PROTECTOR CONTRA SOBRETENDSIONES (DPS)
Los DPS constituyen una de las principales medidas de
protección contra el fallo de los equipos eléctricos y
electrónicos debido al LEMP.
El DPS protegerá a los equipos si se cumple:
UP/F (UP + ?U) < UW.
Si la corriente de descarga en el punto de instalación >
In(DPS), el UP será mayor y UP/F podrá exceder el Uw(equipos)
y no continuarán protegidos. Por tanto, la In(DPS) tendrá
que seleccionarse = corriente de descarga esperada en
este punto de la instalación.
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PROTECTOR CONTRA SOBRETENDSIONES (DPS)
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PROTECTOR CONTRA SOBRETENSIONES (DPS)
La probabilidad de que un SPD con UP/F = UW no proteja
adecuadamente a los equipos es igual a la probabilidad
de que la corriente de descarga en el punto de instalación
del mismo exceda la In.
La selección de un SPD con un UP inferior que el UW de
los equipos produce menor estrés a los mismos, lo que
puede resultar no sólo en una probabilidad de daño más
baja, sino también en una vida de operación más larga.
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PARÁMETROS DE SELECCIÓN
I. NIVEL DE TENSIÓN DE PROTECCIÓN (Up)
La selección del UP del DPS depende de:
? Tensión de soporte a impulso (Uw) de los equipos a proteger.
? Longitud de los conductores de conexión al DPS
? Longitud y trazado del circuito entre DPS y equipo.
Cuando el DPS está conectado en la entrada de la línea a
la estructura, se asume un ?U = 1 kV/m de longitud. Si se
cumple la regla de los conductores de conexión = 0,5 m,
puede asumirse:
? UP/F = 1,2 x UP para corrientes conducidas.
? UP/F= UP, ?U~0 para corrientes inducidas.
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PARÁMETROS DE SELECCIÓN
I. NIVEL DE TENSIÓN DE PROTECCIÓN (Up):
1. UP/F ? UW: cuando la longitud del circuito es despreciable
(DPS en los terminales del equipo).
2. UP/F ? 0,8 UW: cuando la longitud del circuito ? 10 m (DPS en
un panel de distribución secundario o tomacorriente).
NOTA: Cuando el fallo de los sistemas internos puede causar
pérdidas de vidas humanas o pérdidas de servicio al público, debe
considerarse el doblaje de la tensión debido a las oscilaciones y se
requiere el uso del criterio UP/F? UW/2.
3. UP/F ? (UW – UI)/2: cuando la longitud del circuito > 10 m (DPS
en la entrada de línea o panel de distribución secundario).
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Descarga
estructura
estructura
PARÁMETROS DE SELECCIÓN
II. UBICACIÓN Y CORRIENTE DE DESCARGA
NPR
Sistemas de Baja Tensión
(clase)
Descargas directas e
cercana a la
Descarga a la
indirectas al servicio
Fuente de daño S3
(descarga directa)
Forma de corriente:
10/350 ??s
kA
Fuente de daño S4
(descarga
indirecta)
Forma de corriente:
8/20 ??s
kA
Fuente de daño S2 Fuente de daño S1
(corriente inducida) (corriente inducida)
Forma de corriente: Forma de corriente:
8/20 ??s 8/20 ??s
kA kA
III – IV
II
I
5
7,5
10
2,5
3,75
5
0,1
0,15
0,2
5
7,5
10
NOTA Todos los valores se refieren a cada conductor de línea.
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UBICACIÓN DE LOS DPS
La localización de los DPS es afectada fundamentalmente por:
? La fuente específica de daño (S1, S2, S3 y S4)
? El punto de tierra más cercano para derivar la sobrecorriente
transitoria (tan próximo al punto de entrada de la línea a la
estructura como sea posible).
CRITERIOS DE LOCALIZACIÓN:
1er criterio: Mientras más próximo esté el DPS al punto de
entrada de la línea, mayor cantidad de equipos protegidos dentro
de la estructura por ese SPD (ventaja económica).
2do criterio: Mientras más próximo esté DPS a los equipos, más
efectiva será su protección (ventaja técnica).
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UBICACIÓN DE LOS DPS
CONDUCTORES DE CONEXIÓN DEL DPS:
Secciones transversales mínimas para componentes de unión
Componente de unión
Material
Sección
transversal
mm2
Conductores de tierra al SPD (que llevan toda
o una parte significativa de la corriente del
rayo)
Clase I
Clase II
Clase III
Otros DPS
Cu
16
6
1
1
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NECESIDAD
Cuando se instalan dos o más SPDs en cascada en un
mismo circuito, necesitan estar energéticamente
coordinados.
OBJETIVO:
La repartición de la energía transitoria entre los SPDs en
función de su capacidad de absorción y evitar
sobrecargas en el sistema. Para ello, el fabricante de los
SPDs tiene que suministrar suficiente información de
cómo lograr la coordinación de energía entre sus
diferentes SPDs.
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PRINCIPIO
La coordinación de energía se basa en la máxima
energía que soporta el segundo SPD. Sin embargo, esta
energía en ocasiones depende de la forma de onda y los
ensayos. Estos generalmente se realizan con una única
forma de onda (8/20 µs para los ensayos de Clase II). Por
esta razón, es mejor y más fácil, obtener el valor de Emax
directo del fabricante (la mayoría de las veces está
impreso en su documentación técnica).
