ES2197395T3 - Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos. - Google Patents

Abstract

PARA CREAR UN DESCARGADOR CAPAZ DE SOPORTAR LAS CORRIENTES DEL RAYO A BASE DE VARIOS DESCARGADORES CONECTADOS EN SERIE DONDE SE SUPRIME ENTERAMENTE O AL MENOS EN PARTE UNA CORRIENTE DE SEGUIMIENTO DE RED, SE PROPONE QUE EL DESCARGADOR ESTE COMPUESTO POR N DESCARGADORES PARCIALES (FS) CUYA TENSION DE CEBADO DEL ARCO SEA INCREMENTADO A UN VALOR N VECES SUPERIOR A LA TENSION DE CEBADO DEL ARCO DE UN DESCARGADOR PARCIAL GRACIAS A LA CONEXION EN SERIE DE LOS DESCARGADORES PARCIALES (FS).

Description

Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos.

La invención concierne a un explosor capaz de soportar la corriente de los rayos con varios explosores conectados en serie.

Al producirse la descarga de un rayo en un edificio con una alimentación de corriente de baja tensión circula una alta corriente de rayo de corta duración hacia tierra a través de las estructuras metálicas. Durante esta breve corriente del rayo el potencial de las partes metálicas (llamadas tierra) consideradas como puestas a tierra en funcionamiento normal se incrementa por breve tiempo en valores de algunos centenares de kV. Esta elevación del potencial de tierra a consecuencia de la descarga de un rayo se produce debido a que la corriente del rayo tiene que entrar como corriente impresa en la tierra y provoca entonces una caída de tensión en la resistencia finita de puesta a tierra. Los conductores de la alimentación de corriente de baja tensión se encuentran, con respecto a la tierra, al potencial proporcionado por el alimentador de energía. Por tanto, en funcionamiento normal estos conductores conducen la tensión nominal. Debido al aumento de potencial provocado por la corriente del rayo en la resistencia de puesta a tierra se origina entonces una tensión de choque de corta duración entre la tierra y los conductores, que resulta de la diferencia de los potenciales entre tierra y conductor. Si se eleva el potencial de la barra de compensación de potencial principal en algunos centenares de kV, se sobrepasa la resistencia eléctrica del aislamiento entre los conductores y la tierra y se produce una descarga a través del trayecto de aislamiento por aire y una perforación del aislamiento de las líneas. La consecuencia de esta descarga o perforación es un cortocircuito tripolar de la alimentación de corriente de baja tensión. Sin embargo, debido al cortocircuito tripolar se establece una conexión con el cable de alimentación, de modo que una parte de la corriente de rayo impresa puede fluir hacia dentro de este cable.

La parte restante sigue circulando hacia la tierra.

Los efectos de este cortocircuito tripolar son

un arco voltaico de combustión libre en la distribución de baja tensión o en el cable de alimentación,

un posible daño previo de un cable o aparato con un material aislante fijo, con el riesgo de un daño posterior debido a una destrucción lenta del aislamiento por descargas parciales o corrientes de fuga,

difusión de una onda de presión a través del arco voltaico,

riesgo de un incendio por inflamaciones de materiales aislantes en el arco voltaico caliente.

Circula una corriente secuencial de la red con frecuencia de red y una magnitud de algunos kA hasta algunas decenas de kA, en función de la distancia del edificio a la próxima estación transformadora y la potencia de alimentación.

El fusible antepuesto separará el cortocircuito tripolar de la red, con lo que se suprime la alimentación de corriente. Esta puede ponerse nuevamente en servicio sustituyendo el fusible principal de la red por parte de la empresa suministradora de energía.

Para evitar los daños derivados de la descarga de un rayo en un edificio se conocen los explosores. Tales explosores se utilizan para la compensación transitoria del potencial, siendo extinguida también la corriente secuencial de red subsiguiente. Todas las soluciones conocidas hasta ahora se basan en que se enciende el explosor bajo una sobretensión de rayo, se deriva o conduce la corriente del rayo entre tierra y conductor para asegurar una pequeña caída de tensión a lo largo del arco voltaico, se conduce y extingue la corriente secuencial de la red y se efectúa una reconsolidación del explosor.

