protección_contra_sobretensiones_transitorias

8/8/2019 .Proteccin_contra_sobretensiones_transitorias.

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Proteccin contra

sobretensiones transitorias.

ELSA 2010


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Resumen

Este tema va dirigido a abordar lasprincipales sobretensiones que tienen lugar

en los sistemas de baja tensin sus efectosen los equipos y en el nivel de aislamientode los mismos, as como las medidas para

disminuir los riesgos.


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Objetivo

Al termino de la conferencia seremos capacesde evaluar si nuestras instalaciones son segurasante la ocurrencia de sobretensionestransitorias.


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Debido a que nuestra sociedad es cada dams dependiente de la energa elctrica y de

las redes de informacin, de los equipos decmputo y, en general, de los equiposelctricos y electrnicos, el diseo y laproteccin de estos contra los efectos de lassobretensiones, es hoy una tarea de primeranecesidad.

INTRODUCCIN


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Desarrollo


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Sobretensin


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Se puede definir como, SOBRETENSIN,los cambios en las seales de tensindurante tiempos relativamente cortos

debido a las variaciones en lascondiciones de operacin de un sistemaelctrico que origina una redistribucin

de energa que debe satisfacer las nuevascondiciones del sistema.


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2.2% 3.4% 3.6%4.3%

8.7%

9.3%

33.8%

34.7%

Daos en Instalaciones IndustrialesNEGLIGENCIAS FUEGO HUMEDAD

CORTOCIRCUITOS CLIMA ROBOSSOBRETENSIONES OTROS


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Consecuencias finales de las sobretensiones


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Las sobretensiones se pueden clasificar porsu duracin en :

Sobretensiones temporales.

Sobretensiones transitorias.Las sobretensiones se pueden clasificar porsu origen en :

De origen externo.

De origen interno.


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Clasificacin

Sobretensiones Origen

Interno

Origen

ExternoTemporal Transitoria

Por

funcionamientoy maniobra X X

X

De frecuenciaIndustrial.

X X X

Origenatmosfrico

X X


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Las sobretensiones de funcionamiento omaniobras pueden ser producidas por:

Apertura de dispositivos de proteccin o la apertura ocierre de los dispositivos de control.

Arranques o paradas de motores, o la apertura detransformadores .

Conexin de bateras de condensadores a la red.


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Impulso de maniobra

(f =100 kHz a 1Mhz)

Sobretensiones por funcionamiento y maniobra


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Sobretensiones de frecuencia Industrial a:

Estas sobretensiones tienen la mismafrecuencia que la red y se puedenpresentar cuando:

Existen defectos de aislamiento defase/masa o fase tierra/en una red.Cuando cables de diferentes nivelesde voltaje interactan por defectos

del aislamiento o mecnicos.Cuando una proteccin en alta omedia tensin acta produce unaumento del potencial de tierra.

Un

K*Un


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L1

L2

N

PE

L3

Ante la falla de aislamiento

Se producen sobretensionestransitorias de

frecuenciaindustrial


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Sobretensiones de origen atmosfrico.

Cada ao las descargas atmosfricascausan cuantiosas prdida econmicas, ylo peor, de vidas humanas. La potenciadestructiva de un rayo es grande queinclusive estructuras e instalacionesprotegidas por sistemas de pararrayos ypuestas a tierra pueden sufrir severosdaos.


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Modelacin de la descarga.

El modelo de la descarga elctrica de carcteratmosfrico, relativamente complejo, puede serresumido en una serie de descargas de uncondensador tierra-nube, en un canal ionizado.


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Esquema equivalente del fenmeno.

I----valor de la intensidad de corriente

correspondiente a la descarga deretorno (kA).

I0----- valor inicial de las componentesexponenciales(kA).

a= 0.013x 106

b= 0.5 x 106

I=I0(e-at ebt)

L

R

C


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Tiempo de Subida(tt) Duracin de sobretensin(T)

t

Valormximo de la

Cresta

Umx

0,9 Umx

0,5 Umx

0,1Umx

Esta corriente circular por los conductores opartes metlicas donde impacte la descarga,constituye una onda tipo impulso.


