en un electrico sistemas, los SPD generalmente se instalan en configuración de derivación (en paralelo) entre los conductores activos y la tierra. El principio de funcionamiento del SPD puede ser similar al de un disyuntor.
En uso normal (no sobretensión): el SPD es similar a un disyuntor abierto.
Cuando hay un sobretensión: el SPD se activa y descarga la corriente del rayo a tierra. Se puede comparar con el cierre de un disyuntor que cortocircuitar la red eléctrica con tierra a través del equipotencial sistema de puesta a tierra y las partes conductoras expuestas durante un breve instante, limitado a la duración de la sobretensión.
Para el usuario, el El funcionamiento del SPD es totalmente transparente ya que sólo dura una pequeña fracción de un segundo.
Cuando el Una vez descargada la sobretensión, el SPD vuelve automáticamente a su estado normal. estado (disyuntor abierto).
1. Principios de protección
1.1 Modos de protección
Hay dos Modos de sobretensión del rayo: modo común y modo de corriente residual.
Iluminación Las sobretensiones aparecen principalmente en modo común y generalmente en el origen de la instalacion electrica. Las sobretensiones en modo corriente residual suelen aparecer en modo TT y afectan principalmente a equipos sensibles (equipos electrónicos, ordenadores, etcétera).
Protección en modo común entre fase/neutro y tierra
Fase/neutro La protección en un sistema de puesta a tierra TT se justifica cuando el neutro de la El lado del distribuidor está conectado a una conexión de valor bajo (unos pocos ohmios mientras que la toma de tierra de la instalación es de varias decenas de ohmios).
corriente residual Modo de protección entre fase y neutro.
El retorno actual entonces es probable que el circuito se realice a través del neutro de instalación en lugar del tierra.
el residual La tensión en modo corriente U, entre fase y neutro, puede aumentar hasta un valor igual a la suma de los voltajes residuales de cada elemento del SPD, es decir duplicar el nivel de protección en modo común.
Fase/neutro protección en un sistema de puesta a tierra TT
Un similar Este fenómeno puede ocurrir en un sistema de puesta a tierra TN-S si tanto el conductor N como el PE están separados o no son adecuadamente equipotenciales. Entonces es probable que la corriente seguir el conductor neutro en su regreso en lugar del conductor de protección y el sistema de vinculación.
Un teórico modelo de protección óptimo, que se aplica a todos los sistemas de puesta a tierra, definido, aunque de hecho los SPD casi siempre combinan protección de modo común y Protección en modo corriente residual (excepto modelos IT o TN-C).
Es esencial comprobar que los SPD utilizados sean compatibles con el sistema de puesta a tierra.
1.2 Protección en cascada
Tal como La protección contra sobrecorriente debe ser proporcionada por dispositivos con clasificaciones apropiadas para cada nivel de la instalación (origen, secundario, terminal) coordinado con entre sí, la protección contra sobretensiones transitorias se basa en un método similar enfoque que utiliza una combinación “en cascada” de varios SPD.
Dos o tres Los niveles de SPD son generalmente necesarios para absorber la energía y limitar sobretensiones inducidas por el acoplamiento debido a fenómenos de oscilación de alta frecuencia.
El siguiente ejemplo Se basa en la hipótesis de que sólo el 80% de la energía se desvía a la Tierra. (80%: valor empírico dependiente del tipo de SPD y de la conexión eléctrica). instalación, pero siempre menos del 100%).
El principio de La protección en cascada también se utiliza para aplicaciones de baja corriente (telefonía, redes de comunicaciones y datos), combinando los dos primeros niveles de protección en un único dispositivo que suele estar situado en el origen de la instalación.
Basado en chispas Los componentes diseñados para descargar la mayor parte de la energía a la tierra se combinan con varistores o diodos que limitan las tensiones a niveles compatibles con la equipos a proteger.
Terminal La protección se combina generalmente con esta protección del origen. La terminal La protección está cerca del equipo, proporcionada mediante SPD de proximidad.
1.2.1 Combinación de varios SPD
Para limitar sobretensiones tanto como sea posible, siempre se debe instalar un SPD cerca del Equipo a proteger 3.
Sin embargo, esto La protección solo protege el equipo que está directamente conectado a él, pero por encima Con todo, su baja capacidad energética no permite descargar toda la energía.
Para hacer esto, un SPD es necesario en el origen de la instalación 1.
Asimismo, SPD 1 no puede proteger toda la instalación debido a que permite una cantidad de energía residual y que los rayos son un fenómeno de alta frecuencia.
Dependiendo de escala de la instalación y los tipos de riesgo (exposición y sensibilidad de equipo, criticidad de la continuidad del servicio), la protección del circuito 2 es necesario además de 1 y 3.
