causas y efectos de las sobretensiones eléctricas ingeniero harold humberto palomino
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ING. HAROLD PALOMINO
ORIGEN Y EFECTO
DE LASSOBRETENSIONES
TRANSITORIAS
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QUE ES UNA SOBRETENSION ELECTRICA?
“Es un aumento súbito de tensión que pone en riesgo
una instalación eléctrica y por ende un SERVICIO”
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TIPOS DE SOBRETENSIONES
Permanentes: Aumentos de tensión superior al 10 %de la tensión nominal y de duración indeterminada.
Transitorias: Picos de tensión que pueden alcanzarDecenas de kilovoltios en microsegundos
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Sobretensiones Transitorias
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DAÑO CAUSADOS POR LAS SOBRETENSIONES
INCIDENCIA EN EL APARATO PRODUCTIVO
“La totalidad de los procesos productivos actuales dependen
de la electrónica; ES IMPENSABLE llevar a cabo cualquierproceso sin tener en cuenta dispositivos de regulación, control,medición y el proceso de transmisión de datos”.
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DAÑOS EN SEMICONDUCTORES COMOCONSECUENCIA DE SOBRETENSIONES
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DAÑOS EN CIRCUITOS IMPRESOS COMOCONSECUENCIA DE SOBRETENSIONES
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EVOLUCION DE LA INCIDENCIA DEL NIVELDE ENERGIA NECESARIA PARA DESTRUIR
COMPONENTES ELECTRONICOS
WATIOS AÑO COMPONENTE
10 ¯ 3 1910 Relés
10 ¯ 3 1940 Tubo Electrónico
10 ¯ 5 1950 Transistor
10 ¯ 7 1960 Circuito Integrado
10 ¯ 9 1970 adelante Microprocesadores
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RELACION ENTRE TAMAÑO DEL COMPONENTEELECTRONICO Y LA SUSCEPTIBILIDAD DEL
MISMO
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COMO ANALIZAR EL PROBLEMA?
COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (CEM)
Según la normativa internacional recogida en el Informe Técnicode la Comisión Electrotécnica Internacional 61000-1-1, se define a
la compatibilidad electromagnética como "la capacidad decualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de formasatisfactoria en su entorno electromagnético sin provocarperturbaciones electromagnéticas sobre cualquier cosa de eseentorno".
SOBRETENSIONES CEM
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MODELO DE INFLUENCIAS BASADO ENCEM
ALGUNAS FUENTES DE
INTERFERENCIAS
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FUENTES DE INTERFERENCIASCONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS
Descargas electroestáticas
“Fenómeno que permite circular corriente repentina y súbitaentre dos objetos de diferente potencial”
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FUENTES DE INTERFERENCIASCONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS
Pulso electromagnético de conmutación (SEMP)
“Cambio súbitos de voltaje producidos por conmutaciones en
maquinas”
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FUENTES DE INTERFERENCIASCONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS
Perturbaciones por maniobras o daños en redeseléctricas externas
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FUENTES DE INTERFERENCIASCONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS
Radio emisiones de alta y baja frecuencia
Estos daños se presentan básicamente por exposiciones
inadecuadas a interferencias radiadas naturales o creadas porel ser humano
“ELECTROPOLUCION”
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FUENTES DE INTERFERENCIASCONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS
Explosiones Nucleares
Estas producen un campo electromagnético en forma deimpulso con tiempos de subida y duración en el orden de losnano segundos
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FUENTES DE INTERFERENCIASCONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS
Descargas de rayos directas o cercanas.
Los rayos como emisores de interferencias es elfactor de mayor peligrosidad en las instalaciones
eléctricas y electrónicas actuales.
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ORDEN RECOMENDABLE PARA SUPRIMIRPROBLEMAS DE CEM
1. SUPRESION DE LA EMISION DE LA FUENTE DEINTERFERENCIA
2. DISMINUCION DE LA EFICIENCIA DEL CANAL DEACOPLE
3. DISMINUCION DE LA SUSCEPTIBILIDAD DEL
RECEPTOR
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EJEMPLO PRACTICO: SUPRESION DE PROBLEMASPrimer paso: Detectar al menos dos de los elementos
Segundo paso: Eliminar al menos uno de ellos
FUENTE DEINTERFERENCIA
(EMISOR)
RECEPTOR DEINTERFERENCIA
(RECEPTOR)
MECANISMOS DEACOPLAMIENTO.
