Limitadores de sobretensiones transitorias.pptx

Limitadores de
sobretensiones
transitorias

• Origen de las sobretensiones
• Modos de propagación
• Consecuencias
• Limitadores de sobretensiones. Tecnología
• ¿Qué limitador instalar?
• ¿Cómo instalar los limitadores?
• Continuidad de servicio
• Gama de limitadores de sobretensiones

Formación de tormentas
• Desarrollo de una nube tormentosa
el fenómeno se
desencadena al
elevarse aire caliente
desde el suelo. La masa
de aire se carga de
humedad produciendo
una nube tormentosa.
Sobretensiones de origen atmosférico

• Fenómeno de electrificación la violencia de las
corrientes de aire
ascendentes y
descendentes separan
las gotas de agua que
se transforman en
cristal de hielo
colisionando entre ellas,
creando cargas
eléctricas positivas y
negativas

las cargas de signo
contrario se separan,
las positivas se sitúan
en la parte superior de
la nube mientras que
las negativas lo hacen
en la inferior. Las
primeras chispas entre
nubes comienzan a
aparecer.
• Fenómeno de electrificación
• Fenómeno de la fase activa

la nube forma un
enorme condensador
con el suelo y
comienzan a producirse
lluvias y relámpagos
entre nube y suelo en la
primera media hora
desde que aparecieron
las primeras chispas.
• Maduración de la fase activa

la actividad en la nube
disminuye mientras que
los rayos hacia el suelo
aumentan, apareciendo
fuerte precipitaciones,
granizo y fuertes
ráfagas de viento.
• Maduración de la fase activa
• Fin de la fase activa

Clasificación de los rayos
• Rayo negativo descendente
es el más frecuente en terreno llano siendo
un 90% de los existentes en climas
templados.

• Rayo positivo ascendente
es el más peligroso y aparece en presencia
de una prominencia importante o montaña

• Rayo negativo ascendente
es frecuente en terreno llano

• Rayo negativo ascendente
• Rayo positivo descendente
es peligroso y aparece en presencia de una
prominencia importante o montaña

Principio de una descarga
el rayo comienza por
un trazo que se
desarrolla a partir de
una nube y progresa
bandeando
sucesivamente de 30 a
50 m del suelo, el trazo
está compuesto por
partículas eléctricas,
arrancadas de la nube
por el campo eléctrico,
creado entre éste y el
suelo.

un trazo que se
una nube y progresa
bandeando
está compuesto por
suelo.
se crea un canal
ionizado que se va
ramificando, llegando
a 300 m del suelo.

un trazo que se
una nube y progresa
bandeando
está compuesto por
suelo.
se crea un canal
ionizado que se va
a 300 m del suelo.
aparece en este
momento un arco
eléctrico muy
luminoso que provoca
el trueno y permite el
intercambio de carga
del condensador nube-
suelo.

un trazo que se
una nube y progresa
bandeando
está compuesto por
suelo.
se crea un canal
ionizado que se va
a 300 m del suelo.
aparece en este
momento un arco
eléctrico muy
suelo.
el rayo principal parte
desde el suelo hasta la
nube con una
velocidad de
propagación cercana a
1/3 de la de la luz.
Este arco de retorno
se caracteriza por ser
un impulso de
duración total cercana
a los 100 s y un frente
creciente de 1 a 15 s.

un trazo que se
una nube y progresa
bandeando
está compuesto por
suelo.
se crea un canal
ionizado que se va
a 300 m del suelo.
aparece en este
momento un arco
eléctrico muy
suelo.
el rayo principal parte
desde el suelo hasta la
nube con una
velocidad de
propagación cercana a
1/3 de la de la luz.
Este arco de retorno
se caracteriza por ser
un impulso de
duración total cercana
a los 100 s y un frente
creciente de 1 a 15 s.
una sucesión de arcos
aparecen, llamados
arcos subsiguientes
de menos en menos
intensidad, entre los
cuales subsiste un
trazo continuo
haciendo circular una
corriente del orden de
200 A. Sin embargo,
estos arcos poseen
una variación de
intensidad muy fuerte
(di/dt).