Protección en cascada
Tenga en cuenta que el El primer nivel del SPD (1) debe instalarse lo más arriba posible del SPD. instalación para reducir al máximo los efectos inducidos por la rayos por acoplamiento electromagnético.
1.3 Ubicación de los SPD
Para eficaz protección mediante SPD, puede ser necesario combinar varios SPD:
1. SPD principal ➀
2. Circuito SPD ➁
3. SPD de proximidad ➂
Adicional Puede ser necesaria protección dependiendo de la escala (longitudes de línea) y del Sensibilidad del equipo a proteger (informático, electrónico, etc.). Si Si se instalan varios DPS, se deben aplicar reglas de coordinación muy precisas.
|
Origen de instalación |
Distribución nivel |
Solicitud nivel |
|
El
protección en el origen de la instalación (protección primaria) deriva la mayoría
de la energía incidente (común |
Circuito La protección (protección secundaria) complementa la protección del origen mediante coordinación y limita las sobretensiones en modo corriente residual que surgen de la configuración de la instalación. |
Proximidad La protección (protección del terminal) realiza la limitación final del pico del sobretensiones, que son las más peligrosas para los equipos. |
Es importante Tenga en cuenta que la protección de la instalación y el equipo en general es Sólo será plenamente eficaz si:
1. Múltiples niveles de SPD están instalados (en cascada) para garantizar la protección de los equipos ubicados cierta distancia del origen de la instalación: requerido para el equipo ubicado a 30 m o más de distancia (IEC 61643-12) o requerido si el nivel de protección es arriba del SPD principal es superior a la categoría del equipo (IEC 60364-4-443 y 62305-4)
2. Todas las redes están protegidos:
2.1. Fuerza Redes que alimentan el edificio principal y también todos los edificios secundarios, externos. sistemas de iluminación de aparcamientos, etc.
2.2. Comunicación Redes: líneas entrantes y líneas entre diferentes edificios.
1.4 Longitudes protegidas
Es esencial que el diseño de un sistema eficaz de protección contra sobretensiones tenga en cuenta de la longitud de las líneas que alimentan los receptores a proteger (ver tabla abajo).
De hecho, por encima de un cierta longitud, la tensión aplicada al receptor puede, mediante un fenómeno de resonancia, excede considerablemente el voltaje límite esperado. El El alcance de este fenómeno está directamente relacionado con las características del instalación (conductores y sistemas de unión) y con el valor de la corriente. inducido por la descarga de iluminación.
Un SPD está correctamente cableado cuando:
1. Los protegidos El equipo está conectado equipotencialmente a la misma tierra a la que está conectado el SPD. conectado
2. El SPD y sus la protección de respaldo asociada está conectada:
2.1. Hacia red (cables vivos) y a la barra protectora principal (PE/PEN) de la placa con longitudes de conductor lo más cortas posible e inferiores a 0,5 m.
2.2. Con conductores cuyas secciones transversales sean apropiadas para los requisitos del SPD (ver La mesa debajo).
Tabla 1 – Máximo longitud de la línea entre SPDe y el dispositivo a proteger
|
Posición SPD |
En origen de instalación |
No en el origen de la instalación |
|||
|
Conductor sección transversal |
alambrado |
cables grandes |
alambrado |
cables grandes |
|
|
Composición del sistema de unión |
EN conductor |
< 10 metros |
10 metrosetros |
< 10 metros* |
20 metrosetros* |
|
mallado/equipotencial |
10 metrosetros |
20 metros |
20 metrosetros* |
30 metros* |
|
* Proteccion recomendado en el punto de uso si la distancia es mayor
1.4.1 Efecto del doble voltaje
Por encima de cierto longitud d, el circuito protegido por el SPD comenzará a resonar cuando el la inductancia y la capacitancia son iguales:
Lω = -1 / Cω
El circuito Luego la impedancia se reduce a su resistencia. A pesar de la parte absorbida por el SPD, la corriente residual del rayo I en el circuito sigue siendo impulsiva. Es El aumento, debido a la resonancia, dará como resultado aumentos significativos en la Ud, Uc. y voltajes Urm.
Bajo estas En estas condiciones, el voltaje aplicado al receptor puede duplicarse.
Efecto del doble Voltaje
Dónde:
•C – capacidad que representa la carga
•Ld – inductancia de la línea de alimentación
•Lrm – inductancia del sistema de unión
La instalación de los SPD no debe afectar negativamente a la continuidad del servicio, lo que sería contrario al objetivo deseado. Deben instalarse, en particular en el origen de instalaciones domésticas o similares (sistemas de puesta a tierra TT), en junto con un dispositivo de corriente residual retardado tipo S.
