Guía para la utilización de dispositivos de protección contra

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TIPO 1
Guía para la utilización de dispositivos de protección contra
sobretensiones ( DPS) Tipo 1 en sistemas de alimentación principal.
2da Edición, 2004
VDN
Asociación de Operadores de Redes Alemanes
Emitido : Agosto 2004
Traducción al Inglés : Octubre 2006.
Traducción al Español : Mayo 2009
Índice de Contenido
Introducción……………………………………………………………................. ..4
1. Descripción
General……………………………………………………………..5
2. Contenido……………………………………………………………………….
.5
3. Condiciones previas para la utilización de DPS TIPO I en diferentes
sistemas de alimentación …… 6
4. Elección del descargador de protección contra sobretensiones
(DPS) TIPO I y metodología de los diferentes sistemas de
alimentación (“sistemas dependientes del tipo de conexión de
tierra”)……………………………………………………………………………
... 7
4.1 DPS TIPO I en sistemas TNC……………………………………………………………………………....8
4.2 DPS TIPO I en sistemas TN-C-S con circuito de conexión
4+0……………………………………….9
4.3 DPS TIPO I en sistemas TN-C-S con circuito de conexión
3+1…………………………………………10
4.4 DPS TIPO I en sistemas
TT……………………………………………………………………………….
11
5. Anotaciones…………………………………………………………………….
12
Sección
1………………………………………………………………………..13
Sección
2………………………………………………………………………..13
Sección 3.1 y
3.2………………………………………………………………..13
Sección
3.3……………………………………………………………………...14
Sección
3.4……………………………………………………………………...14
Sección 3.5 y
3.7………………………………………………………………..15
Sección
3.6……………………………………………………………………...16
INTRODUCCIÓN
Las actuales instalaciones eléctricas y electrónicas son muy sensibles a las
sobretensiones que pueden extenderse a todos los edificios debido a
operaciones de conmutación que resulten en los sistemas del cliente o las
redes de suministro público, o como resultado de una descarga atmosférica.
Además, los sistemas de cableado para procesos de datos, comunicaciones y
sistemas de baja tensión en las instalaciones de edificios se operan de manera
conjunta dentro de espacios reducidos. Por tanto, la pregunta sobre la
compatibilidad electromagnética (CEM) de estos sistemas resulta de gran
importancia cara al funcionamiento correcto de las instalaciones eléctricas del
edificio.
Para poder lidiar con los problemas de las sobretensiones y la compatibilidad
electromagnética en una instalación compleja de un edificio, aún en el caso de
rayo directo o cercano, se desarrollo el concepto de las zonas de protección
contra el rayo (ZPR). Este concepto de protección se describe en la normativa
nacional alemana e internacional (DIN V VDE V 0185-1 a 4 e IEC 62305).
Cuando se aplica el concepto de zonas de protección el edificio entero se
divide en zonas con diferentes requerimientos para el grado de protección
necesario contra posibles influencias de potencial, e.g. interferencias o daños
sobre instalaciones o dispositivos. Los DPS con parámetros de rendimiento
adecuados a los valores previos de riesgo definido y esperado en la instalación
son instalados en los límites entre una zona de protección y la siguiente con un
alto grado de protección.
Para una implementación consistente del concepto de zonas de protección,
será necesario instalar DPS TIPO I para la protección de rayo directo o cercano
aguas arriba del contador existente en las instalaciones de los edificios.
(acometida principal de distribución)
En la sección 12 (5) del documento técnico “ Requerimientos técnicos para la
conexión de sistemas de alimentación de baja tensión “ (TAB 2000), disponible
solamente en Alemania, se refiere la actual guía que regula la utilización de
descargadores de protección contra sobretensiones y rayos TIPO I, también
denominados descargadores de corriente rayo, en los sistemas de alimentación
principal.
1 actualmente en discusión
2 La tabla 1 con las clasificaciones de los DPS, se menciona en las
Anotaciones , página 12.
