protección_sobretensiones_transitorias

5/28/2018 Proteccin_sobretensiones_transitorias

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Gua de Proteccin contra

Sobretensiones Transitorias


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1Schneider Electric

Prlogo

Con la publicacin en el BOE, el 18 de septiembre de 2002, del nuevo

Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin (REBT), toma especial

relevancia el concepto de proteccin contra sobretensiones transitorias.

En el nuevo REBT se han aadido artculos e instrucciones tcnicas

(ITC-BT-23) que tratan sobre la problemtica de las sobretensiones

transitorias y sus protecciones, y que sern de obligado cumplimiento

al ao de la fecha de su publicacin.

Por primera vez, en el REBT se definen y especifican las situaciones en las

cuales se precisa la instalacin de limitadores para proteger los receptores

de los destructivos efectos de las sobretensiones transitorias

(ITC-BT-23, ver anexo).

Asimismo el nuevo REBT, en su Artculo 16, Captulo 3, menciona:

Los sistemas de proteccin para las instalaciones interiores o receptoras

para baja tensin impedirn los efectos de las sobreintensidades y

sobretensiones, que por distintas causas cabe prever en las mismas, y

resguardarn a sus materiales y equipos de las acciones y efectos de los

agentes externos.

Con el objetivo de informar y aclarar todos los aspectos sobre lassobretensiones transitorias origen, propagacin, consecuencias

y las mejores soluciones para protegernos frente a ellas, se ha creado

la presente gua.

La Gua de proteccin contra sobretensiones transitoriaspretende

convertirse en una til herramienta para todos aquellos profesionales

que se vean implicados frente a la problemtica de las sobretensiones

transitorias y que necesiten, en consecuencia, incorporar la mejor

proteccin.


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2 Schneider Electric

Indice

1 Problemtica actual de las instalaciones1.1 Introduccin................................................................................................................. 61.2 Proteccin global de instalaciones.............................................................................. 6

1.3 Gua de proteccin contra sobretensiones transitorias .............................................. 6

2 Proteccin de instalaciones contra sobretensionestransitorias

2.1 Introduccin a las sobretensiones transitorias ............................................................ 8

2.2 Consecuencias de las sobretensiones transitorias ..................................................... 9

3Sobretensiones transitorias de origen atmosfrico3.1 Introduccin............................................................................................................... 12

3.2 Caractersticas de las descargas .............................................................................. 12

3.3 La formacin de tormentas ....................................................................................... 13

3.4 El fenmeno de los rayos .......................................................................................... 15

3.5 Principales efectos de los rayos ................................................................................ 19

3.6 Tipos de sobretensiones transitorias atmosfricas ................................................... 20

3.7 Modos de propagacin ............................................................................................. 22

3.8 Consecuencias de las sobretensiones transitorias atmosfricas ............................. 22

3.9 Conclusin................................................................................................................. 26

4Sobretensiones transitorias de maniobra4.1 Principio fundamental del corte................................................................................. 36

4.2 Criterios del buen funcionamiento de un aparato de corte ....................................... 36

4.3 Sobretensiones transitorias de maniobra en alta tensin ......................................... 37

4.4 Sobretensiones transitorias de maniobra en baja tensin ........................................ 38

5Sobretensiones transitorias electrostticas5.1 Carga electrosttica................................................................................................... 40

5.2 Efectos de las descargas electrostticas .................................................................. 40

5.3 Identificacin del fenmeno ...................................................................................... 40

6Protecciones contra las sobretensiones transitorias6.1 Introduccin............................................................................................................... 42

6.2 Los principios de proteccin ..................................................................................... 42

6.3 Principio de coordinacin del aislamiento................................................................. 44

6.4 Protecciones primarias .............................................................................................. 45

6.5 Protecciones secundarias ......................................................................................... 46


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3Schneider Electric

7Limitadores de sobretensiones transitorias7.1 Caractersticas principales ........................................................................................ 52

7.2 Principios de funcionamiento de los limitadores de sobretensiones transitorias ..... 53

7.3 Tiempo de respuesta de una proteccin ................................................................... 53

7.4 Tecnologas de los limitadores de sobretensiones transitorias ................................. 54

7.5 Sistemas de proteccin ............................................................................................. 60

8 Normativa8.1 Definiciones ............................................................................................................... 64

8.2 CEI 61643 .................................................................................................................. 65

8.3 CEI 60364 .................................................................................................................. 68

8.4 Tabla resumen ........................................................................................................... 70

