Fundamentos de la protección contra rayos y sobretensiones

Transcripción

1 Contenido Prevenir es mejor que curar.2 Que son las sobretensiones?.4 Cómo aparecen las sobretensiones?.5 Cómo funciona la protección contra sobretensiones?.8 Sistema de protección de sobretensión.9 Clasificación y zonas de protección.11 Tipos de protección.12 Directrices SEV Disposición de red.14 Circuito 3+1: solución universal.16 Instrucciones generales para la instalación.18 Requisitos para la instalación de protectores de sobretensión.21 Textos para licitaciones.25 Edificios de oficinas con protección contra sobretensiones.26 Edificios industriales con protección contra sobretensiones.27 Componentes para la protección de sobretensión.28 Criterios de comprobación.31 Compatibilidad electromagnética.32 Preguntas y respuestas sobre protección contra sobretensiones.34 Glosario.38 Normas y directrices específicas de cada país.44 Índice de normas y reglamentos

2 Prevenir es mejor que curar Prevenir es mejor que curar Causa de la sobretensión DIN V ENV Las medidas de protección se describen en DIN VDE E DIN VDE 0100 parte 443 La instalación de dispositivos de protección está descrita en DIN V VDE V : Descarga directa de rayos X X X Caída lejana de rayos X X X Campos de rayos X X Conmutaciones X X No es aplicable solamente a las personas, sino también a la salud de los componentes eléctricos y electrónicos y instalaciones. Si se piensa en términos económicos, se ha de invertir en protección contra sobretensiones. La inversión no sólo consiste en evitar que una pieza rota pueda ocasionar daños. La inactividad de una instalación de producción debido al fallo de un control o al colapso de la transmisión industrial de datos puede salir muy cara. Aparte de los considerables gastos derivados de eliminar la perturbación o de realizar la reparación, el tiempo de inactividad también resulta costoso. Además, de esta forma también se reduce el tiempo medio entre fallos (mean time between failure vida útil de los componentes). El riesgo por sobretensiones es considerable. No sólo lo demuestran las estadísticas sobre daños de las compañías aseguradoras. En general, todos los equipos eléctricos corren el riesgo de sufrir sobretensiones: desde el conmutador de alta tensión ubicado al aire libre hasta los componentes electrónicos más pequeños. Dentro del sector de la baja tensión, la alimentación de tensión, los sistemas IMC (Instrumentación, Medición, Control), las telecomunicaciones y la transmisión de datos son campos que se ven especialmente afectados por este. Por esta razón, en la protección contra también se habla de sistemas de protección. Solo un sistema integral puede ofrecer una protección eficaz para todos los componentes (energía, señales y datos). eidmüller ofrece la perfecta protección contra las sobretensiones en todos estos ámbitos de aplicación. El aspecto de la protección contra sobretensiones ha ganado relevancia de forma muy significativa; por una parte, los componentes eléctricos y electrónicos se hacen cada vez más pequeños y, por otra parte, asistimos a una imparable automatización en el sector industrial e incluso en la electrónica de consumo. Las distancias de seguridad del aislamiento se reducen y, a su vez, también disminuyen los límites de tolerancia. Los circuitos electrónicos trabajan con pequeñas tensiones de escasos voltios y, con ello, se exponen al peligro de sufrir sobretensiones de tan sólo 100 voltios. Incluso los legisladores han reconocido la importancia de la protección contra sobretensiones. En la ley sobre compatibilidad electromagnética de equipos se han fijado los diseños correctos de EMC para equipos eléctricos y electrónicos. La protección contra sobretensiones se ha convertido en parte fundamental de la reglamentación EMC. Las medidas necesarias para obtener esta protección están establecidas en distintas normas IEC/VDE y pueden contribuir a la obtención del marcado CE de conformidad

3 Prevenir es mejor que curar Para garantizar la seguridad de los consumidores, distintas normas de producto conforman un instrumento que sirve para asegurar un estándar internacional. Las normas IEC e IEC regulan la protección de energía y la norma IEC la protección IMC. Todas ellas marcan las reglas aplicables en los componentes de protección contra sobretensiones para los fabricantes de todo el mundo. La normativa ofrece la ayuda necesaria a los usuarios. La norma IEC es aplicable a la instalación de componentes de protección de la alimentación eléctrica y la norma IEC , a la protección IMC. A un nivel superior, la norma IEC es válida para todas las aplicaciones con protección contra. Esta norma aborda todos los parámetros: análisis de riesgos y sistemas de protección pararrayos exterior e interior. El aspecto de la protección contra sobretensiones es bastante complejo y requiere conocimiento especializado. Por ello, en este catálogo se expone alguna información que puede resultar de ayuda. Para cuestiones más complejas, pueden ponerse en contacto con nosotros. No dude en contactarnos

4 Que son las sobretensiones? Que son las sobretensiones? Las sobretensiones son tensiones extremadamente altas con muy abruptos flancos de subida en el rango µs que interfieren en el aislamiento y el funcionamiento de los componentes eléctricos y electrónicos o que incluso pueden llegar a destruirlos. Todo elemento eléctrico está provisto de un aislamiento, para separarlo de la tensión eléctrica contra tierra o de otras piezas conductoras de tensión. La resistencia del aislamiento depende de la tensión nominal y del tipo de elemento eléctrico, según lo establecido en la normativa IEC/VDE. Se comprueba con las tensiones prescritas durante un periodo de tiempo prefijado. Si se sobrepasa esta tensión de prueba durante el funcionamiento, la seguridad del aislamiento deja de estar garantizada. El elemento se puede dañar o destruir totalmente. Las sobretensiones son impulsos de tensión que sobrepasan la tensión de ensayo permitida y que pueden producir daños en el correspondiente material eléctrico. Esto quiere decir que hay elementos que pueden soportar eventualmente una sobretensión más elevada que la tensión nominal, pero, por el contrario, otros elementos con una tensión menor se pueden ver muy dañados. Una sobretensión que es soportable para un motor eléctrico puede, en cambio, destruir un circuito impreso. También con una frecuencia de red de 50/60 Hz aparecen tensiones elevadas y estables (sobretensiones permanentes). Estas tensiones pueden ser acopladas o aparecer eventualmente debido a fallos de conexión. Las tensiones parásitas continuas así generadas también deben tenerse en cuenta para la protección de sobretensión. Comparados con la tensión a 50 Hz, los impulsos de sobretensión individuales (sobretensiones temporales), de alta frecuencia por su origen físico, poseen un aumento de corriente aproximadamente veces más acentuado. Mientras que el tiempo de subida de corriente con frecuencias de 50/60 Hz es de 5 ms, en la sobretensión es de 1 µs. Las sobretensiones se denominan tensiones transitorias. Esto significa que son oscilaciones transitorias breves. La duración y la frecuencia dependen de la impedancia del circuito. Tensión en V Flanco de subida del impulso de sobretensión / de la tensión de red Impulso de sobretensión Tensión de red 50 Hz Tiempo en µs La relación de flancos entre un impulso sinusoidal a 50 Hz y un impulso de sobretensión

