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(16.36)

(16.37)

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CAPTULO 17

Descargadores de sobretensiones(Pararrayos)

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I

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,INTRODUCCION

,,"

Los pararrayos represen tan hoy en da el dispositivo ms utilizado para com-batir las sobretensiones. Su nombre es de por s elocuente (Pararrayos:Lightning Arresters); comenzaron a utilizarse en los sistemas comerciales de

transmisin de energa para enviar a tierra las sobretensiones atmosfricas.

Posteriormente, con el surgimiento de tensiones de operacin cada vez mselevadas, se les comenz a emplear para mandar a tierra tambin las sobre-

tensiones internas, de all que el nombre de descargadores de sobretensiones(surge arresters) sea ms adecuado. En la literatura en castellano sobre la ma-

teria existe una gran cantidad de nombres para el dispositivo en cuestin; porejemplo: apanarrayos, derivadores de sobretensiones (surge diverters), ceba-dores de sobretensiones, ete., y los anteriormente citados.

En vista de que la funcin de este dispositivo en el sistema es derivar o

descargar en forma rpida e inofensiva a tierra aquellas sobretensiones queponen en peligro al aislamiento del sistema, el nombre descargador de sobre-

;;\ tensiones se considera como el ms acertado. Sin embargo, en el presentetexto se har uso tanto de la denominacin pararrayos como de descargadorde sobretensiones.

17.1 RESENA HISTRICA

Las primcras lneas de transmisin, que entraron en operacin comercial a

comienzos del siglo, alcanzaron rpidamente extensiones considerables (msde 100 km). El rayo, como es de suponer, se convirti rpidamente en un fla-gelo de las mismas. En un principio no se tenan mayores conocimientos so-

bre este tipo de descarga, y tampoco existan los instrumentos y dispositivos

485

,d..,...,..,.,..,

486 Descargadores de sobrete1lSiollesExPlosores

adecuados para su estudio y anlisis. Casualmentc, tambin a comicnzos delpresente siglo, se desarroll el osciloscopio de rayos catdicos. Estc valios-

simo instrumento permiti el inicio de un ~istemtico estudio del rayo comodescarga atmosfrica y sus efectos sobre las lneas de transmisin de la poca.

En Alemania, Suecia, Estados Unidos y en otros pases se procedi a la

observacin y registro del fenmeno no solamente en las mismas lneas detransmisin, sino tambin en estructuras expuestas al mismo o especfica-

mente construidas para tales fines. En primer lugar interesaba la forma de

onda del rayo, y luego se procedi a medir y registrar su intensidad de co. .rriente. Destacada actuacin en este campo obtuvo el profesor Karl Berger,~:director de la Estacin Meteorolgica del Mon te San Salvatore, en Suiza. En ~esta estacin se realizaron investigaciones sobre tan interesante fenmeno.Los conocimientos actuales sobre las diferentes descargas atmosfricas se de-ben en realidad a Berger y a Schonland, este ltimo de nacionalidad estadou-nidense.

As pues, el primer dispositivo utilizado para enviar a tierra las descargasatmosfricas en las lneas de transmisin fue un simple explosor de puntas(rod gap), el cual se ilustra en la figura 1 7.1 en su forma ms elemental y adole-

ce de las siguientes desven tajas:

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explosorpor el cctimizaci

17.2 E

a) La tensin de disparo (figura 17.2) depende en alw grado de la po-laridad.

b) Retraso de funcionamiento, dado por el tiempo de formacin decresta de la onda inciden te. Para funcionar en 1 J.ls la tensin de dis-

Un explltamientc

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Resistencias no lineales 503

esta razn el descargador autovlvula se utiliza preferentemente en sistemasinterconectados y a tensiones que hoy en da alcanzan los 800 kV.

De las consideraciones an terlores se puede concluir que la resistenciaautovlvula tiene que cumplir con una exigencia contradictoria. Por un lado

debe denotar un valor hmico bajo ante las sobrecorrientes que acompaanlas sobrelensiones, de manera que puedan enviarlas a tierra, y por el otrodebe asumir el bloqueo de la imensidad de corrieme de fuga, para que stapueda ser extinguida por el explosor.

