¿Qué es la sobretensión?

El núcleo de la sobretensión es el aumento anormal instantáneo o{0}}de corto plazo del voltaje, y sus criterios de medición clave son los múltiplos y las formas de onda.

 Múltiple: La relación entre la amplitud de la sobretensión y el valor máximo de la tensión de fase operativa más alta del sistema. Por ejemplo, una sobretensión múltiple de 2.0 significa que la tensión ha alcanzado el doble del valor máximo de funcionamiento normal.

 Forma de onda: Determina la energía y el poder destructivo de la sobretensión. Por ejemplo, las ondas de impulso de un rayo (con pendientes pronunciadas en el rango de microsegundos) prueban la capacidad del aislamiento para soportar voltajes de impulso; mientras que las sobretensiones temporales (que duran de milisegundos a segundos) ponen a prueba la capacidad del aislamiento para soportar altas tensiones prolongadas y la estabilidad térmica.

Los rayos son la fuente más concentrada de sobretensión en la naturaleza, con corrientes que alcanzan decenas y cientos de kiloamperios.

1. Sobretensión directa del rayo

◦ Ocurrencia: El rayo impacta directamente sobre las torres, pararrayos o conductores de líneas de transmisión. La enorme corriente del rayo ingresa al suelo a través de la impedancia, generando un voltaje extremadamente alto en el punto de impacto.

Características: Amplitud extremadamente alta, hasta varios miles de kilovoltios; extremadamente empinado, con un tiempo de frente de onda de 1 a 4 microsegundos, lo que representa la mayor amenaza para el aislamiento. Es el foco de la protección contra rayos para líneas eléctricas.

2. Sobretensión inducida por rayo

◦ Ocurrencia: Los rayos no caen directamente sobre la línea, sino que se descargan al suelo cerca de la línea.

Mecanismo:

.Inducción electrostática: Durante la etapa líder de una nube de tormenta, se inducirá una gran cantidad de cargas unidas de polaridad opuesta a la nube de tormenta en los conductores de la línea. Cuando se produce la descarga principal, estas cargas unidas se liberan repentinamente, formando ondas de sobretensión que se propagan a lo largo de los conductores.

.Inducción electromagnética: la potente corriente del rayo genera un campo magnético que cambia rápidamente alrededor del canal de descarga. Este campo magnético pasa a través del bucle conductor, induciendo una fuerza electromotriz.

◦ Características: la amplitud suele ser menor que la de los rayos directos (generalmente no excede los 300-400 kV), pero representa una amenaza significativa para las líneas de distribución de 35 kV e inferiores y para los equipos eléctricos débiles (como los sistemas de comunicación y monitoreo) porque sus niveles de aislamiento son relativamente bajos.

Esto se debe a la conversión de energía interna o a cambios de parámetros dentro del sistema y es proporcional al voltaje nominal del sistema.

1. Sobretensión de conmutación

◦ Generación: Debido al funcionamiento de disyuntores o fallas del sistema, el estado del circuito cambia abruptamente, provocando oscilaciones de energía electromagnética.

◦ Tipos principales:

▪ Sobretensión al apagar líneas sin-carga: cuando un disyuntor corta una corriente capacitiva (como una línea larga descargada), se produce un "reencendido", lo que provoca una oscilación electromagnética y el voltaje puede alcanzar de 3 a 4 veces el nivel normal. Esto se ha reducido significativamente con la adopción de disyuntores "sin-reencendido" en los tiempos modernos.

▪ Sobretensión por encendido de líneas sin-carga: Cuando se cierra una línea con carga residual, equivale a cargar un condensador, lo que puede generar una sobretensión de alta-amplitud. Este es uno de los factores de control en el diseño de aislamiento para sistemas de voltaje ultra-alto y extra-alto.

▪ Sobretensión por apagar transformadores sin-carga: cuando se corta una pequeña corriente inductiva (corriente magnetizante), la energía del campo magnético se convierte en energía de campo eléctrico, generando sobretensión en la capacitancia equivalente del equipo. Los pararrayos se utilizan comúnmente como protección.

▪ Sobretensión de arco a tierra: en un sistema con un punto neutro sin conexión a tierra, cuando ocurre una falla a tierra monofásica-, el arco en el punto de falla se extingue y se vuelve a encender repetidamente, lo que genera un intercambio de energía entre la capacitancia y la inductancia del sistema, lo que genera sobretensión en todo el sistema, con amplitudes que alcanzan hasta 3,5 veces. Esto se puede suprimir cambiando a un punto neutro conectado a tierra a través de una bobina de supresión de arco o una pequeña resistencia.

