Tapones de tubería: dispositivo, características, aplicación, ventajas y desventajas

El uso de pararrayos no excluye completamente los daños por rayo en las instalaciones eléctricas, especialmente en las líneas eléctricas, ya que la probabilidad de caída de un rayo en las líneas eléctricas aéreas puede ser relativamente alta y, además, muchas veces se realizan sin ninguna protección de los conductores. . Las sobretensiones que se producen en las líneas durante la caída de un rayo llegan a las subestaciones (por eso se denominan sobretensiones) y pueden suponer un peligro para el aislamiento de los equipos allí instalados.

Para evitar daños a cualquier estructura aislante, incluya una chispa, volt-segundo (cuya característica debe estar por debajo de la característica de volt-segundo del aislamiento protegido).Si se cumple esta condición, la caída de la onda de sobretensión provocará en todos los casos la ruptura del espacio de chispas, seguida de una fuerte caída ("interrupción") de la tensión a través del espacio de chispas y el aislamiento protegido. el espacio de chispa comenzará a fluir debido al voltaje de la frecuencia industrial de la instalación eléctrica, la corriente que lo acompaña.

En instalaciones con neutro puesto a tierra o en caso de fallo del vía de chispas bifásica o trifásica, es posible que el arco subsiguiente no se extinga por sí solo, y la falta de impulso en este caso se convertirá en un cortocircuito estable, provocando la interrupción del instalación Por lo tanto, para evitar tal apagado de la instalación, es necesario extinguir el próximo arco a través del espacio de chispa.

Los dispositivos que brindan no solo protección de aislamiento contra sobretensiones, sino que también extinguen el siguiente arco en un tiempo menor que la duración de la protección del relé, se denominan pararrayos de protección en contraste con las velas convencionales, que generalmente se denominan brechas de protección (PZ).

Topes de tubería junto con válvula son los principales tipos de retenedores. Se diferencian en el principio de extinción posterior del arco. En los pararrayos de tubo, el arco se extingue creando un intenso estallido longitudinal, y en los pararrayos de válvula, el arco se extingue debido a una reducción de la corriente subsiguiente por medio de una resistencia adicional conectada en serie con la vía de chispas.

Un espacio de chispa de tubo (Fig. 1, a) es un tubo 2 hecho de material generador de gas aislante, dentro del cual hay un espacio de extinción de arco no regulado S1 formado por un electrodo de varilla 3 y una brida 4.La chispa está separada del voltaje de funcionamiento por un espacio de chispa externo, ya que el tubo 2 no está diseñado para una presencia prolongada bajo voltaje debido a la descomposición del material generador de gas bajo la influencia de fugas. La segunda brida 1 del limitador está puesta a tierra.

Arroz. 1. Pararrayos de tubo: a — dispositivo y circuito de conmutación, b — notación convencional de los diagramas, c — tensión en el pararrayos, d — circuito equivalente.

Con una sobretensión en la red (Fig. 1, c), ambos arcos de chispas se rompen y la onda de sobretensión (curva 1) se interrumpe. Una corriente acompañante comienza a fluir a lo largo del camino creado por la descarga de pulso, y la descarga de chispa se convierte en una descarga de arco.Bajo la acción de la alta temperatura del canal de arco de la corriente acompañante, el material del tubo se descompone con la liberación de una gran cantidad de gases, la presión aumenta bruscamente (hasta decenas de atmósferas) y los gases son expulsados ​​a través de la abertura de la brida 4, creando una intensa explosión longitudinal. Como resultado, el arco se extingue cuando la corriente pasa primero por cero.

Cuando se dispara la vía de chispas, emite gases ionizados incandescentes en forma de antorcha de 5 1,5 - 3,5 m de largo y 1 - 2,5 m de ancho (dependiendo del voltaje nominal de la vía de chispas) y se escucha un sonido , parecido a un disparo He oído. Por lo tanto, para evitar fallas de fase a fase, al instalar pararrayos, es necesario asegurarse de que las partes conductoras de corriente de las fases adyacentes no caigan en la zona de descarga.La tensión de disparo de los pararrayos se puede ajustar modificando la distancia de la vía de chispas externa, pero no se puede reducir por debajo de un determinado mínimo, ya que esto hace que los pararrayos se disparen con demasiada frecuencia y aumenten su desgaste.

Dado que el campo eléctrico de los electrodos en forma de varilla del espacio de chispas del tubo es muy poco homogéneo, su característica de volt-segundo tiene un carácter decreciente en la región de hasta 6-8 μs, lo que no es consistente con las características planas de volt-segundo de transformadores y máquinas eléctricas. Se requiere una cierta intensidad de formación de gas para apagar el arco con éxito, por lo tanto, hay un límite inferior de corrientes a cortar en el que el descargador aún puede apagar el arco dentro de 1-2 semiciclos.