5 Cómo aparecen las sobretensiones? Cómo aparecen las sobretensiones? Las sobretensiones aparecen principalmente por: Conmutaciones Rayos producidos por descargas atmosféricas Descargas electroestáticas Fallos de conexión Rayos Los impactos de rayos son impulsos exteriores de elevada energía. Pueden causar caídas de tensión elevadas y por consiguiente la elevación del potencial, incluso en tomas de tierra e instalaciones de edificios bien realizadas, a pesar de las resistencias mínimas de la toma de tierra. Esto provoca un acoplamiento galvánico, inductivo o capacitivo de las sobretensiones en la red de instalaciones eléctricas y electrónicas y, además, la perforación del aislamiento. Por esta razón, las separaciones galvánicas no proporcionan una protección segura contra las sobretensiones. Los convertidores analógicos, relés u optoacopladores son elementos importantes para la separación del potencial, pero a fin de cuentas no son componentes de protección contra sobretensiones. Una descarga natural de rayos está formada por una descarga principal y una descarga secundaria diferida, cuya intensidad por lo general es claramente inferior a la energía de la descarga principal. Sin embargo, ambas descargas poseen suficiente energía para causar daños graves. En la práctica, se han desarrollado generadores de corriente de rayo que pueden simular el impulso del rayo. Para comprender el efecto de los impulsos del rayo, han de tenerse en cuenta distintas posibilidades de desacoplamiento. Acoplamiento galvánico i 1 i 2 Z g i g A través de la impedancia total de la toma de tierra pasan sobretensiones directamente al circuito. El valor de la sobretensión depende de la intensidad de corriente del rayo y de las condiciones de la toma de tierra. La frecuencia y el comportamiento de oscilación están determinadas principalmente por la inductividad y la pendiente de la subida de corriente. Incluso rayos que caen a distancia pueden ocasionar sobretensiones a través del paso galvánico en forma de ondas progresivas hasta los diversos elementos de la instalación eléctrica. Acoplamiento inductivo i S H i ind El impacto de un rayo cargado crea un campo magnético intenso. Desde aquí, las sobretensiones pasan a los circuitos situados más cerca por el efecto inductivo (por ejemplo: conductor neutro, cables de alimentación, cables de datos, etc.). Según el principio del transformador, el acoplamiento de tensiones inducidas debido a corriente de alta frecuencia di/dt es relevante, incluso cuando el arrollamiento primario y secundario sólo constan de un único arrollamiento, es decir, la inductividad es baja. I/kA Descarga principal Acoplamiento capacitivo - - I imp Espacio de tiempo entre las descargas y algunas descargas subsiguientes t/µ 110 Desarrollo de una descarga natural de rayos (rojo) y su reproducción en un generador de corriente del rayo (verde) C P C P C P También es posible un acoplamiento capacitivo de las sobretensiones. La elevada tensión del rayo produce un campo eléctrico con una intensidad de campo elevada. Éste desaparece a través del transporte capacitivo de electrones

