Cálculo de autoválvulas-pararrayos: Protección contra sobretensiones

cables-tension

 

Para este ejemplo, se considera un centro de transformación intemperie de 250 kVA, instalado en Madrid. La tensión más elevada prevista será de 24 kV.

Se sabe que el conductor de unión del pararrayos tiene una longitud es 1,1 metros y que la distancia entre el pararrayos y el elemento a proteger es de 1 metro.

El ejercicio seguirá los puntos siguientes:

Elección de la corriente nominal de descarga In

Esta corriente nominal de descarga, se calculará en base a la calidad de servicio deseada y a la frecuencia de tormentas en la zona de instalación del elemento a proteger (en nuestro caso el CTI instalado en Madrid).

La MIERAT 09 nos traslada a la siguiente figura, en la que nos hace saber que la zona de Madrid, es una zona con frecuencia elevada de tormentas.

indice-espana

Lo más habitual a la hora de elegir esta corriente de descarga, es tener en cuenta la exigencia y la frecuencias de tormentas; lo habitual es 5kA para lugares de poca frecuencia de tormentas con poca exigencia y de 10 kA con lugares de mucha frecuencia de tormenta y gran exigencia. En el caso que nos ocupa, se elegirá por tanto 10 kA.

Tensión asignada Ur

Esta tensión, se determina mediante la expresión:

V_r≥(V_max·K_e)/√3=(24·1,7)/√3≈23,56kV


Por lo tanto, sería suficiente elegir un pararrayos genérico con una tensión asignada V
r = 24 kV.donde Ke es el factor de defecto a tierra y suele aceptarse 1,7 con bastante aproximación.

Nivel de protección (NP):

En el caso de pararrayos con resistencia variable con explosores (PE), se tomará el mayor valor resultante de los siguientes casos:

  1. Valor máximo de la tensión de cebado a impulso tipo rayo 1,2/50µs.
  2. Valor máximo de la tensión residual con onda de corriente 8/20 µs.
  3. Valor máximo de la tensión de cebado en el frente de onda, dividido por 1,15.

Los valores mencionados se obtienen de la siguiente tabla de características de pararrayos-autoválvulas PE.

Tensión asignada Vr (kV)

Valor máximo de la tensión (kV)

Tensión residual máxima (kV cresta) con onda de corriente 8/20 µs

En el frente de onda

Con onda 1,2/50 µs

In = 5 kA

In = 10 kA

10

42

37

29,5

32,5

12

46

43

39

43

15

57

51

49

54

18

74

67

58

65

21

80

71

68

74

24

96

91

76

83

27

102

95

82

90

Por lo tanto:

  1. 91
  2. 83
  3. 96/1,15 = 83,47

El valor máximo es 91, por tanto se adopta este valor como nivel de protección.

Margen de protección (MP):

Este margen de protección se calculan mediante las expresiones:

MP=[NA/NR-1]·100  donde:

MP es el margen de protección en %.

NA es el nivel de aislamiento en kV.

NR es el nivel resultante en kV y que se calcula con la expresión:

NR=NP+R_tc·I_d+8·l_t+(2·S·L)/v donde a su vez:

NP es el nivel de protección en kV

Rtc es la resistencia de puesta a tierra del pararrayos.

Id Corriente asignada de descarga del pararrayos.

8·lt es un valor aproximado de la tensión inducida en el conductor de conexión con tierra.

L es la distancia del punto de conexión del pararrayos en la línea aérea y la aparamenta o elemento a proteger en metros

v es la velocidad de propagación de la onda de tensión en m/µs. Para líneas aéreas se suele emplear 300 y para cables aislados la mitad.

S es la pendiente del frente de onda de tensión y se calcula mediante la expresión:

S=V_max/12·100

Sustituyendo los valores indicados anteriormente:

NR=91+0+8·1,1+(2·2·100·1)/300≈101,133kV

En este caso, el producto de la resistencia a tierra por la intensidad es cero, ya que se consideran tierras comunes.

MP=[125/101,123-1]·100≈23,6%

Distancia máxima (L):

Para líneas aéreas se aplica la siguiente ecuación:

L≤v·(NR-NP-R_tc·I_d-8·l_t)/(2·S)

Y considerando un margen de protección del 20%:

20=[125/NR-1]·100→NR≈104,147kV

Sustituyendo:

L≤300·(104,167-91-0-8·1,1)/(2·24/12·100)≈3,275m

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