Cuernos arqueados - Arcing horns
Las bocinas de arco (a veces , las bocinas de arco ) son conductores salientes que se utilizan para proteger los aisladores o el hardware del interruptor en los sistemas de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje contra daños durante la descarga disruptiva . Las sobretensiones en las líneas de transmisión, debido a la electricidad atmosférica , rayos o fallas eléctricas, pueden causar arcos a través de los aisladores (descargas disruptivas) que pueden dañarlos. Alternativamente, las condiciones atmosféricas o los transitorios que ocurren durante la conmutación pueden causar la formación de un arco en la ruta de ruptura de un interruptor durante su operación. Los cuernos de arco proporcionan un camino para que ocurra el flashover que pasa por alto la superficie del dispositivo protegido. Las bocinas normalmente se emparejan a cada lado de un aislante, una conectada a la parte de alto voltaje y la otra a tierra , o en el punto de ruptura de un contacto de interruptor. Con frecuencia se ven en las cadenas de aisladores en las líneas aéreas o protegiendo los aisladores de los transformadores .
Los cuernos pueden tomar varias formas, como simples varillas cilíndricas, anillos de protección circulares o curvas contorneadas, a veces conocidas como "estribos".
Antecedentes
Los equipos de alto voltaje , en particular los instalados en el exterior, como las líneas eléctricas aéreas , suelen estar sujetos a sobretensiones transitorias , que pueden ser causadas por fenómenos como rayos , fallas en otros equipos o sobrecargas de conmutación durante la reactivación del circuito. Los eventos de sobretensión como estos son impredecibles y, en general, no se pueden prevenir por completo. Las terminaciones de línea, en las que una línea de transmisión se conecta a una barra colectora o un aislador de transformador, tienen mayor riesgo de sobretensión debido al cambio en la impedancia característica en este punto.
Un aislante eléctrico sirve para proporcionar la separación física de las partes conductoras y, en condiciones normales de funcionamiento, está continuamente sujeto a un campo eléctrico elevado que ocupa el aire que rodea al equipo. Los eventos de sobrevoltaje pueden hacer que el campo eléctrico exceda la rigidez dieléctrica del aire y resultar en la formación de un arco entre las partes conductoras y sobre la superficie del aislante. Esto se llama flashover. La contaminación de la superficie del aislante reduce la resistencia a la rotura y aumenta la tendencia a destellar. En un sistema de transmisión eléctrica, se espera que los relés de protección detecten la formación del arco y abran automáticamente los disyuntores para descargar el circuito y extinguir el arco. En el peor de los casos, este proceso puede durar varios segundos, tiempo durante el cual la superficie del aislante estaría en estrecho contacto con el plasma altamente energético del arco. Esto es muy dañino para un aislante y puede romper los discos de vidrio o cerámica quebradizos, resultando en su falla total.
Operación
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Los cuernos de arco forman un espacio de chispa a través del aislador con un voltaje de ruptura más bajo que el camino del aire a lo largo de la superficie del aislante, por lo que un sobrevoltaje hará que el aire se descomponga y se forme un arco entre los cuernos de arco, desviándolo de la superficie de el aislante. Un arco entre las bocinas es más tolerable para el equipo, lo que brinda más tiempo para que se detecte la falla y el arco se despeje de manera segura mediante interruptores automáticos remotos. La geometría de algunos diseños alienta al arco a migrar lejos del aislador, impulsado por corrientes ascendentes a medida que calienta el aire circundante. A medida que lo hace, la longitud de la trayectoria aumenta, enfriando el arco, reduciendo el campo eléctrico y haciendo que el arco se extinga cuando ya no puede atravesar el espacio. Otros diseños pueden utilizar el campo magnético producido por la alta corriente para alejar el arco del aislante. Este tipo de disposición se conoce como reventón magnético .
Los criterios de diseño y los regímenes de mantenimiento pueden tratar las bocinas de arco como equipo de sacrificio, más barato y más fácil de reemplazar que el aislante, cuya falla puede resultar en la destrucción completa del equipo que aísla. La falla de las cadenas de aisladores en las líneas aéreas podría resultar en la división de la línea, con importantes implicaciones de seguridad y costos.
Por lo tanto, las bocinas de arco juegan un papel en el proceso de correlacionar la protección del sistema con las características del dispositivo de protección, conocido como coordinación de aislamiento . Las bocinas deben proporcionar, entre otras características, una impedancia casi infinita durante las condiciones normales de funcionamiento para minimizar las pérdidas de corriente conductiva, una baja impedancia durante el flashover y una resistencia física a la alta temperatura del arco.
A medida que aumentan los voltajes de funcionamiento, se debe prestar mayor atención a dichos principios de diseño. A voltajes medios, uno de los dos cuernos puede omitirse, ya que el espacio entre el cuerno y el cuerno puede ser lo suficientemente pequeño como para que un pájaro que se posa pueda salvarlo. Alternativamente, se pueden instalar espacios dúplex que constan de dos secciones en lados opuestos del aislante. Los sistemas de distribución de bajo voltaje, en los que el riesgo de formación de arco es mucho menor, pueden no utilizar bocinas de arco en absoluto.
La presencia de los cuernos en forma de arco perturba necesariamente la distribución normal del campo eléctrico a través del aislante debido a su capacitancia pequeña pero significativa . Más importante aún, una descarga disruptiva a través de las bocinas en arco produce una falla a tierra que da como resultado una interrupción del circuito hasta que la falla se soluciona mediante la operación del interruptor automático. Por esta razón, las resistencias no lineales conocidas como varistores pueden reemplazar las bocinas de arco en ubicaciones críticas.
Protección del interruptor
En ocasiones, las bocinas de arco se instalan en conmutadores y transformadores aislados en aire para proteger el brazo del interruptor de daños por arco. Cuando un interruptor de alto voltaje rompe un circuito, puede establecerse un arco entre los contactos del interruptor antes de que se interrumpa la corriente . Las bocinas están diseñadas para soportar el arco en lugar de las superficies de contacto del interruptor en sí.
Corona y anillos graduadores
Las bocinas de arco no deben confundirse con los anillos de corona (o los anillos de clasificación similares) que son conjuntos en forma de anillo que rodean conectores u otras piezas de hardware irregulares en equipos de alto potencial. Los anillos de corona y los anillos de clasificación están destinados a igualar y redistribuir el potencial acumulado lejos de los componentes que podrían estar sujetos a la acumulación local y las descargas destructivas, aunque a veces cualquiera de los dispositivos puede instalarse muy cerca de un conjunto de bocina de arco.