En los pararrayos o descargadores modernos se demanda adems que laresistencia en cuestin mande a tierra sobre tensiones con tiempos de dura-cin largos, como los que se observan en lneas de extensin considerable. Al

abordar el tema de explosores activos se ahondar ms sobre el particular.En la figura 17.16 se han representado, en forma conjunta, los diferen-

tes p arme tros que carac teriz an y facili tan el comp ortamiento de la resistenciano lineal a base de carburo de silicio. Las rectas 1 y 2 representan resistenciaslineales, que contrastan con la resistencia no lineal (3). La parte a de la curvacorresponde al incremento de la corrieme, mientras que la b al decrememo

de la misma, segn se ilustra en la figura 17.15. La tensin de rgimen U, aligual que la intensidad de corriente de fuga iN, se obtienen, como es de supo-

ner, del tramo b de la curva. El pico de la sobrecorriente est dado por iA,mientras que la tensin de disparo lo est por ud' Esta es la tensin a la cualcI explosor del descargador dispara y comienza el proceso de envo a tierra. La

tensin residual se seala como uf'

Es fcil demostrar que el buen comportamiento de la resistencia quedaexpresado a travs de la siguien te relacin:

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Figura 17.16 Parmetros de importancia rela-

cionados con la operacin de un pararrayosauto vlvula a base de carburo de sicilio.

504 Desrmgadorcs de sobrelensimes

ur tensin residualG==--= " '

U tenslOn nommal (17.1)

Mientras ms pequeo sea G mejor ser el efecto protector de la resisten-cia auto vlvula. En vista de que en esta expresin figura la tensin residual, es

conveniente destacar que ella tambin se ve sometida a un compromiso: suvalor no puede ser muy alto, pues empeorara G y adems provocara el acer-

camiento al BIL del sistema, per,b tampoco muy bajo, ya que entonccs no scpodra extinguir la intensidad de corriente dc' fuga. Esto quedar ms claroen el captulo sobre coordinacin del aislamiento.

17.6.1 El xido de zinc

Los descargadores con resistencias a base de xido met.lico u xido dc zinccomenzaron a penetrar en el mercado en la dcada de los aos 70. El xidode zinc se conoca desde hace aos; sin embargo, la iniciativa de haberlo uti-lizado en alta tensin se la disputan hoy en da] apn y Estados Unidos.

En la figura 17.17 se ilustra la estructura bsica del xido de zinc: dimi-nutas partculas de este material, de aproximadamente 10 '.lll1de dimetro,se encuentran fusionadas en capas intergranulares de alta resistencia. Por lo

general, las partculas de 6xidb de zinc (2nO) denota11 una resistividad espe-cfica de 1 a 10 n .cm, mientras que la de las capas intergranulares supera alos 1010 n. cm. En vista de que la permitividad (constante dielctrica) de

grnulo de ZnO

3~~~CQT~l, capa Intergranular

Figura 17.17 Estructura del xido de zinc.

Los grnulos denotan un dimetro prome-dio de lO,!.lm, mientras que la capa inter-granular muestra un espesor de 1 ,!.lm.

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iZnO iRSiC

Figura 17.18 Comparacin grfica de di-ferentes resistencias limitadoras de lacorriente de envo a terra. En vista de

que la caracterstica del xido de zinc(2nO) es muy pronunciada, la intensidadde corriente a tierra se ve fuertemente li-

mitada, facilitndose el proceso de extin-cin dentro del descargador. Este com-portamiento ha conllevado a que seelimine al explosor de disparo, ya que,como puede apreciarse, la caractersticadel xido de zinc es casi ideal (ver figura17.4)

i,j

I

~stas capas oscila entre valores de 500 a 1000, cada una de ellas acta como

un condensador de cermica (ceramic capacitor).La caracterstica u = f(i) del xido de zinc se ilustra en la figura 17.18,

donde se le comp ara adems con la del carburo de silicio (carborundum) ycon la de una resistencia lineal. Las intensidades de corriente que circulan atravs de estas resistencias para un determinado valor de la tensin no ame-ritan discusin alguna, pues resalta el comportamiento favorable del xidode zinc.

