CARACTERIZACIÓN Y EVALUACION DE DST

CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DE DST Luis Ardila, Diego Calderón, José Lozano

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PRACTICA 9: CARACTERIZACIÓN Y EVALUACION DE DST

Luis E. Ardila Diego M. Calderón José F. Lozano

[email protected] [email protected] [email protected]

ACTIVIDADES PARA ANTES DE INICIAR LA PRACTICA

1. Cuales con las funciones principales y aplicaciones de un descargador de

sobretensión.

La principal función de un descargador de sobretensión es limitar un determinado nivel de

sobre voltaje que se presente ya sea por una descarga atmosférica o por una maniobra en

una estación. La operación de un descargador de sobre voltaje se traduce en una falla de

fase a tierra momentánea que el descargador debe ser capaz de despejar antes que

actúen los dispositivos de protección.

2. Muestre con ayuda de un grafico la curva de comportamiento de un descargador

de sobretensión.

Un descargador de sobretensiones se comporta como un circuito abierto cuando el voltaje

sobre permanece en los rangos de funcionamiento, al detectar una tensión superior el

descargador permite el paso de corriente, la cual es desviada a tierra y reduce el sobre

voltaje.

Voltaje de Operación permanente Uc


2

Es el valor eficaz de voltaje a frecuencia industrial al que puede operar el pararrayo sin

restricción alguna (IEC 60099-4 [2], cláusula 9).

El voltaje de operación es mayor que el máximo voltaje permanente que aparece entre

fase y tierra. Se recomienda una tolerancia de al menos un 5 % (IEC 60099-5). Con ello

se toman posibles armónicas del sistema.

3. Describa brevemente las características eléctricas de un descargador de

sobretensión.

Voltaje Residual Ures

Valor pico de tensión que aparece en los terminales en un descargador de

sobretensiones durante el paso de la corriente de descarga NTC4389 [1]

Corriente Permanente

Es la corriente que circula a través del descargador cuando esta energizado al voltaje de

operación permanente, ésta posee una gran componente capacitiva y una componente

resistiva.


3

Voltaje Nominal del descargador Ur

Es el valor eficaz máximo admisible de voltaje de frecuencia industrial entre terminales del

pararrayo, el cual está diseñado para operar ccorrectamente en llas condiciones de sobre

voltaje temporal establecidos en los ensayos de funcionamiento y solo puede

aplicarse temporalmente un período de 10 segundos.

4. ¿Qué diferencias y/o similitudes existen entre un varistor, un explosor, un cuerno

de arco y un descargador de oxido de zinc?

Los varistores, los explosores, los cuerno de arco y los descargadores de oxido de zinc

son todos descargadores de sobretensión utilizados la protección de equipos frente a

sobretensiones de tipo rayo o maniobra. Los varistores son resistencias no lineales cuyo

valor desciende con la tensión en sus extremos, son limitadores bipolares y existen dos

tipos: los de carburo de silicio y los de óxido de zinc, mientras que los descargadores de

oxido de zinc es una unión en serie de varios varistores en el interior de un cilindro de

porcelana que permite un mejor manejo de sobretensiones, además tenemos los

explosores que son un sistema de protección muy sencillo y económico que consta de

dos varillas una conectada al conductor que se desea proteger y la otra a tierra que

generan un arco al presentarse una sobretensión y conduce esta a tierra, pero estos

presentan muchos inconvenientes por lo tanto han sido reemplazados por los

descargadores de oxido de zinc.


4

5. Haga una breve descripción de los ensayos que se realizan de forma normalizada

sobre un descargador y permiten controlar la calidad del diseño y la uniformidad

de la construcción.

Para los descargadores de sobretensiones construidos con resistencias no lineales de

oxido de zinc sin explosores, se aplica la norma técnica Colombiana NTC 4389, la cual

está basada en IEC 60099-4.

Los descargadores de sobretensiones deben estar en la capacidad de soportar la

combinación de esfuerzos que se presentan en servicio, estos esfuerzos no deben

causar daño o avalancha térmica.

