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Protección integral contra el rayo y las sobretensiones

BIENVENIDO AL SEMINARIO:

• Quiénes somos • Problemática del rayo y las sobretensiones

• Por qué proteger?

• Explicación de la técnica para poder comprobar la protección:

• Protección externa (contra el rayo)

• Protección interna (contra sobretensiones)

Índice


• Qué es el rayo?• Método de protección (SPCR)• Sobretensiones transitorias y permanentes

• Por qué proteger?• Explicación de la técnica para poder comprobar

la protección:

• Protección externa (contra el rayo)• Protección interna (contra sobretensiones)

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Durante la formación del cumulunimbus, la ionización va en

aumento, y se crea una diferencia de potencial entre nuve y

tierra, generando pequeñas cargas.

A medida que el campo eléctrico va aumentando, el trazador

descendente va rompiendo el campo dieléctrico del aire.

Al final, consigue romper las capas del campo dieléctrico del

aire e impacta con el trazador ascendente de la superficie.

• Hasta 200 kA

• Intensidad media de descarga: 5kA

• 60% rayos < 20kA

• 85% rayos < 35kA.

EL FENÓMENO

Para garantizar una correcta protección contra el rayo y las sobretensiones, es

necesario un sistema compuesto por lo siguiente:

Sistema externo: Pararrayos o similar, se encarga de captar al rayo.

Sistema interno: Se encarga de limitar la sobretensión de las líneas.

Sistema de tierras: Mediante el cual se deriva la energía del rayo o la

sobretensión evitando el paso por otras vías no deseadas.

Cada uno de estos pasos es esencial para la protección, la falta o el mal estado deuno sólo de estos puntos puede significar la no protección.

MÉTODO DE PROTECCIÓN (SPCR)

SOBRETENSIONES TRANSITORIAS Y PERMANENTES

TRANSITORIAS

Inducciones

Conducciones

PERMANENTES

Anomalías en la red

3


TRANSITORIAS

Gran valor de sobretensión (del orden de

kV)

Corta duración

(µs)

Derivación a tierra y

equipotencia-lización

Cables metálicos:

red eléctrica,

datos, coaxiales…

I

t

Impulso tipo rayo < 100 µs

Conmutaciones en red eléctrica < 1ms

Valor Sobretensión Tiempo

Modo de protección Líneas

Valor de decenas hasta

400V

Larga duración

Interrupción del servicio.

Red eléctrica

a b c

(a) (b) (c) Sobretensión Tensión normal Infratensión

Sobretensiones pemanentes



• Por qué proteger?• Solución óptima• Proyectista más especializado• Normativa

• Explicación de la técnica para poder comprobar la protección:

• Protección externa (contra el rayo)

• Protección interna (contra sobretensiones)

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SOLUCIÓ ÓPTIMA: Sin este tipo de protección, las personas y bienes tienen riesgo

de sufrir impactos directos de rayo y/o de recibir sobretensiones, por lo que la

protección proyectada sería insuficiente e ineficaz.

PROYECTISTA ESPECIALIZADO: Un proyecto que incluya esta protección ofrecerá

una solución más completa y más profesional, por lo que será más competitivo en el

mercado.

NORMATIVA

POR QUÉ PROTEGER?

Por qué proyectar protección contra el rayo y las sobretensiones?

Código técnico de Edificación, artículo SU8

REBT2002, Artículo 16.3 e ITC23

Normativas particulares avaladas por las

comunidades autónomas

NORMATIVA

NORMATIVA

PROTECCIÓN EXTERNA

- Normativa- Tipos de solución- Mantenimiento

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Exigencia Básica SU8Seguridad frente al riesgo causado por la acción del rayo

“Se limitará el riesgo de electrocución y de incendio causado por la acción

del rayo, mediante instalaciones adecuadas de protección contra el rayo”

Cuando se debe aplicar este artículo?

Qué obliga y en qué situaciones?

NORMATIVA. CTE

Obras de edificaciones de nueva construcción

Obras de ampliación, modificación, reforma o rehabilitación

Cambio de actividad o uso del edificio existente

NORMATIVA. CTE

Cuando se debe aplicar este artículo?

El código técnico de edificación, basándose en la norma UNE 21186 cita que, Un

sistema de protección externo contra el rayo esta compuesto por:

Sistema externo: Con objeto de captar de forma controlada el impacto del rayo

dentro del volumen a proteger, y derivar mediante el conductor de bajada la

corriente, a la instalación de puesta a tierra.

