Seguridad Eléctrica - Schneider Electric

Seguridad Eléctrica
Juan Carlos Orjuela
Hay que meter lo de arco interno en media y
baja tensión.
El RETIE
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Objeto
El objeto fundamental de este Reglamento es establecer medidas que garanticen la
seguridad de las personas, de la vida animal y vegetal y la preservación del medio ambiente;
previniendo, minimizando o eliminando los riesgos de origen eléctrico.
Objetivos específicos: (Se citan los que van a ser abordados en esta presentación)
-Fijar las condiciones para evitar accidentes por contactos eléctricos directos e indirectos.
-Establecer las condiciones para prevenir incendios causados por la electricidad.
-Establecer las condiciones para evitar daños debidos a sobrecorrientes y sobretensiones.
-Unificar las características esenciales de seguridad de productos eléctricos de más
utilización , para asegurar mayor confiabilidad en su funcionamiento.
-Establecer claramente las responsabilidades que deben cumplir los diseñadores,
constructores, interventores, operadores, inspectores, propietarios y usuarios de
instalaciones eléctricas, además de los fabricantes, distribuidores o importadores de
materiales o equipos y las personas jurídicas relacionadas con la generación, transporte,
distribución y comercialización de electricidad.
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Objeto
-Unificar las características esenciales de seguridad para los productos eléctricos de mayor
utilización, con el fin de asegurar la mayor confiabilidad en su funcionamiento.
-Prevenir los actos que puedan inducir a error a los usuarios, tales como la utilización o
difusión de indicaciones incorrectas o falsas o la omisión de datos verdaderos que no
cumplen las exigencias del presente Reglamento.
-Exigir confiabilidad y compatibilidad de los productos y equipos eléctricos
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Capítulo I : Disposiciones generales
Artículo 2: Campo de Aplicación
Instalaciones eléctricas nuevas:
Todas aquellas que entren en operación con posterioridad a la fecha de entrada
en vigencia del RETIE.
Ampliaciones:
Para ampliaciones de carga por más del 50 % de la capacidad instalada.
Remodelaciones:
Para cambios equivalentes por lo menos al 80 % de los equipos instalados.
Excepciones:
Todas aquellas instalaciones con licencia de construcción aprobada antes de la
entrada en vigencia del reglamento o con factibilidad aprobada por el OR en las
mismas condiciones.
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Capítulo II : Requisitos técnicos esenciales
Artículo 2: Requisitos técnicos esenciales
-La competencia para realizar dichas actividades corresponderá a las personas
calificadas ,tales como ingenieros electricistas, electromecánicos, de distribución
de redes eléctricas, tecnólogos en electricidad , tecnólogos en electromecánica o
técnicos electricistas , teniendo en cuenta las leyes y las normas reglamentarias
que regulan estas profesiones.
-Para toda instalación eléctrica cubierta por este reglamento será obligatorio que
actividades tales como las de diseño , construcción, supervisión , recepción ,
operación , mantenimiento e inspección sean realizadas por personal calificado
con matrícula profesional vigente que lo autorice para ejercer dicha actividad.
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Capítulo IX : Disposiciones transitorias
Artículo 45: Disposiciones Transitorias
1-El certificado de conformidad de productos se exigirá seis meses después
de la entrada en vigencia del reglamento (O sea a partir de noviembre 1 de
2005), excepto aquellos que se encuentren aún cobijados por Las
disposiciones transitorias.
2-Certificado de conformidad de instalaciones:
Para instalaciones básicas menores a 10 KVA que no se encuentren en
edificios multifamiliares o en construcciones con más de 5 subscriptores o con
más de 5 sistemas de medida individual, durante el periodo de transitoriedad
(36 meses a partir del 2005) se deberá realizar una declaración escrita y
suscrita por el instalador eléctrico y el propietario de la misma , en donde
conste que la obra cumple con lo dispuesto por este reglamento.
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Capítulo IX : Disposiciones transitorias
Artículo 45: Disposiciones Transitorias
Las demás instalaciones de uso final deberán ser certificadas por una de las
empresas habilitadas por las SIC para tal fín a partir del mes de abril del 2007.
-El OR deberá garantizar el procedimiento de condiciones de conexión ,
establecido por la CREG 070, o aquellas normas o resoluciones que la
modifiquen, y que entre otras obliga a los usuarios a :
-Cumplir con el contenido de armónicos estipulado en la IEEE 519/92 , informar
sobre la conexión de condensadores e inductancias en MT, cumplir con el factor
de potencia establecido en la CREG 108/97, usar protecciones adaptadas a la
carga que garanticen confiabilidad, seguridad, selectividad y rapidez de
desconexión ,etc.
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Capítulo IX : Disposiciones transitorias
La superintendencia de industria y comercio ha acreditado cinco organismos de
inspección de instalaciones eléctricas, para el proceso de uso final de electricidad.
ECA, Interventorías y consultorías de Colombia S.A.
MTE, Medidores-Técnica-Equipos S.A.
EINCE Ltda.
