nec artÍculo 285

NEC ARTÍCULO 285

DISPOSITIVOS PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES

1 kV o menos

ALCIBÍADES MAYTA T2 de Julio 2013

Tormenta eléctrica afectó funcionamiento de BANCONAL

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7/2/20133

El Banco Nacional de Panamá informóeste lunes que los servicios de atenciónal cliente, como pago de impuestos yretiro de dinero se han vistosuspendidos, debido a los dañoscausados al equipo central del bancodurante una tormenta el domingo.


7/2/20134

El BANCONAL indicó que dos rayos cayeron el domingo sobre sus instalaciones ubicadas en la vía Transístmica ( Simón Bolívar) causando daños en el equipo central del banco, lo que afectó las comunicaciones entre las sucursales.

El Banco Nacional dijo que su personal trabaja para reparar este inconveniente.


7/2/20135

¿?

7/2/20136

¿?

7/2/20137

¿De qué conversaremos?

¿Qué entendemos por sobretensiones a las que se refiere el Artículo 285?De las fluctuaciones de voltaje¿Es necesario proteger los equipos contra las sobretensiones?¿Existe alguna obligación?De ser necesario proteger: ¿quién deberá hacerlo: usuario o el prestador del servicio?

7/2/20138

¿De qué conversaremos?

¿Qué cultura tecnológica existe en Panamá con relación a los transitorios de voltaje en sistemas eléctricos?La función de un Surge ProtectiveDevice (SPD)El Artículo 285 del NEC y la utilización de los SPD

7/2/20139

Transitorios en los sistemaseléctricos

“Un transitorio eléctrico es la manifestación externa de un cambio súbito en las condiciones del circuito, como cuando un interruptor abre o cierra o una falla ocurre en el sistema. Este período transitorio es usualmente muy corto.

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La fracción de su tiempo de operación que la mayoría de los circuitos pasan en la condición transitoria es insignificante comparada con el tiempo que pasan en el estado estable.

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Sin embargo, estos períodos transitorios son extremadamente importantes, porque es en tales ocasiones que los componentes del circuito están sometidos a grandes esfuerzos debido a corrientes excesivas o voltajes. En casos extremos, resultan daños.

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Esto puede inutilizar una máquina, detener una planta, o apagar una ciudad, dependiendo del circuito implicado. Por esta razón una clara apreciación de los eventos que tienen lugar durante los períodos transitorios es esencial para una comprensión plena del comportamiento de los circuitos eléctricos.

7/2/201313


Es desafortunado que muchos ingenieros eléctricos tengan una concepción muy vaga de lo que sucede en el circuito en tales ocasiones. Verdaderamente, algunos parecen ver el tema como bordeando las fronteras de lo oculto.

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No obstante, los transitorios pueden ser comprendidos: ellos pueden ser calculados y algunas veces prevenidos, o al menos controlados, de modo que sean inocuos al circuito o sistema de potencia en el cual aparecen”Tomado de la introducción del libro: ELECTRICALTRANSIENTS IN POWER SYSTEMS: ALLAN GREENWOOD

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Un aumento en la tensión: … ¿nominal?

¿Qué se entiende por sobretensión transitoria?

¿ Tensión RMS, instantánea, pico?

¿ Las fases, el neutro, respecto a tierra ?

Con duración de ¿ Horas, minutos, segundos, mseg., seg. ?

¿ A 60 Hz, a kHz, a MHz ? …

¿ Son súbitas o graduales?

¿ Ocurren simultáneamente con otros problemas de calidad de onda… ?

Sobretensiones, tipos:

Sobretensión transitoria

Sobretensión temporal, permanente o a 60 Hz

Aparece un impulso

Aumenta la tensión

Fluctuaciones de tensión

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Fluctuaciones de tensión

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Evolución de la compatibilidad electromagnética

(CEM)

Inmunidad a la perturbación

Grado de perturbación

1950 1960 1970 1980 1990 2000

Equipos afectados

De todo tipo; eléctricos y electrónicos

Daños en los equipos

Mal funcionamiento

Envejecimiento prematuro

Destrucción

Sobretensiones transitorias

Fundamentalmente por la inductancia

de las instalaciones

Origen de las perturbaciones:

Rayo

Maniobras eléctricas y de conmutación; aperturas o cierresde interruptores, arranque de motores, conmutación de cargas inductivas, etc.

Parásitos; ciertos equipos emisores de frecuencias industriales, tales como soldadura eléctrica, hornos de arco, motores, condensadores, etc.