1.Descripción General
Previa consulta con el contratista principal, el diseñador técnico del edificio
decide la necesidad de instalar dispositivos de protección contra
sobretensiones y rayo que se atribuyen a descargas directas o cercanas.
El DPS TIPO I debe ser solamente instalado aguas arriba de los contadores
actuales de la instalaciones eléctricas de los edificios (acometida principal de
distribución) si esto se requiere para la protección de las personas y edificios.
La decisión la realiza el diseñador técnico del edificio de manera conjunta con
el contratista principal y con el consentimiento del operador responsable de la
red de distribución (Ver TAB 2000, elemento 1, sección 7); esto significa que
estos dispositivos de protección no se requieren por parte del operador de la
red de distribución.
Los DPS TIPO I se utilizan aguas arriba de los contadores de medida actuales
de las instalaciones eléctricas de los edificios (acometida principal de
distribución) si estos se requieren para efectuar medidas de protección contra
el rayo de acuerdo con la norma DIN VVDE 0185 1 a 4 e IEC 62305. Los
requerimientos descritos en la sección 3 deben por tanto cumplirse.
2. Contenido
Esta guía se deberá aplicar para la utilización de DPS TIPO I en las partes que
conducen energía de las instalaciones eléctricas de los edificios (acometida
principal de distribución) aguas arriba de los actuales contadores.
3 Requisitos previos para el uso de DPS TIPO I en acometidas principales
de distribución
Se permite el uso de DPS TIPO I en acometidas principales de distribución si
se cumplen los siguientes requisitos:
3.1 Deben utilizarse DPS TIPO I que hayan sido probados con los impulsos de
la primera corriente de impulso de rayo (forma de onda 10/350 µs) según DIN V
VDE V 0185-1, tabla B.1
3.2 Los DPS TIPO I deben cumplir los requisitos de la normativa de producto
DIN EN 61643-11. Esto debe verificarse mediante una marca de testado (p.ej.
VDE, KEMA).
3.3 Debe asegurarse que los DPS TIPO I se desconecten de forma
permanente de la alimentación en caso de un cortocircuito interno.
3.4 La capacidad de derivación de corriente de impulso de rayo de los DPS
TIPO I tiene que corresponder con las cargas en esa ubicación según DIN V
VDE V 0100-534. Si se desconoce esta carga, la capacidad de derivación de
corriente de impulso de rayo debe ser equivalente a una clase de protección I
(véase Tabla 2, pág. 15)
3.5 Deben utilizarse exclusivamente DPS TIPO I basados en vías de chispas.
Los DPS tipo 1 no deben generar ninguna corriente de funcionamiento
resultante de sistemas de control del estado, p.ej. LED
3.6 La capacidad de corriente de cortocircuito del DPS TIPO I exigida por TAB
2000, Sección 6.2.3, se asegura por el fabricante
3.7 Si se necesitan dispositivos de protección contra sobrecorriente adicionales
para cumplir los requisitos de la sección 3.6, éstos deben instalarse junto con el
DPS TIPO I en envolventes con aislamiento completo.
3.8 Para la sujeción del DPS tipo 1, las envolventes con aislamiento deben
estar selladas según los requisitos específicos “Anforderungen an
Plombenverschlüsse4” (Requisitos sobre sellados)
4
publicado en las series “VDEW-Materialen”, Nº M-38/97,
4 Selección de DPS TIPO I y métodos de instalación in sistemas de
alimentación diferentes (“sistema según tipo de conexión de tierra”)
La elección de DPS TIPO I en acometidas principales de distribución depende
de
•
•
el tipo de sistema de alimentación (“sistema según tipo de conexión a
tierra”) y
la capacidad de derivación de corriente de rayo en esa ubicación
Debe realizarse según DIN V VDE V 0100-5345
Los siguientes esquemas para el uso de DPS TIPO I en acometidas principales
de distribución corresponden a circuitos básicos para los sistemas de
alimentación más comunes (“sistema según tipo de conexión a tierra”).