El bajo valor de la corriente, que se observa al utilizar resistencias nolineales a base de xido de zinc, facilita sustancialmente la extincin de la

corriente de fuga. Algunos fabticantes han podido inclusive eliminar al explo-sor de disparo sealado en la figura 17.13, motivo por el cual se habla dedescargadores sin explosor (Gapless arresters).

506 Descalgadores de sobre tensiones

Este interesante comportamiento, as como la aplicacin del ZnO, selogra sc1eccionando adecuadamente el punto de trabajo, de manera que la

resistencia forma;da por l bloquee en forma tal que prcticamente no c'ir-cule ninguna corriente de fuga a tierra.

El compuesto en cuestin se ha visto recientemente mejorado, en par-

ticular con los siguientes aditivos: Bi2 03, MnO, Sb203 y otros. De estamanera el descargador de xido de zinc cumple con las ms exigentes de-mandas, como por ejemplo el envo a tierra de sobre tensiones de maniobra,etc.

Para explicar detenidamente el comportamiento exacto de este tipo de,:,pararrayos se tendra que recurrir al efecto tnel de Fowlcr-Nordheim y a laley de Schottky, lo cual alejara bastante el propsito que aqu se persigue.Ellcctor interesado sobre este particular debe remitirse a las referencias indi-cadas al final del presente captulo.

. Ya a comienzos de la dcada de los 80 se observ la penetracin en elmercado de descargadores a base de ZnO para operacin ligera (light dutyarresters) y para trabajo pesado (heavy duty arresten). Los primeros se utili-zan en sistemas de transmisin con capacitancias a tierra de 25 J1F por ca-da 14 k V de tensin nominal de operacin y los otros para 50 J1F por cada14 k V de la misma tensin nominal de operacin, esto con miras a deno-tar una disponibilidad especfica de operacin bajo ciertas condiciones ad-versas. .

Antes de enumerar las ventajas de los descargadores dotados de resisten-cias a base de xido de zinc, es conveniente resaltar que algunos fabricantes

no han eliminado por completo al explosor de disparo, que en condicionesde rgimen permanente asla galvnicamente a la unidad de la red o sistema.En su lugar han emplazado a un explosor de extincin, el cual tiene comofinalidad manejar y ex tinguir a la corrien te de fuga a terra, la cual denota valo-res mucho ms bajos que los que se observan en los pararrayos con resistenciasa base de carburo de silicio. El combre Gapless arresters, por consiguiente, nodebera generalizarse, sin hacer esta salvedad.

Ventajas del xido de zinc

. Permite eliminar al explosor de disparo, con 10 cual se descarta o eli-mina el comportamiento errtico, desde un punto de vista probabih's-tico, de este dispositivo. Igualmente se evita la contaminacin y even-tual suciedad del mismo, pues ya no existe, al mismo tiempo que ~etienen menos piezas dentro del pararrayos y, por consiguiente, mayorcon fiabilidad.

. Su caracterstica u = f(i) le confiere propiedades de autovlvula ideal:La adecuada seleccin del punto de trabajo conlleva a intensidades decorriente de fuga muy pequeas, casi insignificantes, si se le comparacon el de carburo de silicio.

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..~ -....---.T T~ .

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I,'ZU,I

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ti, 1

(kAl.'d l(pS)Figura 17.33 Determinacin grfica de la tensin residual en un pararrayos con comporta-miento autovlvula (SiC), al enviar a tierra una onda de tensin de amplitud U. Las magni-tudes involucradas no se han representado a escala por razones estrictamente clidcticas.