El descargador de sobretensiones ha aprobado el ensayo si se alcanza estabilidad

térmica, si la tensión residual medida antes y después del ensayo no ha cambiado más

del 5% y si el examen de las muestras después del ensayo no revela evidencia de

perforaciones, flameo o agrietamiento.

De acuerdo a la norma NTC 4389 se deben realizar los siguientes ensayos tipo,

dependiendo del tipo de descargador de sobretensiones

Ensayos de resistencia o soporte del aislamiento de la carcasa del descargador de

sobretensiones; véase el numeral 10.8.2

Ensayo de resistencia o soporte a impulsos de corriente de larga duración; véase el

numeral 10.8.4

Ensayos de funcionamiento; véase el numeral 10.8.5

Ensayos de los dispositivos de desconexión/ indicadores de fallas; véase numeral

10.8.6

Ensayo de penetración de humedad (véase el numeral 10.8.13

ACTIVIDADES Y DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

I. Explique el funcionamiento y configuración de cada uno de los métodos de

medición empleados, muestre el valor de sus componentes y la relación de

transformación de cada uno.

Para llevar a cabo esta práctica satisfactoriamente es necesario contar con sistemas de

medida los cuales nos permitan transformar las altas tensiones en voltajes reducidos los

cuales se puedan medir mediante equipo convencional, este trabajo lo realizan los

divisores de tensión, en este caso utilizaremos dos tipos de estos divisores.


5

En primera medida tenemos un divisor capacitivo puro, el cual consiste en una

capacitancia de alta de 100 pF, con un ramal de baja de 200 nF, este divisor nos servirá

para medir la tensión a la salida del transformador, y así mediante la relación de

transformación tener un estimado si la tensión esta correcta entre el primario y

secundario del transformador.

Tenemos un segundo equipo de medida, el cual consiste en un divisor resistivo

compensado, el cual cuenta con una rama de alta de 52 pF conectados en paralelo con

243,6 MΩ y un ramal de baja, de un condensador de 50 nF conectado en paralelo con

una resistencia de 240 kΩ.

La configuración y valores de los dos equipos de medida a utilizar durante la práctica se

encuentran resumidos en la figura 9, la relación de transformación de cada uno de estos

divisores es de 1862 para el capacitivo puro y de 928 para el resistivo compensado.

Figura 9. Sistemas de medida, a) divisor capacitivo puro (1862) y b) divisor resistivo compensado (928).

II. Monte un circuito de alta tensión AC y a la salida del generador conecte en

paralelo un descargador de sobretensiones de oxido de zinc. Realice mediciones

de tensión de cresta a la salida del montaje para al menos cuatro valores de

tensión generada (diferencia de medidas de al menos 7.5KV) y determine la

tensión de operación del descargador.

Primero que todo se procede al montaje de generación de alta tensión AC como se muestra

en la siguiente figura y se dispone a hacer medidas de la tensión de salida con el

osciloscopio y el multimetro y registramos los valores de tensión generada y tensión del

descargador.


6

Voltaje de entrada menor al de operación del descargador.

Voltaje de entrada mayor al de operación del descargador.

En la siguiente tabla se registran los valores determinados de tensión a la salida del

descargador se sobretensión.

V1[kV] V2 (DST) [kV]

4,56 3,84

7,21 6,01

10,29 8,57

15,37 13,04

21,28 13,95

41,19 15,78

61,63 16,43


7

71,31 16,68

De la figura anterior donde se grafica al tensión de entrada y la tensión de slaida del

descargador de sobre tensiones podemos observar que más o menos a partir de 15Kv el

descargador comienza a operar.

III. Monte un circuito de generación tipo rayo y a la salida del generador conecte en

paralelo un descargador de sobretensiones de oxido de zinc. Realice mediciones

de tensión de cresta a la salida del montaje para al menos cuatro valores de

tensión generada (diferencia de medidas de al menos 7.5KV), con polaridad

positiva y determine la tensión de operación del descargador bajo este impulso.

