20150107_OVR Presentación Perú

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LPED DIN RailProtectores de sobretensiones

Luis Andres Arismendi, LPED AM SAM, Enero 2015

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Sistemas internos de protección contra rayo:

Objetivo: Limitar la amplitud de las sobretensiones debidas al impacto de un rayo en la cercanía de la estructura, o debido a conmutaciones industriales, desviando a tierra las sobrecargas y limitando las sobretensiones transitorias.

Esta parte de los LPS (SPR) consiste de la instalación de los DPS (OVR) y la conexión de tierra equipotencial para pararrayos.

Sistemas externos de protección contra rayo:

Objetivo: Evitar golpes directos en la estructura. El principio es atrapar el rayo en una barra y evacuar la energía a tierra con conductores específicos de bajada.

Esta parte de los LPS (SPR) consiste de las puntas de pararrayos, los sistemas de conductores de bajada y los sistemas de terminación de tierra.

Sistema de protección : terminales aéreos, jaula de malla, pararrayos con cebado electrónico

Protectores de sobretensiones Sistemas internos/externos de protección contra rayo

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Enormes picos de tensión Originados por Fuentes Externas

Por lo menos el 30% de los transitorios son generados por fuentesexternas (Ej. Rayos, maniobra de una subestación eléctrica)

Efectos:

Fallas de equipo catastróficas

Caída/paro inmediata/o del funcionamiento

Alteración del negocio por largo tiempo

Reparación y/o remplazo costoso del equipo

Protectores de sobretensionesPorqué?

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Mapa isoceraunico del Perú

Un mapa ceráunicorepresenta los días de tormenta que aparecen al año por kilometro cuadrado y como mínimo la aparición de un solo rayo

Lambayeque Chiclayo

La libertad Trujillo

Loreto Iquitos

San Martin Tarapoto

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Amplitude of Lightning Strokes (kA)0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Frec

uenc

ia a

cum

ulad

a

Magnitud del impacto de rayo (kA)

40% de los rayos son superiores a 20kA (o 60% de los rayos están por debajo de 20kA)

5 % de los rayos son superiores a 60kA (o 95% de los rayos están por debajo de 60kA)

0.1 % de los rayos son superiores a 200kA

Frecuencia acumulada de impactos de rayos versus su amplitud. Datos de Meteorage(Francia). Campaña de medición de 5.4 millones de rayos entre 1995-2005.


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Pequeños picos de tensión repetitivos Originados por Fuentes internas

Por lo menos el 70% de los transitorios son generados desde fuentes internas (Ej. Encender y apagar algunos aparatos crea una variación repentina de carga y un cambio repentino del flujo de corriente, lo que genera sobretensiones transitorias : motores, elevadores, aires acondicionados, transformadores, condensadores…)

Efectos:

El daño se va acumulando

Fallos prematuros de los equipos

Pérdidas de datos, reinicios de sistemas y pérdidas de funcionamiento


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Qué es una sobretensión/sobrecarga transitoria? Una repentina (inferior a un milisegundo) subida de voltaje/corriente

El pico de voltaje puede alcanzar 12 veces el voltaje nominal:Puede causar costosos daños a los equipos eléctricos/electrónicos

Daños por voltaje:

La corriente puede alcanzar miles de Amps

Daños por corriente:

Protectores de SobretensionesCon qué propósito?

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Protectores de SobretensionesCon qué propósito?

DPS u OVR: Necesita ser rápido! Tiempos de respuesta a las sobretensiones

La duración de la sobretensión está entre: 20 – 350 µs

Tiempo de respuesta del interruptor: 5 – 60 ms

DPS tiempo de respuesta: 3-100 ns

Algunos puntos para comparar:

El ojo humano toma 50 – 80 ms al parpadear

El ala de una mosca toma 5ms en aletear

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Los DPS (dispositivos de Protección de sobretensiones) limitan los voltajes transitorios desviando las Corrientes de sobrecarga a tierra (Terminal PE).

No protegidoEj: Cafetera

Video

DPS instalado:Aparato protegido

Protectores de SobretensionesCómo actúa el DPS?