Los símbolos utilizados en los esquemas para DPS TIPO I están previstos para
resaltar el requisito exclusivo para vías de chispas.
Todas las conexiones de conductores a DPS tipo 1 cumplen estrechamente la
DIN V VDE V 0100-534.
5
actualmente borrador DIN VDE 0100 Parte 534/A1
4.1 DPS TIPO I en sistemas TN-C
1 DPS TIPO I
2 Equipotencialidad del conductor de protección
3 Barra equipotencial principal
4a Conductor de tierra
4b Equipotencialidad de protección contra rayos
F1 Protección contra sobreintensidades – Acometida
F2 Protección contra sobreintensidades según el fabricante del DPS Tipo 1
(ver anotaciones sección 3.3)
RA Electrodo de tierras, pej. Toma de tierra de cimientos
RB Electrodo de tierras del transformador
4.2 DPS TIPO I en sistemas TN-C-S con circuito “4+0”
El cuarto DPS tipo 1 entre N y PE puede omitirse si el punto de instalación está
situado cerca del punto de distribución del conductor PEN en N y PE.
Una distancia hasta 0.5 m se puede considerar como “cerca”.
1 DPS TIPO I
2 Equipotencialidad del conductor de protección
3 Barra equipotencial principal
4a Conductor de tierra
4b Equipotencialidad de protección contra rayos
F1 Protección contra sobreintensidades – Acometida
F2 Protección contra sobreintensidades según el fabricante del DPS Tipo 1
(ver anotaciones sección 3.3)
RA Electrodo de tierras, pej. Toma de tierra de cimientos
RB Electrodo de tierras del transformador
4.3 DPSs Tipo 1 en sistemas TN-C-S en circuito “3+1”
1 DPS Tipo 1
1a DPS Tipo 1 con requerimientos especiales
2 Equipotencialidad del conductor de protección
3 Barra equipotencial principal
4a Conductor de tierra
4b Equipotencialidad de protección contra rayos
N Conductor de conexión a DPS 1 y DPS 1a
F1 Protección contra sobreintensidades – Acometida
F2 Protección contra sobreintensidades según el fabricante del DPS Tipo 1
(ver anotaciones sección 3.3)
RA Electrodo de tierras, pej. Toma de tierra de cimientos
RB Electrodo de tierras del transformador
4.4 PDS Tipo 1 en sistemas TT
1 DPS Tipo 1
1a DPS Tipo 1 con requerimientos especiales
3 Barra equipotencial principal
4a Conductor de tierra
Earthing conductor
4b Equipotencialidad de protección contra rayos
N Conductor de conexión a DPS 1 y DPS 1a
F1 Protección contra sobreintensidades – Acometida
F2 Protección contra sobreintensidades según el fabricante del DPS Tipo 1
(ver anotaciones sección 3.3)
RA Electrodo de tierras, pej. Toma de tierra de cimientos
RB Electrodo de tierras del transformador
5 Notas
En la sección 1:
Esta guía describe las posibilidades de uso de DPS TIPO 1 en instalaciones
eléctricas de edificios (acometida principal de distribución) aguas arriba de los
contadores de medida.
Las preguntas que surjan al aplicar la guía debe clarificarse entre los
proyectistas, constructora, clientes y mantenedores de la instalación eléctrica y
la compañía de distribución local.
Si se usan DPS TIPO 1 para acometidas eléctricas, estos estarán sujetos a las
disposiciones de la sección 3 de la presente guía. Independientemente de esta
guía, se permite desviarse de estas condiciones con el consentimiento de la
compañía suministradora local, si se requiere.
Los inspectores de la compañía suministradora pueden usar estos
requerimientos para comprobar su cumplimiento al revisar y dar de alta una
instalación.