!i

up en el propio descargador (figura 17.33). La onda de tensin 2'U intercep-ta en el punto de disparo a la caracterstica homnima del pararrayos ycomienza el proceso de derivacin a tierra de la sobrecorriente asociada a la

sobretensin (U =J'Z).Segn se desprende de la relacin 17.4, la tensin residual desempea

un papel importante en el comportamiento del pararrayos y su grado de pro-teccin. Representando convenientemente a ur + i' Z, en funcin de la inten-

sidad de corriente, y transportando los valores de una grfica a otra, se obtienela tensin buscada. Generalmente interesa al valor pico de la tensin residual,el cual coincide con la amplitud mxima de la onda incident

522 Descargad{)res de sobretensiones

La tensin en el descargador tambin se puede determinar de otra ma-nera: a un valor especfico dda tensin, por ejemplo 2U(t}), le correspondendos valores fijos de u e i. En el diagrama u = f(i) la relacin

2U(t}) - i.Z =ur (17.5)

representa entonces una lnea recta. Esta corta al eje de las ordenadaJ (circui-to abierto) en el punto 2U(t}) y al de las abscisas (corto circuito) en el punto

2.U(t} )ice = Z (J 7.6)

La interseccin de la lnea recta con la caracterstica u = f(i) suministralos valores correspondientes u e i para 2. U(t} ).

En forma anloga se obtienen los valores para t2, t3, t4, etc.En lo futuro se har uso de este mtodo, debido a las ventajas prcticas

que ofrece y su rapidez.

17.10.2 En un nodo

El otro caso frecuente y de importancia prctica es el correspondiente a lainstalacin del pararrayos en un nodo, al cual estn conectadas dos lneas de

impedancias caractersticas diferentes (figura 17.35). El circuito equivalentese ilustra en la figura 17.36. Por razones de sencillez, se asume que la longi-tud de las lneas en cuestin es infinita; de esta manera no se tiene que con-siderar las reflexiones en los extremos de las mismas.

Del circuito equivalente se obtiene la siguiente relacin:

2.U(t) = i} .Z} + ur (17.7)

Uh)

21 22

-

Figura 17.35 Conexin de pararrayos ennodo de transmisin de dos lneas con im-

pedancias caractersticas diferentes.

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Comportamiento en la red 523

,,( z Z2

-'1 - i2

I ~

2'U(tJ Id Ur

Figura 17.36 Circuito equivalente de la con-

figuracin representada en la figura 17.35.

I

de donde

ur = 2'U(t) - i 'Z (17.8)'"

Considerando que i I = id + i~ ur = i2 . Z2 se logra que ',1,.

y

Z

ur =2' U (t) - id .Z - ur' Z2 (1 7.9).'

Es decir,

Z 'Z2

Ur =U(t)bu - id' Z2 + Z (17.10)

En esta ltima relacin se ha introducido el factor de paso, el cual vienedado por la conocida relacin

\

2Z2

bu Z2 + Z)(17.11)

Nota: Si se supone que Z2 tiende a infinito (Z2 -+ 00), lo cual corres-ponde a un circuito abierto, la relacin anterior (1 7.10) se transformaen la relacin (17.4) del ltimo subcaptulo.

La tensin residual, up se puede detelminar grficamente. Para ello,basta multiplicar U(t) por el factor de paso bu (relacin 17.11). La cada detensin en la lnea, debido a la conexin en paralelo, viene dada por el tr-mino negativo en la expresin 17.10. La intensidad de corriente que esenviada a tierra por ,el descargador, id, se obtiene de la divisin de la tensinen vaco, trmino positivo del lado derecho de la misma relacin, por la ex-

presin Z Z2/(Z + Z2) y la relacin ur/id'

- -. - - - - - - -

524 Descmgad()res de sobretensiones

En caso de que el descargador se encuentre en el nodo de unin de

varas lneas de transmisin, Z2 representa la resistencia en paralelo de todasellas. Si se comparan las tensiones en ambos casos, se puede determinar laatenuacin que sufre la tensin en funcin dd nmero de lneas que partendel nodo en referencia. La atenuacin ser ms fuerte mientras mayor sea l,atensin nominal, ya que a tensiones ms elevadas la resistencia de derivacin

(no lineal) denota valores ms altos. La impedancia caracterstica, por su par-te, permanece invariable.