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Magnitudes relacionadas con le rayo

SMBOLO PARMETROS 90%DE IPICO50%DE IPICO MXIMA

OBSERVADAOBSERVADAS

I pico Corriente pico 2-8 kA 10 25 kA 230 kA 4150

dI/dt

Pendiente de frentede la onda de

corriente medidoentre 0.1 y 0.9 delvalor pico

2 kA/seg. 8 kA/seg 50

kA/seg. 40

Corriente de cola 60A 250A 1450A

Duracin total de las

descargas del trueno

0.01 0.1 seg. 0.10.3 seg. 1.5 seg. 100

Estadstica realizada por la Universidad de Santiago de Cuba.


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SMBOLO PARMETROS 90%DE IPICO 50%DE IPICOMXIMA

OBSERVADAOBSERVADAS

Duracin de una soladescarga.

0.1 0.6 mseg. 0.5 3 mseg. 400 mseg. 150

Intervalo de tiempo

entre dos descargassucesivas 5 10 m seg.

30 40mseg. 500 mseg. 525

T

Intervalo de tiempoentre el inicio y elvalor medio en recadade la corriente pico.

10 25 seg. 28 42 seg 120seg 425

tt Tiempo de subida 0.3 2 seg 1 4 seg 10seg 45

Nmero de pulsos pordescarga

1 2 2 4 34 500

Magnitudes relacionadas con le rayo

Estadstica realizada por la Universidad de Santiago de Cuba.


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Efectos de las descargas atmosfricas.

Las descargas atmosfricas producen variosefectos, de forma general se pueden clasificaren:

Trmicos. Dinmicos.

Acsticos .

Qumicos. Elctricos.


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Efecto Elctrico.

Los efectos elctricos de las descargasatmosfricas se expresan fundamentalmente enforma de sobretensiones, cuyas causas asociadascon este fenmeno son:

El paso de una gran corriente en un medioresistivo y/o inductivo.

La induccin electromagntica.


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Descarga cercana

Descarga Directa

Descarga Remota

LEMP


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Las sobretensiones pueden acceder a lossistemas de una instalacin a travs de:

Comunicaciones

Alimentacin elctrica

AI/DI

AO/DO


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Las sobretensiones producidos por fenmenosatmosfricos llegan hasta la instalacin de tresformas fundamentales:


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Corriente acoplada

AcoplamientoR

esistivoCorrientederayo


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Acoplamiento Inductivo

Corrientede

rayo


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Acoplamiento Inductivo

Corrientede

rayo

Corriente acoplada


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Acoplamiento Capacitivos

Corrientede

rayo


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Bucle de Induccin

Datos

Red elctrica


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Proteccin contra sobretensiones.Cuando se produce una sobretensin en unalnea, circula una corriente hacia tierra del ordende los miles de amperes. Para evitar que la

sobretensin destruya el equipo conectado a lalnea, debe instalarse un protector a la entradadel equipo, de esta forma el protector deriva

hacia tierra la intensidad generada por lasobretensin sin que circule por el equipo.


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Proteccin contra las descargas

atmosfricas


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Algunas de estas normas son:

NFPA 780. Standard for the Installation of LightningProtection Systems.

NTC 4552. Norma tcnica colombiana de proteccin

contra rayos. BS 6651:1999 British Standard. Need of external

protection.

BS6651:1999

British

Standard. Need of protectionagainst the secondary effects of lightning.

IEC 61662. Risk due to lightning.

IEC 62305. Protection against lightning


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Algunas de estas normas son:

IEC 61024-1-1. Proteccin de estructuras contra elrayo.

UNE 21185. Proteccin de estructuras contra el rayoy principios generales.

UNE 21186. Proteccin de estructuras, edificacionesy zonas abiertas mediante pararrayos con dispositivode cebado.

NFC17-101. Protection contre la foudre. NFC17-102. Protection contre la foudre. Protection

des structures et des zones ouvertes contre la fuodrepar paratonnerre dispositif d`amorage.


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Generalmente estas normas analizanaspectos similares, dndole ms o

menos peso a los coeficientes queutilizan en la evaluacin.


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Identificar objeto a ser protegido, definirzonas

Identificar tipo prdidas relacionada con la estructura y sus acometidas de servicio

Para cada tipo de prdida* Identificar el tiempo tolerable RT

* Identificar y calcular todos los componentes de riesgo x

Calcular

R=RX

R> RT

Identificar tipo prdidas relacionada con la estructura y sus acometidas de

servicio

Estructuraoservicioprotegido

para este tipo de prdida

No

Si

La norma NTC 4552


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Clculo de las componentes.