Tiempo de frente = 1,5 µs

Tiempo de cola = 212 µs


8

Impulso y actuación del descargador de sobretensión.

Separación espinterómetro [cm] V1 [kV] V2 (DST) [kV]

0,5 12,67 11,66

1 21,53 18,43

1,5 31,64 18,81

2 40,75 18,81

2,5 49,83 18,81

3 56,64 18,81


9

En la figura anterior se puede observar claramente que el descargador de sobretensión actúa

muy bien en la presencia de impulsos de tensión y que su voltaje de operación es de 18,81 KV.

IV. Monte un circuito de generación tipo maniobra y a la salida del generador conecte

en paralelo un descargador de sobretensiones de oxido de zinc. Realice

mediciones de tensión de cresta a la salida del montaje para al menos cuatro

valores de tensión generada (diferencia de medidas de al menos 7.5KV), con

polaridad positiva y determine la tensión de operación del descargador bajo este

impulso.

Debido a las limitaciones en los valores de resistencias de frente, resistencias de cola y

condensadores que posee el laboratorio no fue posible realizar la prueba para un

impulso tipo maniobra.

V. Monte un circuito de generación tipo rayo y a la salida del generador conecte en

paralelo una configuración cuerno de arco a una separación de 1.5cm. Realice



polaridad positiva y determine la tensión de operación del cuerno.


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Separación

espinterómetro [cm]

Separación punta-punta

(explosor) [cm] V1 [kV]

V2 (DST)

[kV]

1 0,5 12,67 11,66

1,5 0,5 21,53 18,43

1,5 1 31,64 18,81

2 0,5 40,75 18,81

2 1 49,83 18,81

3 1,5 56,64 18,81

VI. Monte un circuito de generación tipo maniobra y a la salida del generador conecte

en paralelo una configuración cuerno de arco a una separación de 1.5cm. Realice



polaridad positiva y determine la tensión de operación del cuerno.

Debido a las limitaciones en los valores de resistencias de frente, resistencias de cola y

condensadores que posee el laboratorio no fue posible realizar la prueba para un

impulso tipo maniobra.

VII. Analice el comportamiento del descargador y repita alguna de las experiencias

del numeral C o D con otro descargador. Compare los resultados obtenidos y

determine cuál de los dos descargadores bajo prueba entrego los mejores

resultados.


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Voltaje de entrada menor al de operación del descargador.

Voltaje de entrada mayor al de operación del descargador.


12

V1[kV] V2 (DST) [kV]

3,56 2,88

7,20 5,80

10,66 8,57

16,48 11,87

31,38 14,42

41,41 15,16

46,11 15,37

Podemos ver en la figura anterior y en la tabla donde se tomaron los valores de voltaje

que el descargador empieza a funcionar aproximadamente en los 15 KV.


13

Separación espinterómetro [cm] V1 [kV] V2 (DST) [kV]

0,5 12,25 11,56

1 21,72 18,62

1,5 31,74 18,99

2 41,11 18,99

2,5 47,79 18,99

3 56,33 19,74

Podemos ver en la figura anterior y en la tabla donde se tomaron los valores de voltaje

que el descargador empieza a funcionar aproximadamente en los 19 KV.

VIII. Analice los resultados obtenidos con los sistemas de protección incorporados

durante la práctica y determine cualitativamente, la eficiencia de cada uno de los

sistemas y su comportamiento para cada caso, teniendo en cuenta parámetros


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como tipo de impulso, características de los descargadores y condiciones

ambientales.

Para los descargadores analizados en la práctica los valores de experimentales de

operación fueron: 18,11 KV y 19 KV vemos que su comportamiento cumple con la curva

operación de un descargador de sobretensión ya que no permite sobre voltajes

superiores a dichos valores, cumple con la forma expresada en la grafica a

continuación:

Las condiciones ambientales se mantuvieron estables para el desarrollo de la practica

entonces es difícil realizar un análisis de comportamiento basado en cambios de esta,

pues no se dieron. Pero se puede decir que las condiciones de limpieza sobre los

descargadores influyen en altos voltajes de funcionamiento ya que la presencia de

partículas sobre la sección aislante altera el voltaje del aislamiento.