Acoplamientos; líneas eléctricas (aéreas y subterráneas), líneas de conmutación (aéreas y subterráneas), líneas de transmisión de datos,tomas de tierra, …

Origen de las perturbaciones:

Rayo

Maniobras eléctricas y de conmutación; aperturas o cierresde interruptores, arranque de motores, conmutación de cargas inductivas, etc.

Parásitos; ciertos equipos emisores de frecuencias industriales, tales como soldadura eléctrica, hornos de arco, motores, condensadores, etc.

Acoplamientos; líneas eléctricas (aéreas y subterráneas), líneas de conmutación (aéreas y subterráneas), líneas de transmisión de datos,tomas de tierra, …

Caída directa en equipos eléctricos o en zonas próximas

Caída indirecta en zonas alejadas pero que inducen intensos campos eléc.

Caída directa en equipos eléctricos o en zonas próximas

Caída indirecta en zonas alejadas pero que inducen intensos campos eléc.


Transitorio del voltaje en la desconexión

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Comportamiento de la corriente durante la interrupción

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Descargas atmosféricas e impulsos de voltaje

Los impulsos inducido son descritos como un “efecto secundario” de la descarga y hay tres medios reconocidos por los cuales estos impulsos son inducidos en los cables de potencia y de datos.

Acoplamiento resistivo

La descarga causa una elevación masiva del voltaje en la vecindad.


La elevación de voltaje afecta los sistemas de aterrizaje y es conducido a través de estos a los edificios donde pueden viajar en el sistema eléctrico creando destrucción a lo largo de su trayectoria


Adicionalmente, cada cable de datos o telecomunicaciones que conecta la edificación afectada a otra, proporciona una trayectoria que infecta aquella edificación también

Acoplamiento inductivoLa descarga en el conductor, que forma parte del sistema de protección de la edificación, genera un pulso electromagnético de energía que puede ser captado, por los cables cercanos, en forma de un impulso destructivo de voltaje,

Los daños que provocan las sobretensiones dependen de la forma de onda que les acompaña

t


t

Tiempo de crecimiento; es muy rápido, afecta a algunos componentes como

tiristores y triacs

Duración del Impulso; una larga duración avería a la mayor parte

de los componentes

Valor de cresta; muy superior al valor admisible de condensadores, diodos y

semiconductores en general

La forma de onda viene definida por tres parámetros


tiempo (μs)

Onda tM / tD

tM = tiempo de crecimiento t D = duración (μs)

90%

30%

10%

50%

Para una ONDA DE TENSIÓN:

t M = 1,67 (t 90 – t 30) t D = t 50 – t 30Para una ONDA DE INTENSIDAD:

t M = 1,25 (t 90 – t 10) t D = t 50 – t 10

Ejemplos de Ondas Normalizadas:

ONDA DE TENSIÓN: 1,2 / 50

ONDA DE INTENSID.: 8 / 20 t50t10

t 30 t 90ONDA DE INTENSID.:10 / 350

Tensión o Intensidad


Distintos tipos de impulsos

t

Impulsos tipo rayo < 100 s

Conmutaciones en redes < 1 ms

el 30% el 70%


Valor típico: de 5 a 40 kA30 kA/μs

Forma de onda típica de corriente de rayo

Origen Interno

Fallas eléctricosConexión de bancos de condensadoresEncendido y apagado de MotoresFuentes ConmutadasMáquinas de soldaduraEquipos de Proceso, …..

Origen de las sobretensiones transitoriasSo

Los cambios bruscos en las condiciones de funcionamiento establecidas de una red eléctrica provocan fenómenos transitorios:– Sobretensiones de dispositivos de

desconexión debido a la apertura de los dispositivos de protección y control: fusibles, interruptor automático, contactores.

– Sobretensiones de los circuitos inductivos debidas a arranques o paradas de motores, o la apertura de transformadores, como los centro de transformación de MT/BT.

– Sobretensiones de circuitos capacitivos debidas a la conexión de baterías de condensadores a la red.

Transitorios por maniobras

Origen externo

Inserción de capacitores

Tipos básicos, según el modo de propagación

Fases

Neutro

Fases

Neutro

Modo COMÚN o ASIMÉTRICA Modo DIFERENCIAL o SIMÉTRICA

U

U

Las sobretensiones se producen entre los conductores activos y Tierra[ Fases-Tierra o Neutro-Tierra ]

Las sobretensiones se producen entre los propios conductores activos

[ Fase-Fase o Fase-Neutro ]


Funcionamiento de la protección


¿Qué tipos de descargadores hay? Fundamentalmente hay dos tipos:

