¿Qué es un TLA en líneas de transmisión?

Los descargadores en Líneas de transmisión o TLA, se utilizan en todo el mundo para reducir el número de salidas de líneas debido a la acción de los rayos.

Introducción

La demanda en la confiabilidad de un sistema eléctrico continúa creciendo en prioridad y debido a esto, los proveedores de servicios eléctricos están buscando los medios para proporcionar esta mejora deseada.
Un método eficaz para reducir las interrupciones relacionadas con los rayos en las líneas de transmisión es la aplicación estratégica de pararrayos. Desde principios de la década de 1990, los pararrayos económicos y ligeros han estado disponibles para su instalación en las líneas de transmisión. Los descargadores también pueden ser un medio eficaz para el control de costos de la línea de transmisión, como cuando se utilizan en el control de sobretensiones de conmutación, proyectos de mejora de voltaje y construcción de líneas compactas. Este ArresterFacts cubre los fundamentos de los Arrestadores de Línea de Transmisión (TLAs).

Definiciones

La definición de pararrayos de línea de transmisión no aparece en ninguna norma IEEE o norma IEC asociada con pararrayos.

El término pararrayos aparece en el texto del IEEE C62.22-1997, pero no se encuentra en ninguna norma IEC existente.

Supresor de líneas

Cualquier pararrayos que se aplica en las líneas de un sistema eléctrico para reducir el riesgo de que el aislante se desborde durante los eventos de sobretensión. Un protector de línea no se utiliza generalmente para proteger el equipo. Los descargadores de tipo subestación y los descargadores de tipo distribución se pueden utilizar para la protección de línea y en este caso se consideran como descargadores de línea.

El supresor de líneas de transmisión es un supresor de líneas aplicado en una línea de transmisión.

Pararrayos de línea con orificio externo (EGLA)

Un descargador de sobretensión de línea diseñado con un hueco de chispa externo en serie con una pieza SVU para proteger el conjunto del aislador de relámpagos sólo causó sobretensiones frontales rápidas; esto se logra elevando la chispa sobre el nivel del hueco de serie externo a un nivel que aísla el descargador de las sobretensiones de frecuencia de potencia y, en el peor de los casos, de las sobretensiones frontales lentas debido a los eventos de conmutación y falla esperados en la línea a la que se aplica. (Este es un término IEC, aún no reconocido por los usuarios y el mercado de IEEE)

Backflash (Flameo inverso)

Un Backflash es un destello originado desde el polo o tierra de la estructura a través del aislador hacia el conductor de fase como se muestra en la Fig. 2. Esto puede ocurrir cuando un rayo  golpea el cable de guarda superior y donde la impedancia a tierra es alta. Se refiere a él como un back flashover puesto que está en la dirección opuesta de flashovers producidos en pruebas de laboratorio. El backflash es seguido generalmente por un flash estándar del aislador, con  corriente de potencia, que requiere una operación del interruptor para terminar.

Seccionador de cable de tierra (GLD)

Un dispositivo conectado al extremo de tierra de un pararrayos para desconectarlo del suelo en el caso de un pararrayos averiado. A veces, este dispositivo está conectado al final de la línea del pararrayos, sin embargo, todavía se le conoce como un GLD.

Propósito de un supresor de líneas de transmisión

Hay dos razones básicas para instalar pararrayos de línea de transmisión en un sistema.

El propósito más común es reducir o eliminar las interrupciones inducidas por relámpagos debido al relámpago de los aisladores. El segundo y menos común propósito de este tipo de pararrayos es eliminar el flashover del aislador debido a las sobretensiones de conmutación. En ambos casos, el objetivo es reducir o eliminar el relámpago de los aisladores del sistema. En ambos casos, generalmente se realiza un estudio del sistema para determinar la mejor ubicación para que los descargadores cumplan los resultados deseados.

Para conmutar el control de sobretensión, los descargadores sólo necesitan estar ubicados donde las sobretensiones de conmutación alcanzan una amplitud que excede los niveles de resistencia de sobretensión de conmutación de la cadena del aislador. Esto podría ser sólo unos pocos lugares a lo largo de toda la línea de transmisión.

Para el control de sobretensiones de relámpagos, la zona de protección rara vez está a más de un tramo del pararrayos, por lo que los descargadores deben estar ubicados en casi todas las torres y a veces en cada fase.