9 Reglas generales de instalacin de los limitadoresde sobretensiones transitorias

9.1 Regmenes de neutro ................................................................................................ 72

9.2 Desconexin de los limitadores de sobretensiones transitorias y continuidad

de servicio ................................................................................................................. 77

9.3 Reglas de instalacin de los limitadores de sobretensiones transitorias .................. 80

10 Eleccin del limitador de sobretensiones transitorias10.1 Introduccin............................................................................................................. 90

10.2 Principio general ...................................................................................................... 90

10.3 Mtodo por clculo ................................................................................................. 91

10.4 Tabla de eleccin de los limitadores de sobretensiones transitorias BT ................. 93

11 Gamas Schneider Electric para la proteccin contralas sobretensiones transitorias

11.1 Limitadores de sobretensiones transitorias clase I, PRF1 ...................................... 99

11.2 Limitadores de sobretensiones transitorias clase II, PRD ....................................... 99

11.3 Bobina de desacoplo L40A ................................................................................... 103

11.4 Limitadores de sobretensiones transitorias para redes de comunicacin ............ 10311.5 Mdulos de sealizacin a distancia EM/RM para PRD, PRC y PRI .................... 106

12Aplicaciones12.1 a 12.2 Residencial ................................................................................................. 110

12.3 a 12.10 Terciario .................................................................................................... 114

12.11 a 12.14 Industria .................................................................................................. 130

12.15 a 12.16 Infraestructuras....................................................................................... 138

13Anexo ITC-BT-23 del nuevo REBT13.1 Objeto y campo de aplicacin............................................................................... 14413.2 Categoras de las sobretensiones ......................................................................... 144

13.3 Medidas para el control de las sobretensiones..................................................... 145

13.4 Seleccin de los materiales en la instalacin ........................................................ 146


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Problemtica

actual de las

instalaciones

1.1 Introduccin 6

1.2 Proteccin global

de instalaciones 6

1.3 Gua de proteccin

contra sobretensiones

transitorias 6

1


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1 Problemtica actual de las instalaciones


1.1 Introduccin

La evolucin en las instalaciones elctricasha sido una constante desde que empez a

introducirse la aparamenta elctrica. Las

instalaciones aumentan en complejidad

debido a la necesidad de realizar mayor

nmero de funciones y control de todos los

procesos y aspectos relacionados con la

instalacin elctrica del edificio.

1.2 Proteccin global

de instalacionesEsta evolucin va estrechamente

relacionada con la naturaleza de los

receptores. Un enriquecimiento y una

mayor complejidad de stos provoca que

las instalaciones dejen de estar bien

dimensionadas. Debido a que el precio de

estos receptores es cada vez mayor,

interesa conseguir una proteccin global de

la instalacin ante la mayor parte de los

fenmenos que puedan aparecer en la

misma.

Con esta filosofa, nacen todos los

dispositivos de proteccin de instalaciones

sobre carril DIN de Merlin Gerin, con los

que se protegen ante la mayora de los

defectos que pueden aparecer en la red.

Una larga experiencia en la proteccin de

instalaciones elctricas ha demostrado la

necesidad de protegerlas ante otros

fenmenos que normalmente no se tiene

en cuenta y que han ido cobrando cada

vez ms importancia a lo largo de los aos.

A los ya conocidos defectos desobrecargas y cortocircuitosresueltos

con los interruptores automticos

magnetotrmicos, se unieron los

problemas derivados de las fugas a tierrapor contactos directos o indirectos,

solucionados con los interruptores

diferenciales de clase A, AC y la ltima

gama de clase Asuperinmunizado(ver Gua

de proteccin diferencial de baja tensin

para ms informacin).

En la actualidad, tambin es preciso

realizar una proteccin contra las

sobretensiones transitoriasdebidas

a fenmenos atmosfricos

(aproximadamente el 20% de lassobretensiones transitorias), o a maniobras

en la red (aproximadamente el 80% de las

sobretensiones transitorias), aunque las

primeras son de un valor ms elevado y,

por consiguiente, ms peligrosas.

Las sobretensiones transitorias pueden

provocar la destruccin o el envejecimiento

prematuro de los receptores a causa de un

valor muy elevado de tensin en un

instante de tiempo muy corto (s).

1.3 Gua de proteccin

contra sobretensiones

transitorias

En la presente gua se tratar el tema de las

sobretensiones transitorias, se explicarn

sus causas, sus consecuencias, se hablar

de las principales

protecciones existentes y los productos

Schneider necesarios para evitar las

destructivas consecuencias de dichassobretensiones.


