PRESENTACION 5D
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CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA
Lima – Perú, noviembre 28, 29 y 30 de 2007
RAYOS, VIVIR PARA ADMIRALOS
Seguridad Eléctrica Ltda.
DICARG ENERGÍA SAC
MITOLOGMITOLOGÍÍAA
© Copyright: Ing. Favio Casas OspinaE-mail: [email protected]
Cultura Totonaca
TAJIN
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MITOLOGMITOLOGÍÍAA
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Cultura Azteca
Tlaloc
(Tlalloccantecuhtli)
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MODA EN 1750
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RAYOS EN ESTRUCTURAS
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EFECTOS DE LOS RAYOSEFECTOS DE LOS RAYOS
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LESIONES POR RAYO
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EFECTOS DE LOS RAYOS
RAYO EN CAMPO DE GOLF
EXPLOSIÓN DE AGUA
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RAYO ENÁRBOL
RAYO EN AVIÓN
EFECTOS DE EFECTOS DE BAJANTESBAJANTESINCORRECTASINCORRECTAS
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ARCOS POR
RAYOS
ARCOS POR
RAYOS
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DESTRUCCIÓN DE EQUIPOS
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QUEMA DE TRANSFORMADORES18
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RAYO EN AEROPUERTO
FULGURITAS
DAÑO POR INDUCCIÓN: HASTA 5 km
CUMULUS NIMBUS
Ikm
50 Co
30 Co
20 Co
10 Co
0 Co
10 Co
25 Co
Dirección de movimiento
Dirección predominantedel viento
Dirección del viento a nivel del suelo
2
4
6
8
10
14
12
NUBE TíPICA DE TORMENTA
2 km
Nieve
Lluvia
Hielo
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CONVECCION OROGRAFIACONVERGENCIA
POLARIZACIPOLARIZACIÓÓN DE NUBESN DE NUBES
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PROCESO DE LA DESCARGA: LÍDERES DESCENDENTE Y ASCENDENTE
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DEFINICIÓN: Arcos eléctricos de 40´000 000 de voltios y hasta 200 000 amperios
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RAYOS DE 1996: HAY PATRONES REPETITIVOS
© Copyright: Ing. Favio Casas OspinaE-mail: [email protected]
RAYOS DE 1999: HAY PATRONES REPETITIVOS
CIRCUITO ELÉCTRICO GLOGAL
300kV++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
++++++++
+++++
++++
++++
+
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
2000A
Ionósfera
Tierra
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DETECCIÓN DE RAYOS
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IONIZACIÓN DEL SUELO
FILOSOFÍA DE PROTECCIÓN
El propósito de la protección contra rayos, es controlarcontrolar (no eliminar) el fenómeno natural, encausándolo en forma segura.
Por esto se requiere un SIPRA !!
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APLICACIAPLICACIÓÓN DEL MN DEL MÉÉTODO TODO ELECTROGEOMELECTROGEOMÉÉTRICOTRICO
Región protegida
H
H
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FRANKLIN: 250 AÑOS DESPUÉS SIGUE VIGENTE
FRANKLIN BLUNTFRANKLIN BLUNTTERMINALES DE CAPTACITERMINALES DE CAPTACIÓÓNN
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PUNTA FRANKLINPUNTA FRANKLIN
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PUNTA FRANKLIN
EN CÁMARA DE
VIGILANCIA
PUNTA FRANKLIN
EN CÁMARA DE
VIGILANCIA
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PUNTA FRANKLIN Y ANILLO DE APANTALLAMIENTO
PUNTA FRANKLIN Y ANILLO DE APANTALLAMIENTO
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PARARRAYOS RADIACTIVO
Punta de captación
Cepillo limpiador
Aislador
Sistema de autolimpieza
Basculante
Anodoacelerador
PROHIBIDO!!!Base portaisótopo
BAJANTE EN EDIFICIO
BAJANTE EN EDIFICIO
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SENSOR DESENSOR DETORMENTAS TORMENTAS
PREVENCIÓN PERSONAL
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FCO/hmm
CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA
Lima – Perú, noviembre 28, 29 y 30 de 2007
INTRODUCCIÓN A LAS SOBRETENSIONES
Seguridad Eléctrica Ltda.
DICARG ENERGÍA SAC
CONTENIDO
• Conceptos básicos.
• Sistema de protección interno (SPI).
• Selección de DPS.
• Instalación de DPS.
• Marcas de DPS.
• Normas relacionadas
NO SE CONFUNDA CON LA PROTECCIÓN DE SUS EQUIPOS
NO SE CONFUNDA CON LA NO SE CONFUNDA CON LA PROTECCIPROTECCIÓÓN DE SUS EQUIPOSN DE SUS EQUIPOS
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EFECTOS DE LOS TRANSITORIOS
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DISRUPTIVOS:Pérdida de archivos, errores en datos etc.
DISIPATIVOS:Fatiga y/o
calentamiento excesivo de los circuitos
integrados.
DESTRUCTIVOS:Daños irreparables en
tarjetas de PC, PLC, UPS.
EFECTOS DE LOS TRANSITORIOS
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Un fenómeno o una magnitud que varía entre dos estados estables consecutivos, durante un intervalo de tiempo corto comparado con la escala de tiempo de interés.
TRANSITORIO IEEE 1159
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Es una manifestación externa de un cambio súbito en las condiciones de un circuito, como el sucedido por la apertura o cierre de un interruptor, una falla en un sistema, entre otros.
Allan Greenwood, Electrical Transients in Power Systems (2a edición)
Allan Greenwood, Electrical Transients in Power Systems (2a edición)
DEFINICIÓN DE TRANSITORIODEFINICIDEFINICIÓÓN DE TRANSITORION DE TRANSITORIO
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Es Es el cambio en las condiciones el cambio en las condiciones de energde energíía de un sistema, entre a de un sistema, entre dos estados estables, de corta dos estados estables, de corta duraciduracióón comparado con la n comparado con la escala de tiempo de interescala de tiempo de interéés.s.