Este caso particular, frecuente en los sistemas de distribucin de hasta

69 kV, no se observa en los sistemas de extra y ultra alta tensin, por lo que!slo se analizar la figura 17.37, que aborda una situacin parecida.

Un porcentaje determinado de la intensidad de corriente circular atierrra a travs del descargador, al igual que a travs de las lneas que partandel nodo en cuestin. Si Z2 representa la conexin en paralelo de varias l-neas, se observa que tanto la tensin residual como la misma intensidad decorriente sufren una disminucin. Pero si se incrementa sustancial mente el

valor -de Z2 (Z2 -7 00), se cae en el caso anterior (figura 17.31). Debido al in-cremento en el valor de la resistencia al disminuir la intensidad de corriente

(efecto aUlOvlvula), la tensin residual, up tambin tiene que disminuir suvalor, pero mnimamenre, como se observa en la figura 17.37.

El grfico se obtiene de la siguiente manera: primero se determinan lospuntos de intersecci,n de la lnea recta, dada por la expresin 17.1 O para

22 -7 00

ur(kV)

bu.U

id(kA)

id id ice

(Z2 00) (Z2 ""'00)

Figura 17.37 Variacin de la tensin residual deun pararrayos en funcin de las -impedanciasconectadas al nodo.

j

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Comportamiento en la red 525

2" U (t 1 ) - id "Z 1 =ur (17.]2)

y para Z2 00

ZI "Z2

U(tl)bu -id" ZI +Z2=ur (]7.10)

con la caracterstica ur = f(id) del descargador. Los siguientes puntos fijan eltrayecto de las lneas rectas en referencia:

2U(tl) e iee = 2U( tI )/Z 1 U(tl)bu e ice = 2U(tl )/ZI (]7.]3)y

El punto de corte con el eje de las abscisas es el mismo en ambos casos,

ya que Z2 tambin sufre los efectos de un corto circuito en el descargador.En. vista de que bu < 2, el punto de corte o interseccin con el eje de lasordenadas arroja valores diferentes. La tensin residual, como ya se dijo, va-ra ligeramente su valor.

Conclusin

Al haber un cambio en la impedancia caracterstica del sistema, por ejemplode ZI a Z2, con Z 1 > Z2, se reduce en forma acorde la almra de la onda

que se desplaza en la 1nea de impedancia caracterstica ZI .Un caso particular de este comportamiento resulta ser la interconexin

de un cable (22), con una l{nea de transmisin area (2 1)' En el cap{tulo 16se vio que el cable puede ser utilizado como elemento protector contra so-bretensiones.

""

Ejemplo: Dos ondas viajeras, UI (t) Y U2(t), se aproximan a travs de las] neas Z 1 y 22 a un descargador de sobretensiones, segn se indica en la

\;.

u, (1:)U 2 (tJ

ZJZ

.

1,. I- -

.

526 Descmgadores de sobretellsiones

figura] 7.38. Suponiendo que la tensin de disparo del descargador esud' determinar:

a) la tensin en el descargador antes del disparo.b) la tensin en el descargador despus del disparo.

Solucin

a) la tensin en el pararrayos, u, est dada por la superposicin de dosEtensiones; a saber: ..,

2Z2U=Ul(t)" Z +Z2~l

2Z1

+ U2(t)" Zl + Z2

o expresado con la ayuda de los coeficientes o factores de paso (re-fraccin)

u = U (t)bu 12 + U2 (t)bu21

Se supone, a efectos del clculo, que las ondas llegan al mismo tiem-

po al nodo.

b) cuando el pararrayos dispara, env{a a tierra la intensidad de corriente

id:. i

id = i( + i2

con

_iJ i2 -

L-=-

- 2uJ(t)-~ . - 2U2(t)-Url( - e 1 -I

Z2 "

Z~ ( 2

La tensin buscada, imperante en el pararrayos instantes despus de

haber disparado, viene dada entonces por la siguiente expresin, que

se obtiene al despejar a ud de la relacin anterior:

!III

I

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Radio de

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ro, ud'fiesta (

17.11

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.......