Está formado por:

• Dispositivos captadores

• Derivadores o conductores de bajada

Sistema interno: dispositivos que reducen los efectos eléctricos y magnéticos de la corriente de la descarga atmosférica dentro del espacio a proteger.

Red de tierra: será la adecuada para dispersar en el terreno la corriente de las

descargas atmosféricas.

NORMATIVA. CTE

Composición de un SPCR

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En los edificios en los que se manipulen sustancias

tóxicas, radioactivas, altamente inflamables o explosivas.

En los edificios cuya altura es superior a 43 m.

Siempre que la frecuencia esperada de impactos (Ne) sea mayor que el riesgo admisible (Na).

NORMATIVA. CTE

¿Cuándo es obligatorio instalar un pararrayos?

Para calcular si es necesaria la protección, se ha de calcular y comparar:

Frecuencia esperada de impactos (Ne)

Riesgo admisible (Na).

www.cirprotec.com

NORMATIVA. CTE

¿Cuándo es obligatorio instalar un pararrayos?

Cirprotec ofrece el Software gratuito NIMBUS

PROJECT® para realizar este cálculo.

Situación geográfica en el mapa de número de impactos de

rayo/(año km2)

Geometría del edificio.

Tipología y geometría de los edificios colindantes.

NORMATIVA. CTE

La frecuencia esperada de impactos (Ne) depende de:

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NORMATIVA. CTE

Tipo de construcción (metálicas, de hormigón o madera)

Contenido del edificio (contenido inflamable o no)

Uso del edificio (de concurrencia, sanitario, comercial, docente,...)

NORMATIVA. CTE

El Riesgo admisible (Na) depende de:

Por último, según estos dos parámetros, tenemos un nivel de eficiencia de

la instalación.

Según el código técnico de edificación, este valor nos da el nivel de

protección de la instalación.

Nivel I – Máxima Seguridad

Nivel II – Alta Seguridad

Nivel III – Media Seguridad

Nivel IV – Básica Seguridad

NORMATIVA. CTE

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En el artículo SU8, además de la protección externa, también hace

obligatoria, en caso que haya dispositivos de captación de rayos, la protección interna.

NORMATIVA. CTE

PROTECCIÓN EXTERNA


Gracias a su tecnología, consigue

radios de cobertura mucho más elevados que los sistemas pasivos.

PROTECCIÓN EXTERNA. Sistemas ACTIVOS

Pararrayos con Dispositivo de Cebado (PDC)

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PARARRAYOS NIMBUSCPT-1

NIVEL RADIO1 47

2 57

3 72

4 87


NIVEL RADIO1 64

2 74

3 89

4 104


NIVEL RADIO1 80

2 90

3 105

4 120


NIMBUS PROJECT

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PROTECCIÓN EXTERNA


MANTENIMIENTO

MANTENIMIENTO instalación de PARARRAYOSSegún UNE 21186

Nimbus Service

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PROTECCIÓN INTERNA

3. Los sistemas de protección para las instalaciones interiores o receptoras para baja

tensión impedirán los efectos de las sobreintensidades y sobretensiones que por

distintas causas cabe prever en las mismas y resguardarán a sus materiales y equipos

de las acciones y efectos de los agentes externos. Asimismo, y a efectos de seguridad

general, se determinarán las condiciones que deben cumplir dichas instalaciones para

proteger de los contactos directos e indirectos.

REBT2002, Artículo 16.3 Instalaciones interiores o receptoras

NORMATIVA. REBT

Obligatorio Protecciones transitorias

Obligatorio Protecciones permanentes

Para todo tipo de instalaciones y para todo tipo de redes

TRANSITORIAS PERMANENTES

Existe ITC-23No existe

ninguna ITC específica

Podemos aplicar criterios de ITC-23

Debemos aplicar artículo

16.3

NORMATIVA. REBT

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Obligatorio protección transitorias cuando:

Esté alimentada por o incluya líneas aéreas.

Cuando:• Existan equipos de alto valor económico.• Cuando se puedan producir pérdidas irreparables

• Cuando se puedan producir discontinuidades de servicio

NORMATIVA. REBT / Guía ITC23

Situaciones Ejemplos Requisitos

Línea de alimentación de baja tensión total o parcialmente aérea o cuando la instalación incluye líneas aéreas.