(CANAL)
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EJEMPLO PRACTICO: SUPRESION DE PROBLEMASPrimer paso: Detectar al menos dos de los elementos
Segundo paso: Eliminar al menos uno de ellosEjemplo: Perdida de información almacenada en CPU
Victima o receptor : Tarjeta electrónica
Fuente de interferencia: Daño en clavija eléctricaocasiona cortocircuito
Canal o medio de acople: Cables eléctricos
SOLUCION RETIRO Y CAMBIO DE CLAVIJA
Daños en equipos electrónicos durante 2 006
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Daños en equipos electrónicos durante 2.006 Analisis de más de 10.000 siniestros
S586 b 586. t / 25.07.2001
Sobretensiones
28%Descargas de rayo
o conmutaciones
Viento
1%
Resto
16%
Negligencia
36%
Agua
6%Robo
Vandalismo
13%
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SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO
1.Fuente de interferencia : El Rayo
2. Medios de acoplamiento o Canal:
• Acoplamiento Galvánico a través de medio físico
• Acoplamiento inductivo a través de campos magnéticos
• Acoplamiento Capacitivo a través de campo eléctrico
3. Receptor o victima: Equipos de comunicación, variadores develocidad, PLC, sensores, medidores etc….
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SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO
¿ES POSIBLE RETIRAR, DISMINUIR, APACIGUARDESVIAR LA FUENTE DE ESTA
INTERFERENCIA?
NO!
SOBRETENSIONES DE ORIGEN
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SOBRETENSIONES DE ORIGENATMOSFERICO
EL RAYO COMO FUENTE DEINTERFERENCIAS
¿QUE HACER?
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EL RAYO
En la tierra impactan entre 50 – 100
Rayos por segundo.
Los niveles de corriente puedenaproximarse a 500 ka.
Se asocian temperaturas de 15.000Celsius.
Los pararrayos naturalesvinculados a la tierra son: árboles,edificios, postes, estructurasmetálicas, las personas etc..
Colombia, por su situacióngeográfica, es uno de los países de
mayor actividad en el mundo.
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Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen
Lightning Flash
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Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen
Source: Tokyo Lightning Protection and Earthing System Corporation
Lightning Flash
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FORMACION DEL RAYO
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23.12.02 / S293
EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENICA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTEREFERENCIA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
E RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
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Lightning Threat
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Lightning Threat
MCR
110 kV
Data
TV
Telephone
400/230 V
ABC Company
Mobile phone
O CO O C
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EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA
“La incorporación cada vez mayor de equiposelectrónicos interconectados a través de medio físicosaumento el riesgo de daño de los mismos”
“En el año 2012 en Colombia impactaron alrededor de12 millones de rayos, cuatro veces mas que enAlemania, España”
12,0
10,0
60
90
120
150
180
210
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Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen
180
210
210
240
240
250
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
-2,0
-4,0
-78,0 -76,0 -74,0 -72,0 -70,0 -68,0
L a t i t u d
Brasil
Perú
Ecuador
PanamáVenezuela
30
60
6060
60
60
90
90
90
120
120150
150
180
180
SOBRETENSIONES DE ORIGENATMOSFERICO
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ATMOSFERICO
VIAS DE ACOPLE DEL RAYO
CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES POR
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DESCARGAS DIRECTAS/PRÓXIMAS DE RAYOS
Red de telecomunicaciones/datos Red de energía B.T.
L1L2L3
PEN
13,2 kV
Rst
1
Descarga directa/próxima del rayo:Descarga directa en la instalación deprotección contra rayos.