Radio de proteccin 527

Z . Z2UcJ=u,(t)buI2 + u2(t)bu21 -i. ZI + Z2

Obsrvese: De esta expresin se pueden obtener los dos ltimos casosaqu tratados; a saber: descargador autovlvula al final de una }'nea ydescargador autovlvula en el nodo de unin de dos lJ'neas de transmi-sin de impedancias caracten'sticas diferentes.

Para U2(t) = O, por ejemplo, se obtiene la relacin 17.10, vlida paraun descargador conectado al nodo de transicin de dos impedancias (Z I =l=Z2)'

Para Z2 -+ DO,por ejemplo, se obtiene la relacin 17.4 correspondienteal descargador conectado al final de una lJ'nea o cable de transmisin.

En el ejemplo citado se debe sustituir, en realidad, a la tensin de dispa-

ro, ud' por la tensin residual, ur' ya que despus d! disparo slo se mani-fiesta sta.

17.11 RADIO DE PROTECCION'1j

j

::El pararrayos o descargador, como su nombre lo indiCa, tiene que cumpliruna funcin protectora en el sistema. Expresado en trminos breves, dichafuncin consiste en reducir el valor de una sobretensin, u onda viajera in-

cidente, U(t), a un valor inferior, dado por la tensin residual del propiopararrayos. Como es de suponer, esta condicin slo se da y se cumple en elsitio donde se ha instalado el pararrayos. A poca distancia de l se puedenobservr sobretensiones, pero que no alcanzan la magnitud de la onda inci-dente antes del disparo.

El efecto protector del pararrayos, por consiguiente, abarca una zona otramo de lneas antes y despus del nodo al que ha sido conectado, como sever a continuacin, pero diferenciando los siguientes casos:

1>

v

f-a--1

p

Figura 17.38 Explicacin grfica del radio de

proteccin de un pararrayos.

528 LJescGlgadores de sobretensiones

Descargador conectado a un nodo

En la figura 17.38 se ilustra la conexin de un pararrayos y la incidenciade una sobretensin de pendiente du/dt. Esta vara su magnitud y duracinen funcin del lugar o trayecto recorrido x.

Conociendo la pendiente S (kV/J1s) de la onda, la velocidad de propaga-

cin v (m/seg) y la tensin residual del descargador, ur (kV), se puede deter-minar el radio de Proteccin mximo Q , (m ).max

Para el punto P, situado entre el pararrayos y la olida incidente, el in-o...cremento de tensin est dado por ;

1u =u + a(du/clt)-

p r V(17.14)

pero considerando que v ==dx/dt, se obtiene

up = ur + a(du/dt)(dt/dx) (17.15)

Suponiendo que la distancia que separa al punto P del pararrayos, a, seael radio mximo de Proteccin, Q , se obtiene 'max

Q , '= up - l'r =- l); - urmax (du/dt)(dt/dx) S

'V (17.16)

La relacin dada por la pendiente y la velocidad de propagacin (S/v) sedefine como pendiente espacial.

Descargador conectado a la entrada de una sub estacin

En vista de que la impedancia de la subestacin es mucho mayor que la impe-dancia de onda de la lnea, la pendiente duplica su valor por ref]exi(>n, al serreflejada en el extremo de la lnea. El radio de proteccin mximo se ve en-tonces reducido a la mitad

vQ , = (u - u ) . -2Sm ax p. r (17.17)

En la prctica la tensin u , que en este caso corresponde a la tensinde! punto P de la figura 17 .38~ puede ser la tensin bsica de aislamiento(BIL) ante impulsos atmosfricos, menos un margen de seguridad que oscilaentre 15 y 20%. Este particular ser tratado en el cap'tllo correspondiente ala coordinacin de! aislamiento.

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Seleccin de pararrayos 529

Conclusin

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El radio de proteccin mximo de un pararrayos, Qmx' es invcrsamcnte pro-porcional a la pendientl' S de la onda incidente y directamente proporcionala la velocidad de propagacin de la onda.

En vista de que en los sistemas de transmisin de extra y ultra alta ten-

sin la pendiente de la onda incidente puede denotar valores muy altos, elradio de proteccin de los pararrayos no excede los 60 metros. Algunas nor-mas, inclusive, lo limitan a 50 metros.