NTC 4552NTC 4552--20002000
DEFINICIÓN DE TRANSITORIODEFINICIDEFINICIÓÓN DE TRANSITORION DE TRANSITORIO
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CLASIFICACIÓN DE LOS TRANSITORIOS
0,001 0,01 0,1 1,0 10 102 103 104 105 106 107
60 Hz
Frequencia (Hz)
FenómenoElectromecánico
FenómenoElectromagnético
Load Frequency Control
Estabilidadtransitoria
Cortocircuitos Transitorios tipo maniobra
Fenómeno de ondas viajeras
Estabilizadores ResonanciaSubsincronica Transient Voltage
RecoveryArmónicos
Fenómenos de conversión de potencia
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Fuente: IEEE 1159-1995
TRANSITORIO TIPO IMPULSO
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FUENTE: IEC 801-2
ELECTRICIDAD ESTÁTICA (ESD)
Fuente: IEEE 1159-1995
TRANSITORIO TIPO OSCILATORIO
SISTEMA INTEGRAL DEPROTECCION CONTRA RAYOS
Protección externa
Protecciones finas
Alarma de detección
Guía de seguridadpersonal
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(Tabla 1) IEC 60364-4-443:1995+A.1:1998
EL NIVEL DE RIESGO
Control intrínseco
X
SubterráneaAérea
X
Soportabilidadde equipos de acuerdo con
tabla 44B
X
Nivel ceraunico
Menor o igual a 25
X
Mayor de 25
Requiere control X
Acometida
X
Control intrínseco
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EL NIVEL DE RIESGONIVEL DE RIESGO
ACCIONES RECOMENDADAS
SPI BAJOCableados y PT según NEC – IEEE 1100 – IEC 60364.
SPI
Cableados y PT según NEC – IEEE 1100 – IEC 60364.
SPE
SPE
SPI
Cableados y PT según NEC – IEEE 1100 – IEC 60364.
Plan de prevención y contingencia.
ALTO
MEDIO
(CONDICIONADO)
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SISTEMA DE PROTECCIÓN INTERNO (SPI)
SISTEMA DE PROTECCISISTEMA DE PROTECCIÓÓN N INTERNO (SPI)INTERNO (SPI)
Es el conjunto de elementos que permiten reducir a niveles aceptables las sobrecorrientes y sobretensiones transitorias que se pueden presentar al interior de una instalación, debidas a perturbaciones electromagnéticas. Parte de una correcta zonificación.
Es el conjunto de elementos que permiten reducir a niveles aceptables las sobrecorrientes y sobretensiones transitorias que se pueden presentar al interior de una instalación, debidas a perturbaciones electromagnéticas. Parte de una correcta zonificación.
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Dividir el volumen a ser protegido en zonas de igual entorno electromagnético e instalar DPS en la frontera o ventana de ingreso a cada zona.
ZONIFICACIÓN
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ZONA 3 ZONA 2 ZONA 1 ZONA 0B ZONA 0A
Categoria A Categoria B Categoria C Categoria D Categoria E
I
6 kA, 500 A,100kHz
I I
20 kA, 8 /20 sµ5 kA, 8 /20 sµ 20 kA, 10 /350 sµ
I
42 kA, 10 /350 sµ
I
ZONIFICACIÓN
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TIPOS DE DPS
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• Un DPS actúa como un interruptor controlado por tensión.
• En estado normal el DPS es transparente (circuito abierto) para la instalación.
• Cuando se supera determinado valor, el DPS se comporta como una baja impedancia a tierra.
¿CÓMO OPERA UN DPS ?
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TECNOLOGÍAS
Vía de chispas
Arc Choppingspark gap
Descargador a gas
Gas-filledsurge arrester
Varistor
MOV
Diodo supresor
Suppressordiode
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DEFINICIÓN DEL RETIEDescargador de sobretensiones
Dispositivo para protección de equipos eléctricos, el cual limita el nivel de la sobretensión, mediante la absorción de la mayor parte de la energía transitoria, minimizando la transmitida a los equipos y reflejando la otra parte hacia la red. No es correcto llamarlo pararrayos.
DEFINICIDEFINICIÓÓN DEL RETIEN DEL RETIEDescargador de sobretensionesDescargador de sobretensiones
Dispositivo para protección de equipos eléctricos, el cual limita el nivel de la sobretensión, mediante la absorción de la mayor parte de la energía transitoria, minimizando la transmitida a los equipos y reflejando la otra parte hacia la red. No es correcto llamarlo pararrayos.
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DEFINICIÓN DEL NEC 2005Surge Arrestor
Un dispositivo de protección diseñado para limitar los impulsos de tensión por medio de la descarga o paso de las corrientes de impulso a través de éste, evitando el flujo de corrientes subsecuentes mientras permanece en capacidad de repetir su función muchas veces. Puede ser instalado en ambientes interiores o exteriores.
DEFINICIDEFINICIÓÓN DEL NEC 2005N DEL NEC 2005Surge ArrestorSurge Arrestor
Un dispositivo de protección diseñado para limitar los impulsos de tensión por medio de la descarga o paso de las corrientes de impulso a través de éste, evitando el flujo de corrientes subsecuentes mientras permanece en capacidad de repetir su función muchas veces. Puede ser instalado en ambientes interiores o exteriores.
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DEFINICIÓN DEL NEC 2005Transient Voltage Surge Suppressor
Un dispositivo de protección diseñado para limitar los transitorios de tensión, mediante la absorción o limitación de la corriente de impulso, evitando el flujo de corrientes subsecuentes mientras permanece en capacidad de repetir su función muchas veces.
