Efectos de la longitud del conductor en la protección contra sobretensiones causadas por rayo

Los productos de Dairyland se utilizan comúnmente en sistemas protegidos catódicamente para proporcionar protección contra sobretensiones debidas a rayos. Los desacopladores y protectores de sobretensión de Dairyland son excelentes opciones para esta aplicación, y cuentan con certificaciones de terceros para altos niveles de corriente de rayo, lo que garantiza sus capacidades. Sin embargo, un factor que a menudo se pasa por alto durante la instalación de productos de protección contra sobretensiones es el impacto de la longitud de los conductores utilizados para conectar el dispositivo a la estructura protegida. Prestar especial atención al método de instalación puede tener un impacto directo en el resultado final de proporcionar una protección contra rayos adecuada.

Evaluación de la inductancia del conductor

Debido a la inductancia inherente de un conductor, cuando un rayo fluye a través de él, puede desarrollarse una gran tensión entre los puntos de conexión: Cuanto más largo sea el conductor, mayor será la inductancia y mayor la tensión desarrollada a través del conductor. Si esta tensión supera la resistencia del aislamiento o del revestimiento, se producirá un arco eléctrico. Como resultado, cuando se utiliza cualquier producto para proporcionar protección contra sobretensiones de rayos (por ejemplo, a través de una junta de aislamiento) es extremadamente importante reconocer el efecto perjudicial de los conductores largos utilizados para conectar el dispositivo de protección. Para obtener el máximo rendimiento, es fundamental que los conductores sean lo más cortos posible. Considere la siguiente fórmula:

V (total) = V (dispositivo) + V (conductores)

La longitud del conductor es la longitud total de los dos conductores necesarios. La tensión total desarrollada entre los dos puntos de conexión de cualquier dispositivo debido a una sobretensión de rayo es la suma de: (1) la tensión de apriete del dispositivo seleccionado y (2) la tensión desarrollada por los propios conductores.

Por supuesto, para lograr una protección satisfactoria, la tensión total a través de la junta de aislamiento debe ser inferior a su valor de resistencia de aislamiento. El procedimiento normal sería seleccionar un dispositivo de protección con la tensión de apriete más baja admisible para la aplicación. Los dispositivos de estado sólido de Dairyland tienen una tensión umbral de varios voltios, mientras que los descargadores de chispas se disparan a cientos o miles de voltios. Sin embargo, cualquier dispositivo también tiene una tensión total que aparece a través de sus terminales durante el flujo de la corriente del rayo, debido al mismo efecto inductivo descrito en este artículo - un valor que está por encima de su tensión umbral.

Ejemplo

A modo de ejemplo, supongamos que el dispositivo seleccionado tiene una tensión de apriete de 500 voltios para el valor máximo de corriente de rayo previsto. Tomando como referencia la fórmula anterior, el resultado es:

V (Dispositivo) = 100 voltios

A continuación, se considerará el efecto de la longitud del conductor. Cualquier conductor, sometido a una corriente con una tasa de variación muy elevada, desarrollará una caída de tensión inductiva a lo largo de su longitud. Esta caída de tensión es una función de la inductancia del conductor (L), y la tasa de aumento de la corriente de sobretensión del rayo (di/dt) como se muestra en la siguiente fórmula donde L está en microhenrios (µH), y (di/dt) está en amperios por microsegundo (A/µseg):

V (Conductor) = (L) - (di/dt)

Basado en mediciones de los tamaños de conductores normalmente usados para conectar los productos de Dairyland, una estimación razonable para la inductancia del conductor es 0.2 µH por pie de longitud del conductor. (Otras fuentes han sugerido un valor tan alto como 0,4 µH/pie.) Mediciones de campo más recientes de corrientes de sobretensión de rayos (descargas directas) indican que la tasa de aumento (es decir, di/dt) en la mitad de las mediciones fue de 13.000 amperios por microsegundo, con el valor máximo medido en 60.000 amperios por microsegundo.

A continuación, se mostrarán algunos cálculos de ejemplo utilizando los datos anteriores y las siguientes suposiciones: L = 0,2 µH/pie, di/dt = 13.000 A/µseg

V (conductores) = 0,2 x 13.000
Resultado: 2600 voltios por pie de longitud total del conductor

La tensión total que aparecería entre los dos puntos de conexión de un dispositivo de protección contra sobretensiones dados los parámetros realistas anteriores es:

V = V (Dispositivo) + V (Conductores)
= 100 + 2600 = 2700 voltios si la longitud total del conductor = 1 pie.
= 100 + 5200 = 5300 voltios si la longitud total del conductor = 2 pies (60 cm)
= 100 + 7800 = 7900 voltios si la longitud total del conductor = 3 pies.
Tenga en cuenta que los conductores para cada terminal del dispositivo deben tener la mitad de la longitud indicada, suponiendo longitudes de conductor iguales.

Basándose en estos datos, es fácil reconocer que el factor predominante que determina la tensión máxima que aparecerá a través de la junta de aislamiento (y a menudo, de otros componentes protegidos) viene determinado por la longitud del conductor, no por la tensión umbral del producto de protección.

Conductores cortos

Una directriz sugerida para la longitud del conductor, debido a estos factores, es un total de 12″ (300mm) incluyendo ambos conductores. Esto puede no ser posible en algunos casos, pero la longitud debe mantenerse lo más corta posible.

Los datos de prueba reales que se muestran a continuación se midieron a través de un dispositivo Dairyland durante un evento simulado de corriente de rayo de 50.000A. Tenga en cuenta que incluso para longitudes de conductor cortas, la tensión a través de los puntos de conexión es significativa.

La mayoría de las instalaciones de campo típicas utilizan una longitud de conductor mucho mayor de 12″ y pueden utilizar un dispositivo de protección como un descargador de chispas, que tiene una tensión de conducción mucho mayor. Este efecto combinado aumenta la tensión a través de la junta de aislamiento (u otra estructura) hasta un nivel que puede provocar la formación de arcos y la rotura del aislamiento.

Elija los accesorios de montaje adecuados

Para ayudar a minimizar la sobretensión debida a los rayos, Dairyland proporciona numerosos accesorios de montaje diseñados para minimizar los efectos de la inductancia del conductor, que se pueden encontrar en la sección de accesorios de nuestra página web.

Cuando se utilicen conductores de cobre aislados convencionales, mantenga los conductores lo más cortos posible, preferiblemente a menos de 12" en total, y lo más juntos posible para minimizar la inductancia del conductor.

Si tiene preguntas sobre este u otros productos que Dairyland fabrica, no dude en ponerse en contacto con nuestro equipo de soporte técnico.