Correlación entre ondas de ensayo para dispositivos supresores de sobretensiones

Correlation factor between standard surge waves for testingtransient overvoltage suppressor devices

Existe un variado número de ondas impulsivas estándar que se utilizan para ensayar el funcionamiento de los dispositivos supresores de sobretensiones transitorias. En particular, resultan de importancia los ensayos que comprueban la corriente máxima de impulso de descarga. Se analiza en este trabajo la relación existente entre estas distintas formas de ondas impulsivas, de forma tal de poder obtener una correlación entre ellas para aplicar una u otra con similares resultados. Las conclusiones que se alcanzan a partir de un desarrollo teórico simplificado son corroboradas mediante medición en laboratorio y simulación.

1 INTRODUCCIÓN

De acuerdo a los estándares utilizados para ensayar los dispositivos protectores de sobretensiones transitorias (DPS), se utilizan distintas ondas impulsivas de ensayo, de forma de caracterizar una onda impulsiva de corriente (de naturaleza atmosférica, inductiva, etcétera). Por ejemplo, algunas formas adoptadas son las de impulso de corriente $\frac{8}{20}\mu s$ [1], $frac{10}{350}μs,frac{10}{1000}μs$ [2], etcétera, caracterizadas por la corriente máxima I_m [A], la energía específica E_i [Joule/ohm] y la carga Q [Coulomb].

En todos los casos, aplicando estas ondas impulsivas al DPS, lo que se pretende obtener como resultado es:

El tiempo de respuesta del DPS al impulso de corriente cuyo tiempo de crecimientot1es de 8μs o 10μs, según el tipo de onda impulsiva utilizada, figura 1.

La energía que es capaz de absorber el DPS sin destruirse de acuerdo con la duración del impulso, caracterizado por el tiempo t₂ en que la onda de crece hasta alcanzar la mitad de su valor máximo I_m, (20μs,350μs, 1000μs, según corresponda), figura 1.

​Por ejemplo, la Norma IEC 61312–1 [3], utiliza para caracterizar la forma de onda impulsiva, una ecuación como la indicada en (1)

​$I=\frac{Im}{h}\frac{(\frac{t}{\tau 1})¹⁰}{1+(\frac{t}{\tau 1})¹⁰}e(-\frac{t}{\tau 2})$.  (1)

Donde τ1 y τ2 son constantes de tiempo asociadas al crecimiento y decaimiento de la onda, respectivamente; y la constante h es un factor tabulado de corrección de la corriente máxima Im.

Si bien las ondas de ensayo enumeradas tienen similares características en cuanto a su forma, existen sin embargo, diferencias para implementar un generador que entrega una onda de la forma $\frac{8}{20}\mu s$, respecto de otro que entregue una onda de la forma $\frac{10}{350}\mu s$ ó $\frac{10}{1000}\mu s$.​

En la figura 2 se muestra el esquema circuital muy simplificado de un generador de impulsos de corriente (GIC).

Por ejemplo, para implementar un GIC que pueda entregar una corriente 8/20μs​​, con una Im= 10 kA (valor típico de corriente impulsiva que puede soportar un DPS para líneas de suministros de baja tensión), deberá generarse una tensión en vacío Vc de varias decenas de kV.