6 Cómo aparecen las sobretensiones? al circuito con potenciales más bajos y puede aumentar el potencial afectado hasta el nivel de sobretensión. Acoplamiento por radiación E / H Los campos de ondas electromagnéticas (Campo E/H) que también aparecen con los rayos (en condiciones de campo lejano, los vectores de campo E/H son contiguos en vertical) se acoplan en las estructuras de las líneas de tal manera que incluso en impactos indirectos hay que contar con sobretensiones acopladas. También a partir de campos de ondas permanentes procedentes de emisores potentes se acoplan tensiones perturbadoras en las líneas y en los circuitos. Operaciones de acoplamiento transitorias Las operaciones de acoplamiento provocan perturbaciones con una mayor frecuencia que los rayos. Muy especialmente, las manipulaciones con cargas de corriente en la red pueden producir sobretensiones significativas (por ej. aparato de soldadura). Las operaciones de acoplamiento producen sobretensiones porque la interrupción o también la conexión de corriente se realiza por medio de contactos de mando que presentan limitaciones constructivas, ya que no están sincronizados con el momento de circulación nula de corriente de las corrientes alternas. Es decir, en la mayoría de los casos aparece un cambio muy rápido de corriente desde un valor elevado hasta cero (DI/DT). Debido a la impedancia, en el correspondiente circuito aparece la sobretensión transitoria con oscilaciones de alta frecuencia y puntas de tensión elevadas. Estas se pueden acoplar de forma galvánica, inductiva o capacitiva en los elementos eléctricos y dañarlos o destruirlos. Ocurre algo parecido en los cortocircuitos de la red eléctrica, ya que los cortocircuitos no son más que operaciones rápidas de acoplamiento. Descargas electroestáticas - ESD Son suficientemente conocidas las descargas electrostáticas debidas a las cargas de fricción. Éstas se experimentan, por ejemplo, al bajar de un automóvil o al caminar sobre una alfombra. Estas cargas pueden superar perfectamente los voltios. Cuando hay una descarga hacia un potencial menor se habla de descargas electroestáticas. Si un impulso de este tipo se encuentra, a modo de ejemplo, con un aparato, se pueden destruir sus componentes. Por ejemplo, en la fabricación de placas de circuito impreso electrónicas se presta especial atención al problema de las descargas electrostáticas. Fallos de conexión Siempre pueden aparecer fallos de conexión en redes de 50/60 Hz. Las causas pueden ser una regulación defectuosa de la fuente de alimentación o un cableado incorrecto en la caja de bornes. Probablemente, aparecerán tensiones elevadas que constituyen sobretensiones peligrosas de las que hay que protegerse. Descripción de tensiones perturbadoras Las sobretensiones que aparecen entre las fases de corriente o entre una fase y un neutro se denominan tensiones transversales o perturbaciones simétricas [UQ]. i S i S U Q Las sobretensiones que se producen entre una fase y el cable de tierra se denominan tensiones longitudinales o perturbaciones asimétricas [UL]. i S i S UL U L Formas de manifestación de las tensiones perturbadoras Básicamente, las sobretensiones transitorias acopladas son interferencias simétricas (interferencias de modo diferencial) o interferencias asimétricas (interferencias de modo común), medidas como tensión longitudinal o transversal. Perturbación de contrafase (perturbación simétrica) Es la tensión entre el conductor de ida y el de retorno, que genera una corriente contrafásica (differential mode current). Aparece principalmente en las líneas durante frecuencias de perturbación bajas. La corriente parásita I contr. provoca una tensión parásita U Q directamente en el dispositivo afectado (entre los bornes de entrada). La fuente útil y la de perturbación están conectadas en serie durante el acoplamiento galvánico o inductivo. En circuitos eléctricos simétricos (sin conexión a tierra o centro del potencial conectado a tierra) las interferencias de modo diferencial adoptan la forma de tensiones simétricas

7 Cómo aparecen las sobretensiones? En circuitos eléctricos asimétricos (conexión a tierra en un lado) las interferencias de modo diferencial adoptan la forma de tensiones asimétricas. Tensión transversal U Q (normal mode voltage) PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES Se trata de una tensión parásita transitoria acoplada entre dos cables activos. En circuitos no simétricos con potencial de tierra, la tensión transversal es igual a la tensión longitudinal [U Q = U L ]. El trenzado de los conductores que no se deben separar y el apantallamiento simple o múltiple mediante el revestimiento del cable pueden poner remedio o limitar el problema. Así se reduce la inducción de las tensiones transversales. Perturbaciones en la misma fase (perturbación no simétrica) Sistema eléctrico PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES MSR 5 Es la tensión que hay entre el cable y el potencial de referencia (common mode current). Se producen básicamente por el acoplamiento capacitivo (campo magnético). Los valores nominales de las corrientes perturbadoras en la misma fase fluyen en frecuencias de perturbación elevadas. La tensión perturbadora aparece en el absorbedor de la perturbación por una caída de tensión diferente en el conductor de ida y de retorno (entre el borne de entrada y masa de referencia / toma de tierra). La fuente de interferencia se encuentra entre el conductor de señal y el cable de referencia y se genera a partir de un acoplamiento capacitivo o de un aumento del potencial de masas o tierras separadas entre sí. En los circuitos simétricos aparecen perturbaciones en la misma fase a modo de tensiones asimétricas entre el centro del circuito eléctrico y la masa de referencia. El conductor de ida y el de retorno tienen la misma tensión parásita en lo que respecta a la masa de referencia. En circuitos eléctricos asimétricos, las interferencias de modo común adoptan la forma de tensiones asimétricas entre los distintos conductores y la masa de referencia. Tensión longitudinal U L (modo común) Conclusión En los circuitos ideales, las impedancias y las capacidades parásitas son igual de grandes, de tal manera que las corrientes generadas por sobretensiones acopladas en el conductor de ida y el de retorno son también igual de grandes y no causan ninguna tensión de perturbación. Sin embargo, las impedancias y capacidades parásitas son diferentes en los cables de ida y de retorno, por lo que las corrientes variables generan distintas tensiones en las líneas de ida y de retorno hacia tierra. Por lo tanto, en su mayor parte, la tensión de modo común se convierte en tensión de modo diferencial debido a las impedancias desiguales, porque se produce una diferencia entre el nivel de tensión en el cable de ida y en el de retorno respecto a tierra. U contr. U no sim. 1 U sim. Z / 2 Z / 2 U asim. Se trata de una tensión parásita transitoria acoplada entre un conductor activo y el potencial de tierra. La tensión longitudinal es, por lo general, más elevada que la tensión transversal (la tensión transversal es más pequeña debido al apantallamiento del cable y el cableado). Las tensiones longitudinales que se originan por corrientes de rayos en el apantallamiento del cable pueden alcanzar valores muy altos, sobre todo en cables largos que se introducen desde el exterior hacia el interior de un edificio. U mism. U no sim

