ORIGEN Y EFECTO DE LAS SOBRETENSIONES TRANSITORIAS ING. HAROLD PALOMINO

Transcripción

1 ORIGEN Y EFECTO DE LAS SOBRETENSIONES TRANSITORIAS ING. HAROLD PALOMINO

2 QUE ES UNA SOBRETENSION ELECTRICA? Es un aumento súbito de tensión que pone en riesgo una instalación eléctrica y por ende un SERVICIO

3 TIPOS DE SOBRETENSIONES Permanentes: Aumentos de tensión superior al 10 % de la tensión nominal y de duración indeterminada. Transitorias: Picos de tensión que pueden alcanzar Decenas de kilovoltios en microsegundos

4 Sobretensiones Transitorias

5 DAÑO CAUSADOS POR LAS SOBRETENSIONES INCIDENCIA EN EL APARATO PRODUCTIVO La totalidad de los procesos productivos actuales dependen de la electrónica; ES IMPENSABLE llevar a cabo cualquier proceso sin tener en cuenta dispositivos de regulación, control, medición y el proceso de transmisión de datos.

6 DAÑOS EN SEMICONDUCTORES COMO CONSECUENCIA DE SOBRETENSIONES

7 DAÑOS EN CIRCUITOS IMPRESOS COMO CONSECUENCIA DE SOBRETENSIONES / S1597_b

8 EVOLUCION DE LA INCIDENCIA DEL NIVEL DE ENERGIA NECESARIA PARA DESTRUIR COMPONENTES ELECTRONICOS WATIOS AÑO COMPONENTE Relés Tubo Electrónico Transistor Circuito Integrado adelante Microprocesadores

9 RELACION ENTRE TAMAÑO DEL COMPONENTE ELECTRONICO Y LA SUSCEPTIBILIDAD DEL MISMO

10 COMO ANALIZAR EL PROBLEMA? COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (CEM) Según la normativa internacional recogida en el Informe Técnico de la Comisión Electrotécnica Internacional , se define a la compatibilidad electromagnética como "la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético sin provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier cosa de ese entorno". SOBRETENSIONES CEM

11 MODELO DE INFLUENCIAS BASADO EN CEM FUENTE DE INTERFERENCIA (EMISOR) MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO. (CANAL) RECEPTOR DE INTERFERENCIA (RECEPTOR)

12 MODELO DE INFLUENCIAS BASADO EN CEM ALGUNAS FUENTES DE INTERFERENCIAS

13 FUENTES DE INTERFERENCIAS CONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS Descargas electroestáticas Fenómeno que permite circular corriente repentina y súbita entre dos objetos de diferente potencial

14 FUENTES DE INTERFERENCIAS CONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS Pulso electromagnético de conmutación (SEMP) Cambio súbitos de voltaje producidos por conmutaciones en maquinas

15 FUENTES DE INTERFERENCIAS CONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS Perturbaciones por maniobras o daños en redes eléctricas externas

16 FUENTES DE INTERFERENCIAS CONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS Radio emisiones de alta y baja frecuencia Estos daños se presentan básicamente por exposiciones inadecuadas a interferencias radiadas naturales o creadas por el ser humano ELECTROPOLUCION

17 FUENTES DE INTERFERENCIAS CONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS Explosiones Nucleares Estas producen un campo electromagnético en forma de impulso con tiempos de subida y duración en el orden de los nano segundos

18 FUENTES DE INTERFERENCIAS CONDUCIDAS O RADIADAS TIPICAS Descargas de rayos directas o cercanas. Los rayos como emisores de interferencias es el factor de mayor peligrosidad en las instalaciones eléctricas y electrónicas actuales.

19 ORDEN RECOMENDABLE PARA SUPRIMIR PROBLEMAS DE CEM 1. SUPRESION DE LA EMISION DE LA FUENTE DE INTERFERENCIA 2. DISMINUCION DE LA EFICIENCIA DEL CANAL DE ACOPLE 3. DISMINUCION DE LA SUSCEPTIBILIDAD DEL RECEPTOR

20 EJEMPLO PRACTICO: SUPRESION DE PROBLEMAS Primer paso: Detectar al menos dos de los elementos Segundo paso: Eliminar al menos uno de ellos FUENTE DE INTERFERENCIA (EMISOR) MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO. (CANAL) RECEPTOR DE INTERFERENCIA (RECEPTOR)

21 EJEMPLO PRACTICO: SUPRESION DE PROBLEMAS Primer paso: Detectar al menos dos de los elementos Segundo paso: Eliminar al menos uno de ellos Ejemplo: Perdida de información almacenada en CPU Victima o receptor: Tarjeta electrónica Fuente de interferencia: Daño en clavija eléctrica ocasiona cortocircuito Canal o medio de acople: Cables eléctricos SOLUCION RETIRO Y CAMBIO DE CLAVIJA

22 S586_b Daños en equipos electrónicos durante Analisis de más de siniestros 586.ppt / / SM Negligencia 36% Agua 6% Robo Vandalismo 13% Resto 16% Viento 1% Sobretensiones 28% Descargas de rayo o conmutaciones

23 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO 1.Fuente de interferencia : El Rayo 2. Medios de acoplamiento o Canal: Acoplamiento Galvánico a través de medio físico Acoplamiento inductivo a través de campos magnéticos Acoplamiento Capacitivo a través de campo eléctrico 3. Receptor o victima: Equipos de comunicación, variadores de velocidad, PLC, sensores, medidores etc.