Los descargadores utilizados son de oxido de zinc, estos tienen mejores características

de intensidad-tensión que los varistores de carburo de silicio (utilizados

anteriormente). Un varistor de óxido de zinc se compone de granos de ZnO cimentados

en otros granos de óxido metálicos. Al sobrepasar las tensiones de conducción en los

límites de los granos individuales, el varistor pasa a ser conductor.


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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS – SIMULACION.

El circuito de la figura 3.1 muestra un transformador de distribución monofásico de 11.4kV/208V

sobre el cual se quiere observar y analizar el efecto de un impulso tipo rayo con una amplitud

de 40kV sobre los devanados de AT (pulso aplicado) y en la salida del transformador (Pulso

transferido en el lado de BT).

Figura 3.1 Transformador de distribución ante un impulso rápido de corriente.

Para simular las características y el comportamiento del transformador use el modelo para altas frecuencias, mostrado en la Figura 3.2. Para este caso se tiene, CAT=363pF, CBT=468pF y CAT-BT=774pF.


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Figura 3.2 Modelo de transformador para latas frecuencias.

Con ayuda de simulaciones, estudie y responda las siguientes preguntas sobre el comportamiento del transformador en el lado de At y BT.

a) Si no hay protecciones contra sobretensión en ambos lados ¿Cómo se puede ver afectado el transformador? Para analizar el comportamiento del transformador ante la presencia de un impulso tipo rayo es necesario contar con la representación en alta frecuencia del modelo del transformador, el cual se mostro en la Figura 3.2, el cual se debe implementar en ATP junto con una fuente tipo rayo, la cual tiene un tiempo de frente de 1.2 µs y de cola de 50 µs. Además de esto, se colocan medidores de tensión en ambos devanados del transformador como se muestra en la Figura 3.3 y así obtener los resultados de la simulación.

Figura 3.3 Esquemático simulación transformador sin protección.


17

Figura 3.4 Resultado Simulación Transformador sin protección.

En la anterior Figura se puede observar las ondas de tensión que se obtienen

cuando se presenta un impulso tipo rayo en el primario de 40 kV, el cual se ve en la

grafica con eje en el costado derecho, con valor pico de 40 kV.

La onda de tensión en el secundario se observa debajo de esta con su eje en el

costado izquierdo y valor pico de 729.82 V, el cual es el equivalente de 40 kV

ajustado por la relación de transformación del mismo.

Dichos valores se tomaron cuando transcurrían 3.1678 µs y el rayo tuvo aparición en

2 µs.

El transformador se puede ver afectado debido a que toda la onda de tensión con un

delta muy pequeño se encuentra en los devanados del mismo, forzándolo a que

conduzca una gran corriente en un pequeño tiempo, lo cual provocaría una

diferencia de potencial muy grande la cual podría llegar a la disrupción del dieléctrico

de los devanados de primario y secundario.

b) Si se instala en el lado de AT del transformador un descargador de

sobretensiones de oxido de Zinc (ZnO) con una tensión nominal de operación de 18kV (Curva de comportamiento en la Tabla 3.5) ¿Cómo se puede ver afectado el transformador? NOTA: Utilice el modelo MOV Type 92 disponible en ATP/ EMTP.

(file 3-a.pl4; x-var t) v:BT v:AT 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

[V]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

[kV]


18

Tabla 3.1 Tabla del descargador de sobretensiones montado en ATP

En el siguiente esquemático se muestra la forma de conexión del descargador de sobretensiones, el cual posee dos resistencias con los siguientes valores. R1=1000 y R2=500, el elemento no lineal MOV se muestra su comportamiento en la Figura 3.6.

Figura 3.5 Esquemático simulación transformador con descargador de sobretensión en el primario.

Figura 3.6 Curva del descargador de sobretensiones montado en ATP

Figura 3.7 Resultado Simulación Transformador con descargador en el primario.

