sobretensiones de origen atmosférico

Sobretensiones de Sobretensiones de origen atmosféricoorigen atmosférico

SumarioSobretensiones de origen atmosférico

•INTRODUCCIÓN

•MODOS DE PROPAGACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES

•CONSECUENCIAS DE LAS SOBRETENSIONES

•TECNOLOGÍA DE LOS LIMITADORES

•CLASES DE LIMITADORES

•¿QUÉ LIMITADOR INSTALAR?

•¿CÓMO INSTALAR EL LIMITADOR?

•REBT: ITC-BT 23 PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES

IntroducciónTipos de sobretensiones

Se produce cuando el valor eficaz de la tensión es superior al 110 % del valor nominal.

Se mantiene en el tiempo, durante varios periodos, o permanentemente.

Permanente

3

Z3

1 2

Z1 Z2

U1’ U2’ U3’

Rotura del conductor neutro

Z3

Transitoria

Origen de una sobretensión transitoria:

- por descarga atmosférica.

- por maniobras en la red.

Sobretensiones de origen atmosféricoSobretensiones debidas a la caída de rayos

En el transcurso de los últimos 3 años: 1.615.217 rayos– 538.405 rayos por año de media– 1.503.723 : rayos negativos– 111.494 : rayos positivos

Intensidad media de la caída de un rayo directo: 20.000 Amperios

95 % de las descargas provocan tensiones de más de 5kV y corrientes de unos 6kA en protecciones secundarias

5.000 tormentas diarias alrededor del globo

Información actualizada en la dirección: inm.es

Mapa caída de rayos últimas 12 horas

U

P1 P2

Sobretensiones inducidas

U

P1

Sobretensiones conducidas

P1BT

N

P1

Sobretensiones debidas al aumento del potencial de tierra

Sobretensiones de origen atmosférico

Tipos de sobretensiones atmosféricas (algunos MHz. 1 100 s)

Debidas a la caída del rayo sobre una línea aérea (eléctrica o telefónica).Estos impulsos de corriente generada se propagan hasta el edificio derivándose a tierra a través de los receptores produciéndoles averías.

Un rayo indirecto sobre cualquier lugar(poste,árbol,etc.),es equivalente a una antena de gran longitud que emite un campo electromagnético. Se propaga desde unos centenares de metros hasta algunos kilómetros.

Cuando el rayo cae a tierra o a una estructura conectada a tierra (pararrayos) se crea una perturbación electromagnética y una subida del potencial de tierra.

Modos de propagación

Sobretensión en modo común: aparece entre las partes activas y la tierra: fase/tierra o neutro/tierra.

UMC

N

L

Peligrosas para aparatos donde la masa está conectada a la tierra

Mal funcionamiento de los aparatos

Sobretensión en modo diferencial: sobretensión aparece entre dos conductores activos: fase/neutro

Posible destrucción de materiales de tipo informático y equipos electrónicos

Sobreintensidades

R1 baja R1 elevada

A

B

C

D

Consecuencias finales de las sobretensiones

•DETERIORO Y DESTRUCCIÓN de los componentes

Depende de:

- Tiempo de ascenso(Tm): rapidez con la que crece la onda.

- Valor de cresta: valor máximo que alcanza la perturbación

- Duración de la onda

•MAL FUNCIONAMIENTO de los equipos

•ENVEJECIMIENTO prematuro de los componentes

- Provocado por sucesivas sobretensiones no destructivas

Consecuencias finales de las sobretensiones

Dispositivos de protección

- Protecciones primarias: Captan los rayos, los derivan a tierra y los dispersan en el suelo.

• pararrayos (puntas Franklin) • terminales aéreos, caja mallada de Faraday

- Protecciones secundarias: Se encargan de los efectos indirectos del rayo y de las sobretensiones de maniobra.

• protección en paralelo: Limitadores de sobretensión

punta Tendidos aéreos

Caja mallada

h

• Protección estructura edificios

• Protección equipos

N

L

RECEPTOR

Up

Imax

Tecnología de los limitadoresTecnología de los limitadoresFuncionamiento básico de un limitador

FN

V

Característica principal:- Resistencia infinita en condiciones normales de tensión- Resistencia 0 al producirse un sobretensión

Tecnología de los limitadoresTecnología de los limitadoresTecnología: Varistor

Sobretensión

Tiempo (s)

U (V)

Varistor

•Tiempo de reacción rápido(10-9 s)

• Varistor limita la sobretensión a una tensión residual que será función del varistor

•Corriente de fuga despreciable pero que aumenta con un impulso de tensión• Envejecimiento con el tiempo y sucesivas descargas

Tecnología de los limitadoresTecnología de los limitadoresTecnología: Descargador de gas

FN

DG

Similar a una bombilla con gas y 2 electrodos

Sobretensión

Ionización del gas a 700 V

Derivación a tierra

Sobretensión

CebadoExtinción

Efluvio ArcoTiempo (s)

U (V)

• Fuerte poder de disipación de energía

• Corriente de fuga nula a tensiones normales

•Tiempo de respuesta menos rápido pues ha de cebarse antes de derivar

Tecnología de los limitadoresTecnología de los limitadores

- Respuesta rápida a una onda transitoria- Limita la tensión Up a un valor inferior- Disipación energética superior- Envejecimiento limitado- Protección en modo común y diferencial