24 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO ES POSIBLE RETIRAR, DISMINUIR, APACIGUAR, DESVIAR LA FUENTE DE ESTA INTERFERENCIA? NO!

25 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIAS QUE HACER?

26 EL RAYO En la tierra impactan entre Rayos por segundo. Los niveles de corriente pueden aproximarse a 500 ka. Se asocian temperaturas de Celsius. Los pararrayos naturales vinculados a la tierra son: árboles, edificios, postes, estructuras metálicas, las personas etc.. Colombia, por su situación geográfica, es uno de los países de mayor actividad en el mundo.

27 Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen

28 Lightning Flash Source: Tokyo Lightning Protection and Earthing System Corporation Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen

29 Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen

30 FORMACION DEL RAYO

31 EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENICA Quelle: / S2930

32 EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA Quelle: / S2930

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51 Lightning Threat ABC Company MCR 110 kv Data Telephone 400/230 V TV Mobile phone

52 EL RAYO COMO FUENTE DE INTERFERENCIA La incorporación cada vez mayor de equipos electrónicos interconectados a través de medio físicos aumento el riesgo de daño de los mismos En el año 2012 en Colombia impactaron alrededor de 12 millones de rayos, cuatro veces mas que en Alemania, España

53 Latitud 12,0 10, Panamá 210 Venezuela 8, , , , ,0 Ecuador Brasil -2,0 30 Perú -4,0-78,0-76,0-74,0-72,0-70,0-68,0 Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen

54 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO VIAS DE ACOPLE DEL RAYO

55 S ppt/ / OB CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES POR DESCARGAS DIRECTAS/PRÓXIMAS DE RAYOS Descarga directa/próxima del rayo: 1 Descarga directa en la instalación de protección contra rayos. 1a Caída de tensión en la resistecia de tierra R st 2a 2b 1b Tensiones inducidas por bucles 2c 1b 1 L1 L2 L3 PEN 13,2 kv 2a Descargas lejanas: Descarga en la línea aérea de media tensión 1a R st Red de telecomunicaciones/datos Red de energía B.T. 2b 2c Ondas progresivas de sobretensiones inducidas en línea de media tensión por descarga nube-nube Campos canal del rayo

56 S88 88.ppt / / OB ACOPLAMIENTO GALVÁNICO CAÍDA DE TENSIÓN POR DESCARGA DE RAYO Nivel protección Amplitud corriente (ka) I 200 II 150 III - IV 100 i î Norma: IEC Forma de onda 10 / 350 µs t û E = î R st Ejemplo: R st û E = 100 ka 1 = 100 kv

57 S ppt / / OB DISTRIBUCIÓN CORRIENTE DE RAYO DIRECTO 100% 50% Red telecomunicación/datos Red de energía Estrucutras metálicas Barra equipotencial 50% Protección externa Red de Tierras

58 ACOPLAMIENTO GALVÁNICO DISTRIBUCIÓN DE LA TENSIÓN DE RAYO EN UN EDIFICIO 100 ka 230 V 100 kv 100 kv 230 V 100 kv 1 S ppt / / SL

59 S b.ppt / / OB ACOPLAMIENTO INDUCTIVO Zona Protección Rayo 0 A Zona Protección Rayo 0 B Protección externa contra el rayo Red técnica de información Bucle inductivo BEP Toma de datos Toma de energía Red técnica de Energía

60 ACOPLAMIENTO CAPACITIVO (INFLUENCIA INDIRECTA) Canal del rayo C C C Instalación 1 Equipo 1 BEP 1 PE 1 Linea de señal Corriente inducida Instalación 2 Equipo 2 PE 2 BEP 2

61 S ppt / / KK FORMAS DE ONDA - COMPARACIÓN (ka) i 100 ka 80 ka Forma de onda µs 10/350 8/20 Forma de onda µs 10/350 8/20 i max. ka Q As 50 0,1 i max. ka W/R J/ 2, , Norma IEC E DIN VDE DIN VDE 0675 T.6, A Q As 50 0,1 W/R J/ 2, , ka 50 ka 1 Norma IEC E DIN VDE DIN VDE 0675 T.6, A ka 20 ka 2 t (µs) 20 µs 200 µs 350 µs 600 µs 800 µs 1000 µs

62 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO COMPARACION DE FORMAS DE ONDA

63 COMPARACION FORMAS DE ONDA DE RAYO Y SOBRETENSION

64 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO SOLUCION APLICACIÓN DE LAS NORMAS TRANQUILIDAD

65 SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO REGLAMENTO INSTALACIONES ELECTRICAS (RETIE) NORMAS IEC ; NTC ; IEC 61000; IEC 61643

66 Solución: Protección integral ANALISIS DE RIESGO PROTECCION EXTERNA 1.-Instalación Captadora 2.-Instalación Derivadora 3.-Sistema de Puesta a Tierra PROTECCION INTERNA 1.- Equipotencialidad Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen

67 CONCEPTO ZONAS DE PROTECCIÓN CONTRA EL RAYO (LPZ) LEMP LPZ 0 A Instalación Captadora LPZ 0 B M Equipotencialidad Prot. Rayo Descargador Corrientes Rayo Equipotencialidad Local Descargador Sobretensiones Derivador Conducto aire LPZ 1 Apantallamiento LPZ 3 LEMP Equipo LPZ 0 A LEMP LPZ 2 LPZ 0 B Suministo de energía LPZ 2 LPZ 0 C Suministro datos y telecomunicaci ones SEMP LPZ 1 Armadura cimientos Tierra de cimientos Blitz-System Seminar Fangeinrichtungen / S659_d

68 AGRADECEMOS SU ATENCION