20150107_OVR Presentación Perú
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LPED DIN RailProtectores de sobretensiones
Luis Andres Arismendi, LPED AM SAM, Enero 2015
© ABB| Slide 2
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.
Protectores de sobretensionesPorqué?
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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
Protectores de sobretensionesPorqué?
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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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© ABB Group January 29, 2015 | Slide 13
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.
Protectores de SobretensionesInstalación - Puntos a considerar
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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.
Protectores de SobretensionesInstalación - Puntos a considerar
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© ABB Group January 29, 2015 | Slide 39
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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© ABB Group January 29, 2015 | Slide 40
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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T Neutro del transformador
está conectado a tierra
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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© ABB Group January 29, 2015 | Slide 42
T Neutro del transformador
está conectado a tierra
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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