Art. 285.3. El TVSS no debe ser utilizado en:
(1)Sistemas que excedan los 600 V
(2)Sistemas eléctricos no puestos a tierra
(3)Donde la máxima tensión del sistema línea a tierra es mayor que la del TVSS
DEFINICIDEFINICIÓÓN DEL NEC 2005N DEL NEC 2005TransientTransient VoltageVoltage Surge Surge SuppressorSuppressor
Un dispositivo de protección diseñado para limitar los transitorios de tensión, mediante la absorción o limitación de la corriente de impulso, evitando el flujo de corrientes subsecuentes mientras permanece en capacidad de repetir su función muchas veces.
Art. 285.3. El TVSS no debe ser utilizado en:
(1)Sistemas que excedan los 600 V
(2)Sistemas eléctricos no puestos a tierra
(3)Donde la máxima tensión del sistema línea a tierra es mayor que la del TVSS
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DISPOSITIVO DE PROTECCIDISPOSITIVO DE PROTECCIÓÓN N CONTRA SOBRETENSIONES CONTRA SOBRETENSIONES
TRANSITORIAS [DPS]TRANSITORIAS [DPS]Surge Surge ProtectiveProtective DeviceDevice [SPD][SPD]
Dispositivo para Limitar sobretensiones transitorias y controlar la corriente de impulso. Contiene al menos un elemento no lineal.
IEC 6 1643-1:1998+A1:2001© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
DPS DEL TIPO CONMUTACIDPS DEL TIPO CONMUTACIÓÓN DE N DE LA TENSILA TENSIÓÓNN
VoltageVoltage switchingswitching typetype SPDSPD
Un DPS que tiene una alta impedancia cuando no esta presente un transitorio, pero que cambia súbitamente su impedancia a un valor bajo en respuesta a un transitorio de tensión. Ejemplos de estos dispositivos son los vías de chispas, tubos de gas, tiristores y triacs.
IEC 61643-1:2002IEC 61643-1:2002© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
DPS DEL TIPO CONMUTACIÓN DE LA TENSIÓN
DPS DEL TIPO CONMUTACIDPS DEL TIPO CONMUTACIÓÓN N DE LA TENSIDE LA TENSIÓÓNN
t
t
V
Z
ΔV
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EPRI-PEAC 0545.R
OPERACIÓN DE UN VÍA DE CHISPAS
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DPS DEL TIPO LIMITACIÓN DE TENSIÓN
Voltage limiting type SPD
Un DPS que tiene una alta impedancia cuando no esta presente un transitorio, pero se reduce gradualmente con el incremento de la corriente y la tensión transitoria. Ejemplos de estos dispositivos son los varistores y los diodos de supresión.
DPS DEL TIPO LIMITACIDPS DEL TIPO LIMITACIÓÓN DE N DE TENSITENSIÓÓNN
VoltageVoltage limitinglimiting typetype SPDSPD
Un DPS que tiene una alta impedancia cuando no esta presente un transitorio, pero se reduce gradualmente con el incremento de la corriente y la tensión transitoria. Ejemplos de estos dispositivos son los varistores y los diodos de supresión.
IEC 61643-1:2002© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
DPS DEL TIPO LIMITACIÓN DE LA TENSIÓNDPS DEL TIPO LIMITACIDPS DEL TIPO LIMITACIÓÓN DE LA TENSIN DE LA TENSIÓÓNN
t
t
V (I)
Z
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CURVA TÍPICA DE TENSIÓN RESIDUAL PARA VARISTORES DE ZnO
In Imax1 mA
V
V m
DPS
IEC 341/02
R
V res
I
V m
VR
= Tensión de limitación medida = V res a corriente nominal = Tensión en el varistor
= Rango de varios kA61643-12
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ONDAS DE CORRIENTES NORMALIZADAS
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0.00E+00 1.26E-05 2.52E-05 3.78E-05 5.04E-05 6.30E-05 7.56E-05 8.82E-05 1.01E-04 1.13E-04 1.26E-04
Tiempo
A
0.25 / 100 μs
8 / 20 μs
10 / 350 μs
10 / 1000 μs
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CORRIENTECORRIENTE
TENSITENSIÓÓN (Circuito N (Circuito Abierto)Abierto)
IEEE C 62.41
ONDAS NORMALIZADAS
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ANSI/IEEE C62.41
ONDA OSCILATORIA (Ring)
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SELECCIÓN DE DPS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
• Disp. de alivio de sobrepresión (MT / AT).
• Tensión nominal.
• Corriente nominal de descarga.
• Máxima tensión de operación continua.
• Tensión de reacción menor que el BIL.
CARACTERÍSTICAS DE UN DPSSEGÚN RETIE
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• MCOV = máxima tensión de operación continua (Uc)
• Nivel de protección en tensión (Vp).
• Sobretensión temporal (bajo consideración).
• Caída de potencial.
• Modo de falla.
• Corriente de operación continua (Ic)
PARÁMETROS DE UN DPSSEGÚN IEC 61 643 -12 /2002
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• Corriente nominal de descarga (In).
• Cte. de impulso para clase I y cte máx. para clase II.
• Capacidad de cortocircuito.
• Máxima corriente de carga continua.
• Degradación (bajo consideración).
PARÁMETROS DE UN DPSSEGÚN IEC 61 643 -12 /2002
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• Cantidad: Cada conductor activo y todos los circuitos.
• Para menos de 1 kV y para más de 1 kV
• Tensión residual ≥ máx. tensión fase tierra
• Para interiores y exteriores (inaccesibles a personas no calificadas).
REQUISITOS DE DPS SEGÚN NTC 4552
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• Conductor no más largo de lo necesario.
