Criterios para la selección de los dispositivos de protección contra sobretensiones conectados a redes eléctricas

–   “CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS
DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES
CONECTADOS A REDES ELÉCTRICAS DE BAJA
TENSIÓN” Elaborado por: Ing. Frank Amores
Sánchez, Dpto. Técnico, Oficina de
Representación en Cuba de Aplicaciones
Tecnológicas, S. A. Julio de 2014 – 1. Posibles modos de
protección para los ECT de BT SPD entre L-N L-PE TT X X
TN-C TN-S X X IT Xa X L-PEN X N-PE X X Xa L-L X X X X a Cuando es
neutro distribuido 2. Tensión máxima de
operación (Uc) La Uc del SPD debe ser superior a la
máxima tensión de operación que puede
aparecer entre los puntos de la red eléctrica donde
está conectado y esta depende del ECT. SISTEMA TN – TNC:
Para SPDs L – PEN, Uc = 1,1xUo – TNS: Para SPD N – PE, Uc = Uo ?
Conexión tipo 1: para SPDs L – PE, Uc = 1,15xUo ?
Conexión tipo 2: para SPDs L – N, Uc = 1,15xUo – TNC-S:
Igual que TNC en el panel principal e igual que TNS en el panel
secundario SISTEMA TT – Para el SPD N – PE, Uc = 1,5 x Uo ?
Conexión tipo 1: para SPDs L – PE, Uc = 1,15xUo ?
Conexión tipo 2: para SPDs L – N, Uc = 1,15xUo SITEMA IT –
IT (con N): Para el SPD N – PE, Uc = Uo ? Conexión tipo 1:
para los SPDs L – PE, Uc = v3xUo ? Conexión tipo 2: para
SPDs L – N, Uc = 1,15xUo – IT (sin N): Para los SPDs L – PE, Uc =
UL-L

  Un (V) de la red eléctrica Uc min. (V) del SPD ECT:
TT y TN 3 f, 4 W, N a tierra 120/208 127/220 ……. …….
220/380, 230/400 240/415, 260/440 277/480 ECT: IT 3 f, 3 W, no
tierra 220 230, 240 260, 277, 347 380, 400 415 440, 480 TN y TT
L-PE o N-PE 1,15 x Uo 138 146 ……. ……. 265 299 319 TN y TT
L-PE 1,1 x Uo 132 140 ……. ……. 253 286 305 TT L-PE o N-PE
1,5 x Uo 180 191 ……. ……. 330 360 416 IT L-PE o N-PE v3 x
Uo ……. 220 230 260 380 415 440 TN, TT e IT L-PE 1,15 x Uo 239
253 265 414 437 477 506 * En algunas condiciones pueden
requerirse valores superiores (por ejemplo: pérdida de
neutro en el Sistema TT) 3. Nivel de tensión de
protección (Up) La selección del nivel apropiado de
tensión de protección del SPD depende de: –
la tensión de soporte a impulso (Uw) del equipo a
proteger, – la longitud de los conductores de
conexión al SPD, – la longitud y trazado del
circuito entre el SPD y los equipos. El Up del SPD tiene que ser
menor que la tensión de soporte a impulso (Uw) del equipo
a proteger. Cuando el SPD está conectado a los equipos a
proteger, la caída de tensión inductiva ?U de los
conductores de conexión se adicionará al UP del
SPD. El nivel de protección efectivo resultante UP/F,
puede asumirse como: Upr = UpSPD + ?U Upr = max (Up, ?U) para SPD
de tipo de limitación de tensión. para SPD de tipo
de conmutación de tensión. Cuando el SPD
está instalado en la entrada de la línea a la
estructura, deberá asumirse ?U = 1 kV/m de longitud.
Cuando la longitud de conductores de