Datos significativos
• Del 28 de enero 1992 - 31 de enero de 1995: 1.615.217 rayos
– 538.405 rayos por año de media
– 1.503.723 : rayos negativos
– 111.494 : rayos positivos
33 kA
71 kA
• Intensidad media de rayos negativos:
• Intensidad media de rayos positivos:
• intensidad media por zonas geográficas:
negativo
31 kA
23 kA
Marítima
Litoral
Mesetania
Montañosa
positivo
53 - 61 kA
47 kA
54 kA
57 kA
Rayos positivos los
más peligrosos

U
P1 P2
TIPO DE SOBRETENSIONES (algunos MHz. 1  100 s)
Sobretensiones
inducidas
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.

U
P1
Sobretensiones
conducidas
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.

BT
P1
N
P1
Sobretensiones
debidas al aumento del
potencial de tierra
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.

Sobretensiones por maniobras en la red
Causadas por conmutaciones y bruscas variaciones de
carga originando ondas de alta frecuencia (100 kHz a 1
MHz. 0.05  10 ms)
- Conmutación de corrientes inductivas
Causa: cuando se establecen o interrumpen circuitos inductivos
Consecuencia: se producen impulsos de gran amplitud y tiempo de subida corto
Ejemplos: Interruptor de mando de un motor eléctrico, un
transformador BT/BT, un contactor o un simple relé.
- Conmutación de corrientes capacitativos
Causa: maniobras en redes eléctricas con elementos capacitativos
Consecuencia: sobretensiones de origen oscilatorio
Ejemplos: Interruptor de mando de un motor eléctrico, un
transformador BT/BT, un contactor o un simple relé.
- Interrupción de una gran corriente con un órgano de corte

Otras sobretensiones importantes
- SOBRETENSION POR DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS (ESD)
Causa: cuando una persona se carga electrostáticamente (puede
alcanzar varias decenas de kV), por frotamiento y se descarga
Consecuencia: su descarga produce un impulso de corriente que puede provocar
perforaciones en componentes
- SOBRETENSIÓN ELECTROMAGNÉTICA NUCLEAR (NEMP)
Sobretensiones muy poco probables

Modos de propagación
Sobretensión en modo común: aparece entre las partes activas y la tierra: fase/tierra
o neutro/tierra.
L
N
UMC
Peligrosas para aparatos donde la masa está conectada a la tierra en razón de
riesgos de ruptura de rigidez dieléctrica de los materiales.
Mal funcionamiento de los aparatos

Modos de propagación
Sobretensión en modo diferencial: sobretensión aparece entre dos conductores
activos: fase/fase o fase/neutro
I ida
I vuelta
UMD
N
L
Posible destrucción de materiales
Sobreintensidades

Consecuencias de las sobretensiones atmosféricas
•Acoplamiento del campo al cable. Tensiones inducidas
Campo electromagnético
creado por el rayo se acopla a
todos los cables que encuentra
Generación de sobretensiones de
modo común o diferencial que se
propagan por conducción
•Acoplamiento del cable-cable
•Acoplamiento inductivo
•Acoplamiento capacitativo
• Inducción en los bucles de masas
•Subida del potencial de tierra

Consecuencias de las sobretensiones
•DETERIORO Y DESTRUCCIÓN de los componentes
Depende de:
- Tiempo de ascenso(Tm): rapidez con la que crece la onda.
- amplitud: valor máximo que alcanza la perturbación
- Tiempo de descenso (Td): nos da idea de la duración del pulso
•MAL FUNCIONAMIENTO de los equipos
•ENVEJECIMIENTO prematuro de los componentes
- Provocado por sucesivas sobretensiones no destructivas

Dispositivos de protección contra sobretensiones
-Protecciones primarias: Captan los rayos, los derivan a tierra
y los dispersan en el suelo.
• pararrayos (cables de guarda de líneas aéreas de AT, puntas Franklin)
• terminales aéreos, estructuras metálicas, caja mallada de Faraday, etc..
-Protecciones secundarias: Se encargan de los efectos
indirectos del rayo y de las sobretensiones de maniobra.
• protección serie: filtros y transformadores
• protección paralela: Limitadores de sobretensión

