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3. PROTECCIÓN INTERNA:
PROTECCIÓN DE EQUIPO
ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO BAJO
NORMA INTERNACIONAL IEC
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1.Compatibilidad equipo eléctrico
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2. Nivel de aislamiento de equipo Eléctrico
y electrónico:
El nivel de aislamiento de equipo eléctrico de baja tensión conectado
directamente al sistema de potencia, ha sido normalizado bajo la norma
internacional IEC 364-4-443 de 1995, la cual a clasificado los equipos en
categorías de sobretensión así:
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•Categoría IV:
Son elementos próximos al origen de la instalación tales como:
medidores, totalizadores, elementos de protección contra
sobreintensidades, elementos de medición Etc
• Categoría III:
Elementos ubicados en tableros parciales de distribución tales como:
Interruptores termo magnéticos, conductores, contactores, barras, etc;
a de más de equipo de uso industrial como motores
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•Categoría II:
Son elementos de uso común, por ejemplo electrodomésticos,
herramientas de mano, etc
• Categoría I:
Equipos Altamente sensibles a los cuales se les deben implementar
medidas adicionales de protección; ejemplo de estos son equipos
electrónicos.
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3.Origen de las sobretensiones transitorias
• Sobretensiones por descargas Atmosféricas
– Por circulación de corrientes parciales de rayo ( impacto directo)
– Por inducción electromagnética ( impacto directo)
– Por Inducción electromagnética (Impacto cercano)
• Sobretensión por maniobra
• Sobretensión por descarga electrostatica
• Sobretensión por impulso electromagnético nuclear
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3.1Sobretensiones por descargas
atmosféricas
• 3.1.1Por circulación de corrientes
parciales de rayo ( impacto
directo)
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Sistemas de Puesta a tierra independientes
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Circuito equivalente
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Sistemas de Puesta a tierra Unificados
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Impacto directo
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• 3.1.2 Por inducción
Electromagnética
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4.Técnicas de protección de equipo eléctrico
contra sobretensiones
Las sobretensiones transitorias pueden ser mitigadas si se controlan
claramente las causas que la producen. Los factores mas importantes
a controlar son:
• La magnitud de la corriente de rayo
• El campo electromagnético (Disminución del di/dt)
• Diferencias de potencial al interior de la edificación mediante la
equipotencialización.
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• Técnica 1.Equipotencialización de Acometidas y de masas
metálicas en contacto con tierra
Esta técnica, consiste en evacuar por múltiples caminos a tierra la corriente de rayo. Esto
reduce la magnitud de las corrientes parciales, el di/dt y por consecuencia el campo
electromagnético y las sobretensiones por conducción y por inducción.
Esto se logra equipotencializando el sistema de protección externo contra rayos, las partes
metálicas de la estructura, elementos metálicos que ingresen a la edificación como ductos
metálicos de agua, gas, pantallas de cables; al igual que la equipotencialización de
conductores activos, vía Dispositivos de protección contra sobretensiones DPSs, como se
muestra en las siguientes figuras…
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• Técnica1
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• Técnica1
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• Técnica 2.Apantallamiento, blindaje y rutas convenientes
Otra técnica utilizada es el uso de apantallamiento y blindajes; los cuales
reducen el flujo magnético al interior de estos y por tanto disminuye las
tensiones inducidas.
Esto se puede lograr a traves de la convinación de las siguientes tecnicas:
•Medidas de apantallamiento externo
•Asignación de rutas convenientes
•Blindaje de cables
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•Sistema sin
apantallamiento
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•Reducción de efecto
inductivo por
apantallamiento externo
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•Reducción de efecto
inductivo por adecuación
de rutas convenientes
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•Reducción de efecto
inductivo por blindaje
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• Técnica 3.Topología de PUESTA A TIERRA
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5. Metodología IEC en la Protección de equipo
eléctrico contra sobretensiones
El procedimiento descrito por las normas internacionales IEC en la
protección de equipo eléctrico y electrónico, contra sobretensiones es
el siguiente:
• Evaluación de riesgo del sistema (IEC 61662)
•Implementación de la metodología de Zonas de protección utilizando
las técnicas de protección descritas anteriormente (IEC 61312)
• Memorias de cálculo para la especificación de DPSs (criterio de
coordinación de aislamiento) (IEC 611312,60664,61024)
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• 5.1 EVALUACIÓN DE RIESGO IEC 61662
La evaluación de riesgo determina el nivel de vulnerabilidad del sistema, al igual que el nivel
de eficiencia requerido en el diseño del sistema integral de protección contra rayos,
arrojando criterios como:
• Rango de corrientes de rayo en el diseño del sistema de protección externo como interno
• Dimensiones para implementación del método electrogeométrico (método de: esfera
rodante, ángulo o malla)
•Distancias de seguridad
•Selección de materiales
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• Niveles de protección
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• 5.2 Zonas de protección IEC 61312
El objetivo consiste en reducir progresivamente las sobretensiones hasta un nivel de riesgo cero antes de
que llegue al aparato final y puedan provocar daño en él. Para ello se divide el sistema en zonas de
protección (LPZ).