8 Cómo funciona la protección contra sobretensiones? Cómo funciona la protección contra sobretensiones? Para la protección contra sobretensiones han de tenerse en cuenta los siguientes dos aspectos: Medidas generales de protección mediante la planificación de la edificación y de la instalación eléctrica así como su ejecución Medidas de protección especiales gracias a la instalación de módulos de protección contra sobretensión Planificación de la edificación y de la instalación eléctrica Ya en la fase de construcción de los edificios y de la instalación eléctrica y electrónica se pueden sentar las bases fundamentales para impedir daños causados por sobretensiones. Se trata solamente de una protección básica, pero con ella se pueden ahorrar gastos para conseguir una protección completa y efectiva. Resulta esencial que durante la primera fase de construcción se instale una conexión equipotencial o un sistema de conexión a tierra suficientemente dimensionado. Solamente así se puede garantizar la completa compensación de potencial en caso de averías. Por eso, en el lenguaje común solamente se habla de la compensación de potencial de la protección pararrayos. Todos los cables se conectan a la conexión equipotencial de la protección pararrayos: p. ej., el suministro eléctrico, las señales de instrumentación, medición y control, las líneas telefónicas y también los conductos de agua y de gas. En la planificación eléctrica deberá prestarse atención a que las instalaciones electrotécnicas de tensiones nominales diferentes también se separen espacialmente. De esta forma podrán crearse zonas protegidas obteniendo una protección contra sobretensiones de coste reducido. Además, es importante apantallar conductores que pudieran crear interferencias entre sí o ubicarlos separados para conseguir el mayor grado posible de separación de potencial. También es una buena opción separar las diferentes fases de la corriente trifásica según la alimentación funcional, por ejemplo, una fase sola para la alimentación de IMC. Sin embargo, todas estas medidas primarias no ofrecen una protección perfecta. Para ello, se requieren otros módulos adicionales de protección. Módulos de protección contra sobretensión Las sobretensiones se mantienen alejadas de los elementos eléctricos en peligro, puesto que se reducen a un nivel inofensivo antes del elemento en cuestión. Para ello, se utilizan descargadores de sobretensión de rápida reacción. Estos deben reaccionar ya en la fase ascendente de alta frecuencia de la sobretensión es decir, antes de alcanzar PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES el umbral de riesgo y eliminar la sobretensión. El tiempo de respuesta se expresa en nanosegundos. Es obvio que los módulos de protección contra sobretensión deben resistir corrientes muy altas, ya que, en determinados casos, una fuente de sobretensión puede llegar a generar varios miles de amperios. Al mismo tiempo aun si la corriente de trabajo es muy grande debe evitarse una tensión residual demasiado alta, es decir, que suponga un peligro. Los módulos de protección contra sobretensiones en su comportamiento de descarga deben ser de baja resistencia. Además, resulta imprescindible que el elemento de protección contra sobretensiones restablezca de inmediato sus propiedades eléctricas, una vez que la sobretensión se haya derivado a tierra, de manera que se mantenga en todo momento para que la función de los circuitos protegidos esté operativa. Una buena protección contra sobretensiones se distingue por una reacción rápida, una alta capacidad de carga, una reducida tensión residual, tras un tiempo de reactivación adecuado. eidmüller ofrece elementos de protección que cumplen estos requisitos. Dependiendo del planteamiento realizado, se componen, sobre todo, de una combinación de componentes individuales como los descritos en el capítulo Elementos para la protección contra sobretensiones. Las combinaciones de elementos de protección que están disponibles para cada caso, las encontrará en los capítulos B, C y D. Además, la estructura de los elementos de protección también explica dónde y cómo se utiliza un producto. La primera protección se instala siempre en la entrada del edificio para interceptar las primeras interferencias directamente antes de los equipos terminales sensibles

9 Sistema de protección de sobretensión Sistema de protección de sobretensión Sistema eléctrico PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES Concepto básico de la protección MSR 5 La condición previa fundamental para conseguir una protección contra sobretensiones efectiva es establecer una buena compensación de potencial conforme a la norma DIN VDE 0100 parte 540 en forma de línea, o mejor en forma de estrella o malla. La protección contra sobretensiones para la alimentación y distribución eléctrica, de acuerdo con la norma DIN VDE 0110 (Coordinación de aislamiento), se divide en los tres puntos siguientes: 1. Alimentación Desde la alimentación mediante cables subterráneos o líneas aéreas hasta la distribución principal en el edificio (fusibles y contadores), la resistencia de la tensión de choque del aislamiento es de 6 kv. Según el concepto de zona de protección contra rayos y las circunstancias físicas, es aquí donde se deben descargar las sobretensiones de gran potencia. Una parte muy importante de la protección contra sobretensiones corresponde a la zona de alimentación y distribución de energía. La manera de proceder está determinada por la distribución sistemática con el sistema de protección y la correspondiente coordinación de los descargadores de sobretensión. La protección de las líneas de alimentación constituye la base para la protección de todos los componentes eléctricos y electrónicos, incluso de los elementos más pequeños y delicados. Las descargas de rayo entre una nube y la tierra, pero también los rayos entre nubes, pueden generar corrientes de choque de más de 200 ka. Generalmente se produce la regla del 50 % de la corriente se descarga en el dispositivo de protección pararrayos existente y el 50 % restante se acopla por las líneas y piezas conductoras del edificio y se distribuye de forma homogénea. Cuanto menor sea la distancia entre los cables y la instalación de protección pararrayos, mayor será la tensión acoplada, que puede alcanzar los 100 kv. La duración del impulso puede ser de hasta 0,5 ms. Estos impulsos perturbadores se descargan hacia tierra a través del descargador pararrayos de clase I ubicado directamente en la red o en el cuadro de distribución principal y, a su vez, se limitan las tensiones por debajo de los 6 kv. Aquí hay que prestar atención, entre otros, a las corrientes residuales de la red de alimentación y a los valores de los fusibles