Los DPS TIPO 1 también reciben el nombre de “descargadores de corriente de
rayo”. La función de estos dispositivos de protección es establecer una
conexión equipotencial entre los conductores activos y tierra ante una
sobretensión elevada producida por impactos directos o cercanos de rayo. Las
sobretensiones deben limitarse en el punto de instalación de los DPS a valores
de la respectiva categoría de sobretensiones asignada al equipo a proteger (ver
Tabla 1, página 13).El término “protector de sobretensiones” se usa en la
normativa nacional e internacional al describir con exactitud esta función.
El uso de DPS TIPO 1 aguas arriba de los contadores de medida en
instalaciones eléctricas (acometida eléctrica) no debe incrementar las fugas a
tierra durante la operación normal.
Los DPS TIPO 2 (previamente Clase C) y los DPS TIPO 3 (previamente Clase
D)se usan en instalaciones de cliente aguas debajo de los contadores (ver TAB
2000, item 12 párrafo 4).
No son capaces de conducir corrientes de rayo. En combinación con DPS TIPO
1, reducen gradualmente las sobretensiones a valores no críticos para el
equipo final.
Sin embargo, esto requiere una coordinación entre los DPS. Los fabricantes de
DPS deben proporcionar los datos suficientes para este propósito.
La tabla 1 muestra un resumen de los requerimientos de las diferentes
normativas respecto a DPS Tipo 1, DPS Tipo 2 y DPS Tipo 3.
Aplicación
- Equipotencialidad
contra rayos
- Descarga de
corrientes de rayo y
corrientes parciales de
rayo
-Protección contra
sobretensiones según
DIN VDE 0100-443
Protección contra
sobretensiones para
equipos finales
E DIN VDE 0675-6,
E DIN VDE 06756/A1,
E DIN VDE 06756/A2
DIN EN
61643-11
Categoría de
sobretensiones según
DIN VDE 0110-1
B
DPS Tipo 1
IV
C
DPS Tipo 2
III
D
DPS Tipo 3
II
Tabla 1: Clasificación de DPS
En la sección 2:
La elección e instalación de PDS tiene que realizarse según DIN V VDE V
0100-534. Se recomienda a los diseñadores/constructores de “instalaciones
electricas con PDSs” a utilizar esta pre-norma hasta la aparición de una
normativa Europea (CENELEC-HD 60364-534).
En las secciones 3.1 y 3.2:
Cuando se elijan DPS Tipo 1, se deben considerar las siguientes
características:
• la tensión asignada en función de la tensión del sistema,
• la capacidad de descarga según el nivel de protección (nivel de riesgo),
• tiempo de respuesta ante el impulso inicial = 10/350 µs (ver DIN V VDE V
0185-1,
Tabla B.1),
• la capacidad de apagado de la corriente consecutiva a 50 Hz
Estas características deben ser proporcionadas por los fabricantes de DPS.
.
La pre-norma DIN V VDE V 0100-534 proporciona información relevante en la
sección 534.3.
Sección 3.3
La corriente consecutiva (corriente de cortocircuito) que se produce tras el
funcionamiento de los DPS TIPO I, que se instalan entre las fases y tierra, tiene
que ser desconectada por el propio descargador o por dispositivos de
protección de sobreintensidades aguas arriba. Cuando se utilicen estos últimos,
tiene que ser tenida en cuenta la información aportada por el fabricante de los
protectores.
Hay que tomar en consideración que los dispositivos de protección contra
sobreintensidades, siendo dispositivos de protección contra cortocircuitos,
aseguran no sólo la protección de los DPS sino también la de los cables que se
conectan a los mismos. Para ello, se ha de valorar adecuadamente la sección
de estos cables, de forma que se garantice la correcta protección de
cortocircuito, de acuerdo a la DIN VDE 0100-430.
Se puede renunciar a los dispositivos de protección contra sobreintensidades si
la intensidad nominal del fusible (F1) es igual o menor que la corriente nominal
del fusible previo al DPS TIPO I que indica el fabricante.