Todas las instalaciones, ya sean industriales, terciarias viviendas, etc. Obligatorio

Riesgo de fallo afectando la vida humanaLos servicios de seguridad, centros de emergencias, equipo

médico en hospitales. Obligatorio

Riesgo de fallo afectando la vida de los animales Las explotaciones ganaderas, piscifactorías, etc. Obligatorio

Riesgo de fallo afectando los servicios públicosLa pérdida de servicios para el público, centros informáticos,

sistemas de telecomunicación. Obligatorio

Riesgo de fallo afectando actividades agrícolas o industriales no interrumpibles

Industrias con hornos o en general procesos industriales continuos no interrumpibles Obligatorio

Riesgo de fallo afectando las instalaciones y equipos de los

locales de pública concurrencia que sean servicios de seguridad

Sistemas de alumbrado de emergencia no autónomos. Obligatorio

Instalaciones en edificios con sistemas de protección externa contra descargas atmosféricas o contra rayos tales como:

Pararrayos, puntas Franklin, jaulas de Faraday instalados en el mismo edificio o en un radio menor de 50 m.

Todas las instalaciones, ya sean industriales, terciarias,

viviendas, etc. Obligatorio


Situaciones Ejemplos Requisitos

Viviendas (cuando no sea obligatorio según los casos

anteriores)

- con sistemas domóticos (ITC-BT-51)

- con sistemas de telecomunicaciones en azotea.

Recomendado

Instalaciones en zonas con más de 20 días de tormenta al

año

Todas las instalaciones, ya sean industriales, terciarias,

viviendas, etc. Recomendado

Equipos especialmente sensibles y costosos Pantallas de plasma, ordenadores, etc. Recomendado

Riesgo de fallo afectando las instalaciones y equipos de los

locales de pública concurrencia que no sean servicios de

seguridad

Los locales incluidos en la ITC-BT-28 Recomendado

Actividades industriales y comerciales no incluidas en la tabla

A Recomendado


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Andalucía: Sevillana-Endesa, avalada por BOJA nº109,7 junio 2005Obligatorio instalación de protecciones contra sobretensiones en cualquier

instalación tanto transitorio como permanentes.

Catalunya: Fecsa Endesa, avalada por DOGC nº4827, 22 febrero 2007Obligatorio instalación de protecciones contra sobretensiones permanentes

siempre en cualquier instalación y transitorio según ITC23.

Aragón: ERZ Endesa, avalada por BOA nº6, 12 enero 2010Obligatorio instalación de protecciones contra sobretensiones permanentessiempre en cualquier instalación y transitorio según ITC23.

Canarias: Unelco Endesa, avalada por BOC nº81, 27 abril 2010Obligatorio instalación de protecciones contra sobretensiones en cualquier

instalación tanto transitorio como permanentes.

NORMATIVA. NTP

NORMAS TÉCNICAS PARTICULARESde compañía eléctrica

Gran valor de sobretensión (del orden de

kV)

Corta duración

(µs)

Derivación a tierra y

equipotencia-lización

Cables metálicos:

red eléctrica,

datos, coaxiales...

I

t



Valor Sobretensión

Tiempo Modo de protección

Líneas

Valor de decenas hasta

400V

Larga duración

Interrupción del servicio.

Red eléctrica

a b c



INTRODUCCIÓN. Protección INTERNA

PROTECCIÓN INTERNA

- SOBRETENSIONES TRANSITORIAS- ¿Qué son?- ¿Qué las provoca?- ¿Cómo se protegen?- Dimensionado de la protección- Aspectos de instalación y mantenimiento

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I

t



Sobretensiones TRANSITORIAS

¿QUÉ SON?

Son picos de tensión que alcanzan valores de kV con una duración menor al milisegundo.

PROTECCIÓN INTERNA


¿QUÉ LAS PROVOCA?

El principal motivo que causa las sobretensiones transitorias son las caídas de rayos.

Las caídas de rayos puede provocar las sobretensiones por diferentes medios, siendo su capacidad destructiva, diferente en cada caso.

Sobretensiones TRANSITORIAS

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Sobretensiones por aumento del potencial de tierra

CAUSAS Sobretensiones TRANSITORIAS

Sobretensiones conducidas


Sobretensiones inducidas


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Conmutaciones de compañía

Conmutaciones de grandes cargas

propias o próximas

También se producen por conmutación …


PROTECCIÓN INTERNA


Los limitadores de sobretensión están compuestos, entre otros elementos, por

varistores.

Los varistores modifican su resistencia según la tensión de la red.

Al conectarse en paralelo, cuando hay un sobretensión, éste la deriva directamente a tierra, protegiendo al receptor.

Receptor

Red

Protector

¿CÓMO SE PROTEGE?

Que debemos hacer para una correcta protección

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Tener en cuenta la sobretensión que es capaz de soportar un equipo a proteger por si solo.