10 Sistema de protección de sobretensión Según las circunstancias locales y las corrientes de fuga esperadas, se utilizan protectores de arco o descargadores con varistor, en función de la tipología de la red. En los casos de un sistema de protección pararrayos, alimentación por cables aéreos, construcciones o plantas industriales de gran extensión o edificios independientes elevados o en espacios abiertos, básicamente, se deberían utilizar descargadores del tipo I de gran rendimiento. 2. Cuadro secundario Desde el cuadro de distribución principal hasta el secundario, la resistencia a la sobretensión de choque nominal soportable del aislamiento es de 4 kv. Para un uso coordinado de descargadores, se utilizan descargadores de sobretensión del tipo II y, en caso necesario, se desacoplan con bobinas de descargadores del tipo I. El uso de bobinas de desacoplamiento sólo es necesario si los descargadores del tipo I son de tipo arco y la longitud de la línea entre los descargadores del tipo I y II es menor de 10 m. No es necesario el desacoplamiento del descargador eidmüller del tipo I al tipo II. La corrientes de impulso, todavía existentes, ya no son elevadas puesto que la mayor parte de la energía ha sido absorbida por los descargadores de tipo I. Sin embargo, todavía hay tensiones de perturbación elevadas debidas a la impedancia del cable. Éstas se deben limitar por debajo de 4 kv con descargadores de tipo II. Los descargadores del tipo II de tipo varistor se instalan normalmente en el cuadro de distribución secundario antes del interruptor de protección contra corrientes defectuosas. 3. Aparatos finales / tomas de corriente Desde el cuadro de distribución secundario hasta el usuario final, la sobretensión de choque soportable del aislamiento es de 2,5 kv. Aquí se utilizan descargadores de tensión del tipo III, que dependiendo del tipo de aplicación, constan de componentes individuales de protección o circuitos combinados con descargadores de gas, varistores, diodos supresores y elementos de desacoplamiento. Estos descargadores deben instalarse directamente antes del equipo que se ha de proteger. Esto se puede llevar a cabo en la toma de corriente o en la regleta de la toma de corriente, pero también en la caja de la conexión o en el distribuidor del equipo. Para la protección frente a perturbaciones continuas como el rizado o los ruidos causados por otros sistemas se dispone de circuitos de filtrado adicionales para la alimentación de tensión de los equipos. El propio aparato final tiene un aislamiento con una resistencia a la sobretensión de choque de 1,5 kv. Fundamentos para la selección del descargador conforme a la norma IEC 664 DIN VDE h L1 L2 L3 N PE Protector contra rayos Tipo I (B) 6 kv Protector contra sobretensiones Tipo II (C) 4 kv Descargador Tipo III (D) R B Cuadro de distribución principal / Alimentación Cuadro secundario 2,5 kv Tensión transitoria de medición para 300 V tensión de conductor respecto a tierra 1,5 kv Usuario final

11 Clasificación y zonas de protección Clasificación y zonas de protección Los requisitos para la protección contra sobretensiones y los ensayos necesarios sobre los elementos de protección contra sobretensiones han quedado fijados en las normas nacionales e internacionales. Solamente un producto homologado según la correspondiente norma puede garantizar la seguridad. Para tensiones nominales de hasta 1000 V AC, son de aplicación las normas para el fabricante de equipos de protección contra sobretensiones y para el montador de los protectores de sobretensión en la instalación. Encontrará la norma aplicable en la lista de normas de este catálogo. Para el diseño de la protección contra sobretensión es fundamental la coordinación del aislamiento para equipos eléctricos en instalaciones de baja tensión según VDE 110. Esta indica de forma detallada la resistencia a tensiones eléctricas en el interior de una instalación eléctrica. A partir de esta base se pueden elaborar zonas de protección pararrayos individuales conforme a IEC/EN o VDE Zonas de protección pararrayos Una zona de protección se caracteriza por disponer de una envoltura puesta a tierra en su totalidad. Por lo tanto, cuenta con un apantallamiento cerrado que posibilita el equilibrado total del potencial. Este blindaje puede ser de materiales de construcción como el empleado en fachadas o revestimientos metálicos. Los conductores que se introducen a través de estos blindajes tienen que protegerse con descargadores de tal manera que se consiga el nivel de protección predeterminado. En el interior de estas zonas de protección se pueden establecer otras zonas de protección que luego sólo deben ser protegidas por debajo del nivel de protección de la zona de protección de mayor importancia. Esto nos lleva a la denominada coordinación del nivel de protección de los objetos que son protegidos. Por lo tanto, no todas las piezas individuales requieren una protección máxima (p. ej. contra las descargas de rayos). Las zonas de protección individuales garantizan que no se sobrepase un determinado nivel de sobretensión. Esto nos lleva a un nuevo concepto de protección económica, en lo que se refiere a inversión en elementos de protección. Clasificación Originariamente, las zonas de protección se clasificaban como protección elevada, protección media y protección ligera. En la norma DIN VDE 0675 parte 6 / A1 estas zonas de protección estaban divididas en las clases B, C y D. También incluía una clase A para los requisitos de los descargadores exteriores (p. ej. para los conductores aéreos de baja tensión), aunque ha sido anulada. IEC se subdivide en tipo I, II y III. Comparación de la clasificación de la protección contra sobretensión: muchas normas nacionales, como, p. ej., ÖVE, nacen de las normas arriba mencionadas VDE o IEC: Hasta ahora norma DIN VDE 0675 parte 6 / A1 Zona de protección contra rayos 0 A Zona de protección contra rayos 0 B Zona de protección 1 Zona de protección 2 Zona de protección 3 PAS ÜSE 1 ÜSE 2 ÜSE 3 R A Descargadores de la clase de requisitos B, conexión equipotencial de la protección contra rayos según DIN VDE 0185 parte 1 ( descargadores B ) Descargadores de la clase de requisitos C, protección de sobretensión en la instalación fija, categoría de tensión de choque soportable (categoría de sobretensión) III ( descargadores C ) Descargadores de la clase de requisitos D, protección de sobretensión en la instalación móvil / fija, categoría de tensión de choque soportable (categoría de sobretensión) II ( descargadores D ) ÜSE: Dispositivos de protección contra sobretensiones Nueva IEC Descargador Tipo I Descargador Tipo II Descargador Tipo III Todos los productos de protección de sobretensión de eidmüller se comprueban de acuerdo con las normas aplicables por laboratorios de ensayo independientes. De todo ello queda constancia en los informes y los certificados de homologación

