Modelos De Baja Frecuencia Y Lentos Frente A Transitorios

Para construir un modelo descargador de sobretensiones para estos rangos de frecuencia, los datos que se obtienen a partir de la literatura del fabricante incluyen potencia y las características, así como las curvas V-I. El modelo de pararrayos se edita a continuación, siguiendo las directrices que se presentan en la Tabla 6.4 y la rutina sup-portar mencionado anteriormente. El siguiente ejemplo se utiliza para demostrar el papel de un descargador de sobretensiones.

Ejemplo 6.1

Figure 6.8a muestra el circuito de prueba utilizado en este ejemplo. La resistencia de 350 Ω representa la impedancia característica de una línea aérea de transmisión. Figura 6.8 b muestra la curva característica V-I del descargador de sobretensión, que tiene una calificación adecuada para 220KV, con un voltaje de 10V a 437 kV. Los picos de tensión tienen una forma de onda triángulo que culmina a 600 kV. Figura 6.8c muestra el aumento del voltaje del descargador, y la corriente de sobretensiones. El descargador de sobretensiones es muy pequeño hasta que el voltaje a través de su terminal llega a alrededor de 300 kV. Hasta ese momento, la tensión de descargador de sobretensiones es aproximadamente el mismo que el de picos de tensión debido a que la caída de tensión en la impedancia característica de la línea es casi cero. Como la corriente aumenta, el voltaje a través de la impedancia de sobretensión aumenta, resultando en una tensión más baja en el descargador. A los 30 us, fluye una corriente máxima de 667A resultando en una tensión en la resistencia de 233.45 kV, siendo el máximo de tensión pararrayos 366.55 kV. Dado que el voltaje instantáneo para el período comprendido entre 0 y 30 us es el mismo que el período entre 30 y 60 us, estas formas de onda tienen simetría alrededor del punto 30 us en el tiempo.

Figura 6.8 Ejemplo 6.1: Circuito de prueba y simulación resultadas. (a) Circuito de prueba; (b) descargador de sobretensión V-I característico; (c) los voltajes y corriente.

6.4.4 Modelos para transitorios rápidos

6.4.4.1 Introducción

El modelo descargador de sobretensión descrito anteriormente no incorpora el tiempo o la frecuencia dependiente. En realidad, las formas de onda de pararrayos contra sobretensiones serían sesgadas si se midieron físicamente en un laboratorio, y el pico de la tensión de descargador ocurriría antes del pico de la corriente. Para una corriente de pico dada, aumenta la tensión de pico frente al tiempo que disminuye. Sin embargo, el porcentaje de incremento es sólo ligeramente proporcional a la magnitud actual. El fenómeno frontal rápido parece ser un efecto inductivo, pero no es la de una inductancia lineal simple.

El comportamiento dinámico de pararrayos MO fue descrito en finales de 1970 [30]. Desde entonces se han desarrollado varios modelos para explicar un comportamiento dependiente de la frecuencia [31-40]. Básicamente, todos estos modelos incorporan una resistencia no lineal para dar cuenta de la V-I características de materiales de varistores MO, y un inductor para incluir el comportamiento dependiente de la frecuencia.

6.4.4.2 Modelos Pararrayos

Un resumen de algunos de los modelos más populares propuestos durante los últimos años a reproducir el rendimiento de un descargador de sobretensión MO en los transitorios de alta frecuencia se presenta en los párrafos siguientes.

Modelo CIGRE

El circuito equivalente MO descargador de sobretensiones debe incluir los posibles retardos de tiempo para el cambio en el mecanismo de conducción desde térmica a efectos de túnel, la capacitancia formada por la conexión en paralelo / serie de las capas granulares, y la inductancia de los elementos de varistor, determinada por la geometría de la trayectoria de la corriente en el varistor [35,36].

Pruebas reales muestran que para las corrientes rápida delanteras (es decir, corrientes de rayo), la tensión de descarga de un bloque de MO alcanza el pico antes del pico de corriente. Por otra parte, un aumento de esta tensión se puede observar con la disminución de la corriente. Sin embargo, durante dos formas actuales de descarga diferentes, las tensiones de descarga difieren en el frente actual, pero se acercan en la cola actual. Además, la diferencia entre las tensiones permanece constante durante la parte frontal actual. Este retardo de tiempo de conducción puede ser representada por una resistencia en serie con la resistencia no lineal en estado estacionario convencional, que reproduce el comportamiento de Mo bloques para corrientes de descarga de baja frecuencia.

Para describir el comportamiento dinámico de un descargador de sobretensiones MO, el circuito equivalente se muestra en la Figura 6.9 fue propuesto [35]. La resistencia dependiente de la corriente de la capa granular se subdivide en el R-estado estable dependiente de la corriente de resistencia (i), el desvío sobre la resistencia R (dv / dt, V, τ), y la resistencia R dependiente de la temperatura (θ), todos ellos representan el comportamiento del descargador de baja frecuencia. Los elementos de R y L representan el grano ZnO, mientras que los otros elementos del circuito están relacionados con los límites de grano.

Este modelo fue simplificado después y adoptado por una CIGRE WG [36,41]. La resistencia R (θ) dependiente de la temperatura y la capacitancia C se pueden despreciar, y la resistencia R

de corriente dependiente (i) y la resistencia ZnO se pueden combinar para una sola resistencia RI. El circuito equivalente resultante se reduce luego a una combinación en serie de una resistencia no lineal

FIGURA 6.9 Circuito equivalente para un bloque pararrayos MO. (De Schmidt, W. et al., IEEE. De alimentación 1989).