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Protectores de SobretensionesImpactos Directos

Impacto directo en la estructura

Impacto directo en una red de servicio

conectada a la estructura

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Protectores de SobretensionesImpactos Directos (Forma de onda 10/350 – Tipo I)

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Protectores de SobretensionesImpactos Indirectos (Forma de onda 8/20)

Acoplamiento inductivo:Campo electromagnético en un circulo.

Acoplamiento galvánico: Gradiente de voltaje debido a la Resistencia del suelo

Acoplamiento de conductores: Impacto directo en una red de servicio (a más de 500m de distancia) conectada a la estructura.

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Protectores de SobretensionesImpactos Indirectos (Forma de onda 8/20 – Tipo II)

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Protectores de SobretensionesVoltaje soportado a impulso del dispositivo a proteger

La siguiente tabla, según IEC 60364-4-44, IEC 60664-1 e IEC 60730-1, define las 4 categorías existentes

El nivel de protección de los DPS Uprot (Up con In + caídas tensión cables adyacentes) debe ser siempre inferior que el voltaje soportado a impulso Uw del equipo a proteger.

Categoría Ejemplos

Equipos conteniendo circuitos electrónicos particularmentesensitivos:- Servidores, computadores, TVs, Audio, video, alarmas, etc.- Electrodomésticos con programas electrónicos, etc.

-Electrodomésticos no electrónicos, aparatos, etc.

Tableros de distribución, aparatos de maniobra (seccionadores, Interruptores, tomas, aisladores, etc)conductos y accesorios (cables, barras, cajas de unión, etc)

Equipos industriales y equipos tales como, por ejemplo, motores fijos conectados permanentemente a Sistemas fijos, medidores de energía, transformadores, etc.

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DPS: Dispositivos Protección Sobretensiones. DPS Tipo 1: Desvía las Corrientes transitorias de un impacto directo de rayo (onda 10/350).=> Instalado en el cuadro Distribución principal: aplicaciones industriales, Telecom...

DPS Tipo 2: Desvía las Corrientes transitorias de una maniobra e impactos ind.: (onda 8/20).=> Principalmente instalados en tableros sub-distribución y/o para aplicaciones comerciales/ domesticas.

Iimp (Corriente de Impulso): Máxima corriente de descarga para DPS Tipo 1Imax: Máxima corriente de descarga para DPS Tipo 2 (valor que puede desviar solo 1 vez)In: Corriente nominal (valor que el DPS puede desviar por 20 veces)Up: Nivel de protección en voltios medido a In (Corriente nominal)Uoc: Combinación de onda de ensayo normativa para DPS tipo 3Un: Voltaje nominal de empleoUc: Voltaje máximo de empleo Ut: Sobretensión transitoria soportada (TOV) (Puede ser manejada en caso de defecto de la

fuente de alimentación)Ifi : Poder de corte de la corriente subsiguiente, que es la corriente de corto circuito de la fuente

de alimentación de la instalación que puede ser cortada por un DPS con tecnología Sparkgap o Gas tube.

Protectores de SobretensionesCaracterísticas principales

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Capacidad de descarga máxima (Iimp o Imax) que puede ocurrir a la entrada de la instalación.Nivel de protección (Up) de acuerdo con el Uw del aparato a ser protegidoEl Sistema de tierra de la red determinará la configuración del DPS

100%90% 8% 2%

T1 IimpMDB

T2 ImaxSDB

T2 ImaxDB

Protectores de SobretensionesInstalación típica – regla 10m

Si mas de 10m Menos de 10mSi mas de 10m

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Relé diferencial

o Protección contralcorrientes de fallaValores indicados en catálogo

… A ser determinado según las recomendaciones del fabricante.

Protectores de SobretensionesSelección de la protección asociada

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Protectores de SobretensionesSelección de la protección asociada

Tipo de Protector sobretensiones

Red distribución

Mini interruptor valores máximos*Curva B y C

Corriente de cortocircuito posible en ubicación DPS (Ip)

Valores máximos Fusibles* (gL – gG)

• Valores máximos, deben ser de acuerdo con la instalación para seguir las reglas de coordinación con la(s) protección(es) de cortocircuito principalo aguas arriba.

