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Actualización sobre la protección contra sobretensiones



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    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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