Teoría de la Operación

El pararrayos de línea de transmisión aplicado a las líneas apantalladas funciona de forma diferente a cualquier otra aplicación de pararrayos. La corriente de sobretensión se conduce al conductor de fase en lugar de alejarse de él como en todos los demás casos de protección contra rayos.

Si no hay pararrayos en servicio, y un escudo experimenta una huelga directa, la sobretensión la corriente desciende por la línea de blindaje y por el conductor de bajada del poste más cercano. Si el voltaje a lo largo de este conductor descendente aumenta a un nivel que excede el nivel de resistencia del aislante de la línea (aproximadamente el 85% del CFO), el aislante puede retroflash. Inmediatamente después del retroflash se crea un flash de potencia de frecuencia hacia adelante creado a lo largo de la trayectoria del arco de sobreintensidad ionizada como se muestra en la Fig. 3. Este arco de potencia de frecuencia es el evento indeseable porque sólo se puede terminar con un dispositivo de sobrecorriente que causa un parpadeo en el sistema.

Con un descargador instalado en esta fase, la corriente de sobretensión se transfiere de forma irregular al conductor de fase, como se muestra en la figura 4. No se produce ningún arco ionizante, por lo que no se produce ningún fallo en la frecuencia de alimentación y no se produce ningún parpadeo o interrupción momentánea. En todos los casos, las aplicaciones del pararrayos de línea de transmisión inhiben los flashovers del aislador, lo que a su vez elimina las interrupciones momentáneas del sistema.

Especificación de pararrayos de línea de transmisión

Hay muchos factores involucrados en la selección de un pararrayos de línea de transmisión.
Estos factores son los siguientes.
1. Propósito del pararrayos. Mitigación de la conmutación, atenuación de relámpagos o ambos.
2. Tensión nominal del sistema y potencial de sobretensión temporal
3. Apantallamiento del sistema. Para los sistemas sin blindaje, donde la fase superior se utiliza como escudo, el protector superior puede ser diferente a los demás.
4. Densidad de destello de relámpagos y/o tasa histórica de destello del aislante.
5. Calidad del terreno de la torre.
6. Tasa de flashover deseada.
7. Corriente de defecto disponible en el sistema.

Para obtener más información sobre la selección de TLA, véase ArresterFacts 017a TLA Selection Guide.

Componentes TLA

Es importante notar que hay algunos componentes básicos de un TLA que son común a todas las unidades, pero casi cada configuración de TLA es diferente y debe ser diseñada para esa aplicación en particular.

Incluso en un proyecto puede haber varias configuraciones necesarias para que coincidan con las numerosas configuraciones de torres o postes.

La orientación del hardware de conexión y del descargador debe estar diseñada para cada instalación.

Abrazadera de soporte: Este componente es a menudo el mismo componente que se usa para conectar el conductor a los aisladores.

Articulación Flexible: La articulación flexible es esencial para la longevidad del pararrayos. Esta articulación elimina las tensiones mecánicas en el pararrayos debido al movimiento del conductor.

Derivación: Este componente elimina la necesidad de que la junta flexible sea también un componente portador de corriente.

Cuerpo del supresor: Este componente es muy similar a la configuración.

Está especificada eléctricamente para conducir sólo para relámpagos o para rayos y sobretensiones de conmutación.

Seccionador: El seccionador sólo se separa en caso de fallo del descargador.

Si el descargador se convierte en un cortocircuito al sistema, el seccionador funciona y aísla el descargador de la tierra.

Cable de tierra: El cable de tierra conecta el descargador a la tierra de la torre. La gestión del plomo es importante aquí para asegurar que el cable de tierra nunca entre en contacto con otras fases.

Ubicaciones del parachoques

Determinar las ubicaciones óptimas para que los descargadores de líneas de transmisión alcancen la tasa de interrupción deseada no es una tarea sencilla. Si no se instalan pararrayos en una línea, es un hecho bien conocido que con un golpe directo a un conductor de fase, hay una probabilidad del 100% de un aislante flashover. También es un hecho que si se instalan pararrayos en todas las fases de cada torre, un golpe directo al blindaje o conductor de fase resultará en 0% de probabilidad de que el aislante se desplace.

Cualquier ubicación del pararrayos que no sea la de estos dos anteriores resultará en una reducción de la probabilidad de que se produzca un relámpago, pero sin un estudio de mitigación de relámpagos la probabilidad será desconocida. La mayoría de los fabricantes de descargadores de líneas de transmisión pueden calcular la probabilidad de flashover si se les proporcionan algunas características del sistema.