RI, el encendido resistencia lineal RT, y la inductancia de la trayectoria de la corriente L, véase la figura 6.10.

LA resistencia RI puede determinarse a partir de la tensión de descarga para 8/20 us para corrientes con diferentes valores de pico. El encendido de la resistencia puede ser descrito por un conjunto de curvas obtenida de la ecuación diferencial

Donde

FIGURA 6.10 MO modelo descargador de sobretensión de frente rápido oleadas. (De Hileman, 1990)

G es el encendido de la conductancia, en mΩ

I es la corriente a través del elemento, en kA

V es el voltaje a través del elemento de encendido, en kV

V10 es el voltaje de descarga para un 10 kA, 8/20 mu s actual, en kV

G ref. es la conductancia de referencia, en mΩ

V ref. es la tensión de referencia, en kV

I ref. es la corriente de referencia, que es igual a 5,4 kA

K es una constante que oscila entre 0,3 y 0,5

T es el tiempo de referencia, que es igual a 80 us

Ref. [36] propone otra expresión para Vref, además de la ecuación 6.11.el elemento de L se puede representar ya sea como una inductancia o como una línea ideal con una impedancia característica y un tiempo estimado de viaje de la siguiente manera [36]:

Para descargadores al aire libre

Inductancia:

• L = 1 uH / m de la línea Ideal; pararrayos: Z = 300 Ω; tiempo de viaje = 3,33 ns / m de pararrayos para Inductancia SIG:

• L = 0.33 uH / m de la línea Ideal; pararrayos: Z = 100 Ω; tiempo de viaje = 3,33 ns / m de longitud pararrayos

2. modelo IEEE

Se muestra en la figura 6.11; que incorpora dos resistencias independientes del tiempo no lineales (A0 y A1), un par de inductores lineales (L0 y L1) en paralelo con un par de resistencias lineales (R0 y R1) y un condensador C. El V-I característico de A1 es ligeramente menos de la curva de 8/20 mu, mientras que A0 es 20% a 30% más alto. L1 y R1 forman un filtro de paso bajo que ve una tensión en descomposición a través de ella. A inductancias de aproximadamente 1 uH / m para los conductores de tierra debe incluirse también en serie con el modelo. En los simulaciones transistorias las resistencias no lineales deben ser modelados como segmentos exponenciales como se describe anteriormente. Este modelo fue propuesto por D.W. Durbak [32] y aprobada por la IEEE, incluidos los documentos de los comités [37] y las normas [5]

FIGURA 6.11 IEEE MO modelo descargador de sobretensión de frente rápido oleadas. (Del grupo de trabajo IEEE sobretensiones)

FIGURA 6.12 Características V-I para resistencias no lineales. (De Durbak, D.W., EMTP Newslett 1985)

Pararrayos Para bajas frecuencias oleadas, la impedancia del filtro de R1 y L1 es muy baja y A0 y A1 son prácticamente en paralelo. Durante los transitorios de alta frecuencia, la impedancia del filtro llega a ser muy alta y la corriente de descarga se distribuye entre las dos ramas no lineales.

La figura 6.12 muestra las características V-I de A0 y A1, véase también el cuadro 6.5, donde los valores de tensión están en por unidad de V10. A0 se presenta como 5 segmentos y A1 como 2 segmentos.

Las Fórmulas para calcular los parámetros del circuito mostrado en la Figura 6.11 fueron inicialmente sugeridas en [32]. Se basan en la altura estimada del descargador, el número de columnas de discos MO, y las curvas mostradas en la Figura 6.12.

La información requerida para determinar los parámetros del modelo frontal rápido es la siguiente:

d • es la altura del descargador, en m

n • es el número de columnas paralelas de unidades MO

TABLE 6.5 para VALORES A0 y A1 en la figura 6.12

• V10 es el voltaje de descarga para una corriente de 10 kA, 8/20 us, en kV

• Vss es el voltaje de descarga de sobretensiones de conmutación para un transitorio de corriente de conmutación asociado, en los parámetros kV, se derivan de las siguientes ecuaciones:

L0=0.2 dn(uH ) R0=100 dn

(Ω) (6.12)

L0=15 dn(uH) R0=65 dn

(Ω) (6.13)

R0=100 nd

(PF) (6.14)

Estas fórmulas no siempre dan los mejores parámetros, pero son un buen punto de partida. El procedimiento propuesto por la IEEE WG para determinar todos los parámetros se puede resumir de la siguiente manera:

1. Determinar parámetros lineales (L0, R0, L1, R1, C) a partir de las fórmulas dadas anteriormente, y obtener las características no lineales de A0 y A1.

2. Ajuste A0 y A1 para que coincida con el voltaje de descarga oleada de conmutación.

3. Ajuste el valor de L1 para que coincida con las tensiones V10.

3. Modelo Histéresis

El voltaje de la descarga de un descargador de sobretensiones MO alcanza el pico antes de que la corriente de descarga alcanza su propio pico. Esta dinámica dependiente del comportamiento de la frecuencia puede ser incluida por la adición de una inductancia en serie con la resistencia no lineal convencional, que reproduce el comportamiento de MO bloques de baja frecuencia y corrientes de descarga. La característica V-I de un descargador de sobretensiones MO con una corriente de descarga escalonada tiene una tendencia. Por lo tanto, la inductancia en serie debe ser también no lineal. El circuito equivalente de un descargador de sobretensiones MO puede consistir en una serie de combinaciones, es decir una resistencia no lineal y un inductor no lineal, tal como se muestra en la Figura 6.13.

FIGURA 6.13

MO modelo descargador de sobretensión por delante rápida oleadas. (IEEE S.Potencia 1996)