Limitadores de sobretensión
F
N
receptores
U aguas
arriba
U
cebado
U
residual
U
aguas
abajo
Ucebado
Tensión de línea
Resistencia del
limitador
V
t

V
1. La tensión aguas arriba
Ua es menor que la
tensión de cebado (Uc)
del limitador de
sobretensiones. La
resistencia del limitador
es muy elevada (aprox. 1
M).
Principio de funcionamiento
sobretensión
R elevada
R baja

F
N
receptores
U aguas
arriba
U
cebado
U
residual
U
aguas
abajo
Ucebado
Tensión de línea
Resistencia del
limitador
V
t

V
1.
1. La
La tensión
tensión
a
g
u
a
s
a
g
u
a
sarriba
arriba
Ua
Ua es
es menor
menor
q
u
e
q
u
ela
la tensión
tensión
de
de cebado
cebado (
(Uc
Uc)
)
del
del lim
limitador
itador
de
de
sobretensiones.
sobretensiones.
La
La
resistencia
resistencia
2. Al aparecer una
sobretensión atmosférica,
la tensión Ua aumenta y
se hace superior a la de
cebado. La resistencia se
vuelve muy débil y la
intensidad circula por el
limitador.
sobretensión
R elevada
R baja

F
N
receptores
U aguas
arriba
U
cebado
U
residual
U
aguas
abajo
Ucebado
Tensión de línea
Resistencia del
limitador
V
t

V
1.
1. La
La tensión
tensión
a
g
u
a
s
a
g
u
a
sarriba
arriba
Ua
Ua es
es menor
menor
q
u
e
q
u
ela
la tensión
tensión
de
de cebado
cebado (
(Uc
Uc)
)
del
del lim
limitador
itador
de
de
sobretensiones.
sobretensiones.
La
La
resistencia
resistencia
2.
2. Al
Al aparecer
aparecer
u
n
a
u
n
a
sobretensión
sobretensión
a
t
m
o
s
f
é
r
i
c
a
,
a
t
m
o
s
f
é
r
i
c
a
,la
la tensión
tensión Ua
Ua
aumenta
aumenta y
y se
se
hace
hace superior
superior
a
a la
la de
de cebado.
cebado.
La
La resistencia
resistencia
se
se vuelve
vuelve muy
muy
débil
débil y
y la
la
3. La tensión disminuye y
se vuelve inferior a la de
cebado, que se convierte
en tensión residual (Up).
Ésta es la tensión a la que
está sometido el receptor.
sobretensión
R elevada
R baja

Limitador de sobretensiones
tiempo (t)
tensión (V)
V
Tr
V : sobretensión dada a
régimen dinámico
V/t : velocidad de subida de
la tensión de perturbación
Tr: tiempo de respuesta de la
protección
V = V/t * Tr
•tiempo que tarda una
protección en reaccionar en el
momento que aparece una
sobretensión.
•tiempo de respuesta débil:
limitación a sobretensiones
débiles.
•tiempo de respuesta largo:
ineficiente si los componentes a
proteger son muy sensibles o
tiene un tiempo de reacción a
sobretensiones corto.
Tiempo de respuesta (Tr)

F
N
V
U

Tecnología de los limitadores
Tecnología: Varistor (óxido de zinc)
Característica principal:
-Resistencia infinita en condiciones normales de
tensión
- Resistencia 0 al producirse un sobretensión
R alta

• Up: nivel de protección
• In: Intensidad nominal
• Imáx: intensidad máxima
Tecnología: característica del Varistor
kA
In Imáx
Up
(V)
I II III IV
-Región I: resistencia elevada y
funcionamiento normal del varistor
-Región II: el varistor se sitúa en
esta zona en caso de
sobretensiones temporales
moderadas.
Región III: zona de sobretensiones
de maniobra o atmosféricas
moderadas.
Región IV: zona de saturación.
Zona de sobretensiones de rayo.