• Conductor mínimo (<1000 V): 14 en Cu o 12 en Al.
• Conductor mínimo (≥1000 V): 6 en Cu o 12 en Al.
• Permite conexión entre fases, a neutro, a tierra o a barrajes de tierra.
REQUISITOS DE DPS SEGÚN NTC 4552
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MÁXIMA TENSIÓN DE OPERACIÓN CONTINUA (Vc)
Maximun Continuous Operating Voltage (MCOV)
Es la máxima tensión c.a. o c.c. que puede ser aplicada continuamente a un DPS en cualquiermodo de protección. La tensión de operación del DPS debe ser mayor o igual a 1,1 veces la tensión máximanominal línea a neutro.
IEC 61643IEC 61643--1:1998+A1:19981:1998+A1:1998
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• Se le llama nivel de protección en tensión, tensiónresidual, tensión de reacción, voltage protection level o clamping voltage al nivel específico de tensión a la que un DPS reduce un transitorio.
• Es el valor de tensión máximo instantáneo que permite el dispositivo cuando desvía la corriente de choque hacia tierra.
• Se determina por las características de desempeño de los equipos (menor que el BIL) y los componentes del DPS.
• El nivel de protección en tensión indica a qué nivel de tensión transitorio comienza a actuar el DPS.
NIVEL DE PROTECCIÓNEN TENSIÓN (Vp)
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
• Tensión residual es el valor pico de la tensiónque aparece entre los terminales de un DPS debido al paso de una corriente de descarga(IEC 61643IEC 61643--1:1998+A1:2001).1:1998+A1:2001).
• Los equipos electrónicos funcionan bien hasta 600 V; presentan errores de funcionamiento entre 600 y 800 V y fallan por encima de los 800 V.
• A menor nivel de protección en tensión, mejor el DPS.
NIVEL DE PROTECCIÓNEN TENSIÓN (Vp)
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
TENSIÓN RESIDUAL DE LOS DPS
La tensión de residual de los DPS no debe ser mayor que el nivel de sobretensión dado para la categoría II de la tabla 1. Por ejemplo, para equipos con tensión nominal de 120/208 V, la tensión de reacción del DPS no debe ser mayor de 1,5 kV.
IEC 60364-4-443:1995+A.1:1998 443.3.2.1
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Nivel de tensión [V] nominal
1,51000 8 6 4 2,5
254/440 ; 277/480 6 4 2,5
III II I120-240 ; 120/208 4 2,5 1,5 0,8
TENSIÓN AL IMPULSO QUE DEBEN SOPORTAR LOS EQUIPOS
Tensión al impulso [kV]Contadores.
Tableros, interruptores,
cables, etc.
Electrodomésticos, herramientas
portátiles
Equipo electrónico
IV
Tabla 1Tabla 1Tabla 1
IEC 60364-4-443:1995+A.1:1998IEC 60364IEC 60364--44--443:1995+A.1:1998443:1995+A.1:1998© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
RELACIÓN DE TENSIONES
V
V p
cV*2
csV*2
0*2 V
BIL para electrodomésticos
Nivel de protección en tensión
valor medio o de rectificaciónvalor eficaz, rms o nominal valor máximo nominal (rms)
valor de cresta, pico o máximo MCOV (rms)
120 V 126 V150 V170 V
178 V
196 V MCOV (pico)
0,8 kV
108 V
1,5 kV
V mV 0V csV c
t
174 V sobretensión temporal
RELACIÓN DE TENSIONES© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
RELACIÓN DE TENSIONES
Vp ≤ 0,75 BILVp ≥ 1,25 Vc (MCOV)
Vc ≥ 1,15 Vcs
Vcs = 1,05 Vo
Vt ≥ 1,45 Vo
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CORRIENTE NOMINAL DE DESCARGA
(Nominal Discharge Current)
Es el valor máximo o de cresta de la corriente que puede desviar a tierra un DPS. Se utiliza para clasificarlos.
Se denomina Imax para una forma de onda 8/20 µs.
Se denomina Iimp para una forma de onda 10/350 µs.
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Para instalaciones que NO tengan sistema de protección externo y requieran DPS, la corriente nominal de descarga deberá ser mayor de 5 kA (8/20 µs) por cada modo de protección.
IEC 60364-5-534:1997 534.2.3.4 60364
CORRIENTE NOMINAL DE CORRIENTE NOMINAL DE DESCARGADESCARGA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Cuando se tenga protección externa y no se especifique en el diseño, la corriente será como mínimo de 12,5 kA (10/350 µs) por cada modo de protección. La relación aproximada con respecto a la onda 8/20 µs es aprox. 1:10
IEC 60364-5-53:2001+A1:2002
CORRIENTE NOMINAL DE CORRIENTE NOMINAL DE DESCARGADESCARGA
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
La capacidad de cortocircuito de un DPS (en caso de falla del DPS), de acuerdo con el dispositivo de sobrecorriente asociado, ya sea interno o externo, debe ser igual o mayor que la máxima corriente de cortocircuito esperada en ese nodo de la instalación.
IEC 60364-5-53:2001+A1:2002 534.2.3.5.
CAPACIDAD DE CORTOCIRCUITOCAPACIDAD DE CORTOCIRCUITO
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
INSTALACIÓN DE DPS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Los DPS instalados en el origen de la instalación se deben conectar entre los conductores activos y EL BARRAJE EQUIPOTENCIAL principal, es decir, en modo común, cuando se consideran corrientes de rayo únicamente.