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Proteccin

de instalaciones

contra sobretensionestransitorias

2.1 Introduccin a las

sobretensiones

transitorias 8

2.2 Consecuencias de las

sobretensiones

transitorias 9

2


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2 Proteccin de instalaciones contra

sobretensiones transitorias


2.1 Introduccin a las

sobretensiones transitoriasLas redes de distribucin elctrica y redes

de telecomunicacin (redes telefnicas

analgicas, digitales, informticas o de

datos), estn sometidas continuamente a

un nmero elevado de sobretensiones

transitorias, es decir, a un gran aumento del

valor eficaz de la tensin de la lnea durante

un perodo de tiempo muy corto (del orden

de s).

Debido a su aleatoriedad y difcil

prediccin, aparecern en cualquier

momento pudiendo inutilizar alguno de los

receptores conectados, que pueden tener

elevado valor econmico: paralizar la

produccin de una fbrica con el coste que

esto supone, destruir la instalacin

elctrica o producir daos en las personas.

Estas sobretensiones transitorias pueden

tener tres orgenes bien diferenciados:

cSobretensiones debidas a descargas

atmosfricas.

cSobretensiones debidas a maniobras enla red.

cSobretensiones debidas a descargas

electrostticas.

Las sobretensiones atmosfricas, como

su nombre indica, se deben a la cada

directa o indirecta de rayos, uno de losfenmenos ms espectaculares y comunes

jams visto. Son menos habituales que las

de maniobra (aproximadamente, el 20%),

pero mucho ms peligrosas, pues poseen

valores de cresta mucho ms elevados y

una alta energa. Y pueden provocar tanto

la destruccin de los receptores como el

envejecimiento prematuro y el mal

funcionamiento de los mismos.

Las sobretensiones de maniobraestn

causadas principalmente por

conmutaciones de potencia en las lneas de

red, accionamiento de motores, dispositivos

de mando, etc. Son las ms habituales (el

75-80% de las sobretensiones transitorias).

La sobretensin no es muy elevada, de

manera que produce en la mayora de los

receptores un envejecimiento prematuro o

un mal funcionamiento.

Por ltimo, las sobretensiones debidas a

descargas electrostticas(ESD) se

producen en un medio seco donde las

cargas se acumulan creando un campoelectrosttico elevado. Estas

sobretensiones son especialmente

peligrosas para los equipos electrnicos.

Parmetro Sobretensiones Sobretensiones Sobretensiones

atmosfricas de maniobra electrostticas

Intervalo de frecuencias (Hz) 103a 5 106 104a 5 108 103a 5 109

Velocidad de subida de 120 kA/s 100 kA/ s 10 kA/ s

la intensidad (di/dt)

Tiempo de subida (ns) 1000 - 2000

r. peridica 200 10 a 50 ~10

a 500

Campo elctrico (kV/m) ~40 ~10 20 kV (punto

(d = 100m) (d =10m) de impacto)

Campo magntico (A/m) ~160 ~300 ~80

(d =100 m) (d =10 m) (d =1 m)

Velocidad de subida 600 V/s 10 V/ s 2000 kV/ s

de la tensin (dV/dt)

Tabla 2.1. Parmetros principales de los diferentes tipos de sobretensiones transitorias


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proteccin contra sobretensiones transitorias

9Schneider Electric


sobretensiones transitoriasLa influencia de las sobretensiones

transitorias sobre los circuitos electrnicos

puede llegar a causar su destruccin en

caso extremo, pero tambin puede

provocar fallos de funcionamiento en los

receptores y resultar un peligro para las

personas.

cEfectos en las personas

Debido al efecto de una sobretensin, se

puede producir un cebado en el circuito demasas y una subida de potencial. En este

caso, el hecho de tocar un objeto

conectado a tierra puede constituir un

riesgo en el momento preciso en que esta

tierra evacua la corriente.

La red de masas de una instalacin debe

estar unida por una impedancia baja, de

manera que se pueda limitar las diferencias

de potencial entre los objetos metlicos

accesibles simultneamente por la misma

persona.

El riesgo de electrocucin de una persona

est ligado no a este aumento de tensin

de la tierra, sino a la corriente que circula a

travs de ella. Los principales parmetros

que se deben tener en cuenta son:

vLa amplitud y duracin de la aplicacin

de la corriente.

vEl trayecto seguido por sta a travs del

cuerpo.

vEl valor de las impedancias existentes.