U (V)
Varistor
Tecnología: funcionamiento del varistor
Sobretensión
- Tiempo de reacción muy
rápido (10-9 s)
- varistor limita la sobretensión a
una tensión residual que será
función del varistor
Tiempo (s)
- ¡Cuidado!: si el varistor recibe una sobretensión > a lo que puede aguantar:
- primero funciona bien
- a continuación se produce el cortocircuito interno al varistor

Tecnología: Descargador de gas
F
N
DG
Sobretensión Ionización del gas Derivación a tierra
i
u
Cebado
Efluvio
Arco
Extinción

Sobretensión
Cebado
Extinción
Efluvio
Tiempo (s)
Arco
U (V)
Tecnología: Descargador de gas
Respuesta a un impulso:

Comparativa
VENTAJAS DESVENTAJAS
Varistor • Tensión residual pequeña •Corriente de fuga despreciable
pero que aumenta con un impulso
de tensión
•Calentamiento de los
componentes a la larga
Descargador
de gas
•Fuerte poder de disipación de
energía
• Corriente de fuga despreciable
• Tiempo de respuesta lento

• Coordinación de tecnologías
Obtener el máximo beneficio de cada componente

• Origen de las sobretensiones
• Consecuencias
• Limitadores de sobretensiones. Tecnología
• ¿Qué limitador instalar?
• ¿Cómo instalar los limitadores?
• Continuidad de servicio
• Gama de limitadores de sobretensiones

¿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

¿Qué limitador instalar?
Nivel de protección: Up
El nivel de protección no debe ser nunca menor que la tensión impulsional
máxima que son capaces de aguantar las cargas que se desean proteger.
Informática
profesional
Equipos
médicos
Ordenadores
personales,
Modems
Domótica
Máquinas
con
electrónica
Aparato
electrodoméstico
Aparato
industrial
Contador
eléctrico
0,5 kV 1 kV 1,5 kV 2,5 kV 4 kV 6 kV

¿Cómo instalar los limitadores?
Instalación en los cuadros
Reglas de cableado
Regla 1: no sobrepasar 50 cm para la conexión
del limitador y el interruptor automático
Regla 2: salidas de los conductores protegidos se
deben de tomar en los bornes del limitador y del
interruptor de desconexión
Regla 3: cables de llegada fase, neutro y tierra se
han de juntar para reducir superficie del bucle
Regla 4: Separar los cables de llegada al
limitador de los de salida

C
A
R
G
A
L1
L2
L3
U1
Up
U3
Ucarga = U1 + Up + U3
• U1 = L1 di/dt
•Up : característica del limitador de
sobretensiones
• U3 = L3 di/dt
di/dt: valor muy elevado para
sobretensiones de origen atmosférico
Instalación en los cuadros
Lo más cortas posibles
L1 + L2 + L3 < 50 cm

Ejemplo:
P1: tensión de cebado 2,5 kV
P2: tensión de cebado 1,5 kV
tensión inductiva : 50 V/m
P1 : Imáx1, In1, Up1
P2 : Imáx , In , Up2
2 2
Imáx1 > Imáx2
Up1 > Up2
50 * L1 + 50 * L2 + Up2 > Up1
si L1 = L2; L1 > (2,5 - 1,5) * 103 / 200
L1 > 10 m
P1 P2
U2
U3
L1=L2
Coordinación de limitadores
Asegurar un valor elevado de evacuación de corriente (Imáx
elevado) y un valor de tensión residual bajo (Up pequeña)
•Regla de los 10 m: Para evitar que P2 actúe antes que P1 debe existir una
distancia mínima entre ellos
U1

Receptor
d  30m
P1
P1
Receptor
P2
Si la distancia entre el
limitador P1 y el receptor es
superior a 30 m, se deberá
instalar otro limitador en
paralelo
Coordinación de limitadores
•Regla de los 30 m: Para evitar aumento en la tensión residual
soportado por los receptores

Continuidad de servicio
limitador
Receptores
ID “si” s
Sobretensión
Limitadores de sobretensión y protección diferencial
Generación de corrientes de fuga a
través de las capacidades de la
instalación
Disparos intempestivos en
los diferenciales

15 kA
15 kA
Destrucción del limitador por sobretensión muy alta
•¿Qué le ocurre a un varistor cuando sobrepasa su
intensidad máxima?
• Se cortocircuita el varistor
Necesidad de dispositivo de desconexión
55 kA

Imáx Curva Calibre
8 a 40 kA C 20 A
65 kA C 50 A
Sistema de desconexión
• ¿Qué interruptor magnetotérmico se debe colocar?