(file 3-b.pl4; x-var t) v:BT v:AT 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

50

100

150

200

250

300

350

[V]

0

4

8

12

16

20

[kV]


19

En la Figura 3.7 se observa el comportamiento de las ondas de tensión en el primario y

el secundario del transformador cuando este cuenta con un descargador de

sobretensiones en el primario, el cual está operando para valores cercanos a 18 kV.

En los marcadores podemos observar el valor pico de la tensión que estaría tanto en el

primario como el secundario, a diferencia del comportamiento sin protección se ve que

la onda de tensión se encuentra recortada en un valor aproximado a 18 kV, el cual en

este caso dicho valor máximo se encuentra en 17154 V para el primario y de 312.98 V

para el secundario, además de esto podemos observar que dichos valores máximos se

encuentran en un tiempo superior, lo que supone un tiempo de subida de la onda mayor

que en el caso sin descargador. En este caso dicho tiempo es de 6.9349 µs.

Adicionalmente se ven dos marcadores más en el tiempo en que se presentaron los

valores máximos sin protección. Con valores de 14080 V en el lado de alta tensión y de

256.9 para el de baja.

Figura 3.8 Corriente y Tensión del descargador de sobretensiones.

En la Figura 3.8 se observa la grafica de la corriente y el voltaje sobre el descargador de

sobretensiones, que como es de esperarse su pico de corriente se encuentre cuando la

curva de tensión alcanza su máximo, a partir de este momento dicha corriente

disminuirá, mientras la tensión permanece cortada por el descargador. Los valores

cuando la corriente es máxima son de 21.637 A y 16960 V.

El transformador en este caso no tendría que soportar toda la onda que generaría el

rayo, sino que por lo contrario solo soportaría como máximo la tensión de operación del

descargador de sobretensiones. Dicho comportamiento se ve en la grafica 3.7, lo que

provocaría que el dieléctrico del transformador no sufriera daños tan significativos y este

pueda llevar más fácilmente el impulso del rayo.

c) Si en lugar del descargador se ubica un cuerno de arco como protección en el

lado de AT con una tensión de cierre de 18kV ¿Cómo se puede ver afectado el transformador?

(file 3-b.pl4; x-var t) c:A -B v:AT 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

4

8

12

16

20

[kV]

0

5

10

15

20

25

[A]


20

Figura 3.9 Esquemático simulación transformador con protección de cuerno de arco en el

primario.

Figura 3.10 Resultado Simulación Transformador con cuerno de arco en el primario.

Al observar el resultado de la simulación podemos concluir que el transformador

soportara una tensión elevada hasta llegar a los 18 kV, en donde entrara a

funcionar el cuerno de arco logrando así un cortocircuito y permitiendo que toda

la sobretensión se disipe hacia tierra. Lo valores máximos como lo muestran los

marcadores se encuentran en 17973 V para el primario y 327.92 para el

secundario.

El inconveniente que se tendría será que dicho transformador quedara inactivado

por lo que toda la zona delante de él, se quedara sin servicio eléctrico, lo cual no

es una condición deseable en cualquier sistema eléctrico de potencia.

d) Compare y analice los resultados obtenidos en los numerales b y c. Concluya

al respecto.

En los anteriores numerales se analizaron dos posibles soluciones para lograr una disipación de una sobretensión provocada por un impulso tipo rayo, ambas logran el objetivo, sin embargo considerablemente una es una solución mucho más adecuada para el problema propuesto, esto es debido a que la salida de funcionamiento de un transformador no es una condición deseable.

(file 3-c.pl4; x-var t) v:BT v:AT 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20[us]

0

50

100

150

200

250

300

350

[V]

0

4

8

12

16

20

[kV]


21

Además de la anterior razón, se observa que el descargador del punto b actúa en una forma bastante adecuada, ya que este logra tener tiempos de subida mayores, lo que es una condición deseable al tener un delta de Voltaje menor por unidad de tiempo. Además de esto, la tensión máxima que el transformador tendrá que soportar es aquella por debajo de la tensión de operación del descargador. Por las anteriores razones, es recomendable usar un descargador de sobretensiones del tipo que se analizó en el numeral b.

e) ¿Qué sucedería si no se instala ninguna protección en el lado de AT pero si se instala un varistor o un descargador de sobretensión en el lado de BT con una tensión nominal de operación de 220V?