S.G.S. Colombia S.A.- División de Servicios Industriales
Corporación Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico- CIDET
Reticertificamos S.A.
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Capítulo IX : Disposiciones transitorias
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Capítulo IX : Disposiciones transitorias
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Capítulo X :Certificación
1.Certificación de conformidad de productos: “Los materiales, aparatos, máquinas, conjuntos y
subconjuntos, a ser utilizados en las instalaciones eléctricas en colombia, a los que se refiere
este reglamento técnico, deben cumplir los requisitos del presente reglamento que les sean de
aplicación y demostrarlo a través del certificado de conformidad de que trata el presente capitulo,
previo a su comercialización.”
Productos que deben poseer certificación de cumplimiento con el RETIE al perímetro Schneider :
•Clavijas eléctricas para uso general
•Dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias para menos de 1000 V
•Interruptores automáticos para tensión <= a 260V y capacidad <= a 30 A.
•Interruptores automáticos para tensión <= a 260V y capacidad >= a 30 A.
•Interruptores manuales de baja tensión
•Tomacorrientes para uso general
•Tableros eléctricos para tensiones <= a 1000 V
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Capítulo XII : Responsabilidades y sanciones
“En razón al comprobado alto riesgo de la electricidad, el RETIE indica
como responsables, y por consiguiente sujetos al régimen sancionatorio por
deficiencias en las instalaciones domiciliarias, a los siguientes agentes:
Empresas de energía.
Diseñadores, constructores e interventores de las instalaciones.
Organismos de certificación de productos.
Organismos de certificación de instalaciones.
Fabricantes, comercializadores e importadores de productos eléctricos, en
cuanto a las deficiencias en los productos utilizados en las instalaciones
(Ley 73 de 1981 y 446 de 1998).
Usuarios.
Profesionales, tecnólogos y técnicos. .... “
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Procesos
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Capítulo V : Proceso de transformación
Artículo 30º. Disposiciones Generales
El tiempo máximo de despeje de falla de la protección principal
en el sistema eléctrico de los distribuidores, grandes
consumidores y transportador, desde el inicio de la falla hasta la
extinción del arco en el interruptor de potencia, no debe ser
mayor que 150 milisegundos.
Artículo 31º. Salas de Operaciones, Mando y Control
- Equipo eléctrico: Todo el equipo fijo debe ser soportado y
asegurado.
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Capítulo VI : Proceso de distribución
Artículo 38º. Reglas Básicas de Trabajo
7. Subestaciones de media tensión tipo interior
Para la seguridad de las personas y de los animales, se establecen
los siguientes requisitos, adoptados de la norma IEC 60298, para las
subestaciones de distribución tipo interior:
-El encerramiento de cada unidad funcional deberá ser conectado al
conductor de tierra de protección.
-Con el fín de realizar las labores de mantenimiento en las
subestaciones con plena seguridad para el personal encargado, es
imprescindible que el sistema permita poner a tierra las partes vivas
con el fín de ejecutar una maniobra plenamente confiable.
-Al realizar labores de mantenimiento la posición de los elementos que
realicen la puesta a tierra de la celda deben estar claramente
identificados a través de un elemento que indique visualmente la
maniobra de puesta a tierra de equipo.
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Capítulo VI : Proceso de distribución
-Para prevenir accidentes por arcos internos, se deben cumplir los
siguientes criterios:
1.Las celdas deben permitir controlar los efectos de un arco
(sobrepresión, esfuerzos mecánicos y térmicos), evacuando los
gases hacia arriba, hacia los costados, hacia atrás o 2 metros por
encima del frente.
2.Las puertas y tapas deben tener un seguro para permanecer
cerradas.
3.Las piezas susceptibles de desprenderse (ej.: chapas, aislantes,
etc.), deben estar firmemente aseguradas.
4.Cuando se presente un arco, no debe perforar partes externas
accesibles, ni debe presentarse quemadura de los indicadores por
gases calientes.
5.Conexiones efectivas en el sistema de puesta a tierra.
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Capítulo VI : Proceso de distribución
-Las
cubiertas y puertas no deben permitir el acceso a personal no
calificado, al lugar donde se alojan los barrajes energizados; en el caso
en el que sean removibles se debe garantizar que no se puedan retirar
mientras el sistema opere en condiciones normales mediante la
implementación de cerraduras o enclavamientos, en el caso en que
sean fijas, no se puedan retirar sin la ayuda de herramientas
manejadas por personal calificado que conoce el funcionamiento de las
subestaciones.
-Para el caso de equipos del tipo extraíble, los enclavamientos deben
asegurar que las siguientes operaciones no sean posibles de realizar:
*Extracción del interruptor de protección a menos que esté en posición
abierto.
*Operación del interruptor, a menos que este se encuentre en servicio,
desconectado, extraído o puesto a tierra.
*Cerrar el interruptor, a menos que esté conectado al circuito auxiliar o
diseñado para abrir automáticamente sin el uso de un circuito auxiliar.
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Capítulo VI : Proceso de distribución
-Para el caso de equipos fijos estos deben poseer los enclavamientos
necesarios para evitar maniobras erróneas.