IEC 60364-5-53:2000+A.1:2002 534.2.2
CONEXICONEXIÓÓN DE LOS DPSN DE LOS DPS
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
MALA CONEXIÓN DE DPSMALA CONEXIMALA CONEXIÓÓN DE DPSN DE DPS
L
DPSVL
μs
κΑ
VR
L di/dt
L di/dt
VL=L di/dt+VR+L di/dt
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
CONEXIÓN CORRECTA DE DPSCONEXICONEXIÓÓN CORRECTA DE DPSN CORRECTA DE DPS
LDPS
VLVR
VVLL=V=VRR
DPS EN EL ORIGEN DE LA INSTALACIÓN
DPS
EQUIPO
a
b
a+b ≤ 50 cm
FUSIBLE
BE
IEC 947/0260364-5-53
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
DPS EN EL ORIGEN DE LA INSTALACIÓN
EQUIPO
b < 50 cm
IEC 948/02
b
EQUIPODPS
FUSIBLE
BE
60364-5-53© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
DPS EN EL ORIGEN DE LA INSTALACIÓN
D P S
INSTALACIÓN O EQUIPO A PROTEGER
FUSIBLEINTERRUPTOR DIFERENCIAL
BE
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
ARTÍCULO 280 DEL NEC
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
FORMAS DE CONEXIÓN DE DPS
D P S D P SD P S
OC Bch F1
F2
F3
N
T
CLASE I CLASE II CLASE II o III
BEP
OC OC
1. Transformador del OR y acometida.2. Tablero general3. Tablero de distribución4. Circuito ramal
Bch = Bobina de choqueOC = Protección de sobrecorrienteF1, F2, F3 = Fases
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
PRINCIPALES CARACTERISTICAS:
Alarma visual y sonora.
Conexión en punto de uso.
Toma doble con polo a tierra, grado hospital y tierra aislada.
DPS CLASE III O CATEGORÍA A
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INSTALACIÓN DE DPS EN MEDIA TENSIÓN
INSTALACIINSTALACIÓÓN DE DPS EN MEDIA N DE DPS EN MEDIA TENSITENSIÓÓNN
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INSTALACIÓN CORRECTA DE DPS EN TRANSFORMADORES
INSTALACIINSTALACIÓÓN CORRECTA DE DPS N CORRECTA DE DPS EN TRANSFORMADORESEN TRANSFORMADORES
Fuente: IEEE 142 - 1991
INSTALACIÓN CORRECTA DE DPS EN TRANSFORMADORES
INSTALACIINSTALACIÓÓN CORRECTA DE DPS N CORRECTA DE DPS EN TRANSFORMADORESEN TRANSFORMADORES
EN POSTESIGUIENTE
EN POSTESIGUIENTE
DPS
CORTACIRCUITO
INSTALACIÓN DE DPS EN
MEDIA TENSIÓN
PROTECCIPROTECCIÓÓN DE CABLES N DE CABLES BLINDADOS DE MEDIA TENSIBLINDADOS DE MEDIA TENSIÓÓNN
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DPS EN CABLES COAXIALESDPS EN CABLES COAXIALES
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FCO/hmm
CONFERENCISTA: ING. FAVIO CASAS OSPINA
Lima – Perú, noviembre 28, 29 y 30 de 2007
COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA
Seguridad Eléctrica Ltda.
DICARG ENERGÍA SAC
• RECURSO NATURAL: Bien producido por la naturaleza, susceptible de aprovechamiento en forma de materia o energíautilizables en el funcionamiento de organismos, poblaciones y ecosistemas.
• RECURSO ENERGÉTICO: Unafuente energética natural, técnicamente explotable, independientemente de su viabilidadeconómica.
DEFINICIONES
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COMPONENTES DE LA NATURALEZA
COSAS
BIENES BIENES JURÍDICOS
SERES HUMANOS
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CARACTERÍSTICAS DE LA ELECTRICIDAD
• No se almacena en forma intensiva• Se transporta en tiempo real• Presenta riesgo para los seres vivos• Ocasiona alto impacto ambiental• Gran dependencia para la vida actual.• Varía ciclicamente su consumo• Sus redes se diseñan para demanda máxima• Redes subutilizadas gran parte del tiempo
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ESTRUCTURA DEL SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD
SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD
SERVICIO COMERCIAL(IMPLÍCITO)
PRODUCTO = ENERGÍA = P*t(EXPLÍCITO)
PROCESOS DE MEDICIÓN Y
FACTURACIÓN
SERVICIOS AGREGADOS
POTENCIA (P)CONTINUIDAD
(DISPONIBILIDAD Y CONFIABILIDAD)
E.S.P. (V, f) USUARIO (I)
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NIVEL DE INMUNIDADAntes Ahora
SEGURIDAD
HOMBRE
EMC
EQUIPOS
ELECTRÓ-
NICOSHOMBRE
EQUIPOS
ELECTRO-MECÁNICOS
EMC
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LogrosCreatividad
Autoexpresión
Análisisenergético
de procesos
ImportanciaPoder, PrestigioReconocimiento
Nivel de seguridad
Del hombre De lasempresas
Auditoríaenergética
IgualdadAceptación
Afiliación a un grupoEstudio de calidad
del servicio de energía
ComodidadAutopreservación
Justicia, ProtecciónGestión de riesgos
Oxígeno, AguaSexo, Comida
Albergue, DescansoInstalaciones que
cumplan leyes, normas
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NECESIDADES
• Seguridad.
• Calidad.
