Sobretensión atmosférica en redes eléctricas

Los aumentos repentinos de tensión a corto plazo hasta un valor peligroso para el aislamiento de una instalación eléctrica se denominan sobretensión... Por su origen, las sobretensiones son de dos tipos: externas (atmosféricas) e internas (de conmutación).

Las sobretensiones atmosféricas surgen de la caída directa de un rayo en una instalación eléctrica o de la caída de un rayo en sus inmediaciones. Las sobretensiones atmosféricas representan el mayor peligro para una instalación eléctrica, al igual que los impactos directos iluminación pueden alcanzar 1.000.000 V, con una corriente de rayo de hasta 200 kA. No dependen del valor de la tensión nominal de la instalación eléctrica. Son especialmente peligrosos para las instalaciones de baja tensión, ya que en estas instalaciones las distancias entre partes activas y el nivel de aislamiento son menores que en las de alta tensión.

Las sobretensiones atmosféricas se dividen en rayos inducidos y directos. El primero ocurre durante la descarga de un rayo cerca de una instalación eléctrica, por ejemplo una subestación o línea eléctrica.La sobretensión es generada por el efecto inductivo de una nube de tormenta cargada a un potencial muy alto (varios millones de voltios).

En el caso de la caída directa de un rayo, además de la acción electromagnética que provoca la sobretensión, también se observan daños mecánicos, por ejemplo, la rotura de postes de madera o traviesas de líneas eléctricas aéreas.

Las sobretensiones inducidas son del orden de 100 kV, que es significativamente menor que la sobretensión provocada por la caída directa de un rayo. Se propagan a lo largo de los conductores de la línea aérea después de la descarga en forma de ondas evanescentes.

En la mayoría de los casos, un rayo consiste en una serie de pulsos individuales que se suceden. La descarga completa dura décimas de segundo, y los pulsos individuales tienen una duración de decenas de microsegundos cada uno. El número de pulsos individuales durante la caída de un rayo puede ser de 1 a 40.

Protección de instalaciones eléctricas contra sobretensiones atmosféricas

Se señaló anteriormente que las sobretensiones atmosféricas pueden alcanzar varios millones de voltios. El aislamiento de las instalaciones eléctricas no puede soportar tales niveles de voltaje, por lo que necesita protección adicional contra daños. Estos agentes previenen daños a los equipos eléctricos y deben usarse en instalaciones eléctricas tanto para aumentar el suministro de energía ininterrumpida a los consumidores como para proteger a las personas y los animales.

Se debe prestar especial atención a la protección contra sobretensiones de las líneas aéreas de 10 y 0,4 kV, así como las subestaciones de consumo ubicadas en áreas rurales.

Los incendios pueden ser una consecuencia grave de las sobretensiones, especialmente debido a la caída directa de rayos. Por lo tanto, se presta la mayor atención a la organización de una protección correcta y confiable contra sobretensiones atmosféricas (o protección contra rayos).

El problema de la protección contra rayos incluye medidas para proteger elementos individuales de instalaciones eléctricas de rayos directos, aislamiento de máquinas y dispositivos eléctricos contra daños, de impulsos que pasan desde la línea de ondas de sobretensión. Estas medidas se reducen a la instalación de dispositivos de protección y dispositivos que desvían un impulso (ola) de un oleaje hacia el suelo antes de que la ola llegue a cualquier elemento crítico de la instalación y lo inutilice.

Por lo tanto, la parte principal de todos los dispositivos de protección son los interruptores de puesta a tierra. deben cumplirse de acuerdo con PUE y proporcionar una descarga confiable de la carga al suelo.

Los pararrayos, pararrayos y parachispas se utilizan como equipo de protección primaria contra sobretensiones atmosféricas.

Los pararrayos orientan la descarga atmosférica hacia sí mismos, alejándola de las partes conductoras de corriente de la instalación. Para proteger objetos concentrados (por ejemplo, subestaciones u otras estructuras), se utilizan pararrayos de varilla, y para proteger objetos prolongados (por ejemplo, cables de líneas aéreas), se utilizan pararrayos de hilo de contacto. Se instalan y velas.