Se conoce por DE 42 40 138 A un explosor del género expuesto. Se conoce por este documento un explosor múltiple que está constituido por explosores parciales con aislamientos de alto y bajo ohmiaje y cuya distancia de descarga disruptiva aumenta al aumentar el número de explosores parciales. Esta disposición adolece del inconveniente de que al encenderse el explosor con el aislamiento de alto ohmiaje se aplica la tensión a todos los demás explosores de bajo ohmiaje, de modo que la tensión de perforación total de todo el explosor es igual a n veces la tensión de perforación del explosor de alto ohmiaje. La tensión total se distribuye, por decirlo así, en muchos explosores. Los explosores se hacen conductores al mismo tiempo.

Se conoce por FR 1 539 445 A1 una conexión en serie de explosores con una resistencia dependiente de la tensión, estando conectadas resistencias óhmicas en paralelo con los explosores y estando conectada un condensador en paralelo con el primer explosor. El control de la distribución de la tensión es conectado, a través del condensador conectado en paralelo, con el primer explosor de modo que se presente una dependencia de la distribución de la tensión respecto de la velocidad de aumento de la tensión aplicada. En caso de un evento, los explosores vuelven a hacerse conductores al mismo tiempo.

Partiendo de este estado de la técnica, la invención se basa en el problema de crear un explosor del género expuesto que sea capaz de soportar la corriente de los rayos y en el que se suprima una corriente secuencial de la red en forma completa o al menos en parte.

La solución de este problema se indica en las reivindicaciones.

El explosor según la invención, capaz de soportar la corriente de los rayos, se basa en la idea fundamental de la extinción del arco voltaico por interrupción múltiple de este arco con ayuda de un explosor múltiple. La caída de tensión en los ánodos y cátodos de los explosores parciales del explosor múltiple se utiliza aquí para la extinción del arco voltaico y, por tanto, para la supresión de la corriente secuencial de la red. El efecto de extinción puede incrementarse de manera usual incorporando el explosor en una carcasa cerrada de manera hermética a la presión. El efecto de extinción puede incrementarse también soplando el arco voltaico con gas frío.

En el explosor según la invención se produce primero por una descarga de rayo, debido a la sobretensión entre PE (tierra) y los conductores de transporte de la tensión, un encendido cuando se alcanza la tensión de reacción del explosor múltiple.

Según la invención, se efectúa una división del arco voltaico en arcos voltaicos múltiples. Se aprovecha aquí por el explosor múltiple propuesto el efecto de dividir el arco voltaico entre varios explosores parciales, de modo que se suman las caídas del ánodo y del cátodo (caída de tensión especialmente en los puntos de base del arco voltaico en el ánodo y el cátodo) de los distintos explosores. Por consiguiente, la caída de tensión total en el explosor múltiple puede describirse por las relaciones siguientes: U = n x U_{AK}. Aquí significan n el número de explosores del explosor múltiple y U_{AK} la caída de ánodo o cátodo de un explosor parcial del explosor múltiple.

Para que no se sobrepase una tensión de reacción relativamente baja de, por ejemplo, un máximo de 4 kV, el primer explosor está configurado y su ánodo y cátodo están distanciados de tal manera que se alcance una tensión de reacción correspondiente.

En el explosor múltiple previsto según la invención la tensión se reparte entre todos los explosores parciales. Debido a la conexión de resistencia del explosor múltiple según la invención se consigue que el potencial de tierra se aplique al explosor parcial (de entrada) más superior. Tan pronto como este primer explosor parcial se haya encendido, circula una corriente a través de las resistencias, las cuales disminuyen de forma escalonada, por ejemplo de forma decádica y preferiblemente de forma logarítmica. Se consigue así que, después del encendido del primer explosor parcial, casi toda la tensión se aplique al segundo explosor parcial y lo encienda inmediatamente. La radiación ultravioleta del canal de chispa en el primer explosor parcial es utilizada aquí ventajosamente para proporcionar los electrones iniciales en el respectivo explosor parcial siguiente. Este efecto se continúa hasta el último explosor parcial.

Después del encendido circula una corriente de cortocircuito y se establece en cada explosor (caída ánodo-cátodo) una alta caída de tensión que es el resultado de la suma de la multitud de explosores, de modo que, según el número de explosores, la tensión de combustión del arco voltaico es mayor que la tensión de la red, con lo que no se produce ninguna corriente secuencial de la red.

La configuración del primer explosor es decisiva para el comportamiento de reacción. En la cadena de explosores se añade en la suma la tensión de los distintos arcos voltaicos parciales hasta alcanzar un valor tal alto que sea mayor que la tensión de la red, con lo que no se produce realmente ninguna corriente secuencial de la red.