2. Sobretensión temporal

◦ Ocurrencia: Sobretensión con una frecuencia igual o cercana a la frecuencia eléctrica y una duración relativamente larga (de 0,1 segundos a varios segundos).

◦ Tipos principales:

▪ Aumento de voltaje de frecuencia eléctrica: como el efecto de capacitancia de línea larga (el voltaje al final de la línea es mayor que al principio), el aumento de voltaje de la fase sana causado por un cortocircuito asimétrico y el aumento de voltaje causado por el deslastre de carga, etc. Este es el "voltaje base" de la sobretensión operativa, que determina el voltaje de funcionamiento continuo del descargador de sobretensiones.

▪ Sobretensión ferroresonante: cuando el sistema contiene inductancia no lineal (como el núcleo de un transformador de voltaje) y capacitancia (capacitancia de línea{0}}a-tierra, capacitancia en serie, etc.), puede excitarse para generar resonancias con amplitudes y frecuencias muy altas que son fracciones de la frecuencia de alimentación (como 1/2, 1/3, etc.) cuando se perturba (como después de la eliminación de un falla a tierra monofásica-). Dura mucho tiempo y es muy peligroso.

1. Daño directo al aislamiento: Provoca rotura del aislamiento sólido, líquido o gaseoso en equipos eléctricos, provocando cortocircuitos.

2. Aceleración del envejecimiento del aislamiento: la sobretensión continua que no alcanza el valor de ruptura acelerará el envejecimiento de los materiales aislantes y acortará la vida útil del equipo.

3. Mal funcionamiento o falta de actuación de los dispositivos de protección: Puede interferir con el funcionamiento normal de los dispositivos de protección de relés y equipos de automatización.

4. "Daños leves" a equipos electrónicos: Especialmente sobretensiones por rayos, que pueden provocar degradación del rendimiento de los circuitos integrados, errores o pérdidas de datos y otros daños imperceptibles.

Para diferentes tipos de sobretensión, la protección es un proyecto sistemático:

1. Protección contra la caída directa del rayo:

◦ Pararrayos: los pararrayos y los cables pararrayos (cables aéreos a tierra) atraen los rayos hacia sí mismos.

Un buen dispositivo de puesta a tierra: Puede descargar rápidamente y con baja impedancia la corriente del rayo a tierra, reduciendo el potencial.

2. Protección contra sobretensiones de rayo y sobretensiones de funcionamiento:

◦ Pararrayos contra sobretensiones de óxido metálico sin espacios/tipo válvula-: dispositivos de protección del núcleo. Presentan una alta resistencia en condiciones normales, pero cambian rápidamente a una baja resistencia cuando se produce una sobretensión, descargando la energía de la sobretensión a tierra y fijando la tensión en el equipo protegido por debajo de un nivel seguro (nivel de protección). Son la última y más crítica línea de defensa contra sobretensiones tanto externas como internas.

Protectores contra sobretensiones: se utilizan para protección fina multi-nivel en sistemas de distribución de bajo-voltaje y sistemas de información electrónica.

3. Supresión de sobretensión interna:

◦ Resistencia paralela del disyuntor: Inserte una resistencia en serie durante el proceso de cierre/apertura para amortiguar las oscilaciones.

Instalación de reactores en derivación: Compensación del efecto capacitivo de líneas largas, suprimiendo el aumento de tensión de frecuencia industrial y la sobretensión de operación.

Punto neutro conectado a tierra a través de una bobina de supresión de arco/pequeña resistencia: suprime la sobretensión de la conexión a tierra del arco.

El uso de descargadores de óxido de zinc de alto-rendimiento es la forma más económica y efectiva de limitar varios tipos de sobretensiones internas.

Resumen: La sobretensión representa una amenaza importante para el funcionamiento seguro de los sistemas eléctricos. Los sistemas de energía modernos han establecido un sistema de defensa profundo y multi-desde la generación, transmisión, transformación hasta distribución y consumo de energía a través de una estrategia integral de "desvío, descarga, sujeción y amortiguación".

El disyuntor de vacío VS1-12 es un equipo de interruptor interior con un voltaje nominal de 12 kV y CA 50/60 Hz. Adopta un mecanismo operativo de marco integrado y es adecuado para diversas empresas industriales y mineras, así como para equipos de redes eléctricas. Se puede utilizar como una unidad de carro de mano para usar con tablero KYN28A-12, o como una unidad fija con enclavamiento mecánico relevante, lo que lo hace adecuado para XGN2 y otros gabinetes fijos.

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