12 Tipos de protección Schutzklasse Tipos de protección lightning protection level (LPL) El tipo de protección se refiere solo a la corriente de impulso de 10/350 µs o al tipo I. I 200 ka Tipo de protección I 100 ka PAS 100 ka El tipo de protección 1 cubre impulsos de 200 ka. Se trata del caso más desfavorable ( worst case ) que puede producirse en una descarga directa. El rayo impacta contra el sistema de protección pararrayos exterior. En ese punto el impulso se deriva al 50 % a tierra y a las partes conductoras de la instalación. Si solamente se dispone de una red de 4 conductores, se envía una corriente de 25 ka a cada conductor. En una red de 5 conductores, la corriente es de 20 ka. El tipo de protección contra rayos 1 cubre, p. ej., instalaciones petroquímicas (zonas Ex), almacenes pirotécnicos, etc. II 150 ka Tipo de protección II 75 ka PAS 75 ka El tipo de protección 2 cubre impulsos de 150 ka. Este se aplica al sistema de protección pararrayos exterior. En ese punto el impulso se deriva al 50 % a tierra y a las partes conductoras de la instalación. Si solamente se dispone de una red de 4 conductores, se envía una corriente de 19 ka a cada conductor. En una red de 5 conductores, la corriente es de 15 ka. Este tipo de protección contra el rayo se utiliza en muy diversos ámbitos, entre otros: hospitales, centros de expedición y almacén con sistemas de alarma contra incendios y torres de telecomunicaciones. III/IV 100 ka Tipo de protección III/IV 50 ka PAS 50 ka El tipo de protección 3 cubre impulsos de 100 ka. Este se aplica al sistema de protección pararrayos exterior. En ese punto el impulso se deriva al 50 % a tierra y a las partes conductoras de la instalación. Si solamente se dispone de una red de 4 conductores, se envía una corriente de 12,5 ka a cada conductor. En una red de 5 conductores, si hacemos el cálculo, obtenemos 10 ka, pero aquí también se aplica el valor de 12,5 ka. El tipo de protección contra rayos 3 cubre aprox. el 80 % de todas las aplicaciones, como, p. ej.: viviendas, residencias, edificios de la administración pública, instalaciones industriales, etc

13 Directrices SEV 4022 Tabla Edificios obligados a disponer de protección pararrayos, tipos de protección, intervalos de control Edificio, instalación, zona, campos Tipo de protección Intervalos de control (años) a Edificaciones con espacios muy concurridos (p. ej. II 10 teatros, salas de conciertos, salas de baile, cines, salas multifuncionales, pabellones deportivos y de exposiciones, establecimientos comerciales, restaurantes, iglesias, colegios, instalaciones de transporte como estaciones de ferrocarril y lugares de reunión similares incluidas las edificaciones anexas que pueden verse afectados por la caída de rayos); Observaciones en especial salas multifuncionales, pabellones deportivos y salas de exposiciones, teatros, cines, restaurantes y lugares de reunión similares con espacios que pueden albergar a 100 personas o más, establecimientos comerciales con una superficie total de venta inferior a m 2, siempre que se superen las 100 personas, establecimientos comerciales con una superficie total de venta de más de m 2. II 10 b Establecimientos de hospedaje (p. ej. hoteles, residencias, centros psiquiátricos, hospitales, centros penitenciarios, cuarteles); Observaciones especialmente hospitales, residencias y asilos en los que se alojen de forma duradera o provisional 10 o más personas que requieran asistencia de otros; especialmente hoteles, pensiones y colonias de vacaciones que acojan de forma duradera o provisional a 15 o más personas que no necesiten la asistencia de otros. II 10 c Edificios de gran altura, incluidas las edificaciones contiguas de altura normal; rascacielos utilizados como edificios de viviendas y edificios comerciales; chimeneas altas y torres (campanarios) Observaciones Edificaciones que se consideren edificios de gran altura según la legislación en materia de construcción o cuyo piso superior esté a más de 22 m por encima del terreno contiguo utilizado por el servicio de bomberos o con una altura de la fachada de más de 25 m. III II d Edificaciones de tipo inflamable con un volumen edificado de más de m³ III 10 e Edificaciones de explotaciones agrícolas de mayor tamaño (más de m³) incluidos los silos y viviendas colindantes que pueden sufrir daños por el impacto de rayos; fermentadores de instalaciones de biogás; III 10 f Edificaciones industriales con zonas peligrosas (p. ej. instalaciones y establecimientos donde se manipulen sustancias inflamables o explosivas o aquellos donde se almacenen este tipo de sustancias), fábricas de la industria maderera, molinos, fábricas químicas, fábricas textiles y de plásticos, almacenes pirotécnicos y depósitos de municiones, instalaciones de tuberías, estaciones de servicio; zonas con riesgo de incendio zonas con riesgo de explosión debajo del techo g Depósitos para sustancias inflamables o explosivas (p. ej. líquidos o gases inflamables), almacenes para combustibles y carburantes líquidos, incluidas las edificaciones e instalaciones anexas (p. ej. sala de máquinas, central de gas, almacenes con instalaciones de envasado); II I II I h Edificaciones e instalaciones cuyo contenido posee un valor especial (p. ej. archivos, museos, colecciones) i Edificaciones y construcciones con instalaciones técnicas sensibles (p. ej. instalaciones de la técnica de la información y de telecomunicaciones); centros de cálculo; j Edificaciones e instalaciones en situaciones topográficas expuestas (p. ej. edificios aislados [cabañas] en las montañas) II 10 II 10 III I 10 3 Extracto de las directrices de SEV 4022 sobre sistemas de protección pararrayos 2008; tenga en cuenta las disposiciones y normas de edificación de su país