¡Precaución! Sí hay En caso de fuertes rayos (> 5 kA), la corriente residual secundaria Es posible que los dispositivos aún se disparen.
2. Instalación de SPD
2.1 Conexión de SPD
2.1.1 Sistema de unión o conexión a tierra
Organismos de normalización utilizar el término genérico “dispositivo de puesta a tierra” para designar tanto el concepto de conexión sistema y el de un electrodo de tierra, sin hacer distinción entre el dos. Contrariamente a la opinión generalizada, no existe una correlación directa entre la Valor del electrodo de tierra, proporcionado a baja frecuencia para garantizar la seguridad. de las personas y la eficacia de la protección proporcionada por los DPS.
Como se demuestra a continuación, Este tipo de protección se puede establecer incluso en ausencia de una conexión a tierra. electrodo.
La impedancia de El circuito de descarga de la corriente desviada por el SPD se puede dividir en dos partes.
El primero, el electrodo de puesta a tierra, está formado por conductores, que suelen ser alambres, y por la resistencia del suelo. Su naturaleza esencialmente inductiva significa que su La efectividad disminuye con la frecuencia, a pesar de las precauciones de cableado. (limitación de longitud, regla de 0,5 m). La segunda parte de esta impedancia es menor visible pero esencial en alta frecuencia porque de hecho está compuesto por el Capacidad parásita entre la instalación y tierra.
Por supuesto el Los valores relativos de cada uno de estos componentes varían según el tipo y escala de la instalación, la ubicación del SPD (tipo principal o de proximidad) y según el esquema del electrodo de puesta a tierra (sistema de puesta a tierra).
Sin embargo tiene Se ha demostrado que la participación del protector contra sobretensiones en la corriente de descarga puede alcanzar del 50 al 90% en el sistema equipotencial mientras que la cantidad directamente descargada por el electrodo de tierra es de alrededor del 10 al 50%. El sistema de unión es esencial mantener una tensión de referencia baja, que es más o menos la misma en toda la instalación.
Los SPD deberían ser conectado a este sistema de unión para una máxima efectividad.
El mínimo La sección recomendada para los conductores de conexión tiene en cuenta la valor máximo de la corriente de descarga y las características del final de vida dispositivo de protección.
es poco realista aumentar esta sección transversal para compensar longitudes de conexión que no respetar la regla de los 0,5 m. De hecho, a alta frecuencia, la impedancia del Los conductores están directamente conectados a su longitud.
en electrico Cuadros y paneles de gran tamaño, puede ser una buena idea reducir el impedancia del enlace utilizando las partes conductoras metálicas expuestas del Chasis, placas y cerramientos.
Tabla 2 – Mínimo Sección transversal de los conductores de conexión del SPD.
|
capacidad del SPD |
Sección transversal (mm2) |
|
|
Clase II SPD |
SEstándar: Imax < 15 kA (x 3 clase II) |
6 |
|
miIncrementado: Imax < 40 kA (x 3-clase II) |
10 |
|
|
hAlto: Imax < 70 kA (x 3 clase II) |
16 |
|
|
Clase Yo SPD |
16 |
|
El uso de la partes conductoras metálicas expuestas de las carcasas como conductores de protección. permitido por la norma IEC 60439-1 siempre que haya sido certificado por el fabricante.
Es siempre Es preferible conservar un cable conductor para conectar los conductores de protección. al bloque de terminales o al colector, que luego duplica el enlace realizado a través las partes conductoras expuestas del chasis del gabinete.
2.1.2 Longitud de la conexión
En la práctica es Se recomienda que la longitud total del circuito SPD no supere los 50 cm. Este requisito no siempre es fácil de implementar, pero utilizando los recursos disponibles Las piezas conductoras expuestas cercanas pueden ayudar.
Longitud total del circuito SPD
*puede instalarse en el mismo carril DIN. Sin embargo la instalación estará mejor protegida si ambos Los dispositivos se instalan en 2 carriles DIN diferentes (SPD debajo de la protección).
El número de Los rayos que el SPD puede absorber disminuirán con el valor de la corriente de descarga (de 15 golpes para una corriente de valor In a un solo golpe en Imax/Iimp).
Regla de 0,5 m en En teoría, cuando cae un rayo, la tensión Ut a la que está conectado el receptor sometido es el mismo que el voltaje de protección Arriba de la sobretensión protector (por su In), pero en la práctica este último es mayor.