Rx= NxPx* Lx

Nx------ Nmero de eventos peligrosos.

Px------ Probabilidad de dao.

Lx------ Prdidas por dao fsico.


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Ejemplo numrico de la influencia de la

instalacin de un sistema en cascada de DPS


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La norma NTC 4552

Fuente de

Dao

Descargas sobre la

estructura

S1

Descargacercanas a

la

estructura

S2

Descargas sobre

las acometidas

de servicio

S3

Descargacercanas a las

acometidas

de servicios

S4

Componentesde Riesgo

RA RB RC RM RU RV RW RZ

Riesgo para cada

tipo de prdida

R1X X X X X X X X

R2X X X X X X

R3 X X

R4 X X X X X X X X


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Valores de Riesgo tolerable segn laNTC4552-2.

Tipos de prdida RT(y-1)

Prdidas de vida o lesiones

permanentes 10-5

Prdidas de servicio publico 10-3

Prdidas de patrimonio cultural 10-3


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NTC 4552


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Peso de la existencia de DPS en los riesgos.

Nivel de proteccin contra rayos PDPS

Sin sistema coordinado de proteccin 1

III IV 0.03

II 0.02

I 0.01

Son posibles valores menores de PC en el caso en que los

dispositivos de proteccin tengan mejores caractersticas de

proteccin (mayor capacidad de corriente soportable, menor

nivel de proteccin, etc.) comparado con requerimientos

definidos para elNivel I de Proteccin contra Rayos.

0.005 - 0.001

Son posibles valores menores de PC en el

caso en que los dispositivos de proteccin

tengan mejores caractersticas de proteccin

(mayor capacidad de corriente soportable,menor nivel de proteccin, etc.) comparado

con requerimientos definidos para el Nivel I

deP

roteccin contra Rayos.


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Tabla 15.Nivel de proteccin contra Rayo

SinproteccinNivel

IVIII II I

Estructuraconsistema decaptacin areo

Nivel I donde seusa el armazn deconcreto como

sistema debajante

Estructura techometlico o consistema decaptacin areo,con techo contraimpactos de

directos de rayo,donde se usa elarmazn deconcreto comosistema de bajante

Tabla 16.Valores de PDPS Valor de R1 --Riesgo de perdida de vidas Humanas. (RT= 1,00E-05)

Sin proteccin

2 x 10-4 1.20 x 10-4 1.1 x 10-4 1.05x 10-4 1.02x 10-4 1.01x 10-4 1.001x10-4

III IV 1.03 x 10-4 2.30 x 10-5 1.3 x 10-5 8.001 x 10-6 1.3x 10-6 8.001x 10-6 4.001x10-6

II 1.02 x 10-4 2.20 x 10-5 1.2 x 10-5 7.001 x 10-6

I 1.01 x 10-4 2.10 x 10-5 1.1 x 10-5 6.001 x 10-6

Son posibles valoresmenores de PC en el caso

en que los dispositivos de proteccin tenganmejores caractersticas de proteccin (mayorcapacidad de corrientesoportable, menor nivelde proteccin, etc.)comparado conrequerimientos definidospara el Nivel

1.001 x 10-4 2.01x 10-5 1.01 x 10-5

1.00001x 10-4 2.00x 10-5 1.0001x 10-5

R1< RT (10-5)

Uso de cobre


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Cabezal Captador

Mstil

Bajante

Tubo Protector

Toma de Tierra

Contador de

descarga

Contador dedescarga


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SISTEMA PUESTA A TIERRA EN ACERO

INOXIDABLE

Fuente: C.I. Elctricos Internacional


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Punta Franklin

Telepararrayo

Sistemas de proteccin externa.

Malla de Faraday


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Sistemas de Proteccin Interna. SPI

Por proteccin interna contra las descargas atmosfricasse entiende al conjunto de medidas de proteccin que sehan de adoptar en las instalaciones metlicas y elctricasen el interior de las edificaciones frente a los efectos de

la corriente del rayo y de su campo electromagntico.La proteccin interna contra rayos abarca las siguientesmedidas:1. Compensacin de potencial.

2. Logro de distancias adecuadas.


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Lnea de Gas

Sistema de captacin de rayos.

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