NORMA IEC 61000-4-1 - aadeca.orgaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/2008_cano_plata/CLASE_2008_4.pdf5.3...

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3. PROTECCIÓN INTERNA: 3. PROTECCIÓN INTERNA: PROTECCIÓN DE EQUIPO PROTECCIÓN DE EQUIPO ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO BAJO ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO BAJO NORMA INTERNACIONAL IECNORMA INTERNACIONAL IEC



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1.Compatibilidad equipo eléctrico



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2. Nivel de aislamiento de equipo Eléctrico y electrónico:

El nivel de aislamiento de equipo eléctrico de baja tensión conectado directamente al sistema de potencia, ha sido normalizado bajo la norma internacional IEC 364-4-443 de 1995, la cual a clasificado los equipos en categorías de sobretensión así:



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•Categoría IV:Son elementos próximos al origen de la instalación tales como: medidores, totalizadores, elementos de protección contra sobreintensidades, elementos de medición Etc

• Categoría III:Elementos ubicados en tableros parciales de distribución tales como: Interruptores termo magnéticos, conductores, contactores, barras, etc; a de más de equipo de uso industrial como motores



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•Categoría II:Son elementos de uso común, por ejemplo electrodomésticos, herramientas de mano, etc

• Categoría I:Equipos Altamente sensibles a los cuales se les deben implementar medidas adicionales de protección; ejemplo de estos son equipos electrónicos.



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3.Origen de las sobretensiones transitorias

• Sobretensiones por descargas Atmosféricas– Por circulación de corrientes parciales de rayo ( impacto directo)– Por inducción electromagnética ( impacto directo)– Por Inducción electromagnética (Impacto cercano)

• Sobretensión por maniobra• Sobretensión por descarga electrostatica• Sobretensión por impulso electromagnético nuclear



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3.1Sobretensiones por descargas atmosféricas

• 3.1.1Por circulación de corrientes parciales de rayo ( impacto directo)



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Continuación Sistemas de Puesta a tierra independientes



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Continuación Circuito equivalente



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Continuación Sistemas de Puesta a tierra Unificados



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Continuación Circuito equivalente



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Continuación Impacto directo



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• 3.1.2 Por inducción Electromagnética



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4.Técnicas de protección de equipo eléctrico contra sobretensiones

Las sobretensiones transitorias pueden ser mitigadas si se controlan claramente las causas que la producen. Los factores mas importantes a controlar son: • La magnitud de la corriente de rayo• El campo electromagnético (Disminución del di/dt)• Diferencias de potencial al interior de la edificación mediante la equipotencialización.



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• Técnica 1.Equipotencialización de Acometidas y de masas metálicas en contacto con tierra

Esta técnica, consiste en evacuar por múltiples caminos a tierra la corriente de rayo. Esto reduce la magnitud de las corrientes parciales, el di/dt y por consecuencia el campo electromagnético y las sobretensiones por conducción y por inducción.

Esto se logra equipotencializando el sistema de protección externo contra rayos, las partes metálicas de la estructura, elementos metálicos que ingresen a la edificación como ductos metálicos de agua, gas, pantallas de cables; al igual que la equipotencialización de conductores activos, vía Dispositivos de protección contra sobretensiones DPSs, como se muestra en las siguientes figuras…



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• Técnica1



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• Técnica 2.Apantallamiento, blindaje y rutas convenientes

Otra técnica utilizada es el uso de apantallamiento y blindajes; los cuales reducen el flujo magnético al interior de estos y por tanto disminuye las tensiones inducidas.Esto se puede lograr a traves de la convinación de las siguientes tecnicas:

•Medidas de apantallamiento externo•Asignación de rutas convenientes•Blindaje de cables



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•Sistema sin apantallamiento



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•Reducción de efecto inductivo por apantallamiento externo



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•Reducción de efecto inductivo por adecuación de rutas convenientes



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•Reducción de efecto inductivo por blindaje



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• Técnica 3.Topología de PUESTA A TIERRA



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5. Metodología IEC en la Protección de equipo eléctrico contra sobretensiones

El procedimiento descrito por las normas internacionales IEC en la protección de equipo eléctrico y electrónico, contra sobretensiones es el siguiente:

• Evaluación de riesgo del sistema (IEC 61662)•Implementación de la metodología de Zonas de protección utilizando las técnicas de protección descritas anteriormente (IEC 61312)• Memorias de cálculo para la especificación de DPSs (criterio de coordinación de aislamiento) (IEC 611312,60664,61024)



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• 5.1 EVALUACIÓN DE RIESGO IEC 61662La evaluación de riesgo determina el nivel de vulnerabilidad del sistema, al igual que el nivel de eficiencia requerido en el diseño del sistema integral de protección contra rayos, arrojando criterios como:• Rango de corrientes de rayo en el diseño del sistema de protección externo como interno• Dimensiones para implementación del método electrogeométrico (método de: esfera rodante, ángulo o malla) •Distancias de seguridad•Selección de materiales



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• Niveles de protección



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• 5.2 Zonas de protección IEC 61312

El objetivo consiste en reducir progresivamente las sobretensiones hasta un nivel de riesgo cero antes de que llegue al aparato final y puedan provocar daño en él. Para ello se divide el sistema en zonas de protección (LPZ).