Cuando se desea proteger equipos muy costosos, tales como transforma-dores de potencia, reactores, cte., se recomienda emplazar a los pararrayos loms cerca posible a stos, para as{ descartar cualquier riesgo y garantizar unaadecuada protecci(m. 1,

17.12,

SELECCION DE PARARRAVOS

La seleccin de la tl'nsim de dise10 del descargador o pararrayos es de vitalimportancia, ya que ella determina el grado de proteccin del mismo y

tambin su costo. B(o ningn aspecto el pararrayos deJ;>everse expuesto, enservicio, a una tensin o sobretensim de frecuencia fundamental, 50 60

Hi'., que exceda su tensin de extincin, pues de lo contrario el pararrayos severa sometido a una sobrecarga. Si dicha sobrecarga excede el lmite de des-compresin que pueden manejar las membranas internas y la vlvula de ali-vio, el encapsulamien to de porcelana explota.

En vista de que el pararrayos se puede conectar de diferentes maneras,es prudente diferenciar las ms usuales:

i"1,1

':1!

Conexin entre fase y tierra

Esta es, sin lugar a dudas, la ms usada o acostumbrada de las conexio-

nes en los sistemas de transmisin de energ{a elctrica. Entre los conductoreshctivos y tierra se emplazan tres pararrayos, seSTnse indica en la figura~17.39. La tensi{m de fase a tierra es entonces determinante en la seleccin de

N

fallapararrayos

Figura 17.39 Conexin de pararrayos ycoeficiente de conexin a tierra.

~

530 Descargadores de sobre/ensioues

la tensin de diseo del pararrayos, pero tambin el tratamiento que se le ha-ya dispensado al neutro del sistema, debido a los posibles incrementos de ten-sin en las fases sanas, cuando tenga lugar, por ejemplo, una falla a tierramonofsica.

Ya en el captulo 14 se trataron los diferentes esquemas de instalacin atierra. A continuacin se les cita de nuevo muy brevemente, para analizar laincidencia de stos sobre el coeficiente de aterramiento m y la seleccin del

pararrayos.El coeficiente de aterramiento m est dado por la siguien te expresin:

U1111=

UL(17.18)

e indica, por consiguiente, la relacin existente entre la tensin de fase atierra, de cualquiera de las fases no cfectada por la falla a tierra, contra latensin de lnea de las fases sanas.

1. Sistemas con neutro rgidamente conectado a tierra. Estos sistemas

ya fueron tratados en el cap'tulo 14, subcaptulo 14.4, y correspon-den a los sistemas comerciales de alta, extra alta y ultra alta tension.

Al ocurrir una falla a tierra. en cualquiera de las fases, no hay ningndesplazamiento del neutro o centro elctrico del sistema hacia la faseafectada, ya que el neutro, de por s, se encuentra tambin conectadoa tierra. Las fases sanas, por consiguiente, no sufren ningn incremen-to de tensin y el coeficiente de aterramiento es m < 0.8. La tensinde diseo (disparo) del pararrayos se selecciona entonces de acuerdocon la siguiente expresin:

Ud =k -UL = 0.8(UL) ya que k = 0.8 (17.19)

2. Sistemas con instalacin a tierra semirrgida. En estos sistemas se en-cuentra conectada una resistencia hmica, R, entre el neutro y tierra,

- la cual limita a la intensidad de corriente de falla. Al sobrevenir una

falla a tierra monofsica, las tensiones en las fases sanas su fren un li-

gero incremento, proporcional a la cada de tensin en R. Este caso,de importancia en sistemas" a base de cables subterrneos, ya fuetratado anteriormente en el subcaptulo 14.5, captulo 14. La figura14.31 ilustra el incremento citado en las tensiones de las fases sanas.

El coeficiente ~ instalacin a tierra de estos sistemas oscila entre0.8 y 1, Y la tensin de disparo se seleccjona de acuerdo con

Ud = k-UL = (0.8. . . . . . 1.0) UL (17.20)

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