Este aspecto queda reflejado en la norma UNE 20460-4-443, equivalente a la norma

internacional IEC 60634-4-443.

Esta normativa cataloga los equipos en categorías según la sobretensión que soportan.

CATEGORÍAS DE LOS EQUIPOS A PROTEGER

6 kV 4 kV 2,5 kV 1,5 kV

Tipo

Sobretensión soportada

Lineas 230/400

Categoría IV III II I

Equipos en

la acometida

Equipos

fijos de la instalación

Equipamentos

sensibles y/o electrónicos

Equipamentos

conectados a red fija

CATEGORÍAS DE LOS EQUIPOS A PROTEGER

Proyectos por pasos

Tipo 1Protectores con capacidad de derivar descargas tipo rayo (10/350 µµµµs). Nivel de

protección alto.

Tipo 2Protectores con capacidad de derivar descargas elevadas (8/20 µµµµs). Niveles de

protección medios.

Tipo 3Protectores con capacidad de derivar descargas medias (8/20 µµµµs). Niveles de

protección bajos.

CLASES DE PROTECTORES

Según el poder de descarga de los protectores, se clasifican en Tipos.

Esta clasificación de los protectores está definida en la norma

internacional IEC 61643-11.

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UcTensión Máxima de servicio (RMS o

DC) en lo cual el protector puede operar de forma continuada.

ImaxCorriente Máxima capaz de derivar una

única vez el protector.

In Corriente capaz de derivar el protector

de Tipo 2 por lo menos 20 veces.

UpTensión Residual que llegar a los

equipos cuando aplicada In.

UrTensión Residual que llega a los

equipos cuando aplicada una corriente.

IccCorriente capaz de soportar el protector

en caso de cortocircuito.

PARÁMETROS SPD. Sobretensiones TRANSITORIAS

• Cada modelo de protector

tiene una tensión residual que

es función de la corriente que

por el circula durante la

sobretensión.

• El sistema de protección ha

de garantizar que a cada uno

de los elementos que formen

parte de la instalación no le

llegará una tensión superior a la

que puede suportar de acuerdo

con UNE 20460-4-443 / IEC

60634-4-443.

• En la mayor parte de casos

deberemos de realizar una

protección escalonada.

± 4 kV

± 1,8 kV

< 1 kV

T 1

T 2

T 3

ESCALONADO DE PROTECCIONES

Ejemplo de escalonamiento

PROTECCIÓN INTERNA


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Inicio Selección

Protección Exterior ?

Acometida Aerea ?

Protector Tipo 240 kA 8/20

Segundo escalón de protección



Si

Si

No

No

Dimensionado Red eléctrica: 1er ESCALÓN

Cabecera Tipo 1100 kA 10/350



Protector Tipo 2 40 kA 8/20



Protector Tipo 3 (opcional)


Protector Tipo 3 (opcional)

CG

BT

SU

BC

UA

DR

OE

QU

IPO

S

10 mts.

5 mts.

5 mts.

5 mts.

5 mts.

5 mts.

Dimensionado Red eléctrica: resto ESCALONES

PROTECCIÓN INTERNA


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En las características técnicas de los protectores de sobretensiones, viene

detallado un parámetro determinado como fusible previo máximo.

Si el valor del elemento de protección previo al protector es mayor que el valor

de fusible previo máximo, deberán añadirse fusibles de protección, en caso

contrario no será necesaria su inclusión.

Los protectores de CIRPROTEC, incorporan desconectadores internos.

Ejemplo:

Fusible Previo Máximo 80A

63 A 125 A

F ~ 32 A

Necesidad FUSIBLES PREVIOS

TRANSITORIAS – Parámetros SPD

Protección correcta?

Existe pararrayos en la instalación: Tipo1 en contadores

Tipo 2 en IGA

No existe pararrayos, pero según guía: Tipo 2 en IGA

Fusibles previos?

Existencia si se requiere del fusible previo.

Estado de la protección?

Comprobación que no han llegado a final de vida.

Qué se debe comprobar en una instalación?

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Líneas telefónicas

Disponible modelos para proteger al lado del receptor, en cuadro de

carril DIN o en registros con regletas Krone, R&M o similar.

Comunicación

En formato DB, según número de hilos del cable, con formato de

conector Sub-D y para comunicaciones a diferentes tensiones.

Medición y Control

Disponibles modelos según número de cables, con o sin GND,

especiales para protocolo 232 y 485, y con formatos extrafinos para

aplicaciones industriales.

Datos (Ethernet)

En formato unipolar o rack de 24 para cat 5e o cat6.

