Caracterización de varistores de ZnO ante sobretensiones transitorias con tiempo de frentes muy rápidos (VFTO)

Abstract

Caracterización de varistores de ZnO ante sobretensiones transitorias con tiempo de frentes muy rápidos (VFTO) Este trabajo presenta la caracterización de un tipo de varistores de ZnO ante sobretensiones transitorias con tiempo de frente muy rápido (VFTO. Very Fast Transient Overvoltages), mediante un desarrollo teórico-experimental. Tradicionalmente, los varistores son analizados para transitorios un poco más lentos, del orden de los cientos de kHz, asociados principalmente a descargas eléctricas atmosféricas. Sin embargo, existen fenómenos de muy alta frecuencia, principalmente en estaciones encapsuladas o dispositivos aislados en gases, que podrían presentar transitorios muy rápidos, y este tipo de protección no está ampliamente estudiada frente a estos fenómenos. En la primera etapa, se realiza el estado del arte que comprende el estudio de los diferentes modelos de los descargadores de sobretensión ante sobretensiones con tiempos de frente muy rápido. Estos son el punto de partida para la caracterización de dichos dispositivos ante los pulsos de tensión VFTOs. Además, se presenta un análisis teórico sobre la estructura interna del varistor de ZnO, permitiendo establecer los efectos no lineales causados por los aditivos que contiene este material, del mismo modo, se estudian los mecanismos de conducción eléctrica que explican el porqué de la desviación de la ley de Ohm en estos dispositivos. Mas adelante, se planea y se lleva a cabo un diseño experimental con un solo factor, para un total de 5 unidades experimentales, a las cuales se le realizaron 20 réplicas. Este diseño experimental permitió seleccionar un solo varistor en representación de la población muestral, mediante el Análisis de Varianza (ANOVA. Analysis Of Variance). En la última parte, se presenta la forma de onda obtenida por el generador de pulsos de tensión diseñado, la cual se caracterizó por su nivel de voltaje, frecuencia y tiempo de frente (Rise Time); finalmente, se presentan las pruebas de laboratorio al varistor seleccionado, cuya respuesta en el voltaje residual y corriente de descarga permitió establecer el dominante efecto capacitivo en el comportamiento de varistor ante pulsos de tensión VFTOs. (Texto tomado de la fuente)

Study of the behavior of low voltage ZnO varistors against very fast transient overvoltages (VFTO). This work performs the characterization of a type of ZnO varistor, used in low voltage aginst very fast transient overvoltages with front time (VFTO), using a means theoretical-experimental development. Traditionally, varistors are analyzed for transients slower, that is about hundreds of kHz, mainly associated with atmospheric electrical discharges. However, there are very high- frequency phenomena, essentially in encapsulated stations or devices insulated-gas, which could present very fast transients, and this type of protection, has not been widely studied in the face of these phenomena. In the first stage, the state of the art is carried out, which includes the study of the different models of surge arresters in the event of surges with fast front times. These are the starting point for the characterization of these devices in the face of voltage pulses. VFTOs. Furthermore, a theoretical analysis of the internal structure of the ZnO varistor is presented, establishing the non-linear effects caused by the additives contained in this material, as well as the electrical conduction mechanisms that explain the reason for the deviation of Ohm's law in these devices. Then an experimental design with a single factor is planned and carried out, for five experimental units, to which 20 replications were made. This experimental design allowed the selection of a single varistor in the sample population representation, using the Analysis of Variance (ANOVA). In the last part, the waveform obtained by the designed voltage pulse generator is presented, which was characterized by parameters such as voltage level, frequency, and rise time. Finally, the laboratory tests at the selected varistor are presented. Thus, the response in the residual voltage and discharge current allowed to establish the dominant capacitive effect in the behavior of the varistor before voltage pulses VFTOs