8 Pararrayos

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PROGRAMA DE FORMACIÓN EN EQUIPOS DE PATIO – Nivel estándar

Expositor: Gustavo Guillen la Rosa

Exposición: “Día 3 - 08 de julio 2009”

TEMA: Pararrayos


CONTENIDO

ÍTEM TEMA

1 Introducción

2 Concepto

3 Tipo de Pararrayos utilizados en subestaciones

4 Características constructivas Pararrayos

5 Desempeño de los Pararrayos en subestaciones

6 Aplicación

7 Criterios para especificaciones y selección de los Pararrayos

8 Pruebas

Preparado por: Gustavo Guillén La Rosa.


pU

rwU

Time

Voltage

cU

Tensión normal deoperación

Sobretensióntemporária

Sobretensiones Maniobra y Descargas atmosfericasPolución

externa

1t

INTRODUCCION A LA FUNCION DE LOS PARARRAYOS


INTRODUCCION A LA FUNCION DE LOS PARARRAYOS


Son los elementos de protección que tienen por finalidad limitar las sobretensiones de origen atmosférico y de maniobra en los terminales de los equipos/sistemas a ser protegidos, de modo que ante una ocurrencia de una sobretensión el aislamiento de los equipos no se dañe o comprometa sus características dieléctricas

CONCEPTOPararrayos


0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Corrente de descarga (Acr)

Te

ns

ión

re

sid

ua

l (p

.u. V

10

kA

)

de onda atmosférico manobra

CONCEPTOCurva característica de protección de los pararrayos ZnO


TIPOS DE PARARRAYOS EN SUBESTACIONES

Explosores con aislamiento en aire

Pararrayos con Explosores de SiC

Pararrayos de Oxido de Zinc (ZnO) con envoltura de porcelana

Pararrayos de Oxido de Zinc (ZnO) con envoltura polimérico.


CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS Pararrayos con explosores de SiC


Flanges terminalesFlanges terminales

Terminal de ATTerminal de AT

Flanges terminalesFlanges terminales

PorcelanaPorcelana

Anillo de ecualizaciónAnillo de ecualización

Resistores de equalizaciónResistores de equalización

explosoresexplosores

Terminal de tierraTerminal de tierra

Resistores no-linealesResistores no-linealesde SiCde SiC

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS Pararrayos con explosores de SiC


CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS Tipos de explosores en Pararrayos de SiC


CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS Pararrayos ZnO sin. explosores - porcelana


1 - Terminales 2 – Aro de sellado 3 - Diafragma de alivio de sobrepresión 4 - Muelle de compresión 5 - Envoltura de porcelana 6 - Resistores no lineales de ZnO 7 – Espaciadores de aluminio

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS Detalles del diafragma de alívio de sobrepresión


CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVASPararrayos ZnO - porcelana


1 - Diafragma de alívio de sobrepresión2 – Muelle de compresión3 – Médio interno (aire seco) 4 – Bloques espaciadores de alumínio5 – Envoltura polímero de seleciona6 - Columna de Bloques de ZnO7 - Anillo de fijación8 - Tubo reforzado de fibra de vidro9 - Flange metálica (alumínio)

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVASPararrayos - polimérico

1234

5

6

78

9


Série-Paralelo

CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVASPararrayos - polimérico

Coluna única


CARACTERISTICAS CONSTRUTIVASContadores de descargas


CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVASDetalles de contador de descargas

1 - Camino principal de la corriente arrollamiento primario2 - Núcleo toroidal3 - Enrollamiento secundario4 - Parte electrónica5 - Contador de operaciones (mecánico)


DESEMPEÑO DE PARARRAYOS EN CAMPO

La exposición de los pararrayos a las condiciones climáticas mas adversas y sometidos a las diferentes solicitaciones pueden adenlantar su envejecimiento. Estas solicitaciones son:

Tensión nominal de operación (pararrayos de ZnO)

Sobretensiones temporarias

Descargas de larga duración o de alta intensidad e corta duración

Contaminación externa y polución

Ingreso de humedad por perdida de hermeticidad


Estudios realizados eviencian al ingreso de humedad debido a perdida de hermeticidad siendo la principal causa de falla verificada de los pararrayos a lo largo del tiempo

DESEMPEÑO DE LOS PARARRAYOS EN CAMPO

Estadistica de Fallas

85.5

6 4.5 2.5 1.50

102030405060708090

Ingreso deHumedad

Descarga Contaminación Aplicacióninadecuada

Desconocimiento

Causas

Po

rcen

taje

Fal

las


DESEMPEÑO DE LOS PARARRAYOSPerdida de hermeticidad por el ingreso de humedad

Daño de la junta de sellado durante el proceso de ensamblaje, envejecimiento de la junta en el tiempo con la perdida de sus propiedades, grietas en la porcelana fisuras o grietas en el cemento en el caso de los pararrayos

El ingreso de humedad cambia las características de los bloques de las resistencias no lineales


Descargas de alta y baja intensidad

Perforación Descarga externa Rotura

DESEMPEÑO DE LOS PARARRAYOSPararrayos de ZnO


Nuevos proyectos y ampliación de subestaciones

Sustitución de pararrayos de SiC actualmente instalados con tiempos de operación encima de 20 años

La gran mayoría de los pararrayos instalados en los sistemas de transmisión presentan tiempos de vida superior a 20 años, necesidad de sustitución para mantener la confiabilidad de la subestación