DESCARGADORES DE GAS, DE AIRE, DE CORRIENTE DE RAYO, VIAS DE CHISPAS,…

LIMITADORES DE SOBRETENSIÓN, DESCARGADORES DE VARISTORES, RECORTADORES DE ONDA, SUPRESORES DE SILICIO O SELENIO, DESCARGADORES DE CARBÓN, DIODOS ZENER, …

Cada uno de los dos tipos, “gestiona” de distinta forma los impulsos de sobretensión


SPD O DISPOSITIVOS PROTECTORES DE SOBRETENSIÓN

Un SPD es un dispositivo compuesto al menos por un componente no lineal cuyo propósito es limitar los impulsos de voltaje en los equipos eléctricos y es capaz de repetir esta función de acuerdo a lo especificado.Anteriormente habían sido conocidos como TVSS (transient voltage surge supressor) o pararrayos secundarios.

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La función de un SPD

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SPD y la UL 1449: un estándar reconocido por ANSI

Una referencia comúnmente utilizada para el diseño y prueba de los SPD es la norma UL 1449 – publicada por Underwriters Laboratories®. Para mejorar la seguridad y la calidad de los supresores, la UL 1449, es revisada periódicamente y la publicación más reciente pertenece a la 3ª edición, de septiembre del 2006. Ésta, cuenta con el visto bueno de la industria desde el 29 de septiembre de 2009, y ha sido aceptada ya como una Norma Nacional Americana (ANSI).

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La UL 1449 un estándar reconocido por ANSI

Los supresores de sobretensiones transitorias se conocían como TVSS – siglas de la palabra TransientVoltage Surge Suppressor.La 3ª edición de la norma UL 1449 los denominó SurgeProtective Device (SPD) por dos aspectos: • La norma y el término ahora incluyen en su campo de aplicación a los pararrayos secundarios que se utilizan en sistemas de hasta 1 000 V. • El término Surge Protective Device define de mejor forma el propósito de los dispositivos, incluyendo los parámetros de tensión y corriente.

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Clasificación de los SPD según la UL 1449

La UL 1449 3ª edición, clasifica los SPDs en 5 tipos diferentes. Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3, identifican los SPD,s que pueden instalarse dentro del sistema de distribución eléctrica de baja tensión dentro de los predios.. La clasificación Tipo 4, se refiere a los componentes de ensamblados; o aquellos que la UL define como los que “se diseñan solamente para la instalación en fábrica de otro componente, dispositivo o producto.”

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La clasificación de Tipo 5, se refiere a los componentes

discretos, como los varistores de óxidos metálicos

(MOVs).

Los SPDs Tipo 4 y 5, no pueden ser instalados en

campo, a diferencia de aquellos dispositivos que se

listan como de Tipo 1, 2 ó 3, siendo, por ello, la

inclusión de estos una de las mejoras más significativas

de la norma UL 1449 3ª edición.

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Tipo 1SPDs diseñados para conectarse de manera permanente en las instalaciones, entre el secundario del transformador de servicio y el lado línea o el lado carga del dispositivo de protección de sobrecorriente.

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Tipo 2Estos SPDs se conectan de manera permanente en el lado carga del dispositivo de protección contra sobrecorriente; incluyendo los SPDs que se localizan en el tablero derivado.

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Tipo 3El punto de utilización del SPD se instala a una longitud mínima de 10 metros del tablero de distribución derivado. Tipo 4Se integra por uno o más componentes del Tipo 5, en conjunto con un desconectador (integral o externo), o un medio para satisfacer la prueba de limitación de la corriente.


Tipo 5Son supresores de sobretensiones discretos, como varistores de óxidos metálicos, que pueden montarse en una tablilla de conexiones impresa, así como conectarse por medio de sus terminales o dentro de un envolvente, con un medio de montaje y cableado terminal.

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Valores de tensión característicos

La norma UL 1449 3ª edición define la tensión de limitación medida – tambiénconocida por las siglas de la palabraMeasured Limiting Voltage (MLV) –como la tensión máxima después de aplicar un impulso.

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Valores de tensión característicos

La prueba de medición de tensión de limitación que ahora indica la norma UL 1449 3ª edición, especifica que la forma de onda que se aplica debe ser de 6000 V y 3 000 A, y el término con el que se designa a la tensión residual es el de tensión nominal de protección o VPR (Voltage Protection Rating).

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Corriente de descarga nominal

Tipo 1: 10 kA o 20 kATipo 2: 3 kA, 5 kA, 10 kA o 20 kATipo 3: se considera que estos SPDs, normalmente, no tienen un nivel de I(n).