Al producirse una sobretensin, puede

aparecer un arco elctrico entre dos piezas

conductoras y provocar, por efectotrmico, accidentes corporales. Por otro

lado, la explosin de un material tambin

puede provocar accidentes por la

dispersin de fragmentos de ste.

En la Gua de proteccin diferencial de baja

tensinse explican con ms detenimiento

algunos de estos fenmenos.

cEfectos en los materiales

Cuando una sobretensin aplicada a un

material sobrepasa el nivel de aislamiento,podemos tener una destruccin del

aislante o de los componentes. Si el

material no se destruye, existe un

envejecimiento prematuro, sobre todo si las

sobretensiones se repiten.

Las sobretensiones pueden provocar

disparos intempestivos o problemas con los

tiristores, transistores o diodos. Esto puede

provocar cortocircuitos dentro de los

equipos. Por lo tanto, los componentes

pueden resultar daados, ya sea

directamente por la sobretensin, o

indirectamente por el cortocircuito. El

impacto de esta sobretensin es importante

tanto en el mbito domstico como en el

terciario/industrial.

En los equipos informticos, se puede

crear mal funcionamiento, como paros

intempestivos, prdidas de informacin o

envos de rdenes errneas.

Fig. 2.1. Mdem y cables destruidos por una sobretensin transitoria


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Sobretensiones

transitorias

de origenatmosfrico

3.1 Introduccin 12

3.2 Caractersticas de las

descargas 12

3.3 La formacin de

tormentas 13

3.4 El fenmeno de los

rayos 15

3.5 Principales efectos de los

rayos 19

3.6 Tipos de sobretensiones

transitorias

atmosfricas 20

3.7 Modos de propagacin 22


sobretensiones transitorias

atmosfricas 22

3.9 Conclusin 26

3


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3 Sobretensiones transitorias de origen atmosfrico


3.1 Introduccin

Las descargas atmosfricas son uno de losfenmenos naturales ms espectaculares ycomunes. En los dos siglos transcurridosdesde que Benjamin Franklin demostr en1752 que el rayo era una descarga elctricagigantesca, relmpagos, rayos y tormentashan sido objeto de numerosasinvestigaciones cientficas.

Sin embargo, pese a la avalancha denuevos equipos, los orgenes de lasdescargas atmosfricas y del mecanismo

mediante el cual se electrifican las nubescontinan mostrndose esquivos.

La dificultad reside en la propia fsica de ladescarga y de las tormentas, que abarcauna escala de 15 rdenes de magnitud.Desde Franklin, se ha aceptado que elrelmpago es el paso de carga elctrica,positiva o negativa, de una regin de lanube a otra y el rayo, el trnsito equivalentede la nube a tierra.

Se estima que en nuestro planeta existensimultneamente unas 2.000 tormentas yque cerca de 100 rayos descargan sobre latierra cada segundo. En total, estorepresenta unas 4.000 tormentas diarias yunos 9 millones de descargas atmosfricascada da.

Segn estudios realizados por eldepartamento de teledeteccin del InstitutoNacional de Meteorologa (INM) durante elperodo del 28 de enero de 1992 hasta el31 de enero de 1995, se observaron

1.615.217 impactos de rayos en Espaa, loque equivale a una media de 538.405impactos observados por ao.

La cada de rayos y, por tanto, lassobretensiones transitorias de origen

atmosfrico representan un serio problemaque se debe tener en cuenta.

3.2 Caractersticasde las descargas

Las descargas atmosfricas sonimpredecibles. Diferentes estudios ypruebas de campo permiten conoceralgunos datos escalofriantes. Por ejemplo,sabemos que la temperatura mxima de unrayo puede alcanzar valores superiores a30.000 C con una duracin de unamillonsima de segundo. Esta temperaturasupera ms de cuatro veces la de lasuperficie del sol.

La longitud de la descarga vertical esnormalmente de 5 a 7 km (fig. 3.2),mientras que en una descarga horizontaloscila entre 8 y 16 km. Los valoreselctricos que componen el rayo sonenormes y pueden descargar intensidadesde 200 kA con una energa total inmensa.

La energa media disipada por unidad delongitud del canal de descarga formado porun simple rayo es del orden de 105 J/m, loque equivale a unos 100 kg de dinamita. Laenerga media total por descarga es de3108 J y su duracin total se consideraque es de aproximadamente 30 ms. As, lapotencia media por rayo es de unos 1013W.Cada rayo, en promedio, consta de4 descargas separadas de 40 ms.