El explosor múltiple puede estar equipado también con una disposición de descarga deslizante para reducir el tiempo de retardo del encendido de los explosores parciales en combinación con el conexionado de resistencia correspondiente. La disposición de descarga deslizante consiste en una capa de un material aislante dispuesta a lo largo de los explosores, en la que está incrustada una lámina metálica o similar que se encuentra al potencial de tierra. Debido a la introducción de la lámina puesta a tierra cerca de los electrodos de los explosores parciales se distorsiona el campo eléctrico en los explosores parciales y se produce la formación de descargas deslizantes sobre la superficie del material aislante entre los electrodos y los explosores parciales.

Es sabido que los electrodos de explosores a base de metales como cobre, wolframio-cobre o metales similares muestran indicios de fusiones en las superficies después de una solicitación con altas corrientes de rayo y que se deposita vapor metálico sobre la superficie de disposiciones aislantes contiguas. Debido a estos efectos se reduce la vida útil de un explosor de esta clase. Para evitar los inconvenientes de los electrodos metálicos se propone según la invención un electrodo de grafito. Por tanto, los explosores parciales del explosor múltiple se fabrican preferiblemente a base de grafito. A causa de la pequeña erosión del metal por combustión bajo la solicitación con corrientes de rayo de hasta 200 kA, el grafito se adapta especialmente bien para esta aplicación. Después de una solicitación múltiple con corrientes de choque de rayo se mantiene limpia la superficie de los electrodos del explosor múltiple y se conserva la forma de la misma. Se garantiza así que la tensión de reacción del explosor se mantenga dentro de la dispersión admisible. Preferiblemente, el explosor está constituido por electrodos cilíndricos o en forma de dado que están aislados uno de otro por una lámina aislante o un disco aislante de material resistente al calor, especialmente PTFE o bien cerámica. Debido a la formación de electrodos con aristas vivas se obtiene la mejora de proporcionar electrones de arranque por desprendimiento de los electrones adicionados a moléculas. De este modo, se puede reducir en medida apreciable la tensión de reacción y su dispersión estática. Mediante ejecuciones correspondientes del explosor de placas paralelas, por ejemplo con electrodos de gran superficie, se crea un gran volumen lleno de campo con el que se proporcionan los electrodos iniciales bajo solicitación de tensión. Debido al volumen agrandado lleno de campo se reducen apreciablemente la tensión de reacción y su dispersión.

En el dibujo se muestran, en representación de principio, ejemplos de ejecución de la invención y estos se describen con detalle a continuación.

Muestran:

la figura 1, la representación de principio del conexionado de resistencia de un explosor múltiple;

la figura 2, la estructura geométrica de un explosor múltiple con una descarga deslizante;

la figura 3, un explosor de corriente de rayo con explosor múltiple de ocho etapas dotado de control óhmico.

En la figura 1 se muestra un explosor que está conectado en I a un conductor de la red de suministro de corriente y en II a una tierra. Están dispuestos aquí una multitud de explosores en serie uno con otro (FS1 a FSN). Los explosores parciales FS2 a FSN, con excepción del explosor FS1, que es el primero en reaccionar en el caso de un evento de corriente de rayo, están conexionados aquí por una red escalonada de resistencias óhmicas, de modo que los explosores parciales FS2 a FSN se ponen en conducción sucesivamente. La red de resistencias presenta valores óhmicos que disminuyen en la dirección de puesta en conducción. Así, por ejemplo, la resistencia R2 puede presentar 10 kiloohmios, la resistencia R3, 1 kiloohmio, la resistencia R4, 100 ohm, la resistencia R5, 10 ohm y la resistencia Rn, X ohm. Las resistencias pueden disminuir de preferencia logarítmicamente. En paralelo con el cátodo y el ánodo de cada explosor parcial FS2 a FSN está conectada una resistencia R2 a Rn, y las resistencias R2 a Rn de todos los explosores parciales están conectadas en serie a tierra (II). Como puede apreciarse especialmente en la figura 3, están previstos electrodos 2 de explosor de grafito que están distanciados uno de otro por discos de material aislante a base de PTFE. En 4 se muestra un terminal de una resistencia de control. Con 5 se muestra una carcasa que rodea a la unidad completa. En 6 se muestra la acometida de corriente. En 8 se muestra una barra de corriente para conectar los dos bloques de explosores que están dispuestos en paralelo uno con otro en la carcasa 5. La resistencias de control 10 están dispuestas también en un recinto protegido dentro de la carcasa de material aislante. Con 11 se muestra otra placa de material aislante. Con 1 se muestran muelles de contacto por medio de los cuales se efectúa la unión de contactado con los explosores. Los electrodos 2 de los explosores consisten preferiblemente en elementos de aristas vivas cilíndricos o en forma de paralelepípedos. En la forma de ejecución según la figura 3 el explosor completo consiste en dos bloques de igual número de explosores parciales dispuestos en paralelo uno con otro.