-Debe haber una indicación ligada directamente a la posición de los
contactos de los elementos de interrupción y seccionamiento.
Pueden ser mímicos que muestren el estado real de la operación que
se está ejecutando con el fin de entender la operación y garantizar el
estado del sistema por alguna persona ajena a la subestación.
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Capitulo VII: Requisitos específicos para el proceso de
utilización
Artículo 40: Requisitos de Instalaciones para Uso Final de la Electricidad
“ Debido a que el contenido de la NTC 2050 del 25 de noviembre de
1998, que esta basada en la norma técnica NFPA 70, en caja dentro
del enfoque que deben tener los reglamentos técnicos y
considerando que tiene plena aplicación en el proceso de utilización
de la energía eléctrica, se declaran de obligatorio cumplimiento, los
primeros siete capítulos de la norma NTC 2050 del 25 de noviembre
de 1998 ( Código Eléctrico Colombiano )
Lineamientos generales para instalaciones domiciliarias
“ Los sistemas de protección de las instalaciones para baja tensión ,
impedirán los efectos de sobrecorrientes y sobretensiones y
resguardarán a sus usuarios de los contactos directos y anularán los
efectos de los indirectos.”
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Fallas eléctricas
cortocircuitos
sobrecargas
corrientes de fuga
sobretensiones transitorias
Falla mecánica con serias implicaciones eléctricas
Conexiones flojas.
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Riesgos asociados al cortocircuito y la sobrecarga
Cortocircuito y Sobrecarga
Causas :
Unión directa de dos conductores con diferente potencial
Conexiones flojas o cargas trabajando por encima
de su corriente nominal
Consecuencias :
Incendios.
Daño de los cables.
Destrucción de los receptores.
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Solución: Interruptores termomagnéticos
Estructura de Distribución BT
Nivel 1
Llegada
General LV
Switchboard
Nivel 2
Alimentadores
Distribution
Switchboard
or
motor
control
Nivel 3
Distribución de
Potencia
Final
switchboards
E62649
Nivel 4
Distribución
Terminal
Loads
-Evitar los puntos calientes y cargas funcionando encima de la corriente nominal.
-Seleccionar y calibrar adecuadamente los interruptores (Según el punto de la
instalación, tipo de carga , adecuados para brindar altos niveles de selectividad ,
altamente limitadores de corriente y con aptitud para el seccionamiento )
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Riesgos asociados a las corrientes de fuga
Corrientes de Fuga
Causas :
Deterioro de los aislantes de partes conductoras.
Corrientes superficiales (humedad, polvo ).
Contactos directos o indirectos accidentales.
Consecuencias :
Electrocución de las personas
Incendios.
Destrucción de los receptores.
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Riesgo de electrocución
Límites fisiológicos (corriente, duración)
Tipo de contacto (directo, indirecto)
Modo de puesta a tierra (regímenes de neutro)
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Riesgo de electrocución
Riesgos de electrocución:
Los efectos fisiopatológicos de la corriente eléctrica en las personas
(tetanización, quemaduras externas, internas, fibrilación ventricular
y paro cardiaco) dependen de diferentes factores: las características
fisiológicas del ser humano afectado, el entorno (húmedo o seco,
por ejemplo) y también las características de la corriente que
atraviesa el cuerpo.
Los daños sufridos por las personas que son atravesadas por una
corriente eléctrica dependen esencialmente de su intensidad y del
tiempo de paso. Esta corriente depende de la tensión de contacto
que se aplica sobre la persona ,así como de la resistencia que
encuentra durante su recorrido a través del cuerpo humano.
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Riesgo de electrocución
Sensación de
hormigueo
< 2 mA
Contracción muscular
Asfixia (diafragma)
< 10 mA
20 a 30 mA
Fibrilación ventricular
Riesgo de quemadura
Tiempos altos de exposición
De 5 a 10 seg.
~
= 85 mA
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Riesgo de electrocución
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Riesgo de electrocución
Tensión límite de seguridad definida por el RETIE (UI)
Según las condiciones del entorno, particularmente en presencia
o no de agua, la tensión limite de seguridad Ul es en alterna de:
50 V para zonas secos
24 V para zonas húmedas
12 V para zonas mojadas (por ejemplo obras en el exterior)
Para valores por debajo de las anteriores tensiones no se
requiere ninguna protección contra riesgos de electrocución.
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Riesgo de electrocución
Contacto Directo
Este tipo de situación se produce cuando una persona entra en contacto
directamente con elementos normalmente en tensión, son peligrosos para
tensiones de contacto superiores a Ul y las principales protecciones a
considerar son el distanciamiento y el aislamiento. Sin embargo y debido a
que la gran mayoría de la gente convive con la electricidad sin ser
personal calificado para el manejo de la misma , se recomienda el uso
de protecciones diferenciales con umbral de funcionamiento menor o
igual a 30 mA como protección complementaria para evitar los riesgos de
electrocución.
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Soluciones asociadas a los contactos directos
El RETIE aconseja:
-Alejamiento de las partes bajo tensión.