Radio-frecuencia

Para cables coaxiales con diferentes conectores y tensiones.

CORRIENTES DÉBILES: Otras vías de sobretensión

PROTECCIÓN INTERNA

- SOBRETENSIONES PERMANENTES- ¿Qué son?- ¿Qué las provoca?- ¿Cómo se protegen?

a b c



Un ejemplo de este tipo de problemas, son las roturas del neutro.

Sobretensiones PERMANENTES

¿QUÉ SON?

Corresponden a aumentos o disminuciones de la tensión de red, de duración

indeterminada y que ocasionan grandes deterioros de equipos o envejecimiento

prematuro de los mismos.

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PROTECCIÓN INTERNA


L1

L2

L3

N

VL-L = 400V

Abonado 1 Abonado 2

230V+ -

230V- +

400V+

-

VL-N = 230V

Neutro

Concepto de PROTECCIÓN. Sobretensiones PERMANENTES

L1

L2

L3

N

VL-L = 400V

???V

+ -

???V

- +

400V+

-

VL-N = ???V

Rotura de neutro

Abonado 1 Abonado 2

Concepto de PROTECCIÓN. Sobretensiones PERMANENTES

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CAUSAS Sobretensiones PERMANENTES

PROTECCIÓN INTERNA


Sobretensiones PERMANENTES, cómo se protege?

vSe controla cada una de lastensiones simples.

En caso que una de ellassupere el máximo permitido,se interrumpe el suministromediante un elemento elpropio elemento o unelemento externo.

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GENERALIDADES

� Aprobada el 10 de Diciembre de 2010.

� Publicada el 15 de Marzo de 2011.

� Existirá una versión española UNE-EN antes

de 12 meses después de su aprobación.

SCOPE

“Scope” de la norma: los protectores contra sobretensiones permanentes

(POP) para aplicaciones domésticas y análogas:

� Frecuencia nominal de 50 Hz

� Tensión nominal F-N de 230 V

� Para asociarse con interruptores automáticos según EN 60898 y

interruptores diferenciales según EN 61008 y EN 61009. Quedan fuera los

dispositivos para actuación sobre elementos de corte según 60947-2 (norma

industrial).

Aplicación: mitigar los efectos de la sobretensiones permanentes provocadas

por la ruptura del conductor neutro.

También se admite su uso en el caso de sistemas con tensión nominal 230 V

AC entre fases.

CARACTERÍSTICAS & REQUISITOS

Elemento de corte (MPD: Main Protective Device)

� Solo se admiten interruptores automáticos y diferenciales como elementos

de corte.

� El fabricante del protector contra sobretensiones permanentes debe

suministrar un conjunto que incluya el elemento de detección y el elemento de

corte.

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Método de funcionamiento

� No se admite la generación de una fuga

a tierra como método de funcionamiento

(pues representa la creación de un defecto

para que el MPD actúe).

� No se admite la utilización del

desequilibrio diferencial como método de

funcionamiento (pues representa la

simulación de un defecto para que el MPD

actué y porqué se conecta

simultáneamente aguas arriba y aguas

abajo de éste).


Curva de disparo Tensión / Tiempo progresiva


Método de funcionamiento

� El elemento debe ser de categoría III, es decir, soportar una tensión impulsional

de hasta 4 kV en 1,2/50.

� También debe superar las pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC’s)

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RESUMEN

Aspectos técnicos más relevantes

� El “scope” de la norma se limita a los protectores contra sobretensiones

permanentes (POP) para aplicaciones domésticas y análogas: interruptores

automáticos según 60898 y diferenciales según 61008, quedando fuera elementos

de corte según 60947-2 (norma industrial).

� Solo se admiten interruptores automáticos y diferenciales como elementos de

corte.

� El fabricante del protector contra sobretensiones permanentes debe

suministrar un conjunto que incluya el elemento de detección y el elemento de

corte.

� Imposibilidad de utilizar la fuga a tierra o el desequilibrio diferencial como

principios de funcionamiento.

� Curva de disparo progresiva Tensión / Tiempo.

� Categoría III: el POP debe soportar una tensión impulsional de 4 kV.

� No se hace referencia a la inclusión de botón de test ni a la posibilidad de

regulación y reconexión automática.

Cirprotec PRIMERA GAMA ADAPTADA

EL CONOCIMIENTO PREVIO DE LA NORMA NOS HA PERMITIDO TENER LA GAMA

ADAPTADA DESDE EL PRIMER MOMENTO

PROTECCIÓN INTERNA: GAMA DE PRODUCTOS

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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