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Equipo a ser protegido

Prioridad continuidad de Servicio

Equipo a ser protegido

Prioridad Protección

Valores dados en nuestro catálogo

MCB de la instalación existente puede ser usado si el valor es correcto para el DPS

Protectores de SobretensionesPrioridad a la continuidad o protección

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Impedancia de los cables de conexión

longitud = 1m

Para I= 10kA en una forma de onda 8/20, U=1200V

Inductancia : L = 1,2 H/m

U = L di/dt

Dispositivo a proteger

Protectores de SobretensionesImportancia de un cableado corto! – regla 50cm max

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ComputadorOtros

Vidéos

NeveraLuces

Circuit/ breaker

MCB

SPD

L1=65cm

L2=35cm

L3=65cm

1m = 1H

1m = 1200V

a

b

c

d

e

f

Vba=780V

Vcb=0V

Vdc=420V

Ved=1 200V

Vfe=780V Vfa=3 180V© ABB

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ExplosorTubo de gas

Por interrupción

Diodos

Corte de la onda

MOV’s

ProtectorTipo 1

ProtectorTipo 2

Protectores de Sobretensiones Tecnologías DPS

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Maniobra DPS:

Tecnología del Explosor (DPS Tipo 1):

Interrupción del voltaje

Explosores Tubos gas

V

A

Tiempo (s)

Tiempo (s)

U Interrupción

10/350µs:El primer número corresponde al tiempo desde el 10% al 90% de su valor pico (10µs)El Segundo número corresponde al tiempo que tarda la onda en descender al 50% de su valor pico (350µs).

Corriente transitoria fluyendo por el DPS

Protectores de SobretensionesTecnologías DPS

Ifi

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Descargador transientes Tipo 1

Funcionamiento

Cuando una sobrecarga entra en la unidad la electrónica la detecta y la dirige a la cámara apaga chispas

En esta etapa, una chispa es generada en la cabeza de la aguja y la sobrecarga es dirigida a la cámara apaga chispas.

La sobrecarga es dirigida y dividida en la cámara apaga chispas y extinguidaEl gas ionizado sale de la unidad pasando por el canal de escape evitando cualquier riesgo de fuego.

Protectores de SobretensionesTecnología DPS Explosor

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8/20µs:El primer número corresponde al tiempodesde el 10% al 90% de su valor pico (8µs). El Segundo número corresponde al tiempoque toma a la onda descender al 50% de suvalor pico (20µs).

Maniobra DPS

Tecnología MOV (DPS Tipo 2):

Limitador de voltaje

MOV’sV

A

Tiempo (s)

Tiempo (s)

U residual

Corriente transitoria fluyendo por el varistor

Protectores de Sobretensiones Tecnología DPS MOV

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Descargador transientes Tipo 2

Funcionamiento

Cuando el MOV se pone muy caliente (de excesiva corriente), causa que se

funda la soldadura abriendo el desconectador

Protectores de SobretensionesTecnología DPS MOV – fin de vida térmico

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Tipo de productos: Valores kA :

Tipo 1:Gama OVR T1 25kA

Tipo 1+2: Gama OVR T1+2 25 y 15kA

Tipo 2:Gama OVR T2 / OVR Plus 15, 40 y 70kA

Telecomunicaciones:Gama OVR TC 10kA

T1 & T2 PV:OVR PV 6kA (T1)

40kA (T2)

OVR NE12:DPS en caja según UL 160 y 320kA

Protectores de SobretensionesGama de producto

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Designaciones: OVR T1 / OVR T2 / OVR TC / WT / NE12

OVR T1 3N 25 255 TSOVR T1+2 3N 15 255 -7OVR T2 3N 40 275 s P TS

Protectores sobretensiones ABB:OVR

Clasificación DPS:T1 / T1+2 / T2 / TC / Plus / PV / NE12 / WT

Configuración DPS:Nada: 1 fase1N: 1 fase + NeutroN1: Neutro + 1 fase3L: 3 fases4L: 4 fases3N: 3 fases + NeutroN3: Neutro + 3 fases

Capacidad de descarga:Tipo 1: Iimp (Corriente impulso)Tipo 2: Imax (Corriente máx. descarga)