-Colocación de obstáculos que impidan el acceso a las zonas energizadas.
-Equipos de protección contra corrientes de fuga.
-Empleo de muy baja tensión (<= 50 V para áreas secas , <= 24 V para áreas húmedas.
-Dispositivos de corte automático de la alimentación.
-Empleo de circuitos aislados galvanicamente , con transformadores de seguridad.
-Conexiones equipotenciales.
-Sistemas de puesta a tierra
-Regimenes de conexión a tierra , que protejan a las personas frente a las corrientes de
fuga.
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Solución: Barreras físicas
Panel de tomas
CCM
Tablero de distribución
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Solución: Protección diferencial <=30 mA
Si no se pueden obtener barreras físicas, se debe instalar protección diferencial.
+
dispa
ro
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Solución: Protección diferencial <=30 mA + Barreras físicas
E56898
Tipos de protección diferencial
Tipo residual:
Realiza la suma vectorial de
corrientes en los secundarios
de los Ct’s.
L1
L2
L3
L1
L2
L3
N
Tipo Secuencia cero (ZS):
Para detectar bajas corrientes
Mediante la suma vectorial de
Corrientes en el primario del
CT
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E56900
Tipo SGR:
Sensor ubicado en la unión
de neutro y tierra
E56899
N
L1
L2
L3
N
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Solución: Protección diferencial <=30 mA + Barreras físicas
ID 2P
C60N
Vigi
25 A
63 A
+
Residual
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ITM + Vigi
ITM + Vigi
Relé + toroide
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Riesgo de electrocución
SISTEMA TNS (Neutro conectado a tierra y masa conectada a la misma tierra)
“Solo se aceptan como
regimenes de conexión del
neutro en baja tensión, el de
conexión sólida o el de
impedancia limitadora.”
“En
toda
instalación
domiciliaria
interna,
el
conductor
neutro
y
el
conductor de puesta a tierra de
un circuito , deben ir aislados
entre sí, y solo deben unirse
con un puente equipotencial
en el origen de la instalación y
antes de los dispositivos de
corte, dicho puente debe
ubicarse lo más cerca posible
de la acometida o de el
transformador.”
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Riesgo de electrocución
CONTACTOS INDIRECTOS :
Cuando se produce un contacto con una masa puesta accidentalmente en
tensión, el umbral de peligro viene determinado por la tensión límite de
seguridad Ul. Para que no exista peligro cuando la tensión de red es
superior a Ul, la tensión de contacto Uc debe ser inferior a Ul.
Protección contra contactos indirectos en sistema TNS:
En este sistema la intensidad del defecto producida por una falla a tierra es
por lo general lo bastante fuerte para garantizar el disparo magnético del
interruptor automático, pero esto debe comprobarse siempre mediante
cálculos de la corriente de falla en el bucle de defecto pues para grandes
longitudes de cable puede que el umbral de la protección magnética sea
muy alto para detectar esta corriente. Si la corriente de disparo magnética
del interruptor (Im) es superior a la corriente de defecto (Id), deben usarse
protecciones diferenciales.
Una forma de evitar hacer los cálculos anteriores es la de instalar
protecciones diferenciales por defecto en cada uno de los circuitos ramales
en donde las tensiones de contacto Uc, sean tensiones peligrosas Uc > Ul.
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Riesgo de electrocución
Cálculos en sistema TNS
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Soluciones asociadas a los contactos indirectos
Protecciones Termomagnéticas
Compact
Masterpact
Multi 9
Protecciones Diferenciales
ID 2P
Residual
C60N
Vigi
25 A
63 A
+
ITM + Vigi
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ITM + Vigi
Relé + toroide
ITA con opción
Residual, ZS o SGR
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Riesgo de incendio
Riesgo de incendio:
El defecto más habitual es aquel que es causado por el deterioro de los
aislamientos de los cables de la instalación, debido entre otras a estas causas:
Ruptura brusca y accidental del aislamiento del conductor.
Envejecimiento y ruptura final del aislamiento del conductor.
Cables mal dimensionados, sometidos periódicamente a sobrecargas de corriente
que recalientan excesivamente los cables en los que se acelera su proceso de
envejecimiento.
Cortocircuitos.
Una corriente de fuga a tierra superior tan sólo a 300 mA, superpuesta a la corriente
normal del cable, puede efectivamente generar una sobreintensidad suficiente para
que el aislante justo en el punto donde se produce la fuga se caliente, se vaya
fundiendo dejando poco a poco el conductor desnudo hasta provocar un accidente:
la corriente de fuga que atraviesa el aislante deteriorado crea un arco eléctrico cuyo
calor intenso inflama al aislante, y a cualquier material inflamable en contacto con el
mismo, provocando así un incendio. ...
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Riesgo de incendio
300 mA bastan para iniciar un fuego
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Soluciones asociadas a los riesgos de incendio
La NTC 2050 exige la protección diferencial contra riesgos de incendio bajo las
siguientes condiciones:
-Sistemas solidamente aterrizados.
