Pararrayos de óxido de zinc (ZnO) en redes de distribución

Los de óxidos de zinc (ZnO) se les denomina también pararrayos de óxidos metálicos (POM), este tipo no presenta explosores por tanto la autoválvula es conductora de forma permanente para el voltaje nominal de la red que protege.

AntecedentesAparecen a mediados de los 80’s producidos mediante la sintetización, compactación y mezcla de polvos de metales diversos (Bi, Sb, Mn, Co) con polvos de óxidos de zinc

Principio de funcionamientoLos sistemas de distribución de energía eléctrica están sometidos a sobretensiones y es el pararrayos quien las protege. En algunos casos llega a cortocircuitarse a tierra. Si el pararrayos siguiese conectado a la fase y a tierra no sería posible reconectar la línea. Es ahora cuando el desconectador funciona para evitarlo, realizando dos funciones: permitir reconectar la línea e indicar que el pararrayos debe ser sustituido.

En el interior de la base existe un dispositivo que en caso necesario origina un pequeño arco que hace detonar un cartucho, separando el latiguillo de conexión a tierra del pararrayos.

VentajasEl material de la envolvente, es resistente a climas extremos desde desérticos a árticos, así como a las radiaciones ultravioleta y al ozono. Muestras de este polímetro han sobrevivido al equivalente a 50 años en pruebas de envejecimiento acelerado.

Pesan menos que los de porcelana: menos costo de transporte y son más fáciles de manejar.

Ilustración 1.Pararrayos de óxido de zinc. Cortesía ABB.

Componentes

Los pararrayos con envolvente de goma silicona están constituidos por resistencias de características no lineal, de óxido de zinc, conectadas en serie sin explosores.

Los descargadores deben ser del tipo exterior, auto soportados, para instalación vertical; de construcción robusta diseñados para facilitar su montaje y su limpieza, evitando que el agua se deposite en ellos. Si el diseño del fabricante considera el empleo de aros para efecto corona, este debe ser incluido en el suministro. El pararrayos estará constituido por uno o varios módulos dispuestos en serie en una sola columna. La sujeción se realizará mediante bases de apoyo suficientemente aisladas de tierra para permitir, en los casos que se necesite, la instalación de un contador de descargas. El material de la envolvente externa estará fabricado con goma silicona polimérica. No se aceptarán evolventes de EPDM (Etileno-Propileno-Dieno-Monómero) o gomas compuestas basadas en EPDM (o cualquier caucho orgánico), ya que estos compuestos no mantienen sus propiedades hidrofóbicas.

Comparación con pararrayos de Silicio- Carbono (SiC)Los problemas que existían con los explosores serie, ya no se tienen en los de ZnO. La construcción de los de ZnO es más simple y como tiene menos piezas, la confiabilidad es mayor. Lo anterior, establece diferencias constructivas entre los dos tipos de fabricación.

La diferencia en las características de los materiales (SiC y ZnO) es significativa: Los discos o bloques hechos de ZnO, exhiben una característica no lineal muy superior a los de SiC. Debido a esta característica, los pararrayos de ZnO no requieren los explosores.

Ilustración 2 Partes de un pararrayos de ZnO en redes francesas de 20 kV. Cortesía de Schneider electric

La característica no lineal del Zno, permite lograr niveles de protección mejores que los de SiC. Los pararrayos de Zno, tienen mayor capacidad de absorción de energía, lo cual permite realizar la protección contra sobretensiones de maniobra, esto no era posible con los de SiC.

AplicaciónLa propiedad eléctrica más importante del ZnO, es la posibilidad de soportar corrientes muy distintas en un estrecho margen de tensiones.

Deben ser aptos para protección de los equipos, contra las sobre tensiones producidas por operaciones de maniobras y por la ocurrencia de descargas atmosféricas.

En condiciones normales tiene una impedancia muy elevada y solo fluye una pequeña corriente del orden de 1 ma. En presencia de una sobretensión, la impedancia cambia de un valor elevado a un valor muy bajo, descargando una corriente a tierra.

El producto de la corriente de descarga por la impedancia (no lineal) = voltaje residual, llamado nivel de protección, que es el valor al cual se limita la sobretensión.

¿Por qué se busca limitar las sobretensiones?

Se puede reducir el aislamiento de los transformadores de potencia y con ello reducir la probabilidad de falla del transformador. Además se aumenta la confiabilidad de la red. Esto es importante desde el punto de vista económico y de confiabilidad del sistema.