Desconexión
térmica
Señalización
visual
Señalización a
distancia
Protección contra el envejecimiento
• ¿Qué es el envejecimiento de un limitador?
•Debido a muchas sobretensiones de valor menor
a la intensidad máxima
• Desconexión térmica
• Fusible interno y señalización

Limitadores PRD
Cartuchos
desenchufables
Señalización del
estado del PRD
-blanco: buen
estado
-rojo: necesidad
de cambio
Señalización de
fin de vida
Contacto seco de
señalización a
distancia de fin de
vida
Auxiliares de
señalización a
distancia

Limitadores PRD
Características
Mantenimiento: Cambio de cartucho
de una fase o neutro sin necesidad de descablear.
Optimización: de la protección al utilización de manera
combinada de varistores y descargadores de gas permite obtener una
Ures pequeña pero con un fuerte poder de disipación y corriente
de fuga despreciable
Máxima protección:se realiza una protección
ante una sobretensión en modo común y en modo diferencial

1P 1P+N 3P 3P+N
L/N L1 L2 L3
N L L1 L2 L3
N
Configuración interna de los limitadores PRD
Limitadores PRD

Limitadores PRD
Ejemplos de conexión TT monofásica para redes de BT
Cuadro eléctrico
Receptor
L1
N
Toma tierra del
neutro
Toma de tierra de masas
Interruptor diferencial
Interruptor auto.
magnetotérmico
N L
PRD (1P+N)

Limitadores PRD
Receptor
L1
L2
L3
PRD (3P)
Interruptor auto.
magnetotérmico
PEN
Toma tierra del
neutro
Ejemplos de conexión TT trifásica para redes de BT
Cuadro eléctrico
Toma de tierra de masas

Interruptor diferencia
300 o 500 mA S o retardadol
Interruptor diferencial
“si” 30 mA
Interruptor automático
magnetotérmico
Limitador PRD
Limitadores PRD
Ejemplo de instalación en un cuadro
D1 + d2 + d3<50 cm

Limitadores PRC/PRI
Protegen redes telefónicas analógicas y digitales,
automatismos entre 12 y 48 V y redes informáticas o de
datos a 6V
PRC
paralelo
PRC
serie
EM
PRI
12-48 v
PRI
6 v RM
Up=700 V
Imax=10 kA
Up=300 V
Imax=10 kA
BP=3 Mhz
Up=70 V
Imax=10 kA
BP=6 Mhz
Up=15 V
Imax=10 kA
BP=90 Mhz
Telefonía Analógico Numérico
Automatismo
informático

Limitadores PRC paralelo
Protección de redes telefónicas
Montage en paralelo:
- Tensión nominal: 200 V CA
- Tensión máx .de la señal: 220 V CA
- Nivel de protección(Up): 300 V
- Compatible con auxiliar EM/RM
- Conforme a la norma EN 60950
Red telefónica

Limitadores PRC serie
Red telefónica
Protección de redes telefónicas
Montage en serie:
- Tensión nominal: 200 V CA
- Tensión máx .de la señal: 220 V CA

Limitadores PRI 12/24/48 V
Redes telefónicas digitales y automatismos,12…48 V
Montage en serie
- Tensión nominal: 12/24/48 V
- Tensión máx .de la señal: 14/27/53 V
Alimentación
12..48 V

Limitadores PRI 6 V
Redes informáticas o de datos, 6 V
Montage en serie
- Tensión nominal: 6 V
- Tensión máx .de la señal: 7 V
Alimentación
6V

Auxiliares de señalización EM/RM
Compuestos de 2 bloques ópticos,
un emisor y un receptor
Función: Señalizar a distancia la
situación de reserva o la
desconexión del limitador mediante
un visor rojo o verde en el frontal.
El EM se monta la izquierda y
el RM a la derecha del limitador
Alimentación
EM/RM
230 V-50hz
15 módulos maxi
270 mm
6 V CC o
250 V-50Hz

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