-Tensión fase neutro >= 150 V y <= 600 V
-Para protecciones con I nominal >= 1000 Amp
-La protección debe ser calibrada máximo a 1200 Amp, pero se recomiendan
umbrales entre 300 y 400 Amp.
-Para fallas a tierra de más de 3000 Amp el disparo debe ser menor a 1 seg.
Tomar al pie de la letra la NTC 2050 puede ser peligroso pues una corriente de
defecto puede generar la salida de toda la instalación , por tal razón se recomienda
proteger los circuitos ramales prioritarios de acuerdo con las siguientes premisas:
-Umbrales de calibración: 300 mA
-Se deberá garantizar la coordinación de las protecciones con ajustes en tiempo y
corriente adecuados a nivel vertical de manera que podamos saber el sitio de origen
de la falla y restituir el servicio de energía lo más pronto posible, en ese punto de la
instalación.
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Soluciones asociadas a los riesgos de incendio
Protecciones Diferenciales
ID 2P
C60N
Vigi
25 A
63 A
+
Residual
ITM + Vigi
ITM + Vigi
Relé + toroide
ITA con opción
Residual o SGR
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Riesgo de destrucción de los receptores
El aislamiento de los receptores pueden dañarse debido a:
- Calor generado por el propio funcionamiento del aparato.
- Sobrecargas periódicas o ocasionales a las que puede estar sometido.
- Agresiones del entorno donde está funcionando el aparato.
- Desgaste del material y pérdidas de estanqueidad en los receptores.
En el sistema TNS, los defectos de aislamiento son el origen de fuertes corrientes
de defecto equivalentes a las corrientes de cortocircuito. El paso de estas
corrientes tiene como consecuencia importantes daños, como por ejemplo el daño
total del circuito magnético de un motor, lo que conduce a la necesidad de
cambiar el motor en lugar de ser rebobinado. Estos daños pueden ser
considerablemente limitados con la utilización de diferenciales instantáneos de
baja sensibilidad (3 A por ejemplo), que son capaces de reaccionar antes de que
la corriente alcance un valor importante.
Hay que resaltar que esta protección es tanto más importante a medida que
aumenta la tensión de servicio pues la energía disipada en el punto de defecto es
proporcional al cuadrado de la tensión.
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Soluciones asociadas al riesgo de daño de los receptores
PROTECCIONES DIFERENCIALES Y VIGILANTES DE AISLAMIENTO
ID
2P
C60N
Vigi
25 A
63 A
+
Residual
ITM + Vigi
ITM + Vigi
Relé + toroide
Vigilohm
-Las protecciones diferenciales podrán ser ajustadas según la
su valor de setting oscilará entre 3 y 30 Amp.
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carga y
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Sobretensiones transitorias
Causas :
Descargas atmosféricas
Conmutaciones en la Red.
Consecuencias :
Incendios.
Destrucción de los receptores.
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Los transitorios son picos de tensión seguidos de alta corriente con magnitud típica
de 20 kV y 10 kA, con duración de nano o micro segundos, de aparición aleatoria y
bipolar. Estos eventos de alta energía se conducen con la red eléctrica y dañan los
equipos mas sensibles de la instalación.
Transitorios Internos
Son aquellos generados dentro de la instalación eléctrica por el switcheo de
cargas capacitivas , inductivas o por la operación de equipos interrumpiendo altas
corrientes en media o baja tensión. Son los de mayor recurrencia pero con
magnitud pequeña que no dañan a los equipos de forma instantánea pues los
degrada con el tiempo y produce lo que se conoce como oxidación electrónica.
Son generados entre otras por:
•Arranque y paro de motores , generadores de rayos x ,compresores de
refrigeración, robots, soldadoras, bancos de condensadores automáticos ,
sistemas de bombeo, aires acondicionados , ventilación, calefacción , etc.
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
El Fenómeno y sus Causas
Sobretensiones originadas por
maniobras en la red
Conmutación de corrientes
inductivas
Conmutación de corrientes capacitivas
2000 V
Tensión
Interrupción de una gran corriente con un órgano
de corte
220 VCA
Tiempo en µs
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Transitorios Externos
Son los que se originan fuera de la instalación eléctrica, por ejemplo descargas
atmosféricas, fluctuaciones en la red de distribución, campos magnéticos, etc. Son los
menos frecuentes pero los de mayor potencia destructiva. Los factores que
incrementan el riesgo de transitorios externos son:
Regiones de alto nivel ceráunico (Alta incidencia de rayos) , cliente final de un
alimentador radial, estructuras altas en comparación con los vecinos y localización
rural o abierta entre otros.
Los “síntomas más visibles” de la existencia de transitorios y ruido de alta
frecuencia son los siguientes:
Alto nivel de equipo dañado, PLC’s en las líneas de producción quemados, memorias
borradas o con funcionamiento erróneo, tarjetas electrónicas y conmutadores
telefónicos quemados con frecuencia, caídas de enlaces de comunicación por
saturación del ancho de banda, discos duros aterrizados o con defectos, monitores
quemados, equipo digital operando erróneamente, sin razón aparente y normalmente
atribuyendo la causa a problemas de software, falla de fase (la cual daña la tarjeta de
filtrado) o falla de sobretensión en las barras colectoras de corriente directa en los
variadores de velocidad.