Figura 3.11 Esquemático simulación transformador con descargador de sobretensiones en el

secundario.

Debido a que el descargador se desea instalar ahora en el secundario,

ajustamos la curva que teníamos en la Figura 3.6 para que funcione según lo

requerido, dicho ajuste se observa en la Figura 3,12.

Figura 3.12 Curva del descargador de sobretensiones montado en ATP para el secundario.


22

Figura 3.13 Resultado Simulación Transformador con descargador en el secundario.

Para este caso se realizaron pequeños ajustes, los cuales incluyen un nuevo

medidor de tensión y una resistencia de carga simulando un circuito abierto.

De la grafica podemos ver que la tensión del rayo se encuentra presente en los

devanados del transformador sin modificación alguna, y el descargador funciona

para todo lo que se encuentre conectado después del secundario del

transformador, en este caso una carga simulando un circuito abierto.

Como se observa en la simulación, los valores de las ondas de tensión en el

primario, secundario y carga tienen los siguientes valores pico medidos a 3.1678

µs y valores de Vat=40000 V, Vbt=729,8 V y Vtest=197,34 V.

El transformador prácticamente no contaría con ninguna protección mientras que

las cargas que este alimenta sí.

Figura 3.14 Resultado Simulación Transformador con descargador en el secundario, corrientes y

voltajes secundario.

Los datos obtenidos en los marcadores son los siguientes. Vbt=729,8 V y

Vtest=197.34 V, I=0.53243 A y t =3.1678 µs.

(file 3-e.pl4; x-var t) v:VTEST v:BT v:AT 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

[V]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

[kV]

(file 3-e.pl4; x-var t) v:VTEST v:BT c:A -B 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

[V]

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

[A]


23

f) Analizar entre las opciones propuestas cuál es la mejor alternativa de protección para el transformador, partiendo de la premisa de reducir el riesgo sobre el transformador mismo y las cargas que pueden ser conectadas a él. Si considera que hay una mejor alternativa para proteger el transformador arguméntela mostrando los resultados de las simulaciones.

De acuerdo a las simulaciones realizadas de los diferentes descargadores de sobretensiones, es evidente que la opción del numeral b será la más adecuada tanto para proteger el transformador como la carga, teniendo en cuenta que el impulso tipo rayo se encontrara en el primario del transformador, porque si este llegara a caer en el lado del secundario, sería necesario contar con un descargador en baja tensión. Este será la mejor opción ya que mostro resultados deseables, comparado con el numeral c que pone el transformador en desuso lo que no sería recomendable para un sistema eléctrico confiable. Además de esto, se vio que el descargador solo en baja tensión cuando el rayo se encontraba en alta, no protegía el transformador.

g) Simule la condición descrita en el numeral (b) pero utilizando el modelo del descargador de ZnO propuesto por IEEE mostrado en la Figura 3.3 ¿Se obtienen mejores resultados con este modelo que con el provisto por ATP? Argumente su respuesta.

Figura 3.15 Circuito equivalente de un descargador de ZnO propuesto por IEEE


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Figura 3.16 Esquemático simulación transformador con descargador de sobretensiones ZnO IEEE

en el primario.