El límite superior de las corrientes de interrupción también está limitado, ya que una formación de gas demasiado intensa puede provocar la destrucción del pararrayos (rotura del tubo o destrucción de las bridas).

El rango de corrientes de interrupción se indica en la designación de tipo del pararrayos, por ejemplo, RTV 35 / (0.5 — 2.5) significa un pararrayos de tubo 0.5 — 2.5 de plástico de vinilo para 35 kV con un rango de corriente de interrupción de 0.5 — 2.5 kA.

A medida que disminuye la longitud del espacio de supresión de arco y aumenta su diámetro, ambos límites de las corrientes de descarga se desplazan a valores mayores.

Dado que la operación del pararrayos está acompañada por la quema de parte del material del tubo de supresión de arco, después de 8 a 10 operaciones, cuando el diámetro aumenta en un 20 a 25% con respecto al inicial, el pararrayos se vuelve inutilizable (ya que el los límites de las corrientes, interrumpidas por él, se modifican) y deben ser reemplazados.

Para tener en cuenta el número de operaciones, los limitadores de tubería están equipados con un indicador de activación en forma de tira de metal 6 (ver Fig. 1, a), no desplegada por los gases emitidos por el limitador. Actualmente, la industria produce retenedores de tubería tipo RTF en los que el gas se genera a partir de la tubería de fibra, y tipo RTV con tubería de plástico vinílico.

Debido a la baja resistencia mecánica de la fibra, se encierra en un tubo grueso de papel horneado que, para reducir su higroscopicidad, se cubre con un barniz resistente a la humedad (generalmente esmalte de perclorovinilo), que puede soportar las influencias atmosféricas en periodos de verano e invierno bien. Un rasgo característico de los pararrayos RTF es la presencia de una cámara en el extremo cerrado del tubo, que favorece el reventón longitudinal cuando la corriente pasa por el valor cero y contribuye así a la extinción del arco.

En los restrictores RTV, el gas es generado por un tubo de plástico de vinilo, que tiene una mayor capacidad de generación de gas y propiedades aislantes que se conservan bien incluso cuando se trabaja al aire libre en todos los climas. Los pararrayos RTV tienen un diseño más simple (sin cámara interna, no se requiere pintura) y límites superiores más altos de corriente de interrupción (15 kA en lugar de 7-10 kA para los pararrayos RTF).

Arroz. 2. Tope de tubería RTV-20-2 / 10

Para el funcionamiento en redes con corrientes intermitentes muy elevadas (hasta 30 kA), se fabrican limitadores reforzados del tipo RTVU, cuya mayor resistencia mecánica se consigue enrollando un tubo de plástico vinílico con capas de cinta de vidrio impregnada con una capa resistente a la intemperie. compuesto epoxi.

La capacidad de carga de impulsos de los pararrayos tubulares, que hacen pasar prácticamente toda la corriente del rayo a través de ellos cuando llega a la línea, es bastante alta y asciende a 30–70 kA.

La selección de los pararrayos se realiza en función de la tensión nominal de la red y de los límites de las corrientes de cortocircuito de la red en el punto de su instalación. La corriente de cortocircuito máxima se calcula cuando todos los elementos de la red (líneas, transformadores, generadores) están encendidos, teniendo en cuenta el componente aperiódico de la corriente de cortocircuito, la corriente mínima — con un circuito de red con elementos parcialmente desconectados (por ejemplo, para overhaul) y sin el componente aperiódico. Los límites de corriente de cortocircuito encontrados. debe encajar dentro de los límites de corriente de interrupción del pararrayos de tubería.

Los pararrayos de tubo se fabrican para tensiones de 3 a 220 kV, las corrientes de interrupción varían de 0,2 a 7 y 1,5 a 30 kA con una tensión de 3 a 35 kV hasta 0,4 a 7 y 2,2 a 30 kA con una tensión de 110 kV. El pararrayos de 220 kV consta de dos pararrayos de tubo de 110 kV conectados por una jaula de acero con tuberías de descarga.

Las principales desventajas de los pararrayos de tubo son la presencia de una zona de descarga, una ruptura pronunciada en la onda de choque, un cortocircuito (aunque sea de corta duración) de las líneas a tierra y una característica de voltios por segundo particularmente pronunciada, que excluye la posibilidad del amplio uso de pararrayos de tubo como dispositivo de protección de equipos de subestaciones. La desventaja de los limitadores de tubería es la presencia de limitación de corrientes interrumpidas, lo que complica su producción y operación.

Debido a su simplicidad y bajo costo, los arrestallamas son ampliamente utilizados como medios auxiliares de protección de subestaciones, para la protección de subestaciones de baja potencia y baja criticidad, así como para secciones individuales de líneas.

Actualmente, los limitadores de válvulas y válvulas están siendo reemplazados gradualmente por limitadores de voltaje no lineales (limitadores)... Son varistores de óxido metálico (resistencias no lineales) sin chispas, conectados en serie, encerrados en una caja de porcelana o polímero.