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
EL FENOMENO Y SUS CAUSAS
7000 V
Sobretensiones
Atmosféricas
Tensión
La intensidad de los rayos
en Colombia es de más de
45 kA con una probabilidad
del 50 %.Sin embargo
frecuentemente se detectan
rayos que descargan más
de 200 kA.
220 VCA
Tiempo en µs
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Sobretensiones Transitorias de Origen Atmosférico
U
BT
U
P1
N
P1
Sobretensiones
inducidas
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P2
P1
Sobretensiones
conducidas
P1
Sobretensiones debidas al
aumento del potencial de
tierra
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Sobretensiones Transitorias en Modo Común
Receptor: p. ej. microondas
L
Sobretensión en modo común:
aparece entre las partes activas y la
tierra: fase / tierra o neutro / tierra.
Cuando la tensión supera el
“aguante” del aislamiento, se genera
el arco y el material se quema.
N
Peligrosas para aparatos donde la
masa está conectada a la tierra
Aislante
UMC
Toma de tierra
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Sobretensiones Transitoriales en Modo Diferencial
Receptor: p. ej. microondas
L
Sobretensión en modo diferencial:
UMD
aparece entre dos conductores activos:
fase / neutro o fase / fase.
N
Posible destrucción de materiales de tipo
informático y equipos electrónicos.
Aislante
Toma de tierra
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Capitulo II : Requisitos Técnicos Esenciales
Articulo 17 Requisitos de productos, numeral 6 (Dispositivos de protección contra
sobretensiones):
“En las redes de baja tensión o uso final, la necesidad de DPS dependerá de una
evaluación técnica objetiva del nivel de riesgo por sobretensiones transitorias a que pueda
estar sometida dicha instalación. Tal evaluación técnica, deberá tener en cuenta entre otros
factores, el uso de la instalación, la coordinación de aislamiento, la densidad de rayos a
tierra, las condiciones topográficas de la zona, las personas que podrían someterse a una
sobretensión y los equipos a proteger.”
Capitulo VII : Requisitos Específicos para el Proceso de utilización
Articulo 42 (Requisitos de protección contra rayos):
“A partir de la entrada en vigencia del presente reglamento técnico, en instalaciones donde
se tenga concentración de personas, tales como, viviendas multifamiliares, oficinas ,
hoteles, hospitales, centros educativos, centros comerciales, supermercados, parques de
diversión, industrias, prisiones o aeropuertos, deben cumplirse los requisitos aquí
establecidos para la protección contra rayos, adoptados de la NTC 4552, siempre y cuando
la evaluación de riesgo así lo determine. La protección se debe basar en un sistema integral
de protección, conducente a mitigar los riesgos asociados con la exposición directa o
indirecta a los rayos.”
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55
Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Requisitos de Producto
● Bajo ninguna condición los materiales constitutivos de la envolvente del DPS deben entrar en
ignición.
● Los parámetros básicos que debe cumplir un DPS de baja tensión y que deben estar a
disposición del usuario, en el equipo o en catálogo, son:
● Corriente nominal de descarga, que en ningún caso será menor a 5 kA por módulo, para
DPS instalados en el inicio de la red interna.
● Tensión nominal, según la red eléctrica en que se instalará.
● Máxima tensión de operación continua, que debe ser mayor o igual a 1,1 veces la tensión
máxima del sistema en régimen permanente.
● El nivel de protección en tensión, que debe ser menor que el nivel básico de aislamiento.
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Sistema Integral de Protección Contra Rayos Según NTC 4552
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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias
Evaluación del Nivel de Riesgo Según NTC 4552
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Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Limitadores de Sobretensión:
Los supresores de transitorios de voltaje TVSS son equipos que cortan
los impulsos de tensión y desvían la corriente del transitorio para evitar
que se produzca daño en las cargas.
Internamente,están conformados por discos de material cerámico
llamados varistores de óxidos metálicos (MOV’s) , por descargadores
de gas , o soluciones mixtas.
En condiciones de tensión nominal, los varistores son equipos pasivos
que no conducen corriente. Cuando se presenta el transitorio de
tensión, modifica su estructura molecular y se convierte en un camino
de baja impedancia que permite desviar la corriente transitoria a tierra ,
cortando además el pico de tensión protegiendo así la carga.
Después del transitorio se restablece la condición de alta impedancia y
el equipo queda listo para proteger ante un nuevo evento. Los MOV’s le
presentan a los transitorios una trayectoria de baja impedancia entre
línea y línea, entre línea y neutro, entre línea y tierra, mientras que
presentan una alta resistencia a la energía de 60Hz.