En la forma de ejecución según la figura 2 el explosor múltiple está acoplado con una ayuda de encendido para descarga deslizante. La ayuda de encendido para descarga deslizante consiste en una capa 12 de material aislante, por ejemplo PTFE, que está dispuesta longitudinalmente en paralelo con los explosores FS1 a FSN y en la que está incrustado un conductor metálico 13, especialmente una lámina metálica. Esta lámina está colocada en 14 al potencial de tierra. En 15 se muestra una descarga deslizante que se enciende como primera predescarga antes de que se encienda después la descarga principal 16 como consecuencia de la primera descarga deslizante. Consecuentemente, se enciende después la segunda descarga deslizante como segunda predescarga (17), tras lo cual se enciende la siguiente descarga principal 18 como consecuencia de la segunda descarga deslizante. El proceso se continúa de manera análoga. Los explosores FS2 a FSN están conexionados con resistencias de control R2 a Rn.

La distancia del respectivo primer explosor FS1 es decisiva para el comportamiento de reacción del explosor completo. En la cadena de explosores FS1 a FSN se genera una tensión de combustión de arco voltaico tan alta que ésta es mayor que la tensión de la red, con lo que no se produce ninguna corriente secuencial de la red.

La invención no se limita al ejemplo de ejecución, sino que es variable de múltiples formas dentro del ámbito de la descripción.

Todas las nuevas características individuales y combinadas expuestas en la descripción y/o en el dibujo se consideran como esenciales para la invención.

Claims (15)

1. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos con varios explosores conectados en serie, en donde el explosor está constituido por n explosores parciales (FS) cuya tensión de combustión de arco voltaico se lleva por conexión en serie de los explosores parciales (FS) hasta n veces el valor de la tensión de combustión de arco voltaico de un explosor parcial, caracterizado porque los explosores parciales (FS), con excepción del primer explosor parcial (FS1) en reaccionar en el caso de un evento de corriente de rayo, están conexionados por medio de una red escalonada de resistencias óhmicas, de modo que los explosores parciales (FS) se ponen sucesivamente en conducción, y porque la red de resistencias presenta resistencias decrecientes en la dirección de puesta en conducción.

2. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según la reivindicación 1, caracterizado porque la tensión de combustión de arco voltaico de los explosores parciales (FS) es en su suma más alta que la tensión de la red protegida.

3. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque en lugar de las resistencias óhmicas están previstas impedancias lineales o no lineales.

4. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las resistencias disminuyen en forma no lineal.

5. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las resistencias (5) disminuyen en forma decádica.

6. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las resistencias (R) disminuyen en forma logarítmica.

7. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en paralelo con el cátodo y el ánodo de cada explosor parcial (FS), con excepción del explosor de entrada (FS1), está conectada una resistencia y porque las resistencias (5) de todos los explosores parciales están conectadas en serie y a tierra.

8. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los electrodos de los explosores parciales (FS) son de grafito.

9. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los electrodos de los explosores parciales (FS) consisten en elementos cilíndricos o paralelepipédicos.

10. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque entre los electrodos de los explosores (FS) están dispuestas láminas aislantes o discos aislantes (3), especialmente de material resistente al calor, preferiblemente de PTFE (politetrafluoretileno) o bien de cerámica.

11. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el explosor (FS) está constituido por varios bloques dispuestos en paralelo uno con otro, preferiblemente por igual número de explosores parciales (FS).

12. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los explosores parciales (FS) están combinados con una ayuda de encendido para descarga deslizante.

13. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según la reivindicación 12, caracterizado porque la ayuda de encendido para descarga deslizante está constituida por una capa de material aislante (12) que está dispuesta longitudinalmente en paralelo con los explosores (FS) y en la que está incrustado un conductor metálico (13), especialmente una lámina metálica, que está puesto al potencial de tierra.

14. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque los explosores (FS) están dispuestos en una carcasa llena de hexafluoruro de azufre o en cámaras llenas de este material.

15. Explosor capaz de soportar la corriente de los rayos según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque los explosores (FS) están dispuestos en una carcasa rellena de material aislante, preferiblemente resina epoxídica.