  conexión es = 0,5 m, puede asumirse UP/F = 1,2x UP.
Cuando el SPD únicamente está manejando
sobretensiones inducidas, puede despreciarse ?U. Los sistemas
internos estarán protegidos si: – Existe
coordinación energética con los SPDs instalados
aguas arriba. – Se satisface una de las tres siguientes
condiciones: 1) Up = Uw: cuando la longitud del circuito entre el
SPD y los equipos es despreciable (caso típico de un SPD
instalado en los terminales de los equipos) 2) Up = 0,8Uw: cuando
la longitud del circuito es inferior a 10 m (caso típico
de un SPD instalado en un panel de distribución secundario
o en un tomacorrientes); NOTA: Cuando el fallo de los sistemas
internos pueda provocar pérdidas de vidas humanas o del
servicio público debe considerarse la duplicación
de la tensión debido a las oscilaciones y se requiere el
criterio UP/F = UW /2. 3) Up = (Uw-UI)/2: cuando la longitud del
circuito es superior a 10 m (caso típico de un SPD
instalado en la entrada de la línea a la estructura o en
algunos casos en panel de distribución secundario).
Tensión de Soporte a Impulso (Uw)   4. Intensidad
nominal de la corriente de descarga (In) La intensidad nominal de
la corriente de descarga (In) del SPD tiene que ser superior al
valor de la intensidad esperada de la corriente de descarga en el
punto donde está conectado.

– ? ? ?   La protección contra las sobretensiones
transitorias causadas por impactos indirectos y lejanos de rayos
y de conmutación se realiza normalmente instalando SPD de
Clase II y si es necesario SPD de Clase III. La protección
contra las sobretensiones transitorias causadas por los impactos
directos e cercanos de rayos al sistema de suministro
eléctrico se realiza de acuerdo al concepto de zona de
protección contra rayos mediante la instalación de
SPDs de Clase I, Clase II y Clase III.   En el panel
eléctrico principal Si la fuente probable de daños
es S1-Descarga directa en la estructura (corriente conducida en
el servicio entrante debido a la división de corriente que
se produce en la estructura a partir del impacto directo del rayo
en la misma), se coloca un SPD Clase I con Iimp mayor que el
valor esperado de la intensidad de la corriente de descarga en el
punto donde está conectado. La máxima corriente de
rayo correspondiente al Nivel de Protección contra Rayo
(LPL) seleccionado: LPL Imáx (KA) I 200 II 150 III 100 IV
100 Se calcula de la siguiente manera: 50 % en la red de puesta a
tierra, 50 % en las de conducciones metálicas externas.
Este se divide entre la cantidad de conducciones metálicas
y nuevamente entre la cantidad de conductores que integran la
línea eléctrica objeto de análisis. Si la
fuente probable de daños es S3-Descarga directa en el
servicio (corriente conducida en el servicio entrante debido a un
impacto directo en el mismo), se coloca un SPD Clase I con Iimp
mayor que: LPL In (KA) I 10 II 7,5 III y IV 5 Si la fuente
probable de daños es S4-Descaga indirecta en el servicio
(Corriente inducida en el servicio entrante debido a un impacto
cercano al mismo porque las líneas entrantes están
totalmente dentro de LPZ 0B o cuando la probabilidad de fallo
debido a las fuentes de daño S1 y S3 pueden despreciarse),
se coloca un SPD Clase II con In mayor que:

– ? ?   LPL In (KA) I 5 II 3,75 III y IV 2,5 En el panel
eléctrico secundario Si la fuente probable de daños
es S1- Descarga directa en la estructura (Sobretensiones
inducidas a partir de los campos magnéticos debido al paso
de la corriente por el LPSEXT. O blindaje espacial de LPZ1), se
coloca un SPD Clase II con In mayor que: LPL In (KA) I 10 II 7,5
III y IV 5 Si la fuente probable de daños es S2- Descarga
indirecta en la estructura (Sobretensiones inducidas a partir de
los campos magnéticos debido a las descargas de rayo
cercanas), se coloca un SPD Clase II con In mayor que: LPL In
(KA) I 0,2 II 0,15 III y IV 0,1 CRITERIOS PARA LA
INSTALACIÓN DE LOS SPDs: 1. Sección de los
conductores de conexión de los SPDs: Clase o Tipo I II III
SPD de Área de sección transversal mínima Cu
(mm2) 16 6 1 1 Telecom. 2. Longitud de los conductores de
conexión de los SPDs: Los conductores de conexión
de los SPDs serán tan cortos como sea posible, no
excediendo los 0,5 m de longitud total (l1+l2). Esta longitud
degrada la protección ofrecida por el SPD. Por tanto,
podrá ser necesario seleccionar un SPD con un Up inferior
para ofrecer una protección eficiente. La tensión
residual que se transfiere al equipo será la suma de la
del SPD y las caídas de tensión inductiva en estos
conductores.

  3. Trazado de los conductores de conexión de los
SPDs: Los conductores de conexión de los SPDs serán
tan rectos como sea posible, evitando dobleces agudos, y en su
trazado se velará porque los conductores protegidos y no
protegidos estén alejados entre sí.     a
b   Esquema preferido (a) Esquema aceptado (b) cuando no es
posible el esquema a 4. Influencia del fenómeno de
oscilación en la distancia de protección. Si la
distancia entre el SPD y los equipos a proteger es demasiado
grande, las oscilaciones pueden causar una tensión en los
bornes de los equipos que sería hasta dos veces la Up.
Esto puede causar el fallo de los equipos a proteger, a pesar de
la presencia de un SPD. La distancia aceptable depende del tipo
de SPD, del tipo de sistema eléctrico, de la pendiente de
la sobretensión que se produzca y de la impedancia de la
carga conectada. Estas oscilaciones pueden despreciarse para
distancias menores que 10 m. 5. Coordinación
energética entre SPDs: Para lograr un repartición
aceptable del estrés entre dos SPDs de acuerdo a la
energía que soportan se necesita la coordinación.
La coordinación incluye el cumplimiento de dos criterios
básicos: el de energía y el de nivel de
tensión de protección. Para asegurarse de que dos
SPDs están bien coordinados es necesario satisfacer los
siguientes requerimientos: – Si para todos los valores de
corriente de impulso de rayo entrante (entre 0 e Ipeak1) la parte
de la energía disipada en el SPD2 es inferior

–   a la parte disipada en el SPD1 y a su capacidad de
soporte de energía (Emax2). El nivel de protección
del SPD2 deberá ser igual o preferiblemente inferior al
del SPD1, al estar conectado más cerca de los equipos a
proteger. La impedancia entre dos SPDs, generalmente de tipo
inductiva, puede ser física (un componente
específico insertado en la línea para facilitar la
compartición de la energía entre los dos SPDs) o la
aportada por la longitud de cable entre los dos SPDs (se
considera 1 µH/m). Referencias: 1. IEC 62305-4: 2010.
Protección contra rayos. Protección de equipos
eléctricos y electrónicos dentro de edificios. 2.
IEC 61643-12: 2000. Low-voltage surge protective devices. Surge
protective devices connected to low-voltage power distribution
systems – Selection and application principles

  Conexión de los SPDs según el ECT ECT TNC
SPD L – PEN Uc = 1,1xUo TNS SPD L – PE y SPD N
– PE (Conexión 4+0) TNC-S SPD L – PEN, en el
panel princ. TT SPD L – PE y SPD N – PE
(Conexión 4+0) IT con Neutro SPD L – PE y SPD N
– (Conexión 4+0) IT sin Neutro SPD L – PE o
SPD L – PE y SPD N – PE o o SPD L – N y SPD N
– PE (Conexión 3+1) (Conexión 4+0), en el
panel sec. y las cargas SPD L – N y SPD N – PE
(Conexión 3+1) SPD L – N y SPD N – PE
(Conexión 3+1) o SPD L – N y SPD N – PE
(Conexión 3+1), en el panel sec. y las cargas