1
Descargas lejanas:Descarga en la líneaaérea de media tensión
2a
2a
S535 535.ppt/16.07.98 / OB
1a
1a Caída de tensión en la resistecia de tierra Rst
1b
1b Tensiones inducidas por bucles
2b
2b Ondas progresivas de
sobretensiones inducidaen línea de media tensiópor descarga nube-nube
2c
2c Campos canal del rayo
ACOPLAMIENTO GALVÁNICOCAÍDA DE TENSIÓN POR DESCARGA DE
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Nivel protección Amplitud corriente (kA)I 200
II 150
III - IV 100
Norma: IEC 61024-1-1
Rst
ûE = î · Rst
i
t
Ejemplo:ûE = 100 kA · 1 = 100 kV
î
S88 88.ppt / 23.01.98 / OB
Forma de onda 10 / 350 µs
RAYO
DISTRIBUCIÓN CORRIENTE DE RAYO DIRECTO
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DISTRIBUCIÓN CORRIENTE DE RAYO DIRECTO
100%
Barraequipotencial
Proteccióexterna
Red de Tierras50%
50%
Red telecomunicación/datos
Red de energía
Estrucutras metálicas
50%
S602 602. t / 11.08.98 / OB
ACOPLAMIENTO GALVÁNICODISTRIBUCIÓN DE LA TENSIÓN DE RAYO EN UN
EDIFICIO
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EDIFICIO
S1500
100 kA
100 kV
100 kV100 kV230 V
230 V
11500.ppt / 27.01.98 / S
ACOPLAMIENTO INDUCTIVO
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Red técnicade información
Red técnicade Energía
Protección externacontra el rayo
S464
Toma dedatos
Toma deenergía
Zona Protección Rayo 0A
Zona Protección Rayo 0B
464-5-b.ppt / 20.01.98 / O
BEP
Bucle inductivo
ACOPLAMIENTO CAPACITIVO(INFLUENCIA INDIRECTA)
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Instalación 1Equipo
1
BEP 1 PE 1
Instalación 2Equipo
2
BEP 2PE 2
Linea deseñal
Corriente inducida
Canal del rayo C
C
C
( )
FORMAS DE ONDA - COMPARACIÓN
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S916 916.ppt / 10.08.1998 / K
20 kA
40 kA
60 kA
80 kA
100 kA
(kA)
i
200 µs 350 µs 600 µs 800 µs 1000 µs
t (µ
1 2
Forma de onda µs 10/350 8/20i max. kA 100 5
Q As 50 0,1
W/R J/ 2,5·106 0,4·103
Norma IEC 61024-1-1 E DIN VDE
DIN VDE 0675 T.6, A1
0185-103
1
20 µs
50 kA
2
1 2
Forma de onda µs 10/350 8/20
i max. kA 100 5
Q As 50 0,1
W/R J/ 2,5·106 0,4·103
Norma IEC 61024-1-1 E DIN VDE
DIN VDE 0675 T.6, A10185-103
SOBRETENSIONES DE ORIGENATMOSFERICO
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COMPARACION DE FORMAS DEONDA
COMPARACION FORMAS DE ONDA DE RAYO YSOBRETENSION
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SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO
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SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO
REGLAMENTO INSTALACIONES ELECTRICAS (RETIE)
NORMAS
IEC 62305 1-2-3-4; NTC 4552 1-2-3; IEC 61000; IEC 61643
Solución: Protección integral
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Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen
ANALISIS DE RIESGO
PROTECCION EXTERNA
1.-Instalación Captadora
2.-Instalación Derivadora
3.-Sistema de Puesta a Tierra
PROTECCION INTERNA
1.- Equipotencialidad
CONCEPTO ZONAS DE PROTECCIÓNCONTRA EL RAYO (LPZ)
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Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen28.07.04 / S659_
Conducto aire
Tierra de cimientos Armadura cimientos
Equipo
Apantallamiento
M
LPZ 0 A
LPZ 0 A
LEMP
LEMP
LEMP
LPZ 0 C
Suministrodatos y
telecomunicaciones
LPZ 3
SEMP
LPZ 2
LPZ 2
LPZ 1
LPZ 1
Equipotencialidad Prot. RayoDescargador Corrientes Rayo
Equipotencialidad LocalDescargador Sobretensiones
LPZ 0 B
LPZ 0 B
Suministo deenergía
Instalación Captadora
Derivador
AGRADECEMOS SU ATENCION
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