Fig. 3.2. Descargas verticales (rayos)

Fig. 3.1. Cada de rayos en Espaa durante un perodode tres aos

7 %

93 %

Rayos negativos

Rayos positivos


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13Schneider Electric

Considerando la energa y las 100descargas/segundo que caen, la energa

elctrica global total disipada en un ao esde aproximadamente 109kW/h, lo queequivale a 1/117 parte de la produccinelctrica espaola de 1988.

3.3 La formacinde tormentas

Aunque tambin se han observadorelmpagos y rayos durante tormentas denieve, de polvo, explosiones nucleares yerupciones volcnicas, los relmpagos y losrayos ms visibles y audibles (truenos) seasocian con las nubes cumuloninbus(fig. 3.3), vulgarmente llamadas nubes detormenta. Se reconocen por la forma deyunque y tienen un color ms oscuro en subase.

Las tormentas se clasifican en: tormentasde masa de aire (de calor) y tormentasorganizadas.

Las tormentas de masa de aire se formanindependientemente y duran entre una ydos horas, produciendo descargasatmosfricas moderadas, vientos, lluvia y,ocasionalmente, granizo.

Las tormentas frontales son amplias,violentas y duran varias horas. Estn

asociadas con los frentes atmosfricosfros, producen fuertes descargasatmosfricas, fuertes vientos y,ocasionalmente, granizo. stas son lasms destructivas.

El desarrollo de una tormenta es elsiguiente:

cDesarrollo elctrico de una nubetormentosaEn una tormenta de verano, el

desencadenamiento del proceso se debea la elevacin de aire caliente del sueloque se carga de humedad y produce unanube (fig. 3.4).

cFenmeno de electrificacin

La violencia de las corrientes de aireascendentes y descendentes,caractersticas de estas nubes, separan lasgotas de agua. Debido a las bajastemperaturas que se dan en esas altitudes,estas gotas se transforman en cristal dehielo, que entran en colisin entre ellas,y crean cargas elctricas positivas ynegativas (fig. 3.5).

Fig. 3.3. Cumuloninbus

Fig. 3.4. Cumulonimbus: formacin de una nube


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cFenmeno de la fase activaPor un lado, las cargas de signo contrariose separan. Las cargas positivas formadaspor cristales de hielo se sitan en la partesuperior de la nube, mientras que lasnegativas lo hacen en la inferior. Sinembargo, una pequea cantidad de cargas

positivas permanece en la base de la nube.

Las primeras chispas entre nubescomienzan a aparecer cuando se entra enla fase de desarrollo (fig. 3.6).

cMaduracin de la fase activaEsta nube elctricamente equivale a un

enorme condensador respecto al suelo.En el tiempo que transcurre desde queaparecen las primeras chispas dentro de lanube, comienzan a producirse relmpagosentre la nube y el suelo denominadospulsos de rayo. A continuacin, aparecenlas primeras lluvias (fig. 3.7).

Fig. 3.6. Inicio de la fase activa

cFin de la fase activaLa actividad de la nube disminuye mientrasque los rayos hacia el suelo aumentannormalmente acompaados de fuertesprecipitaciones, granizo y fuertes rfagasde viento. En esta fase, se vacancentenares de miles de toneladas de aguaque contena la nube (fig. 3.8).

Fig. 3.7. Maduracin

Fig. 3.8. Fin de la fase activa

Fig. 3.5. Inicio del mecanismo de electrificacin


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El Mediterrneo occidental constituye unaespecie de cubeta, al estar rodeado de

sistemas montaosos de cierta importancia.

Esta situacin produce con frecuencia laformacin de una masa de aire muyhmeda y relativamente clida a finales deverano y en otoo.

Cuando las condiciones son favorablespara su ascenso, se pueden desencadenarpotentes tormentas que liberan la energapotencial calorfica acumulada en el mardurante perodos de calma estival.

En invierno, la precipitacin suele irasociada a perturbaciones de carctersinptico (paso de frentes). En primavera,las tormentas se producen normalmente enzonas del interior, a causa del calentamientodel suelo y desaparecen cuando se adentranen el mar.

3.4 El fenmeno de los rayos

Usualmente, los rayos empiezan en la basede la nube en un punto cuyo campoelctrico es del orden de los 30.000 V/m.Cada componente del rayo slo dura unasdcimas de milisegundo y es lo que sedenomina descarga.

