Seguridad en instalaciones electricas

Seguridad Eléctrica Juan Carlos Orjuela

Hay que meter lo de arco interno en media y baja tensión.

El RETIE

FORUM CONSTRUCCION 2008/ Juan Orjuela

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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 c ontactos eléctricos directos e indirectos. i ndirectos. -Establecer las condiciones para prevenir incendios causados por la electricidad. -Establecer las condiciones condiciones para evitar evitar daños debidos debidos a sobrecorrientes sobrecorrientes y sobretensiones. 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 s u 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 confiabilidad y compatibilidad compatibilidad de los productos y equipos eléctricos


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Capí tulo tulo 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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Cap í ítulo t ulo II : Requisitos t é écnicos c nicos 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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Cap í ítulo t ulo 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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Cap í ítulo t ulo 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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Cap í ítulo t ulo 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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Cap í ítulo t ulo IX : Disposiciones transitorias


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Cap í ítulo t ulo IX : Disposiciones transitorias


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Cap í ítulo tulo X :Certificaci ó ón n 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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Cap í ítulo tulo 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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Cap í ítulo t ulo V : Proceso de transformaci ó ón n

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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Cap í ítulo tulo VI : Proceso de distribuci ó ón n 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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Cap í ítulo tulo VI : Proceso de distribuci ó ón n

-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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Cap í ítulo t ulo 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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Cap í ítulo t ulo VI : Proceso de distribuci ó ón n -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 especí ficos ficos 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

General LV Switchboard

Llegada

Nivel 2 Alimentadores Distribution Switchboard or motor control

Nivel 3 Distribución de Potencia

Nivel 4

Final switchboards

Distribución Terminal

9 4 6 2 6 E

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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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 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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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 fí sicas sicas

Panel de tomas

CCM

Tablero de distribuci ó ón n


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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 f í sicas sicas Tipos de protección diferencial 8 9 8 6 5

E

Tipo residual: Realiza la suma vectorial de corrientes en los secundarios de los Ct’s.

L1 L2 L3 N L1 L2 L3 N

Tipo SGR: Sensor ubicado en la unión de neutro y tierra Tipo Secuencia cero (ZS): Para detectar bajas corrientes Mediante la suma vectorial de Corrientes en el primario del CT


9 9 8 6 5 E

0 0 9 6 5 E

L1 L2 L3 N

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Solución: Protección diferencial <=30 mA + Barreras f í sicas sicas

ID 2P

C60N

Vigi 25 A 63 A +

Residual


ITM + Vigi

ITM + Vigi

Rel é é + 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 segur idad Ul. Par Para a que no exista exista peligro peligro cuand cuando o la tensión tensión de de red es es superior a Ul, la tensión de de contacto Uc debe ser inferior a Ul. 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 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 interruptor (Im) es superior a la corriente corriente de defecto (Id), (Id), deben usarse 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 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


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 mismo provocando así así un incendio. 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 da ño 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.


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


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: N

UMD

aparece entre dos conductores activos: fase / neutro o fase / fase . 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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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)


• 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

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Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias Tecnología de Descargador de Gas F N

Sobretensión

Descargador de Gas

Ionización del gas a 700 V

• Fuerte poder de disipación de energía

Derivación a tierra U (V)

Sobretensión Descargador

• 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


P+N

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Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LOS LIMITADORES

Tensión residual ( V )

Up Uc

Intensidad que circula por el PRD ( kA )

Ic

In

Imax

( permanente )

( 20 veces )

( 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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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


Ensayos realizados con una onda combinada ( 1,2/50 ms - 8/20 ms )

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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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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.


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 .


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

P1(3P+N) Up=1.5kV

P2 (3P+N) Up=1.2kV

L>10 m L>30 m

Receptor Uchoc=1.2k V

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


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


69

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias UNIFILAR DE CONEXION


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

O -O

F F

U3 = L3 di/dt

U1

O - O F F

F O - O F

O - O F

F

O - O FF

Ucarga = U1 + Up + U3

UP

d1 + d2 + d3 < 50 cm

U3


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


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.


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


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?


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


Puntos

Alto

18

Medio

10

Bajo

2

76

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

2.

3.

Ubicación respecto a otras actividades.

Ubicación respecto a otras construcciones.

Ambiente

Puntos

Rural

11

SubSub- Urbano

6

Urbano

1

Construcción El m má ás Alto

11

Mediano

6

El mas Peque Pequeñ ño

1

Acometida

4.

Tipo de Acometida


Puntos

Puntos

Ultimo Cliente

11

Clientes M Mú últiples

6

Independiente

1

77


5.

6.

7.

Histórico de Disturbios

Importancia del Equipo que va a ser Protegido

Costo de Reparación del Equipo que se Daña


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


IEEE C 62.41

INDICE DE EXPOSICI EXPOSICIÓ ÓN CALCULADO De 12 a 24

De 25 a 38

De 39 a 55

De 56 a 75

De 76 a 100

Categorí Categor ía C

120 kA 120 kA

160 kA 120 kA

240 kA 160 kA

320 kA 240 kA

480 kA 320 kA

Categorí Categor ía 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 Categor ía A

Categoría de Aplicación según IEEE C 62.41


79


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


80

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias ALGUNOS CRITERIOS DE ELECCION


81


a c n i r t ó i c c é c l e e t a o r e n P í L

a n e ó i n c í L a c n i n ó i u c m c e o t c o r e P d

Clase I, PRF1

PRC //


Clase II, PRD

PRC serie

PRI

PRI

82


a c n i r t ó i c c é c l e e t a o r e n P í L

XR

Multi 9 SPD


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


Fin de vida Cambio de del limitador cartucho recomendado

84

Seguridad en instalaciones electricas

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