Max. voltaje empleo: Uc

Opciones:S: reserve de seguridadP: EnchufableTS: Contacto auxiliar

En T1: -7 => Indicación de corriente Subsiguiente / Ifi

Protectores de SobretensionesDesignación

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Protectores de Sobretensiones

Tipo 1 (10/350µs):

Como es instalado en los tableros de distribución principal MDB, generalmente tiene una Up <2.5kV

Tipo 2 (8/20µs):

Como es instalado en tableros de sub-distribución (SDB) para proteger equipos sensibles, generalmente tiene una Up <1.5kV

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Protectores de Sobretensiones

Tipo 2: Descargador transientesCiclo de vida: Número de descargas aceptable

(Caso MOV)

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Protección de líneas de Datos:

Capacidad de descarga: 10kA en 8/20

Corriente de carga: 140mA

Enchufable

Conexión serial

De 06V a 200VDC

Bases RJ11 y RJ 45

Protectores de SobretensionesGama OVR TC

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Indicación visual de vida: ventana de indicación visual en 3 etapas: opción “s”Enchufable:

Remplazo fácil : “P”

Montaje:Montado en riel DIN

Contacto auxiliar para señal remota estado MOV: opción “TS” Ancho del polo:

Módulos 17.5mm

Protectores de SobretensionesOpciones de la gama OVR T2

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Es posible usar un DPS con Un 480V a 500V? MTTF? Trabaja igual un OVR a 220V que a 300V o a 400V? Se reduce el tiempo de vida?Puedo usar un DPS con Un 230V a 120V? Trabaja igual?

Un: voltaje nominal de empleoVoltaje nominal de la red principal entre fase y neutro (Valor RMS CA).

Uc: voltaje continuo máximo (IEC 61643-1)Máximo voltaje a tierra que el DPS es capaz de soportar permanentemente sin cortarse o deteriorarse.

UT: Resistencia a TOV (Sobretensiones temporales)Máximo voltaje RMS o CC al cual puede estar expuesto el DPS el cual exceed el voltaje Uc por un tiempo específico y limitado (generalmente 5s).

La Tensión es un parámetro importantísimo para elegir un DPS. Un DPS sometido de manera permanente a una sobretensión mayor que Uc tiene MTTF= 0

Protectores de SobretensionesVoltaje de empleo Un – Puntos a considerar

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Los DPS Tipo 2 están construidos con varistores, siendo el espesor del varistordirectamente proporcional a su tensión nominal. Un varistor 220V trabaja igual que uno de 300V.

Si el cliente es consciente de tener un sistema eléctrico inestable (con fluctuaciones de mas de 10% durante periodos de mas de microsegundos), es importante considerar DPS de tensiones elevadas. Ej: para una red 230V ofreceremos un OVR 440, siempre que el nivel de Up lo permita o un OVR 230 para una red de 120V monofásica.

Esto no afecta el funcionamiento, no hay impacto en el tiempo de respuesta.

La vida del DPS se ve reducida de manera importante cuando es sometido a tensiones que pasan la Uc. Es difícil medir este fenómeno visto que dependerá del valor de la sobretensión, de la duración y de la frecuencia.

Protectores de SobretensionesVoltaje de empleo Un – Puntos a considerar

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Niveles de protección Up: cómo se miden? Porque Up es diferente de un voltaje a otro?

En este esquema se ve bien el comportamiento de un varistor. Mayor es la Uc(voltaje permanente que pueden soportar) mayor es la Up. Hay una relación lineal entre Uc y Up, mayor es una mayor es la otra.

Protectores de SobretensionesVoltaje de protección Up – Puntos a considerar

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Se puede usar un OVR de neutro 100kA para los polos?

No. Los polos de neutro estan hechos con gas tubes, que tienen un alto nivel de In/imax, dado que entran prácticamente en corto circuito para descargar la corriente (en esta imagen se ve que la tensión, curva azul, desciende a unos pocos V mientras que la corriente aumenta).El problema es que una vez en corto circuito establecido, el gas tube no tiene modo de interrumpirlo, así que tiene que interrumpirse por si solo. (no hay cámara apaga chispas)Se ponen los gas tubes en el neutro porque no hay casi ninguna corriente, y cuando esta pasa a cero el corto se interrumpe. Si estuviera en una fase la corriente seguiría pasando indefinidamente, esto calentaría el SPD fuego.