Los modernos DPS TIPO I tienen capacidad de limitación de la corriente
consecutiva. Esto permite garantizar la selectividad de cortocircuito del cuadro
principal de distribución para dispositivos de protección contra
sobreintensidades con menor intensidad de corriente nominal.
Sección 3.4
La norma DIN V VDE 0185 define cuatro niveles de protección. La eficacia de
un sistema de protección contra el rayo disminuye desde el nivel de protección
I hasta el IV. El nivel de protección adecuado para cada edificio se tiene que
elegir en función de un análisis de riesgo. La DIN V VDE V 0185-2 da más
información al respecto. Si no se puede realizar un análisis de riesgo, se
considerará el nivel de protección I.
Cuadro: - Nivel de protección de acuerdo a la la norma DIN V VDE V 0185
- Capacidad de derivación de la corriente de rayo
- En redes TN, TT (L-N), y en sistemas TT y TN-S (N-PE)
- M: número de conductores, ej. …
- Tabla 2: capacidad de derivación de corriente de rayo para DPS
tipo I de acuerdo a la norma DIN V VDE V 0100 apartado 534,
sección 5344.3.2.1
Secciones 3.5 y 3.7
No está permitida la utilización de DPS TIPO I basados únicamente en la
tecnología de varistores aguas arriba de los contadores de la instalación
eléctrica de los edificios (acometida principal), debido a que el envejecimiento
de sus componentes (de los varistores) origina el incremento de la corriente de
descarga. Esto también se aplica a los descargadores con una vía de chispas y
un varistor conectados en paralelo.
En caso de duda, el fabricante del dispositivo de protección tendrá que probar,
mediante la certificación de un laboratorio independiente, que el equipo en
cuestión es un DPS basado en la tecnología de varistores.
La industria ofrece DPS TIPO I encapsulados y que no se agotan en caso de
descarga. Estos equipos se pueden utilizar sin cajas de protección especiales,
si la especificación del producto lo permite. En ese caso, el descargador se
puede instalar en los cuadros principales de distribución, o en la borna final del
contador de una vivienda, de acuerdo con la DIN 43870.
Se requiere el uso de cajas especiales para los DPS TIPO I y sus respectivos
dispositivos de protección contra sobreintensidad si se utilizan DPS TIPO I que
se agotan con una descarga. La caja ha de diseñarse de forma que los gases
ionizados por el arco eléctrico no accedan a otras partes de la instalación, p.e.
el cuadro principal de distribución, el contador, etc. Se requiere un elemento de
separación adecuado entre el DPS y los otros equipos de la instalación.
Además, la caja ha de ser diseñada para que la presión generada por los
gases en la descarga del DPS TIPO I no provoque la ruptura o apertura de la
tapa, de forma que los distintos equipos conectados no puedan entrar en
contacto.
Los fabricantes de DPS TIPO I han de especificar cajas adecuadas, que hayan
sido probadas para estas cargas. La especificación de la caja vacía no es
suficiente, ya que el aislamiento se verá afectado por el incremento de presión.
Además hay que tener en cuenta que los dispositivos de protección contra
sobrecorriente que se requieran irán en la misma caja.
Las cajas que reúnen estas condiciones tienen un grado de protección IP 54, y
cumplen los requisitos de protección y aislamiento.
Sección 3.6
Según las condiciones técnicas de instalación para redes de baja tensión, el
suministro principal de corriente ha de ser diseñado para una corriente mínima
de cortocircuito de 25 kA. Éste se basa en un fusible con una intensidad
nominal de corriente de 315 A y de clase gL/gG. Esto corresponde al valor de
corriente consecutiva al que está sometido un descargador tipo I en una
acometida principal.
Si se usan fusibles con una mayor intensidad nominal de corriente o con varios
conectores, las corrientes de cortocircuito y la intensidad de la corriente
consecutiva que se producirán han de ser calculadas individualmente. A este
fin, operador de la red de distribución local deberá proporcionar la información
necesaria.