14 Disposición de red Disposición de red conforme a DIN VDE 0100 parte 300 (DIN parte 310) Las letras describen las relaciones con la toma de tierra: 1. Letra Toma de tierra en la fuente de corriente 2. Letra Conexión a tierra de los cuerpos de la instalación eléctrica 3. Letra Relación entre conductores N y PE (sólo para redes TN) T- Toma de tierra directa de la fuente de corriente T- C- Los elementos de la instalación eléctrica C- combined El conductor N y el están directamente puestos a tierra conductor PE se introducen conjuntamente como conductores PEN desde la fuente de corriente hasta la instalación eléctrica I- Alimentación aislada de tierra, excepto envolventes conductoras N- Masas conectadas al conductor PE de la puesta a tierra del CCTT S- S- Separado El conductor N y el conductor PE se conducen, de forma separada, desde la fuente de corriente hasta el cuerpo de la instalación eléctrica. Sistemas de 4 conductores: Conforme a VDE todavía está vigente, pero según el punto de vista de EMC los datos técnicos de información no son válidos (VDE 0100 T444 / T540 T2) Sistema TN-C ( toma de tierra clásica ) Las funciones de los cables de neutro y de los cables de tierra se agrupan en un único cable en toda la red, el denominado PEN. Sistema TN-C-S ( toma de tierra moderna ) Los cables de neutro, los cables PEN y el sistema de compensación de potencial se unen únicamente en el cuadro de distribución principal y después de la acometida del edificio. Así se pasa, a partir de este punto, de un sistema TN-C a un sistema TN-S (Sistema TN-C-S)

15 Disposición de red Sistemas de 5 conductores: El punto neutro de la fuente que alimenta la instalación está puesto a tierra (N y PE). Ambos conductores tienen que estar separados y aislados a partir de la alimentación. En estos sistemas, de los cables PE (cable de tierra) no se obtiene corriente de servicio sino sólo corrientes de fuga. Sistema TN-S Los cables de neutro y los cables de tierra están separados en toda la red. Sistema TT Un punto está directamente conectado a tierra (puesta a tierra de servicio); los cuerpos de la instalación eléctrica están conectados a conductores de tierra separados de la puesta a tierra de servicio. Sistemas especiales: Por ejemplo, en instalaciones médicas Sistema IT No hay ninguna conexión directa entre los conductores activos y las piezas conectadas a tierra; los cuerpos de la instalación eléctrica están conectados a tierra

16 Circuito 3+1: solución universal Protección de sobretensión con el circuito 3+1 en instalaciones de consumo con redes TT 3+1 no siempre es igual que 4, al menos en el caso de los sistemas de protección con descargadores en redes TT. En la red TT la alimentación se realiza a través de 3 fases L1, L2 y L3 y el cable de neutro N, es decir, sin un conductor PE adicional. La compensación de potencial se realiza de forma separada dentro de la instalación de consumo a través de una toma de tierra. Por consiguiente, el cable de neutro puede alcanzar una tensión elevada frente al potencial de tierra. Para proteger frente a sobretensiones entre el cable de neutro y el potencial de tierra, aquí hay que introducir un descargador. El circuito de 4 no cumple todos los parámetros de seguridad. Hasta ahora, en la instalación de consumo con redes TT, se montaban 4 descargadores, es decir, cada uno entre el potencial de tierra y L1, L2, L3 o N. Pero hoy en día ya no se considera óptimo el circuito de 4 ya que las características físicas de los varistores empleados, posiblemente, conducen a tensiones de contacto elevadas no permitidas en el cable PE de la instalación de consumo. A través de los varistores fluyen corrientes de fuga limitadas por el envejecimiento que causan sobre la resistencia de la toma de tierra estas perturbaciones. El interruptor de seguridad RCD (Fi) que se conecta siempre a continuación en las redes TT no puede medir este tipo de corrientes de fuga y, por lo tanto, tampoco puede eliminarlas. Un varistor que pudiera estar averiado, es decir, de baja resistencia, crearía una conexión entre N y PE. Podría ser de ayuda colocar en serie con los varistores un seccionador descargador. Un seccionador descargador que controle los varistores necesita espacio y eleva mucho los costes. Si se introdujesen, entre los conductores y la compensación de potencial, descargadores de arco, en vez de varistores, tampoco serían la solución ideal. Debido a un tiempo de respuesta demasiado elevado y a las características de los descargadores de arco, aparecen tensiones residuales elevadas. En el circuito 3+1, entre los tres conductores L y el conductor N se conecta un varistor y entre la raíz de los tres varistores del conductor N y la barra ómnibus equipotencial (PE), un descargador de arco. El descargador de arco tiene que estar dimensionado de tal manera que pueda soportar la suma de la corriente de las tres fases y del cable de neutro. La Tensión de reacción tensión de mando de Red TN-S Protección conforme a IEC , IEC Protección conforme a IEC HAK F F 3 1 L1 L2 h L3 N PE L N PE F 2 F 2 Protector contra rayos Tipo I HPAS Protector contra sobretensiones Tipo II PAS Protectores Tipo III R B R A

17 Circuito 3+1: solución universal los descargadores de arco en redes de 230-V debe estar comprendida entre 1,5 y 2 kv. A través de los descargadores de arco, los tres varistores se separan galvánicamente de PE de tal manera que las corrientes de fuga a través de los varistores no puedan causar aumentos de tensión en PE. El interruptor de protección contra corrientes defectuosas situado detrás del circuito 3+1 protege contra el riesgo de tensiones de contacto. El circuito 3+1 descrito en la norma VDE 0100 Parte 534 (párrafo ) se puede considerar como una solución técnicamente segura para la protección contra sobretensiones en las redes TT. Nota: En las redes TN-S, la norma VDE 0100 parte 534 (párrafo ) prescribe la utilización del circuito de 4 para instalaciones de consumo, es decir, con varistores entre los tres conductores L y el conductor N después de PE; pero también es posible utilizar el circuito 3+1 sin que esto suponga un aumento del riesgo. La norma ÖVE/ÖNORM E /A2: ya incluye explícitamente el circuito 3+1 para la aplicación en redes TN-S y en redes TT. Red TT Protección conforme a IEC , IEC Protección conforme a IEC HAK F F 3 1 L1 L2 h L3 N PE L N PE F 2 F 2 Protector contra rayos Tipo I Protector contra sobretensiones Tipo II PAS Protectores Tipo III HPAS R B R A