Los estudios de mitigación de relámpagos también pueden ser ejecutados utilizando software tipo EMTP/ATP. Numerosos consultores de ingeniería pueden proporcionar este servicio de datos. Como de costumbre, la protección contra sobretensiones es tanto una decisión económica como una decisión técnica.

La siguiente tabla muestra los resultados típicos de un estudio de mitigación de relámpagos para varias ubicaciones de pararrayos.

Consideraciones de puesta a tierra

Cuando se instalan inicialmente las líneas de blindaje, se hace un gran esfuerzo para asegurar que la impedancia de tierra de la torre sea lo más baja posible. Las tierras de alta impedancia pueden causar niveles de voltaje significativos que aparecen a lo largo del conductor de bajada de la torre durante un evento de relámpago. La regla general aquí es «Cuanto mayor sea la impedancia de tierra, mayor será el riesgo de retroflash en los aisladores».

Cuando se instalan pararrayos de línea de transmisión en una torre, la importancia del suelo se reduce y puede ser prácticamente eliminada. Si se instalan pararrayos en las tres fases, el valor del suelo se vuelve insignificante. Con una impedancia a tierra más alta se desvía más corriente de sobretensión hacia el conductor de fase, lo que puede parecer un problema, pero no tiene un impacto negativo en el rendimiento del conductor de fase.

Configuración sin protección

Otra configuración TLA popular es cuando el pararrayos está conectado a la fase superior de un sistema sin protección. Esto es popular para aplicaciones de líneas compactas más cortas. En esta configuración, las dos fases inferiores pueden retroflash si los descargadores no están instalados. También en esta configuración, el pararrayos superior puede requerir un mayor índice de energía o capacidad de transporte de corriente, ya que el 100 por ciento de la corriente de carrera se conduce a través del pararrayos antes de ser derivada a tierra.

Pararrayos de línea con orificio externo (EGLA)

El EGLA es un pararrayos de línea de transmisión que está creciendo en popularidad en la mayoría del mundo excepto Norteamérica. Actualmente este pararrayos está instalado para la atenuación de relámpagos de líneas blindadas.

La teoría de operación es la misma que la de un pararrayos sin holgura, sin embargo, la separación en serie requiere una chispa antes de que el pararrayos empiece a conducir la sobretensión. Si la separación está suficientemente alta, el descargador no se conducirá durante una sobretensión de conmutación. No hay ninguna razón técnica real por la que este diseño de pararrayos no pudo ser utilizado para cambiar la atenuación de sobretensiones, sin embargo, esa aplicación aún no ha sido utilizada. Para más detalles ver ArresterFacts 004a.

Normas

Actualmente no existen normas escritas específicamente para pararrayos de línea de transmisión. Sólo hay unas pocas referencias a las aplicaciones de los pararrayos en las guías existentes. Las normas que este tipo de descargador debe cumplir en la actualidad son las siguientes
1. C62.11 Estándar de prueba del pararrayos IEEE MOV
2. C62.22 Guía de aplicación del pararrayos IEEE MOV
3. IEEE 1243. Guía para la mejora de las líneas de transmisión de rayos
4. IEC 60099-4 Estándar de prueba MOV sin guía
5. IEC 60099-5 Guía de aplicación MOV Gapless. (Pronto para cubrir todos los
diseños)
6. IEC 60099-8 EGLA (En estado borrador)

Futuro

El uso de pararrayos de línea de transmisión en proyectos compactos de mejora de la línea y la tensión ofrecen una gran oportunidad para la industria.

Sin embargo, ambas aplicaciones requieren que los ingenieros especifiquen límites de desminado más bajos que los usados en los últimos 100 años. Debido a la naturaleza conservadora de esta industria, estas dos aplicaciones siguen estando infrautilizadas.

Resumen

La aplicación de los arrestadores de líneas de transmisión sigue siendo el área de la mayoría de los países en desarrollo.
en la industria de los descargadores de alta tensión. La razón de esta popularidad se debe al hecho de que los TLA pueden y mejoran las interrupciones inducidas por rayos. Sin embargo, incluso con este aumento de popularidad, este dispositivo sigue siendo malentendido y no plenamente utilizado. Este ArresterFacts fue escrito para mejorar esta falta de comprensión. Para una guía más extensa sobre cómo seleccionar el TLA correcto vea ArresterFacts 017a.

Fuente: www.arresterworks.com