Cada vez que se avanza al interior del volumen protegido; las corrientes transitorias, la intensidad de campo magnético y las sobretensiones inducidas; son cada vez menores.

El paso de una acometida de servicio de una zona de protección a otra debe ser equipotencializada en la frontera de dichas zonas (Las fronteras entre zonas son superficies equipotenciales), para esto se deben usar uniones equipotenciales entre la frontera y la acometida ya sea vía DPS o conexiones sólidas como se observa a continuación.



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• Zonas de protección



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5.2.1 Clasificación de las Zonas de protección IEC 61312

• Zona de protección 0A (LPZ 0A): En esta zona cualquier elemento puede ser impactado por un rayo. El campo electromagnético no es atenuado y se presentan corrientes totales de rayo.

• Zona de protección 0B (LPZ 0B): Esta zona no esta sujeta a impactos directos de rayo, pero al igual que en la zona 0A el campo electromagnético no es atenuado.

• Zona de protección 1 (LPZ1): En esta zona sólo corrientes parciales de rayo pueden fluir. El campo electromagnético es atenuado por medidas de apantallamiento o blindajes.

•Zona de protección 2,3,etc (LPZ2): La corriente como el campo electromagnético que llegan a esta zona son reducidas por la zona anterior. En esta Zona se atenúan aun más la corriente como el campo que puedan llegar a las otras Zonas.



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5.3 Memoria de cálculo en la selección de DPSs bajo IEC 61312

•SELECCIÓN DE DPSs EN LA FRONTERA LPZ 0A -LPZ1

Al impactar una descarga atmosférica sobre el sistema de protección externo (es decir en la zona LPZ 0A ), la corriente de rayo se divide en múltiples caminos a tierra a través de las acometidas de servicios que ingresan a la edificación tales como: agua, electricidad, comunicaciones, etc. La carga parcial de rayo Qf pertinente a cada acometida de servicio, se distribuye de la siguiente forma:



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[ ]( )1**

ZZnQZQf +

=

Donde:• Qf: Carga parcial de rayo por acometida de servicio• Z: Impedancia de puesta a tierra equivalente del sistema de protección contra rayos[• Z1: Impedancia de puesta a tierra equivalente de las partes conductivas externas en contacto con tierra.• n: Numero global de partes conductivas puestas a tierra (ductos metálicos, acometidas eléctricas, etc.)• Q: Carga de stroke de corta duración que impacta en el SPE (esta carga se escoge de acuerdo con el nivel de

protección requerido)



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La carga parcial de rayo Qf correspondiente a la acometida eléctrica, se distribuye por su número de hilos conductores (ya sea vía un DPS o por conexión directa de un conductor a tierra), en una proporción que depende del número de ellos, como de su esquema de conexión a tierra. La carga parcial por cada hilo conductor de la acometida eléctrica, esta dado por la siguiente ecuación:

mQ

Q fphase =

Donde:Qphase: Carga parcial de rayo por fase en el DPS.m: Número de hilos conductores de la acometida eléctrica.



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Distribución de corriente parcial de rayo o DPSs en la frontera LPZ0-LPZ1



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• Selección de DPSs fronteras LPZ 1 – LPZ2, LPZ2 – LPZ3, Etc

Para mitigar las sobretensiones ya sea por inducción, debidas a el campo electromagnético originado por la zona LPZ1, o por la tensión remanente en los DPSs de la frontera LPZ 0A- LPZ1, se deben instalar dispositivos de protección adicionales en la frontera LPZ1-LPZ2. Estos DPSs no llevaran corrientes parciales de rayo, por lo cual se podrán escoger de menor robustez; sin embargo deberán ser desacoplados por medio de alguna impedancia, la cual se puede lograr con los mismos conductor conductores de acometida. Los dispositivos de protección en esta frontera deberán ser elementos tipo II es decir soportaran corrientes mayores o iguales a 10 KA en forma de onda 8/20 uS..



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•SELECCIÓN DE DPSs EN LA FRONTERA LPZ 0A -LPZ1

Al impactar una descarga atmosférica sobre el sistema de protección externo (es decir en la zona LPZ 0A ), la corriente de rayo se divide en múltiples caminos a tierra a través de las acometidas de servicios que ingresan a la edificación tales como: agua, electricidad, comunicaciones, etc. La carga parcial de rayo Qf pertinente a cada acometida de servicio, se distribuye de la siguiente forma:



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• SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN DE DPSs

Los dispositivos de protección contra sobretensiones DPSs deben limitar las sobretensiones a un valor inferior al nivel de aislamiento al impulso tipo rayo de los elementos a proteger.

El nivel de aislamiento de equipo eléctrico de baja tensión conectado directamente al sistema de potencia, ha sido normalizado teniendo en cuenta aspectos como: la continuidad de servicio, riesgo aceptable de falla, etc. Es así como la norma IEC 364-4-443 de 1995



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Continuación .. Coordinación de aislamiento

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