Especificación mas adecuada de los pararrayos a las necesidad del sistema

Reducción de la distancia eléctrica entre los pararrayos y los equipos protegidos, pararrayos poliméricos

Aumento del margen de protección; Posibilidad de la reducción del nivel de aislamiento

APLICACIÓN DE PARARRAYOS EN SUBESTACIONESAplicación de pararrayos de ZnO en subestaciones


CRITERIOS BASICOS PARA SELECCIÓN Y ESPECIFICACION DE PARARRAYOSPararrayos de ZnO en subestaciones

Selección de los pararrayos con base a la información del equipo a proteger y determinación de sus características de protección

Selección de la tensión nominal Tensión continua de operación (MCOV) Sobretensión temporaria (TOV)

Definición de la corriente de descarga nominal

Verificación de la energía que debe ser absorbido por los pararrayos por sobretensiones atmosfericas y maniobra

Verificación de la soportabilidad de la corriente de falla

Verificación de las condiciones ambientales

Distancia de separación del pararrayo y el equipo a proteger


PRUEBA DE PARARRAYOS

De las prueba mas comunes para ejecutar en campo que se utilizan como método para detectar posibles problemas por ingreso de humedad son:

Prueba de factor de potencia Análisis infrarrojo (Termografía)

Monitoreo de la Corriente de Fuga

FACTOR DE POTENCIA

Las diferentes marcas y modelos de pararrayos tendrán diferentes perdidas Watts. El personal de prueba debe intentar identificar una variación en las pérdidas de watts que ha medido anteriormente. El % FP no es calculado debido a que la corriente es muy pequeña.


PRUEBA DE PARARRAYOSMétodo de prueba Factor de Potencia

Cuando se efectúa la prueba de FP, cada pararrayo debe ser probado individualmente. Una prueba desarrollada en más de un pararrayo, puestos en serie o en paralelo, disminuirán la eficiencia de las pruebas


Análisis de resultado de prueba Pararrayos L-1004 SE Quencoro

PRUEBA DE PARARRAYOSAnálisis de resultado prueba Factor de Potencia


PRUEBA DE PARARRAYOSAnálisis de resultado prueba Factor de Potencia

Análisis de resultado de prueba Pararrayo L-1007. SE Abancay


PRUEBA DE PARARRAYOSAnálisis de los resultados de prueba Factor de Potencia

Tome como referencia los valores del fabricante o de la base de datos de DOBLE.

Compare las corrientes con las pérdidas en watts obtenidas para las unidades idénticas probadas bajos las mismas condiciones.

Cualquier desviación, para arriba o para abajo, debe investigarse. Compare los resultados con pruebas anteriores, si estas están disponibles

Los valores asignados están basados en valores de pérdidas en watts y no en valores de % FP.

No aplicar ningún factor de corrección para los pararrayos.


Una ventaja para el desarrollo de la prueba termografía es que los aparatos no tienen que ser sacados del servicio. Las pruebas de rutina es recomendada con la expectativa de identificar y reemplazar pararrayos defectuosos

PRUEBA DE PARARRAYOSAnálisis infrarrojo (Termografía)


PRUEBA DE PARARRAYOSMonitoreo de la corriente de fuga


Pararrayos con explosores (gaps de descarga)

No llevan ninguna corriente de fuga durante el servicio normal. No existe ningún método de diagnóstico con el pararrayo en servicio.

Pararrayos oxido metálico sin gaps

Lleva corriente de fuga permanente durante el servicio normal. Los métodos disponibles on-line son discutidos y comparados en: IEC 60099-5: ‘’Diagnostic indicators for metal oxide surge arrester in service’’.


Aplicación


Representación eléctrica de los varistores ZnO Equivalente según IEEE


• Ir: Corriente Resistiva

• Ic: Corriente capacitiva

• U: Voltaje• k: Constante que depende del material• α: Función que depende de la temperatura y voltaje



Característica típica de corriente – voltaje (I-U):

La componente de la corriente resistiva:

• Es típicamente 5-20% de la corriente de fuga total bajo condiciones de operación normal.

• Es un indicador sensible de los cambios en la característica I-U del varistores de oxido metálico ZnO.

• Depende del voltaje y temperatura.



• Ejemplo de medición de la corriente de fuga total.

•La corriente de fuga total se incrementa solo un 4% cuando la parte resistiva es el triple.

•Este pequeño cambio en It es difícil de leer en un mA.

Ic = 100 Ic = 100

Ir = 30Ir = 10

It = 100,5 It = 104,5

Corriente de Fuga Total:



Corriente resistiva máxima recomendada

Fabricante Tipo Ires, max (µA)

ABB XAR / EXLIM R 91

XAQ / XMQ / 130

XAP-A / XAP-C / EXLIM Q 167

EXLIM P-A / EXLIM P-B / EXLIM P-D 167

EXLIM T 251

XAP-B / EXLIM P-C 331

Bowthorpe 2VACM 91

Ohio Brass MPR 91

VN 130

Westinghouse W1 91


BENEFICIOS

• Completo, sistema portátil que cubre todas las necesidades de monitoreo de todos los varistores oxido metálicos

• Es una prueba no destructiva.

• La prueba dura de 20 seg. a 1 minuto.

• No hay corte/alteración del sistema normal de operación durante la prueba.

• Da conocimiento confiable de cuándo reemplazar un pararrayos.


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