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Selección de la protección

1. Determinación del poder de derivación necesario (Imax ). Análisis del riesgo según tres grupos de parámetros:

• Parámetros debido al entorno: frecuencia de tormentas y probabilidad de caída de rayos (mapa isoceráunico).• Parámetros de conexión de la instalación a la red eléctrica: presencia de pararrayos, acometida, situación en el edificio.

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Parámetros de seguridad: coste del cambio y reparación

del equipo, coste del tiempo de inutilización, riesgo para

el entorno o vidas humanas (petroquímicas, lugares

abiertos de pública concurrencia.

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Recomendación para determinar una protección de Tipo IMínimo de Iimp = 12.5 kA basado en el siguiente cálculo:1. Corriente media de impacto de un rayo : 100

kA (solo el 5% son > 100 kA)2. Distribución de Iimp en un 50% derivada a

tierra y un 50% a la red eléctrica (distribuida entre los 4 conductores 3L + N)

Iimp=50 kA /4 = 12.5 kA

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Recomendación para determinar una protección de Tipo IIEn función de Ng = densidad rayos anuales / km2

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Ng <2 2<Ng<3 3<Ng<4 4<NgIn (kA) 5 15 20 30Imax (kA) 15 45 65 100


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Ejemplo de coordinación entre los tres dispositivos

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NEC 2008 – Artículo 285 - SPD

285.1 AlcanceEste artículo cubre los requerimientos generales, requerimientos de instalación, requerimientos de conexión para SPD y TVSSEl Artículo 285 solo cubre los SPD permanentemente instalados. No se aplica a los del tipo portátil de desconectar y enchufar

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285.3 Usos no permitidosNo deberán ser instalados en:Circuitos que exceden 1 kV.En sistemas no aterrizados, sistemas aterrizados a través de una impedancia o en sistemas delta con esquina aterrizada a menos que hayan sido especificados para uso en estos sistemasCuando el valor nominal del SPD es menor que máximo voltaje continuo de fase a tierra a frecuencia industrial disponible en el punto de aplicación.

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285.4 Número requeridoDonde es usado en un punto de un circuito debe ser conectado a cada conductor no aterrizado.285.5 ListadoUn SPD será un dispositivo listado285.6 Valor nominal de la corriente de cortocircuito.El SPD será marcado con un valor nominal de corriente de cortocircuito y no será instalado en un punto en el sistema donde la corriente de falla disponible excede aquel valor nominal. Estos requerimientos de marcado no se aplican a receptáculos.

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285.11 LocalizaciónSe permitirá que los SPD’s sean localizados en interiores o exteriores y serán inaccesibles a personas no calificadas, a menos que estén listados para instalación en localizaciones accesibles.285.11 Ruta de la conexiónLos conductores utilizados para conectar el SPD a la línea o bus y a tierra no serán más largo de lo necesario y deberá evitarse quiebres innecesarios.

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285.23 SPD,s Tipo 1 (Pararrayos)Serán instalados de acuerdo en cumplimiento a 285.23(A) y (B).(A) Instalación: Los SPD Tipo 1 serán instalados como sigue:(1) Se permitirá que sean conectados al lado de suministro del interruptor de la acometida.(2) Será permitido que se conecten como se especifica en 285.24(B) En la acometida. Serán conectados a:

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(B) En la acometida. Serán conectados a:(1) El conductor aterrizado de la acometida.(2) El conductor del electrodo de aterrizaje.(3) El electrodo de aterrizaje para la acometida.(4) La terminal de aterrizaje de equipos en el equipo de la acometida.

285.24 SPD,s Tipo 2 (TVSSs)Serán instalados de acuerdo 285.24(A) hasta (C)

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285.24 SPD,s Tipo 2 (TVSSs)Serán instalados de acuerdo 285.24(A) hasta (C)(A) y (B) En cualquier punto del lado de carga del dispositivo de interrupción de sobrecorriente.(C) Sistema derivado separado: Serán conectados del lado de carga del primer dispositivo de sobrecorriente en un sistema derivado separado.285.25 SPD,s Tipo 3Se permitirá sean instalados en el lado de carga de la protección de sobrecorriente del circuito de ramal hasta el equipo servido.

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285.26 Tamaño del conductorLos conductores de línea y tierra no serán menores de 14 AWG cobre o 12 AWG aluminio.285.27 Conexión entre conductoresSe permitirá que se conecten entre cualesquiera dos conductores; conductores no aterrizados, conductor aterrizado, conductor de aterrizaje de equipos o conductor del electrodo de aterrizaje. El conductor aterrizado y el conductor de aterrizaje de equipos serán interconectados solamente durante la operación normal del SPD durante un impulso.

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GRACIAS

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nec artÍculo 285

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