Para la protección contra rayos de los generadores y transformadores de las estaciones, se proporciona un conjunto de medios tanto para la protección contra rayos directos como contra ondas de choque que caen de la línea.

La protección contra la caída directa de rayos la proporcionan los pararrayos y los rayos de contacto en las aproximaciones de la línea aérea a la estación o subestación. Los generadores están protegidos de las olas que caen de la línea con limitadores que limitan la amplitud de la onda a un valor que no es peligroso para el aislamiento de una máquina eléctrica.

No se recomienda que los generadores grandes se conecten directamente a las líneas eléctricas salientes. Para pequeñas estaciones que suministran electricidad a los consumidores a la tensión del generador, dicha conexión es posible con la instalación adicional de limitadores especiales con características mejoradas para el generador.

Si los generadores están conectados directamente a los transformadores elevadores, es decir, según el diagrama de bloques generador-transformador, no requieren medidas especiales de protección contra poli sobretensión.

Las líneas aéreas con una tensión de 6 — 35 kV, construidas sobre postes de madera, no requieren protección especial contra sobretensiones. La resistencia a los rayos de su aislamiento es proporcionada por las propiedades aislantes de la madera. Aquí sólo es importante mantener las siguientes distancias mínimas de aislamiento entre hilos (en madera): 0,75 m para tensiones 6-10, 1,5 m para tensión 20 y 3 m para tensión 35 kV.

Las secciones individuales de líneas aéreas con aislamiento debilitado (por ejemplo, utilizando soportes metálicos o de hormigón armado, conectando la línea aérea con un cable, etc.) están protegidas por pararrayos o vías de chispas (a bajas corrientes) (ver — Restricciones de tubería y Restrictores de válvula). La resistencia de los dispositivos de puesta a tierra de estos dispositivos no debe ser superior a 10 ohmios.

Los limitadores y vías de chispas se instalan en los soportes de dos líneas aéreas que se cruzan o en la intersección de una línea eléctrica aérea con una línea de comunicación. La resistencia de los dispositivos de puesta a tierra aquí no debe ser superior a 15 ohmios. Los taludes de puesta a tierra de los soportes deben ser atornillados y su sección transversal debe ser de al menos 25 mm2.

Para restaurar la energía por encima de la línea aérea después de fallas de rayos transitorias rápidas, se utilizan dispositivos de reconexión automática (reconexión automática) de las líneas. Con la operación exitosa de los reconectadores automáticos como dispositivo de protección contra rayos, los usuarios no sentirán una interrupción de energía que no sea mayor a 0.2 s, y su operación normal no se verá afectada.

Los prensaestopas están protegidos en ambos extremos con topes.

La protección de las redes de consumo con un voltaje de 0,38 / 0,22 kV se lleva a cabo con especial cuidado. Estas redes suelen ser aéreas y su diseño es más susceptible a las sobretensiones atmosféricas, ya que se elevan por encima de todas las demás estructuras y atraviesan áreas abiertas.

Las redes de baja tensión están equipadas con dispositivos de protección contra rayos que desvían las corrientes de descarga de impulso a tierra. Esto le permite proteger a personas y animales, prevenir incendios causados ​​por rayos y su penetración en los cables eléctricos internos.

En las redes de baja tensión, las conexiones a la puesta a tierra de protección contra rayos se proporcionan para ganchos o clavijas de aisladores de todos los conductores de fase y el conductor neutro.

También se prevé la puesta a tierra sobre soportes con derivaciones a las viviendas o directamente en las entradas de los edificios. La resistencia del dispositivo de puesta a tierra de protección no debe exceder los 30 ohmios.

En las subestaciones de consumo de 10/0,4 kV, los devanados de baja tensión conectados a líneas aéreas deben estar protegidos por pararrayos. Se instalan lo más cerca posible del transformador y se conectan al circuito de tierra común de las subestaciones. Cuando la potencia del transformador es de 630 kVA y más, se realizan dos conexiones a tierra de protección adicionales a lo largo de las líneas que se extienden desde él, a 50 y 100 m de la subestación con el valor de resistencia especificado.