Cada vez que se avanza al interior del volumen protegido; las corrientes transitorias, la intensidad de
campo magnético y las sobretensiones inducidas; son cada vez menores.
El paso de una acometida de servicio de una zona de protección a otra debe ser equipotencializada en la
frontera de dichas zonas (Las fronteras entre zonas son superficies equipotenciales), para esto se deben
usar uniones equipotenciales entre la frontera y la acometida ya sea vía DPS o conexiones sólidas como
se observa a continuación.
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• Zonas de protección
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5.2.1 Clasificación de las Zonas de protección IEC 61312
• Zona de protección 0A (LPZ 0A): En esta zona cualquier elemento puede ser impactado por un rayo. El campo
electromagnético no es atenuado y se presentan corrientes totales de rayo.
• Zona de protección 0B (LPZ 0B): Esta zona no esta sujeta a impactos directos de rayo, pero al igual que en la zona 0A el
campo electromagnético no es atenuado.
• Zona de protección 1 (LPZ1): En esta zona sólo corrientes parciales de rayo pueden fluir. El campo electromagnético es
atenuado por medidas de apantallamiento o blindajes.
•Zona de protección 2,3,etc (LPZ2): La corriente como el campo electromagnético que llegan a esta zona son reducidas por
la zona anterior. En esta Zona se atenúan aun más la corriente como el campo que puedan llegar a las otras Zonas
.
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5.3 Memoria de cálculo en la selección de DPSs bajo IEC 61312
•SELECCIÓN DE DPSs EN LA FRONTERA LPZ 0A -LPZ1
Al impactar una descarga atmosférica sobre el sistema de protección externo (es decir en la
zona LPZ 0A ), la corriente de rayo se divide en múltiples caminos a tierra a través de las
acometidas de servicios que ingresan a la edificación tales como: agua, electricidad,
comunicaciones, etc. La carga parcial de rayo Qf pertinente a cada acometida de servicio,
se distribuye de la siguiente forma:
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Qf =
Z *Q
(n*[Z + Z1])
Donde:
• Qf:
Carga parcial de rayo por acometida de servicio
• Z:
Impedancia de puesta a tierra equivalente del sistema de protección contra rayos[
• Z1:
Impedancia de puesta a tierra equivalente de las partes conductivas externas en contacto con tierra.
• n:
Numero global de partes conductivas puestas a tierra (ductos metálicos, acometidas eléctricas, etc.)
• Q:
Carga de stroke de corta duración que impacta en el SPE (esta carga se escoge de acuerdo con el nivel de
protección requerido)
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La carga parcial de rayo Qf correspondiente a la acometida eléctrica, se distribuye por su
número de hilos conductores (ya sea vía un DPS o por conexión directa de un conductor a
tierra), en una proporción que depende del número de ellos, como de su esquema de
conexión a tierra. La carga parcial por cada hilo conductor de la acometida eléctrica, esta
dado por la siguiente ecuación:
Q phase =
Qf
m
Donde:
Qphase: Carga parcial de rayo por fase en el DPS.
m:
Número de hilos conductores de la acometida eléctrica.
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Distribución de corriente parcial de rayo o DPSs en la frontera
LPZ0-LPZ1
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• Selección de DPSs fronteras LPZ 1 – LPZ2, LPZ2 – LPZ3,
Etc
Para mitigar las sobretensiones ya sea por inducción, debidas a el campo electromagnético
originado por la zona LPZ1, o por la tensión remanente en los DPSs de la frontera LPZ 0ALPZ1, se deben instalar dispositivos de protección adicionales en la frontera LPZ1-LPZ2.
Estos DPSs no llevaran corrientes parciales de rayo, por lo cual se podrán escoger de
menor robustez; sin embargo deberán ser desacoplados por medio de alguna impedancia,
la cual se puede lograr con los mismos conductor conductores de acometida. Los
dispositivos de protección en esta frontera deberán ser elementos tipo II es decir soportaran
corrientes mayores o iguales a 10 KA en forma de onda 8/20 uS..
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•SELECCIÓN DE DPSs EN LA FRONTERA LPZ 0A -LPZ1
Al impactar una descarga atmosférica sobre el sistema de protección
externo (es decir en la zona LPZ 0A ), la corriente de rayo se divide en
múltiples caminos a tierra a través de las acometidas de servicios que
ingresan a la edificación tales como: agua, electricidad, comunicaciones, etc.
La carga parcial de rayo Qf pertinente a cada acometida de servicio, se
distribuye de la siguiente forma:
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• SELECCIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN DE DPSs
Los dispositivos de protección contra sobretensiones DPSs deben limitar las
sobretensiones a un valor inferior al nivel de aislamiento al impulso tipo rayo
de los elementos a proteger.
El nivel de aislamiento de equipo eléctrico de baja tensión conectado
directamente al sistema de potencia, ha sido normalizado teniendo en
cuenta aspectos como: la continuidad de servicio, riesgo aceptable de falla,
etc. Es así como la norma IEC 364-4-443 de 1995
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