• Compatibilidad© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
LAS REDES DEBEN GARANTIZAR:
PROBLEMAS
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Origen: Cía de Seguros contra incendios Württembergischee A.G. Sturrgart 1998
Fuego3,05%
RoboVandalismo
22,33%
Sobretensiones3,05%
Viento1,57%
Resto15,17%
Negligencia25,13%
Agua5,37%
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DAÑOS ELECTRÓNICOS OCURRIDOS EN 1988 (STURGART – ALEMANIA)
100%
50%
10%
5%
0
Sobretensiones Interrupciones Impulsos DepresionesOrigen: Bell Telephone
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FALLAS EN EQUIPO ELECTRÓNICO
Origen: IBM 1972
3000
0
2500
2000
1500
1000
500
Subtensión Sobretensión Salidasde Servicio
Perturbacionesde conmutación Impulsos
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FALLAS EN EQUIPO ELECTRÓNICO
Origen: IBM Abril de 1998
0
60
50
40
30
20
Subtensión Sobretensión Salidasde Servicio
Perturbacionesde conmutación Impulsos
10
FALLAS EN EQUIPO ELECTRÓNICO
Fallas enAlimentadores enParalelo
Fallas en elAlimentador
Fallas en elSistema de Transmisión
23%
31%46%
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QUIÉNES GENERAN LAS DEPRESIONES DE TENSIÓN?
FallasMonofásicas
FallasBifásicas
FallasTrifásicas
17%
17% 66%
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CAUSAS DE LAS DEPRESIONES DE TENSIÓN
CAUSA ES DESCONOCIDA REALIDAD
PRESENTEPASADO
DEBIERA
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QUÉ ES UN PROBLEMA?
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CASO 1. QUEMA DE TRANSFORMADORES
Emisor ofuente Canal
Cable
Neutro
Irayo
Irayo
Receptoro víctima
N
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QUEMA DE TRANSFORMADORES
PLATINA 3/8"X1"
CABLE 2/0
CABLE 2/0
Cu 2.4X5/8"
MEZCLADORES
PREMIX
MPLATINA
BEM
1,6
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CASO 2. EXPLOSIÓN POR ESTÁTICA
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CASO 2. EXPLOSIÓN POR ESTÁTICA
Emisor ofuente Canal
MezclaAire +
Combustible
ESD
Receptoro víctima
Proceso
M
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CASO 2. EXPLOSIÓN POR ESTÁTICA
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CASO 3. BRILLADORA MORTAL
Zcable= 0,08Ω Zcuerpo= 500Ω
2,5 A 400 μ A
0,2 V
B
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CASO 3. BRILLADORA MORTAL
Emisor ofuente Canal
Cable NeutroCable Tierra
CamaCateter
Itierra
Receptoro víctima
Receptoro víctima
fatal
CASO 3. BRILLADORA MORTAL
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CASO 4. PÉRDIDA DE INFORMACIÓN
IN
Referencia
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CASO 4. PÉRDIDA DE INFORMACIÓN
Emisor ofuente Canal
Pantalla oreferencia
Itierra
Receptoro víctima
Comunicaciones
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CASO 4. PÉRDIDA DE INFORMACIÓN
GRANDES LAZOS POR DISPOSICIÓN
DE CABLEADOSV
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CASO 5. RAYO INTRUSO
Emisor ofuente Canal
Cables coaxiales
UAARed de datos
IRayo
Receptoro víctima
Receptoro víctima
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CASO 5. RAYO INTRUSO
¿QUÉ ES COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC)?
Es la capacidad o aptitud de un equipo para no dejarse afectar ni afectar a otros equipos por la energia electromagnética, bien sea radiada o conducida.
Es como la aplicación de un código de buen comportamiento o de convivencia.
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OBJETIVOS DE LA EMC
• Establecer bajos niveles de las tensiones de modo común (red de tierras).
• Contribuir en la mitigación las perturbaciones.
• Dictaminar pautas de protección.• Establecer límites y márgenes de
operación (no operación).• Aumentar la confiabilidad de los procesos
productivos.
Partes Emisor ofuente Canal Receptor
o víctima
PE C = IE*Expresión
Eliminar PE Atenuarenergía InsensibilizarAcciones
EL MARCO DE LA EMCEL MARCO DE LA EMC
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COMPATIBILIDADCOMPATIBILIDAD(ARMON(ARMONÍÍA)A)
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TÉRMINOS BÁSICOS
IEC 6 1000-1-1
Aplicación e interpretación de
definiciones y términos
fundamentales.
TI
TC
TÉRMINOS INTERRELACIONADOS
TB
TÉRMINOS COMPUESTOS
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DEFINICIÓN DE TÉRMINOS
123456789
Ambiente ElectromagnéticoPerturbación electromagnéticaInterferencia electromagnética
Emisión (electromagnética)TB
Compatibilidad electromagnética
Degradación (del desempeño)Inmunidad (a una perturbación)Susceptibilidad (electromagnética)Nivel (de una cantidad)
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TÉRMINOS BÁSICOS
101112131415
Límite de emisiónNivel de emisión
Nivel de compatibilidad
Nivel de inmunidadLímite de inmunidad
TC
Nivel de perturbación
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TÉRMINOS COMPUESTOS
161718
TIMargen de emisiónMargen de inmunidadMargen de compatibilidad
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TÉRMINOS INTERRELACIONADOS
1.1. FACTORES QUE AFECTAN SCC FACTORES QUE AFECTAN SCC
Rayos.
Fallas de potencia a tierra.
Electricidad estática.
Radiaciones.
Inducciones.
Potenciales galvánicos, etc.
E N T O R N OE N T O R N O
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Malos cableados o malas redes:
De potencia.
De comunicación.
Del sistema de puesta a tierra.