Los valores del modelo de descargador de sobretensión propuesto por el IEEE

se pueden estimar de la siguiente manera:

L1 = 15 d/n [µH]

R1 = 65 d/n [Ω]

L0 = 0.2 d/n [µH]

R0 = 100 d/n [Ω]

C = 100 d/n [pF]

Donde n = numero de varistores , y

d= altura estimada del descargador [m]

Para un descargador de ZnO de la

serie 15 kV la altura es de 0.19 m

Así que los valores utilizados fueron:

L1 = 2.85 [µH]

R1 = 12.35 [Ω]

L0 = 0.038 [µH]

R0 = 19 [Ω]

C = 19 [pF]

La característica VI de las resistencias no lineales del descargador se muestra

en la tabla:

CARACTERISTICA V-I

Co

rriente

[kA]

Voltaje

para A0 [pu]

Voltaje

para A1 [pu] 0.0

1

1.40 1.23

0.1 1.54 1.36

1 1.68 1.43


25

2 1.74 1.48

4 1.80 1.50

6 1.82 1.53

8 1.87 1.55

10 1.90 1.56

12 1.93 1.58

14 1.97 1.59

16 2.00 1.60

18 2.05 1.61

20 2.10 1.63

Las graficas de los elementos no lineales son las siguientes.

Figura 3.17 Curva del descargador de sobretensiones montado en ATP A0.

Figura 3.18 Curva del descargador de sobretensiones montado en ATP A1.


26

Figura 3.19 Resultado Simulación Transformador con descargador ZnO IEEE.

De la figura 3.19 podemos observar que los valores máximos para dicho modelo

son Vat=14524 V, Vbt=265 C y t=6.3356 µs. lo cual comparado con el

descargador del numeral b, este tiene un comportamiento similar tan solo que la

tensión de corte del propuesto por IEEE con los parámetros ingresados, es

menor que el del numeral b, por lo que el transformador tendría que soportar una

tensión inferior.

Figura 3.20 Resultado Simulación Transformador con descargador ZnO IEEE.

En la grafica 3.20 tenemos en los marcadores los valores de voltaje y corriente

para el descargador propuesto por IEEE lo cuales tienen los siguientes valores.

Vat=14352 V, I=24.329 A.

(file 3-g.pl4; x-var t) v:BT v:AT 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

50

100

150

200

250

300

[V]

0

3

6

9

12

15

[kV]

(file 3-g.pl4; x-var t) c:A -B v:AT 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

0

3

6

9

12

15

[kV]

0

5

10

15

20

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CONCLUSIONES

Un descargador ideal sería aquel que tuviese una capacidad máxima de descarga y

mínima tensión residual. Conseguir alto poder de descarga y mínimo valor de la

tensión residual en un mismo protector es prácticamente imposible, por lo que la

utilización de un único equipo no asegura la protección de toda la instalación.

Debido a ello se emplearán varios descargadores de forma coordinada que

permitirán alcanzar el nivel de protección deseado.

Este elemento de protección este diseñado para utilizarse en conjunto con otros

sistemas de protección, es así que su funcionamiento optimo está definido para

intervalos muy cortos de tiempo, en presencia de otros tipos de falla no debería

activarse, pero cuando se presentan los sobre voltajes para los que está diseñado debe

ser capaz de despejar antes que actúen otros dispositivos de protección.

En la práctica se observa detalladamente que los descargadores de sobretensión son

muy importantes en las redes eléctricas ya que estos limitan el voltaje en la presencia

de sobretensiones y tienen un adecuado funcionamiento en condiciones diferentes,

además se pudo ver que mantienen constante las salida en la presencia de una sobre

tensión as al tensión de entrada sea bastante grande con el fin de proteger equipos.

Al aplicarse impulsos de tensión tipo rayo y maniobra a los descargadores de

sobretensión estos tiene un comportamiento adecuado de reducir la tensión a un valor

de operación constante y reducen los riesgos presentes por estos tipos de sobretensión

en los equipos, además presentan una repuesta rápida ya que estos impulso tienen

crecimientos de tensión muy rápidos en pocos microsegundos por lo tanto la actuación

del DST debe ser muy rápida.

REFERENCIAS

[1] Norma técnica Colombiana NTC4389 (Descargadores de sobretensiones).

[2] Norma técnica internacional IEC60099-4 (Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems).

[3] PROTECCIONES ELÉCTRICAS José Carlos Romero, Unidad de Publicaciones, 2001.

CARACTERIZACIÓN Y EVALUACION DE DST

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