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Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Tecnología Varistor
Resistencia infinita en condiciones
normales de tensión
F
N
V
Resistencia ínfima al producirse una
sobretensión
•Tiempo de reacción rápido(10-9 s)
U (V)
Sobretensión
Varistor
Tiempo (µs)
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• Limita la sobretensión a una
tensión residual que será función
del varistor
•Corriente de fuga despreciable pero
que aumenta con un impulso de
tensión
• Envejecimiento con el tiempo, y
sucesivas descargas
60
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Tecnología de Descargador de Gas
F
N
Sobretensión
Descargador de Gas
Ionización del gas a 700 V
Derivación a tierra
U (V)
Sobretensión
Descargador
• Fuerte poder de disipación de
energía
• Corriente de fuga nula a tensiones
normales
•Tiempo de respuesta menos
rápido pues ha de ionizarse antes
de derivar
Tiempo
(µs)
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Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Nueva tecnología de Varistores + Descargadores
-Respuesta rápida a una onda
transitoria
-Limita la tensión residual a un
Varistores
valor inferior
-Disipación energética superior
Descargadores
-Envejecimiento limitado
- Protección en modo común y
diferencial
3P + N
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P+N
62
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LOS LIMITADORES
Tensión
residual ( V )
Up
Uc
Ic
( permanente )
In
( 20 veces )
Intensidad
que circula
por el PRD ( kA )
Imax
( 1 vez )
• Un: tensión nominal de utilización.
• Imax: intensidad máxima de descarga con una onda 8/20; el limitador es capaz de aguantarla una única vez.
• In: intensidad nominal de descarga ; el limitador es capaz de aguantarla hasta 20 veces.
• Up: nivel de protección; tensión residual en bornes del limitador cuando por él circula la intensidad nominal In.
• Uc: tensión máxima admisible en régimen permanente en bornes del limitador.
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63
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
NORMATIVA: IEC 61643-1
Norma aplicable para los dispositivos de protección contra las sobretensiones
Transitorias
Describe los ensayos de funcionamiento para los limitadores
CEI 61643-1
test clase 1
Ensayos realizados con una corriente
de choque máxima Iimp en onda 10/350 ms.
test clase 2
Ensayos realizados con una corriente
de descarga máxima Imax en onda 8/20 ms,
test clase 3
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Ensayos realizados con una onda combinada
( 1,2/50 ms - 8/20 ms )
64
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Protección en Cascada
Estrategia de protección en cascada
Nivel de protección basta: (Test clase I)
Nivel de protección media: (Test clase II)
Nivel de protección fina: (Test clase III)
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65
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Niveles de Exposición de Acuerdo con la IEEE C62.1 1991
Nivel C: Es el nivel de mayor exposición a transitorios externos, por lo general es el área de
acometida, alimentadores aéreos, subestaciones y tableros generales en baja tensión. Los
equipos colocados en este nivel deben ser de alta capacidad de supresión, ya que están
expuestos a transitorios destructivos, por lo general se utilizan equipos que van de 160kA a 480kA
de supresión. Es preferible también que el supresor de esta zona sea modular, porque al haber
mas transitorios externos es común que alguna fase se vea mas afectada que las otras.
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66
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
NIVELES DE EXPOSICION DE ACUERDO CON LA IEEE C62.1 1991
NIVEL B: Es el nivel de exposición media. Se cuenta con cableado y equipos
de distribución, así como nuevas fuentes de transitorios internos como
compresores, soldadoras, etc. Es el área de tableros subgenerales,
alimentadores, UPS, CCM, transformadores de alumbrado, así como las
cargas finales de gran potencia dentro de la instalación. El supresor instalado
en esta área es de construcción modular, aunque ya no de tan altas
capacidades de supresión, por lo general van de 120kA a 240kA.
NIVEL A: Es el nivel de exposición mas bajo. Son los tableros de distribución
terminales que alimentan a las cargas finales, también se encuentran los
circuitos derivados que alimentan cargas criticas como PLC’s, computadoras,
servidores, cargas criticas altamente electrónicas. En este nivel se cuida mas
el filtrado que la supresión debido a que si se cuenta con equipos supresores
en los niveles anteriores, el rizo del transitorio llega minimizado. En este punto
de la instalación, los supresores son del orden de 40 a 120kA .
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67
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
CUANDO REALIZAR EL CASCADING?
Cuadro primario
L1
L2
L3
N
PEN
L<50cm
Toma tierra del
neutro
Cuadro secundario
Interruptor auto.
magnetotérmico
Interruptor auto.
magnetotérmico
Receptor
Uchoc=1.2k
V
L>10 m
P1(3P+N)
Up=1.5kV
L>30 m
P2 (3P+N)
Up=1.2kV
Cuando la distancia entre el limitador y el receptor es superior a 30 m
Cuando los receptores son muy sensibles
Es necesaria una separación mínima de 10 m entre los dos limitadores
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68
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
PUNTO DE CONEXION
ICP
int. automático
general
Aguas abajo del interruptor
automático general
Aguas arriba del diferencial
diferencial
…...