Características eléctricas

• Up: Valor de pico de la tensión que aparece en bornes del

limitador durante la circulación de In • Uc: Valor admisible de tensión eficaz que se puede

aplicar de manera contínua en bornes del limitador sin

afectar su funcionamiento. • Ic: Corriente que circula por el limitador el cual está

afectado por Uc • In: valor cresta de la corriente de descarga de forma de

onda 8/20soportado hasta 20 veces por el limitador

• I max: Valor máximo cresta decorriente de descarga de

forma de onda 8/20 soportado una sola vez por el limitador

Up

Uc

In Imax I

U

Ic

Limitadores Clase II PRDLimitadores Clase II PRD

Cartuchos desenchufables

Señalización del estado del limitador(PRD)

Auxiliares de señalización a distancia

Contacto seco de señalización a distancia de fin de vida(PRDr)

Señalización de fin de vida (PRD r)

En servicio Cambio de cartucho recomendado

Fin de vida del limitador

Limitadores Clase I PRF1Limitadores Clase I PRF1

!!Riesgo elevado!!

Instalaciones que por su situación y tipología presentan un riesgo de descargas atmosféricas directas o extremadamente fuertes:

- Instalaciones con pararrayos, repetidores de telefonía, parques eólicos, etc.

CLASE I

Gama PRF1Ensayos específicos corriente

directa de rayo

¿Qué limitador instalar?¿Qué limitador instalar?Aspectos a considerar

• Probabilidad de caída de rayos. Depende de la zona geográfica (mapa de densidad de caída de rayos)• Tipo de red:

- de distribución de energía

- red telefónica• Presencia o no de pararrayos• Coste y sensibilidad de los materiales a proteger• Coste de la inoperatividad del equipo/continuidad de servicio• Nivel de protección (Up):

aparatos de tipo electrónico

1,5 kV 2,5 kV 4 kV 6 kV

Aparato tipo electrodoméstico

Aparato industrial

Contador eléctrico según Norma

CEI 60364-4-443

(kA) Protección de cabecera Imáx 40 656540154015

4

Baja

1 1< Ng < 4 1

8 8 8 8 8

4 4 1Densidad de rayos (Ng)

Debería instalarse protección fina si:• La distancia entre el limitador y el receptor es mayor o igual a 30 m• El aparellaje es muy sensible

6540154015

1 1< Ng < 4

Residencial

8 8 8

4 4 4

Instalación sin

pararrayos

RuralUrbano Media Alta

Clase I+40

8

Instalación con

pararrayos

Continuité de service de l ’installation

Terciario/ industrial

Valoración económica de la instalación

O situado en un radio de 50 m

Prioridad continuidad de servicio

¿Qué limitador instalar?¿Qué limitador instalar?

¿Cómo instalar los limitadores?¿Cómo instalar los limitadores?

• Conexiones lo más cortas posibleConexiones lo más cortas posible aproximadamente menor de 50 cm

CARGA

L1

L2

L3

U1

Up

U3

• Regla de los 10 mRegla de los 10 mdistancia entre dos limitadores mayor de 10 m

P1 P2

U1

U3

L1=L2

• Regla de los 30 mRegla de los 30 m si la distancia entre el limitador y el receptor es muy larga (aprox. 30 m) es necesario instalar otro

d 30m

PRD 1

Receptor

PRD 2

Continuidad de servicioContinuidad de servicio

Se cortocircuita el varistor

15 kA

55 kA

15 kA

Destrucción del limitador por sobretensión muy altaDestrucción del limitador por sobretensión muy alta

Necesidad de dispositivo de desconexión

Intensidad de descarga>Imax

ImáxImáx CurvaCurva CalibreCalibre

8 a 40 kA

65 kA

C

C

20 A

50 A

ITC-BT 23: Protección contra sobretensionesITC-BT 23: Protección contra sobretensiones

Objeto y campo de aplicaciónObjeto y campo de aplicación

Trata únicamente de las sobretensiones debidas a la influencia de la descargas lejanas del rayo y conmutaciones de red no tratando las producidas como consecuencia de la descarga directa de rayo

Contiene las indicaciones a considerar para la protección de líneas de alimentación, no contemplándose en la misma el resto de casos: señales de medida, control y telecomunicación.

U

P1 P2

• SITUACIÓN NATURAL: NONO es preciso la protección contra sobretensiones transitorias

• SITUACIÓN CONTROLADA: SISI se considera necesaria la protección contra sobretensiones transitorias

Alimentación por red subterránea en su totalidad

Cuando una instalación se alimenta por, o incluye, una línea aéreaContinuidad de servicio

Valor económico de los equipos

Se pueden presentar dos situaciones diferentes:


¿Cuándo se precisa la protección contra ¿Cuándo se precisa la protección contra sobretensiones?sobretensiones?


¿Qué protección instalar? ¿Qué protección instalar?

Sobretensiones transitorias máximas admisibles (kV)Aparato

electrónico

1,5 kV 2,5 kV 4 kV 6 kV

Aparato electrodoméstico

Aparato industrial Contador eléctrico

Nivel de protección Up:El nivel de protección no debe ser nunca superior a la tensión impulsional máxima que son capaces de aguantar las cargas que se desean proteger.

Las CATEGORIAS DE SOBRETENSIONES permiten distinguir los diversos grados de tensión soportada a las sobretensiones en cada una de las partes de la instalación, equipos y receptores.

Limitadores de Limitadores de sobretensionessobretensiones

transitoriastransitorias

sobretensiones de origen atmosférico

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