en cada torre de transmisión. Estos cables aéreos de tierra o cable de tierra desvían todos los rayos al suelo en lugar de permitir que caigan directamente sobre los conductores de transmisión.
El pararrayos…
Los dos métodos previamente discutidos, es decir, la pantalla de puesta a tierra y el cable de puesta a tierra superior son muy adecuados para proteger un sistema de energía eléctrica de los rayos dirigidos, pero el sistema de los rayos dirigidos, pero estos métodos no pueden proporcionar ninguna protección contra la onda viajera de alto voltaje que puede propagarse a través de la línea hasta el equipo de la subestación.
El pararrayos es un dispositivo que proporciona un camino de muy baja impedancia a la tierra para las ondas viajeras de alto voltaje.
El concepto de un pararrayos es muy simple. Este dispositivo se comporta como una resistencia eléctrica no lineal. La resistencia disminuye a medida que aumenta el voltaje y viceversa, después de un cierto nivel de voltaje.
Las funciones de un pararrayos o divisores de sobretensión se pueden enumerar de la siguiente manera.
- Bajo un nivel de voltaje normal, estos dispositivos soportan fácilmente el voltaje del sistema como aislante eléctrico y no proporcionan una ruta conductora de la corriente del sistema.
- Cuando se produce una sobrecarga de voltaje en el sistema, estos dispositivos proporcionan una ruta de muy baja impedancia para el exceso de carga de la sobrecarga a la tierra.
- Después de conducir las cargas de la sobretensión, a la tierra, el voltaje se vuelve a su nivel normal. Entonces pararrayos recupera su aislamiento adecuadamente y evita que recupere su propiedad de aislamiento y evita la conducción posterior de actual…al suelo.
Hay diferentes tipos de pararrayos usados en el sistema de energía, como el pararrayos con varilla, pararrayos con cuerno, pararrayos con múltiples huecos, de expulsión tipo LA, de valor tipo LA.
Además de estos, el pararrayos más comúnmente usado para protección contra sobretensiones now-a-days El pararrayos de ZnO sin ranura… también se utiliza.