18 Instrucciones generales para la instalación Instrucciones generales para la instalación Para conseguir una protección óptima hay que prestar atención a muchos detalles durante el montaje de la protección contra sobretensiones y el montaje de la instalación. Disposición y reparto en el armario de distribución Los armarios de distribución de chapa de acero poseen buenas propiedades magnéticas de apantallamiento. Durante la instalación hay que prestar atención a los siguientes puntos: Evite cables demasiado largos (especialmente en los cables con gran intercambio de datos) Tienda los cables de datos sensibles separados de los cables con alto potencial de perturbación Los conductores apantallados se han de llevar directamente al equipo y colocar allí el apantallamiento (no se ha de hacer con bornes adicionales del armario dedistribución) Divida los equipos según el grado de sensibilidad y agrúpelos Lugar de montaje En el lugar donde se coloquen los conductores y cables, dentro del armario de distribución, hay que montar los dispositivos de protección contra sobretensiones. La posición exacta es el carril de debajo, directamente encima de los pasos de cables. Así se evitará que las perturbaciones se acoplen en el armario de distribución. Las perturbaciones se derivan ya al principio del armario de distribución. En esta posición, si se utilizan conductores apantallados, se pueden colocar bridas eidmüller. Tendido de líneas Dentro de la instalación / armario de distribución, las líneas de señal deben llevarse por el camino más corto hasta los protectores de sobretensión y luego conducirlas hasta los equipos conectados. Las líneas protegidas y las no protegidas deben ser tendidas por separado. La toma de tierra se considera como una línea no protegida. En las bandejas o canaletas de cables, la separación se puede realizar con una regleta de separación de metal. Si se colocan las líneas de señal en paralelo con los cables eléctricos, hay que guardar una distancia mínima de 0,5 m. Las canaletas metálicas con una tapa de metal ofrecen un apantallamiento óptimo. Toma de tierra de los productos y los productos conectados Todos los dispositivos de protección contra sobretensión disponen de un punto de embornado de conexión a tierra. En dicho punto hay que conectar la toma de tierra de la barra de compensación de potencial. La toma de tierra debe realizarse con la mayor sección posible y la menor longitud posible. Con cada centímetro de cable aumenta la tensión residual del dispositivo de protección contra sobretensiones (1 m de cable = 1 kv de caída de tensión). Además del punto de embornado de conexión a tierra, los productos de protección de sobretensión para la técnica IMC permiten realizar la conexión a tierra a través de un contacto de carril hacia TS 35. Para lograr una toma de tierra perfecta, se debe montar el carril DIN sobre la pared trasera metálica puesta a tierra. Para obtener un nivel de protección más bajo, el punto de embornado de conexión a tierra debería conectarse cada 60 cm a la conexión equipotencial por medio de los productos de protección de sobretensión IMC. Según la norma IEC 62305, la conexión PE y la derivación al DPS no deben estar a más de 0,5 m de la conexión equipotencial de la protección contra rayos. Se puede obtener un recorrido corto realizando una conexión en V o una conexión con el conductor de protección (PE) tendido. Longitudes de cable F1 c F2 SPD SPD b a b a b L 1 L 2 L 3 N PE Aplicable: a + c 0,5 m a + c 0,5 m, la b = no relevante a + b 0,5 m b 0,5 m

19 Instrucciones generales para la instalación Protección Los dispositivos de protección contra sobretensiones para la técnica IMC (instrumentación, medición y control) funcionan a menudo con desacoplamientos entre los elementos. El desacoplamiento se realiza por medio de inductancias o resistencias. El desacoplamiento fuerza, junto con el tipo y tendido de línea, una protección del nivel máximo de la corriente nominal de los equipos de protección contra sobretensiones. La protección con la serie VPU debe ser diseñada conforme a la norma DIN VDE 0298 parte 4 (Sección del conductor, cantidad y tipo de conductores, además del tipo de tendido). Esta información se incluye en la hoja de instrucciones y en los productos de los respectivos módulos VPU. Los descargadores pararrayos y los descargadores de sobretensión (DPS) deben estar protegidos mediante un fusible previo para el caso de sobrecargas por corrientes parciales de rayo o corrientes de cortocircuito del transformador cuando F1 es mayor que el valor especificado por el fabricante. Con una relación 1:1,6 se debería prever para el DPS el mayor valor nominal posible. En función del diseño de los cables de conexión, F1 puede ampliarse a lo largo del ciclo de vida de una instalación. Quién se acuerda también de la protección de sobretensión? Si, en lugar de los fusibles requeridos en las instrucciones de montaje, se utiliza un interruptor de potencia o un interruptor automático principal, se debe tener en cuenta la característica de disparo. Resistencia a corrientes de rayo de los fusibles NH con corrientes de choque 10/350 μs IIlím en ka Corriente de choque del rayo 10/350 μs 2,3 3,7 ka 4,4 6,1 ka 13,2 16,4 ka 6,8 10,3 ka 15,6 29,8 ka Valores de la integral de fusión de 1 ms Corrientes nominales del fusible en A Resistencia a corrientes de rayo de los fusibles NH con corrientes de choque 8/20 μs Imax en ka Corriente de choque del rayo 820 μs ka ka ka ka Valores de la integral de fusión de 1 ms 2,7 4,3 ka Corrientes nominales del fusible en A

20 Instrucciones generales para la instalación Comportamiento de los fusibles NH con corrientes de choque (10/350 µs) Es importante entender que no se debe calcular el mínimo fusible necesario para el DPS, sino que hay que utilizar el máximo fusible previo posible. En la representación puede observarse claramente que los fusibles pequeños tienen una capacidad de carga de la corriente de rayo muy reducida. Solo un dimensionado con el máximo valor asegura una protección total por parte del DPS. Corrientes nominales y diseño 250 A/1 200 A/1 160 A/ A/C00 63 A/C00 35 A/C00 20 A/C00 25 ka 75 ka 22 ka 70 ka 20 ka Fusión 50 ka Explosión 9,5 ka 25 ka 5,5 ka 20 ka 4 ka 15 ka 1,7 ka 8 ka I/kA 100 = Rango de fusión = Rango de explosión SPD Lugar de instalación de los productos de protección contra