CANAL DE
ACOPLE
CANAL DE
ACOPLE
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2.2. FACTORES QUE AFECTAN SCC FACTORES QUE AFECTAN SCC
La vulnerabilidad de los dispositivos, equipos o sistemas.RECEPTORESRECEPTORES
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3.3. FACTORES QUE AFECTAN SCC FACTORES QUE AFECTAN SCC
TRAYECTORIA DE ACOPLE
Reducción del acople
RECEPTORIncremento de la
inmunidad
ÁREASPASOS PARA ASEGURARLA
EMISORReducción de la
emisión
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COMPATIBILIDAD COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNELECTROMAGNÉÉTICA (EMC)TICA (EMC)
EntornoPerturbación
electromagnética
SusceptibilidadRedes
y aire
Fuentes
Receptor Canal
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ACTORES DE LA EMCACTORES DE LA EMC
¿QUÉ ES CALIDAD?
• Es la forma de ser de un producto.
• Es el grado de conformidad ocumplimiento de unos requisitos, para satisfacer una necesidad.
• Es un conjunto de cualidades o atributos, como disponibilidad, precio, confiabilidad, durabilidad, seguridad, consistencia, respaldo y percepción.
© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]© Copyright: Ing. Favio Casas Ospina E-mail: [email protected]
Es el grado de conformidad de los indicadores de las señaleselectromagnéticas, en un tiempo dado y en un punto común de acople; paracumplir las necesidades de los consumidores y el marco regulatoriodel país.
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¿QUÉ ES CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA (CEL)?
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Características de la electricidad en un punto dado de un sistema eléctrico, evaluadas contra un conjunto de parámetros técnicos de referencia. IEC 61000-4-30 (2003).
El concepto de energizar y conectar a tierra equipo electrónico de de manera apropiada para la operación del equipo y compatible con el sistema de cableado y la conexión con otros equipos. IEEE 1100 (2005).
Conjunto de atributos físicos de las señales de tensión y corriente, en estado estable y transitorio, de manera quelos equipos funcionen correctamente (Propuesta).
¿QUÉ ES CALIDAD DE POTENCIA (PQ)?
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Valorpico=Vp
Periodo=T=0,0166=1/60 s
Valor RMS=Vp/1,4142
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PARÁMETROS DE UNA ONDA SENOIDAL
Deformación de una señal (amplitud, frecuencia, fase) provocada por una perturbación.
Deformación de una señal (amplitud, frecuencia, fase) provocada por una perturbación.
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DISTORSIÓN
Art. 100. Es aquella en donde la forma de onda de la corriente de estado estable, no sigue la forma de onda de la tensión aplicada.
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CARGA NO LINEAL DEFINICIÓN NEC 1999
Transformada de Fourier
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SÍMIL DE LAS SEÑALES ARMÓNICAS
%8989,01
5,08,0 22
==+
=THD
h A Fase Hz
1 1 0 602 0 0 1203 0,8 180 1804 0 0 2405 0,5 0 300
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EJEMPLO
IN
IT
ZF
ZN
ZT
IF
L
V nT
O
nt
0=∑−−− onto
V
nntn
nnnt
nnnttt
onntto
IZVZIV
ZIVZIVVV
=−=
=++−=++
−
−
−
−−−
00
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TENSIÓN NEUTRO TIERRA
I1
IT=0
I3
I2
IN=I1+I2+I3 n BEV nt
CARGA TRIFÁSICA
nnnt IZV =
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TENSIÓN NEUTRO TIERRA
2403
60120180
780840900
480540600660
5
78
720
300360420
0
131415
6
9101112
4 +-0+-0+-0+-0
Desplazamiento de fase
1/32/3
Armónico
+-
12
3/44/45/56/57/68/69/7
10/711/812/813/914/915/10
Actividad del neutro
SecuenciaFrecuencia
CancelaciónCancelaciónAdicionan
CancelaciónCancelaciónAdicionan
CancelaciónCancelaciónAdicionan
Cancelación
Adicionan
CancelaciónAdicionan
CancelaciónCancelación
EXIGENCIA DEL CONDUCTOR NEUTRO
LAZOS DE TIERRA INDESEABLES
Camino dela falla
Equipoprotegido
Protector(DPS)
Fase N T
L
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Red depotencia
FNeutroTierra
Comunicación
L L
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LAZOS DE TIERRA INDESEABLES
LAZOS DE TIERRA NECESARIOS
Red de potencia
Tierra (PEC)
Comunicación
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EFECTOS DE LAS SOBRETENSIONES SOBRE EQUIPOS Y COMPONENTES EN FUNCIÓN DE
LA ENERGÍA
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400
300
200
140
40
0
0.001c
1 ms 1 sμ
0.01c 0.1c
3 ms 20 ms 0,5 ms 0,5 ms
Am
plitu
d rm
s /pi
co
120
Ciclos
Segundos
10080
Estado Estable
1c
Región de:- Errores- Fallas- Averias- Daños
RegiónSegura
¿QUE PARÁMETROS SE AFECTAN POR LAS PERTURBACIONES?
FrecuenciaAmplitudForma de ondaSimetría
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CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE LAS PERTUBACIONES
Rango de frecuencia.Modo de propagación.Duración (estacionaria o transitoria).