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PRINCIPIO
Puede resumirse de manera aproximada con las preguntas:
? ¿En el caso de una sobrecorriente entrante i, qué parte de
esta circulará a través de DPS1 y que parte a través de
DPS2?
? ¿Los dos DPS son capaces de soportar estos estreses?
Si la distancia entre los dos DPS es corta en relación con la
duración de la sobretensión, el efecto de la inductancia será
despreciable y el DPS2 puede sobreestresarse.
Una correcta coordinación se logra mediante la selección de
los DPS que reduzca el valor de i2 a un nivel aceptable,
considerando la impedancia entre los mismos. Esto también
reducirá la tensión residual del DPS2 al valor deseado.
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PRINCIPIO
Sin embargo, tratar con la coordinación en términos de
corrientes no es suficiente. Es necesario tratar con la
coordinación en términos energía.
Para asegurarse de que dos DPS están coordinados es
necesario satisfacer el requerimiento llamado criterio de
energía:
La coordinación de energía se logra, si para todos los
valores de corriente transitoria entre 0 e Imax1 (Ipeak1) la
parte de la energía, disipada a través de SPD2 es inferior
o igual a su máxima energía de soporte (Emax2).
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PRINCIPIO
Para definir satisfactoriamente la energía de soporte de un
DPS se necesitan dos parámetros:
? Emax S para formas de onda de corriente de corta
duración, 8/20 (ensayo Clase II);
? Emax L para formas de onda de corriente de larga
duración, 10/350, (ensayo Clase I).
El DPS se caracteriza entonces por dos corrientes:
? Imax para ondas cortas (usadas para ensayos Clase II)
? Iimp para ondas largas (usadas para ensayos Clase I).
asociadas con las energías soportables Emax S y Emax L.
(Un mismo DPS puede ensayarse conforme a las Clases I y II).
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MÉTODOS DE COORDINACIÓN
? Coordinación de las características de tensión/corriente. Se basa
en las características U(I) de los DPS, es aplicable a los limitadores
de tensión (MOV y diodos supresores) y no es muy sensible a la
forma de onda de corriente.
? Coordinación mediante elementos de desacoplamiento. Se
emplean como elementos de desacoplamiento: en los sistemas de
potencia, inductancias, y en los sistemas de infocomunicaciones,
resistencias.
di/dt es fundamental para la eficiencia de la coordinación con
inductancias. Los elementos de desacoplamiento pueden ser
inductores o utilizando la propia inductancia de los cables. Si los
conductores de L y PE están en un mismo cable, la L= 0,5 a 1 µH/m
(en función de la sección del cable). Si L y PE separados, deben
considerarse L mayores (en función de la distancia entre los mismos).
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1. COORDINACIÓN ENTRE DOS VARISTORES.
? Si SPD2 tiene la misma corriente de descarga nominal:
Ures1 (In) < Ures2 (In).
? Si SPD2 tiene una corriente de descarga nominal más
baja: Ures1 (In2) < Ures2 (In2).
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2. COORDINACIÓN ENTRE VÍA DE CHISPA Y VARISTOR.
La coordinación se logra cuando ocurre un salto de chispa en el
DPS1 antes de que se estrese el DPS2.
Antes del salto de chispa, se tiene que:
U1 = Ures2 (i) + L × di/dt
Como Ures2(i) no es conocido, se utiliza la siguiente fórmula que da
un resultado conservador:
U1 = Uref2(i) + L × di/dt
donde:
Uref2 es la tensión de referencia del varistor y está muy próximo al
punto de rodilla de la de la característica de U vs. I.
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2. COORDINACIÓN ENTRE VÍA DE CHISPA Y VARISTOR.
La impedancia Z entre los dos DPS (generalmente una
inductancia) puede ser un inductor (componente
específico insertado en la línea para facilitar la
compartición de la energía entre los dos protectores) o
representar la inductancia de una longitud de cable entre
los dos DPS (en general se considera 1 µH/m). Cuando Z
representa una impedancia física, la inductancia de la
línea puede despreciarse debido a su bajo valor
comparado con Z.
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2. COORDINACIÓN ENTRE VÍA DE CHISPA Y VARISTOR.
Cuando U1 excede la tensión de cebado dinámica del vía de chispa
(Udyn), se logra la coordinación y justo una pequeña parte de la
corriente que circula a través del DPS2. Esto depende de las
características del varistor, la tensión de cebado dinámica del vía de
chispa, la razón de aumento, la magnitud de la sobrecorriente
entrante i y la distancia de separación d entre los DPS.
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2. COORDINACIÓN ENTRE VÍA DE CHISPA Y VARISTOR.
Cuando el SPD 1 es de tipo vía de chispa, el SPD 2 deberá
satisfacer los requerimientos:
? para una sobretensión entrante que corresponda a una onda de
ensayo Clase I:
Udyn < Uref2 + L × Ipeak2/10
? para una sobretensión entrante que corresponda a una onda de
ensayo Clase II:
Udyn < Uref2 + L × Imax2/8
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EJEMPLO DE COORDINACIÓN ENTRE VÍA DE CHISPA Y
VARISTOR MEDIANTE INDUCTOR
ATSUB
ATLINK
ATSHOCK
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