.
int. automático
de desconexión
int. automáticos
PRD
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69
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
UNIFILAR DE CONEXION
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70
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
REGLA DE LOS 50 CMS
U1 = L1 di/dt
Up : característica del limitador de
sobretensiones transitorias
F
O -O F
F
O -O F
U3 = L3 di/dt
U1
O -O F F
O -O F
F
F
O -O F
O - O FF
Ucarga = U1 + Up + U3
UP
d1 + d2 + d3 < 50 cm
U3
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71
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
CONTINUIDAD DE SERVICIO
Intensidad de descarga > Imax
Se cortocircuita el varistor
55 kA
15 kA
15 kA
Imáx
Dispositivo de
desconexión
8 a 40 kA
65 kA
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Curva
Calibre
C
20 A
C
50 A
72
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
CONTINUIDAD DE SERVICIO
Por los varistores en tensión circula siempre una corriente débil ( < 0,1 mA ).
Esta corriente aumenta a cada descarga inferior a Imax.
Consecuencia: calentamiento y envejecimiento prematuro del Limitador.
Un sistema de desconexión pone fuera
de servicio el limitador antes de un
calentamiento máximo.
Este sistema está conectado a una
señalización visual y a distancia.
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Desconexión
térmica
Señalización a
distancia
Señalización
visual
73
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
ESQUEMA TIPICO DE UNA INSTALACION
generator
GE
transformer
Main switchboard
Building 1
NC 100
PRD65
50 cm
rule
Guard house
office building (4)
Production (3)
Main switchboard
building 2
C60
PRD65
10 m
rule
50 cm
rule
building 1
Sub distribution board
building 1
Sub distribution board
building 1
C60
PRD8
C60
50 cm
rule
PRD8
To building 4
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To guard house
74
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
COMO SELECCIONAR EL LIMITADOR MAS APROPIADO?
Para seleccionar el equipo más apropiado, se deben considerar los siguientes
aspectos:
1- Cuál es la probabilidad de caída de rayos?
-en función de la zona geográfica
-en función del entorno: rural o urbano
2- Como es la estructura del sitio a proteger y como la de los vecinos ?
3- Que tipo de red eléctrica se tiene ?( Aérea , subterránea )
4- Hay o no pararrayos ?
5- Cuales son lo receptores que queremos proteger ?
6- Cuál es el costo de los equipos ?
7- Cuál es el costo de inoperatividad del equipo?
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75
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
1.
Ubicación geográfica de la
aplicación.
Días de Tormentas al Año
Alto
30 ó más
Medio
15 a 30
Bajo
0 a 15
Nivel Isoceráunico
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Puntos
Alto
18
Medio
10
Bajo
2
76
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
2.
Ubicación respecto a otras
actividades.
Ambiente
Puntos
Rural
11
SubSub- Urbano
6
Urbano
1
Construcción
3.
Ubicación respecto a otras
construcciones.
El má
más Alto
11
Mediano
6
El mas Pequeñ
Pequeño
1
Acometida
4.
Tipo de Acometida
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Puntos
Puntos
Ultimo Cliente
11
Clientes Mú
Múltiples
6
Independiente
1
77
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
5.
6.
7.
Histórico de Disturbios
Importancia del Equipo que va a
ser Protegido
Costo de Reparación del Equipo
que se Daña
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Disturbios
Puntos
Frecuentes
11
Ocasionales
6
Escasos
1
Equipos
Puntos
Indispensable
19
Medios
11
Pueden Detenerse
3
Reparación
Puntos
Costosa
19
Moderada
11
Econó
Económica
3
78
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
IEEE
C 62.41
INDICE DE EXPOSICIÓ
EXPOSICIÓN CALCULADO
De 12 a 24
De 25 a 38
De 39 a 55
De 56 a 75
De 76 a 100
Categorí
Categoría C
120 kA
120 kA
160 kA
120 kA
240 kA
160 kA
320 kA
240 kA
480 kA
320 kA
Categorí
Categoría B
50 kA
36 kA
80 kA
50 kA
120 kA
80 kA
160 kA
120 kA
240 kA
160 kA
36 kA
50 kA
36 kA
80 kA
50 kA
120 kA
80kA
Categorí
Categoría A
Categoría de Aplicación según IEEE C 62.41
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79
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
NIVEL DE SOPORTABILIDAD DE LAS CARGAS
•Informática Profesional UMC (máx.) = 0.5 KV
•PC’s, módems, domótica UMC (máx.)= 1KV
•Aparatos electrónicos UMC (máx.) = 1.5 KV
•Electrodomésticos UMC (máx.) = 2.5 KV
•Equipos Industriales UMC (máx.) = 4 KV
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80
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
ALGUNOS CRITERIOS DE ELECCION
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81
Protección
Línea eléctrica
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
Protección Línea
de comunicación
Clase I, PRF1
PRC //
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Clase II, PRD
PRC serie
PRI
PRI
82
Protección
Línea eléctrica
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
XR
Multi 9 SPD
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LC
EMA Y EBA
Multi 9 SPD
HWA
83
Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias
SEÑALIZACION DE ESTADO
Contacto seco de
señalización a distancia de
fin de vida ( PRDr )
Auxiliares de
señalización a
distancia
Señalización del
estado del limitador (
PRD )
Cartuchos desenchufables
En servicio
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Fin de vida
Cambio de
del limitador
cartucho
recomendado
84
Make the most of your energy
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85