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CLASIFICACIÓN DE LAS PERTURBACIONESELECTROMAGNÉTICAS POR IEC
ARMONICOS,ARMONICOS NO CARACTERISTICOSSUPERPOSICIÓN DE SEÑALESFLUCTUACIONES DE TENSIONCAIDAS DE TENSION E INTERRUPCIONESDESBALANCE DE TENSIONTENSIONES INDUCIDOS VARIACIONES DE FRECUENCIADC EN REDES DE AC
ONDAS CONTINUAS INDUCIDAS DE TENSION O CORRIENTETRANSITOTIOS UNIDIRECCIONALESTRANSITOTIOS OSCILATORIOSCAMPOS ELECTRICOS
BAJA FRECUENCIA CAMPOS MAGNETICOS
CAMPOS ELECTRICOS CAMPOS MAGNETICOS
ALTA FRECUENCIA CAMPOS ELECTROMAGNETICOSONDAS CONTINUASTRANSITORIOS
DESCARGAS ELECTROSTATICAS
PULSOS NUCLEARES ELECTROMAGNETICOS
CONDUCIDAS
RADIADAS
BAJA FRECUENCIA
ALTA FRECUENCIA
CLASIFICACIÓN EUROPEA (EN-50160)
1. FRECUENCIA
FLUCTUACIONESVARIACIONES RAPIDASTITILACION
2. AMPLITUDSUBTENSIONES
INTERRUPCIONES CORTASLARGAS
SOBRETENSIONES TEMPORALESTRANSITORIAS
3. FORMA DE ONDA TENSIONES ARMONICASSUBARMONICAS
SUPERPOSICION DE SEÑALES
4. DESBALANCE DE CIRCUITOS TRIFASICOS
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CATEGORÍAS DE PERTURBACIONES SEGÚN IEEE-1159
• Transitorios electromagnéticos.• Variaciones de corta duración.• Variaciones de larga duración.• Desbalance.• Distorsión de la forma de onda.• Fluctuaciones.• Variaciones de la frecuencia.
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MEDIOS FÍSICOS DE ACOPLAMIENTO DE PE
TIERRA
SEÑALPOTENCIA
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LÍMITES Y MÁRGENES DE EMCNIVEL DE
PERTURBACION
0
LIMITE DE INMUNIDAD
SUSCEPTIBILIDAD
INMUNIDAD
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LIMITE DE SUSCEPTIBILIDAD
LIMITE DE EMISION
NIVEL DE PERTURBACION
NIVEL DE EMC
0
MARGEN DE
INMUNIDAD
ERROR
AVERIA
DESTRUCCION
LIMITE DE INMUNIDAD
MARGEN DE SUSCEPTIBILIDAD
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LÍMITES Y MÁRGENES DE EMC
LIMITE DE SUSCEPTIBILIDAD
LIMITE DE EMISION
NIVEL DE PERTURBACION
NIVEL DE EMC
0
MARGEN DE
INMUNIDAD
ERROR
AVERIA
DESTRUCCION
MARGEN DE
EMISION
LIMITE DE INMUNIDAD
MARGEN DE
EMC
MARGEN DE SUSCEPTIBILIDAD
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LÍMITES Y MÁRGENES DE EMC
Para reducir o eliminar perturbaciones se aplican técnicas tales como:• Absorción• Aislamiento• Apantallamiento• Buenas prácticas en SPT• Equipotencialización (con cables o DPS)• Filtrado• Minimización de lazos inductivos• Una combinación de las anteriores.
TÉCNICAS DE PARA CONTROL DE INTERFERENCIAS
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Es la conversión irreversible de energía de una onda electromagnética, en otra forma de energía (normalmente calor) como resultado de la interacción con el material que absorbe. El material es la causa de la conversión.
ABSORCIÓN
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Es la separación de dos o más superficies conductoras por medio de un dieléctrico (incluyendo el aire), ofreciendo una alta resistencia al paso de la corriente.
AISLAMIENTO
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Es la instalación de barreras conductivas que separen emisores de receptores, para reducir los efectos de una fuente de campo electromagnético sobre las víctimas.
APANTALLAMIENTO
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Es la aplicación de conceptos estándarizados para el diseño e instalación de las puestas a tierra y la red equipotencial.
BUENAS PRÁCTICAS EN EL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
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Es el acto, proceso, práctica o acción de conectar partes conductivas y conductores activos con el SPT por medio de conductores o DPS, para garantizar un potencial definido entre dos o más superficies conductivas.
EQUIPOTENCIALIZAR
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Es la modificación de las componentes de frecuencia de una señal mediante un dispositivo que se coloca entre los terminales de un circuito eléctrico.
FILTRADO
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Es la aplicación de los conceptos de cableados (de potencia y de telecomunicaciones) de manera que se anule o minimice la inductancia de los circuitos de modo diferencial y de modo común.
MINIMIZAR LAZOS INDUCTIVOS
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DEFINICIÓN: Es la relación entre las pérdidas de un transformador debidas a cargas no lineales y las debidas a cargas lineales de la misma magnitud.
Características del transformador:El neutro es dimensionado al 200%.Aislamiento hasta de 150º C.Múltiples conductores paralelos.Núcleos por debajo del punto de saturación.
FACTOR K
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h A Fase Hz
1 1 0 602 0 0 1203 0,8 180 1804 0 0 2405 0,5 0 300
01,1355,038,011 222222 =×+×+×=k
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EJEMPLO
CONCEPTO MICRO-Z
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GABINETE CON BUENA CEM
InstrumentoelectrónicoFi
ltro
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CONEXIÓN PARA CABLE APANTALLADO
(excelente)
Pantalla
Receptor
G R
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CONEXIÓN PARA CABLES TRIAXIALES
λ/2 λ/2
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CONEXIÓN PARA CABLE DOBLE TWINAXIAL
Transductor
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Fuente: IEEE 1100-1999
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TIPOS DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
DATOS DE LA INSTALACIÓN
DISPOSICIÓN DE CABLEADOS Y
PUESTAS A TIERRAS
COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA
Localización y entorno Acometida Interconexión de puestas a tierra
Uso Distribución de potencia Tierras dedicadasTipo de construcción Cableados eléctricos SIPRA
Localización de áreas Materiales utilizados Apantallamientoslocalizados
Tipo de pisos Cableados decomunicaciones (CMM)
Fuentes de perturbación internas
Áreas comunes Conexiones de puesta atierra
Fuentes de perturbación externa
Altura de la edificación Puestas a tierraContenido Zonificación
Protecciones de BF y AFClasificación de áreas
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CUÁLES DEBEN SER LOS INDICADORES DE CALIDAD?
FCO/hmm