De hecho, el caídas de tensión causadas por las impedancias de los conductores de conexión del SPD y sus A esto se le añaden dispositivos de protección:
Ut = UI1 + Ud + UI2 + Arriba + UI3
Por ejemplo, el caída de tensión en 1 m de conductor recorrido por una corriente de impulso de 10 kA durante 10 μs alcanzarán los 1000 V.
Δu = L × di / dt
• di – Variación de corriente 10.000 A
• dt – Variación de tiempo 10 μs
• L – inductancia de 1 m de conductor = 1 μs
• Valor Δu que se sumará a la tensión Up
La longitud total Por tanto, debe ser lo más breve posible. En la práctica se recomienda que No se superan los 0,5 m. En caso de dificultad, puede resultar útil utilizar paneles anchos y planos. Conductores (trenzas aisladas, barras aisladas flexibles).
0,5 m de velocidad regla de conexión
El enlace terrestre El conductor del protector contra sobretensiones no debe ser verde/amarillo en el sentido de la definición de conductor PE.
La práctica común es de modo que esta marca se utiliza con frecuencia.
Algo de cableado Las configuraciones pueden crear acoplamientos entre aguas arriba y aguas abajo. conductores del SPD, que probablemente causen que la onda del rayo se propague durante toda la instalación.
cableado SPD configuración #1
aguas arriba y conductores aguas abajo conectados en el terminal del protector contra sobretensiones con un camino común.
cableado SPD configuración 1
cableado SPD configuración #2
Entrada y salida Conductores físicamente bien separados y conectados en un mismo terminal.
cableado SPD configuración 2
cableado SPD configuración #3
Conexión Conductores demasiado largos, conductores de salida físicamente separados.
cableado SPD configuración 3
cableado SPD configuración #4
Conexión Conductores lo más cortos posible con conductor de retorno desde el terminal de tierra. cerca de los conductores en vivo.
cableado SPD configuración 4
2.2 Protección al final de la vida útil de los SPD
El SPD es un Dispositivo cuyo final de vida requiere una consideración particular. Sus componentes envejecen. cada vez que cae un rayo.
Al final de la vida un dispositivo interno en el SPD lo desconecta del suministro. Un indicador (en protector) y una retroalimentación de alarma opcional (accesorio de retroalimentación de estado instalado) indican este estado, que requiere la sustitución del módulo preocupado.
Si el SPD excede sus capacidades de limitación, puede ser destruido por un cortocircuito. A Por lo tanto, se debe instalar un dispositivo de protección contra cortocircuitos y sobrecargas en serie aguas arriba del SPD (esto comúnmente se conoce como rama del SPD).
Figura X – Principios de instalación SPD con protección asociada
Contrariamente a cierta opinión recibida, un protector contra sobretensiones siempre debe estar protegido contra posibles corrientes de cortocircuito y sobrecarga. Y esto se aplica a todos protectores contra sobretensiones, tanto de clase II como de clase I, independientemente del tipo de los componentes o tecnologías utilizadas.
Esta protección debe proporcionarse de acuerdo con las normas habituales de discriminación.
2.3 Coordinación de los DOCUP
Disposición de varios SPD en cascada requiere que estén coordinados para que cada uno de ellos absorba la energía de forma óptima y limita la propagación del rayo a través de la instalación tanto como sea posible.
la coordinacion de SPD es un concepto complejo que debe ser objeto de estudios específicos y pruebas. Distancias mínimas entre SPD o inserción de bobinas de desacoplamiento no son recomendados por los fabricantes.
Primaria y Los SPD secundarios deben coordinarse de modo que la energía total a disipar (E1 + E2) se reparte entre ellos según su capacidad de descarga. El La distancia recomendada d1 permite desacoplar los protectores contra sobretensiones. y por lo tanto evita que demasiada energía pase directamente al SPD secundario. con el riesgo de destruirlo.
Esto es un situación que en realidad depende de las características de cada uno de los DOCUP.
Figura X – Coordinación de los SPD
dos identicos protectores contra sobretensiones. Por ejemplo Up: 2 kV e Imax: 70 kA) pueden ser instalado sin que sea necesaria la distancia d1: la energía será compartida más o menos igual entre los dos SPD. Pero dos SPD diferentes (por ejemplo Up: 2 kV/Imax: 70 kA y Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) deben estar separados al menos 8 m para Evite que se exija demasiado al segundo protector contra sobretensiones.
Si no se indica, tome d1 min (en metros) como el 1% de la diferencia entre Up1 y Up2 (en voltios). Por ejemplo:
Arriba1 = 2,0 kV (2000 V) y Up2 = 1,2 kV (1200 V)
⇒ d1 = 8 m mín. (2000 – 1200 = 800 >> 1% de 800 = 8 m)
Otro ejemplo, si:
Arriba1 = 1,4 kV y Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m mín.
