Introducción: causas y peligros de las sobretensiones

Sobretensiones temporales

Origen

Soluciones y ejemplos

Sobretensiones transitorias

Origen (rayos, conmutaciones, conducidas, inducidas...)

Soluciones

Clases, coordinación, categorías...

Parámetros

Tipos de protectores ( Uc, Up, Imax, Iimp, Ifi...)

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– Valor típico: 5 a 40kA (95% de los casos)

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

Introducción

Mapa caída de rayos últimas 12 horas

• 100.000 ordenadores dañados anualmente en Europa.

• Coste medio por accidente: 13.000 €.

• Daños totales en equipos eléctricos: 500 millones de euros

• 26% averías en equipos electrónicos por sobretensiones transitorias (datos estadísticos Compañías Aseguradoras)

35 %30 %

25 %

20 %15 %

10 %

5 %

0 %

Ray

os

Vario

sAc

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ntes

Rob

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años

por

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daci

ones

Ince

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tas

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o

Motivos de los daños sufridos en equipos

propiedad de France Telecom

Introducción

Históricamente.....

Presente y futuro.....

Mercado reducido (Operadores de telefonía, infraestructuras....)

Mercado controlado por fabricantes “monoproducto” con políticas de venta directa a cliente final.

Importante transformación a raíz de la entrada en vigor del nuevo REBT (ITC-BT 23 y Art.16.3) Nuevo impulso con la publicación de la GUIA-REBT. Septiembre 2005.

Aumento de la sensibilidad en los equipos, mayor electrónica :

Evolución del mercado

Importante avance en la implantación de este tipo de producto mayor notoriedad a todos los niveles.

Introducción

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

Sobretensiones Temporales/Transitorias

Sin efecto

Malfuncionamiento

Degradación

Daño irreversible

Voltios

microsegundos milisegundos

• Elevados Impulsos de Tensión– Pueden alcanzar varios miles de

voltios.

• Duración muy corta– Del orden the microsegundos.– Sobretensión Transitoria ≠

Sobretensión Temporal

• Frente de onda muy rápido (dv/dt)

• Origen:• 35% son externos a la

instalación• 65% son internos a la

instalación

TEN

SIÓ

N

TENSIÓN

Unominal

AU +10%

TEN

SIÓ

N U

SIM

PLE

( F

-N)

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

USIMPLE( F-N) > 110 %

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

Sobretensiones Temporales

SOLUCIÓN:

Solución para las sobretensiones permanentes para Interruptores trifásicos

Esquema de conexionado:

Sobretensiones Permanentes

Ejemplos de esquemas eléctricos

Protección contra sobretensiones

Protección contra sobretensiones

Ejemplos de esquemas eléctricos

• Sobretensiones transitorias de

origen atmosférico

30%

• Sobretensiones transitorias de

maniobra

70%

Origen de las sobretensiones transitorias

SOLUCIÓN:

Valor típico: de 5 a 40 kA

30 kA/μs

Forma de onda típica de corriente de rayo

Sobretensiones Transitorias

Origen Interno

• Fallos eléctricos• Conexión de baterías de

Condensadores• Encendido y apagado de Motores• Fuentes Conmutadas• Máquinas de soldadura• Equipos de Proceso, …..

Origen de las sobretensiones transitorias

Sobretensiones Transitorias

Sobretensiones transitorias de maniobra

Los cambios bruscos en las condiciones de funcionamiento establecidas de una red eléctrica provocan fenómenos transitorios:

– Sobretensiones de dispositivos de desconexión debido a la apertura de los dispositivos de protección y control: fusibles, interruptor automático, contactores.

– Sobretensiones de los circuitos inductivos debidas a arranques o paradas de motores, o la apertura de transformadores, como los centro de transformación de MT/BT.

– Sobretensiones de circuitos capacitivos debidas a la conexión de baterías de condensadores a la red.

Transitorios por maniobras

Sobretensiones Transitorias

U

P1 P2

Sobretensiones inducidas

U

P1

Sobretensiones conducidas

P1BT

N

P1

Sobretensiones debidas al aumento del potencial de tierra

Sobretensiones de origen atmosféricoTipos 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

Up: nivel de protección Valor de pico de la tensión que aparece en bornes del limitador durante la circulación de In.

Uc: tensión máxima admisible en régimen permanente (no conducción).

In: intensidad nominal de descarga Intensidad de descarga en forma de onda 8/20µs que es capaz de derivar el limitador sin destruirse hasta 20 veces.

Imax: intensidad máxima de descarga intensidad de descarga en forma de onda 8/20µs que es capaz de derivar el limitador sin destruirse una única vez.

Up

Uc

In( 20 veces )

Imax( 1 vez )

Ic

( permanente)

Tensión residual ( V )

Intensidad que circulapor el limitador ( kA )

Parámetros de protección

Sobretensiones Transitorias

Categorías de las 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.

Resto instalaciones con riesgo en función de la situación geográfica y la probabilidad de caída de rayos:

- Instalaciones urbanas, rurales, residencial, terciario, etc.

CLASE II (8/20)

Gama ENCHUFABLE

Gama FIJO

Clase del limitador

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 (10/350)

!Riesgo

Elevado!

Sobretensiones Transitorias

:

• Onda de corriente 10/350 µs: Impacto directoImpacto directo (pararrayos)

10 µs

50%

I

t(µs)

100%

350 µs

I pico=I imp.

Tests Clase ITests Clase I

• Onda de corriente 8/20 µs: Impacto inducidoImpacto inducido

8

50%

I

t(µs)

100%

20

I pico=I n

Tests Clase IITests Clase II

Ondas normalizadasSobretensiones

Transitorias

IEC 61643-1 / EN 61643-11

Clase 1Iimp. 10/350

Clase 2Imax 8/20

I imp.

I max

I pico kA

60

20

6

8/20

10/350

X 10

Impacto directo

Impacto indirecto

Ondas normalizadas

Sobretensiones Transitorias

Desconector térmico

– Función integrada en el propio limitador

– El envejecimiento progresivo del limitador es debido a la corriente de fuga que aumenta cada vez que el supresor deriva un impulso a tierra.

– Un desconector térmico interno desconecta el supresor al final de su vida (antes de alcanzar su temperatura máxima)

Desconectortérmico interno

Indicación localobligatoria(indicador rojo)

Contacto remoto opcional

Desconectortérmico interno

Indicación localobligatoria(indicador rojo)

Contacto remoto opcional

Sobretensiones Transitorias

Fin de vida progresivo del limitador

Fin de vida brusco

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

Impulso Transitorio Inicial

Respuesta incorporando un SPD

Sobretensiones Transitorias

Ejemplo práctico

Impulso Transitorio Inicial

Respuesta incorporando un SPD

Sobretensiones Transitorias

Ejemplo práctico

Respuesta incorporando un SPDImpulso Transitorio Inicial

Sobretensiones Transitorias

Ejemplo práctico