Protectores de SobretensionesInstalación - Puntos a considerar

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Tenemos productos que no necesiten inductancia de des-acoplamiento?

La inductancia de des-acoplamiento se utiliza para elevar la inductancia de la línea en instalaciones en las que la distancia entre la conexión doméstica y el armario de distribución es menor de 10 m. El componente consta de 3 des-acopladores de fase y de un des-acoplador neutro.Nosotros no tenemos en nuestra oferta de producto pues la coordinación está verificada.


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Para centros de datos y telecomunicaciones se usan solo modelos TC?Pero 10kA es poco comparado con lo que piden los clientes o puedo utilizar indistintamente un tipo 1 o un tipo 2?

Los OVR TC son productos para aplicación en corriente continua. 10kA con un voltaje nominal de 6, 12, 24, 48 o 200V es mucho!

En un Centro de Datos encontramos: Los cuadros eléctricos principal y de distribución, que usaran los OVR T1, T2 o T1+T2 habituales para aplicaciones de CA conectados a los cables de cobre habituales.Líneas de transporte de datos, de líneas telefónicas, que llevan potencias muy bajas, son en CC, y suelen protegerse con productos en serie.


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Modos

Sobrecargas en modo común: sobrecargas generadas normalmente por fenómenos atmosféricos. Estas afectan todas las líneas al mismo tiempo generando una sobrecarga entre líneas y tierra.

Sobrecargas en modo diferencial: Sobrecargas generadas normalmente por fallas de la red o maniobras. Estas afectan una línea sencilla generando una sobrecarga entre líneas (fase-fase) o (fase-neutro). Ocurre solo en TT y TN-S

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T Neutro del transformador

está conectado a tierra

Red TT

T El cable de protección está

conectado a tierra

Protección en modo común y modo diferencial: varistor + gas tube

OVR T1 1N o 3NOVR T2 1N o 3N

Protección solo en modo común: varistorOVR T1 4LOVR T2 4L

http://www.electrical-installation.org/enwiki/Example_of_lightning_current_in_TT_system

SPD

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Red TN-S

N El cable de protección

está conectado al neutro

Neutro y cable de protección están separados

Protección en modo común y modo diferencial puede ser hecha con ambas tecnologías, varistores o varistores + spark gaps.

OVR T1 1N o 3N o 4LOVR T2 1N o 3N o 4L

SPDUw

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Red TN-C

DPS

N El cable de protección

está conectado al neutro

Neutro y cable de protección son comunes: PEN

Protección en modo común:

OVR T1 & 3LOVR T2 & 3L

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Protectores de SobretensionesCriterios de selección

Cuando una protección DPS es calculada / requerida o recomendada, debemos seleccionar el producto apropiado e instalarlo.

La selección de un DPS está basada en diferentes elementos:– Tipo de impacto de rayo, directo o indirecto;– Nivel de protección Up dependiendo del valor Uw del

aparato a proteger (Siempre Up < Uw)– Capacidad de descarga: Iimp o In (10/350 μs o 8/20 μs);– Tipo de red de distribución (TT, TNC, TNS & IT);– Voltajes de empleo (Un, Uc y Ut);– Opciones y accesorios (indicador fin de vida, cartuchos

enchufables, reserva de seguridad, señalización remota).

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1. El DPS en el origen de la instalación principal debe ser instalado inmediatamente aguas abajo del interruptor principal.

2. El DPS debe ser:- Instalado cerca del equipo a proteger si hay mas de 10m

poner DPS extra- Co-ordinado con otros protectores de sobretensiones- Co-ordinado con el MCB o el fusible de protección- Si el DPS no alcanza el nivel de protección Up por si solo,

debe ponerse un DPS extra.- Instalado con pocas distancias de cables (regla 50cm)

Uprot < Uw

3. Es fundamental verificar la equipotencialidad de las tierras de todos los aparatos.

Protectores de SobretensionesConsideraciones al momento de instalar

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