Los tipos de descargas atmosfricas msimportantes son: relmpagos entre nubes,relmpagos internos en la nube,relmpagos nube-aire y los rayos(nube-tierra o tierra-nube).

No obstante, la mayor transferencia de

carga se debe a las descargas efectoscorona: con la aparicin de una tormenta elcampo elctrico del suelo, que puedepasar de unos 120 V/m a unos 15 kV/m(fig. 3.9), puede acentuarse por lasirregularidades del terreno, como colinas,rboles o edificios, creando un efecto depunta que lo amplifica de manera local unas300 veces (fig. 3.10).

Existen numerosos ejemplos observadosdesde la antigedad, como el efecto sobrelas puntas de las lanzas y objetospuntiagudos o sobre las puntas de losmstiles de los barcos, denominado por losmarineros fuego de San Telmo.

Fig. 3.9. Campo elctrico en el suelo

N

P

P

- -

--

-

- -

--

- --

--

N

P

+

++

++

+++ +

+ +

++

+P

14

12

10

8

6

4

2

-64

-55

-45

-33

-18

0

+10

+3020 16 12 8 6 2 2 6 8 1 2 16 20

-18

-14

-10

-6

-4

Fig. 3.10. Campo elctrico amplificado por unairregularidad en el terreno


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Principio de una descarga

Una porcin de la energa de una descargaatmosfrica se disipa en forma acstica(trueno) y otra mucho mayor (75 %) sedisipa en forma de calor, alcanzando unatemperatura en el canal de descarga de15.000 a 30.000 C y, como consecuencia,la presin de los gases puede llegar a unas100 atmsferas.

Para explicar el principio de una descarga,se ha tomado como ejemplo un rayonegativo descendente, pues es el ms

comn en Espaa.

El fenmeno de descarga puede explicarsesegn 4 fases (fig. 3.11):

3.Aparece en este momento un arcoelctrico muy luminoso que provoca el

trueno (el trueno es el sonido de laexplosin a lo largo de todo el canal dedescarga y su larga duracin encomparacin con el rayo se debe a lasnumerosas reflexiones del sonido) y quepermite el intercambio de carga delcondensador equivalente a efectoselctricos nube-suelo.

El rayo principal parte desde el suelo hastala nube con una velocidad de propagacincercana a 1/3 de la de la luz. Este arco de

retorno se caracteriza por ser un impulso deduracin total cercana a los 100 s y unfrente creciente de 1 a 15 s.

4.Despus aparece una sucesin de arcosllamados arcos subsiguientes. Entre estosarcos, subsiste un trazo continuo que hacecircular una corriente del orden de 200 A,forzando as la descarga de una parteimportante de las cargas del condensador.

Sin embargo, estos arcos poseen unavariacin de intensidad muy fuerte (di/dt)

que provocan fenmenos muy peligrososde induccin, mientras que el primer arcoprovoca problemas principalmentetrmicos.

La potencia desencadenada creceaproximadamente con la quinta potenciadel tamao de la nube: duplicar lasdimensiones de la nube implicaramultiplicar la potencia por 25.

Las grandes tormentas pueden llegar

a producir rayos a razn de ms de100 descargas por minuto. Este tipode descargas pueden ser de cuatro tiposdiferentes:

1.El rayo comienza por un trazo que sedesarrolla a partir de una nube y progresabandeando sucesivamente de 30 a 50 mdel suelo. El trazo est compuesto departculas elctricas arrancadas de la nubepor el campo elctrico creado entre ste yel suelo. stas forman un canal luminosoque se dirige hacia el suelo.

2.Se crea un canal ionizado que se varamificando, y llega a 300 m del suelo. Elefluvio elctrico (o canal de chispas) saledesde el suelo y alguna chispa entra encontacto con el elemento.

Fig. 3.11. Etapas de una descarga


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Clasificacin de los rayos(segn K. Berger)

Los rayos se clasifican segn el sentido desu desplazamiento y la polaridad de la nubeque se descarga.

vSegn la polaridad de la nube: Rayo negativo: cuando la nube estcargada negativamente y la tierra,positivamente. Los rayos negativos sonmuy frecuentes en lugares en los que elterreno es llano y el clima templado.

Aproximadamente, el 90 % de los rayos son

negativos. Rayo positivo: cuando la nube estcargada positivamente y la tierra,negativamente. Estos rayos son muyextraos y peligrosos.

vSegn el sentido de desplazamiento: Rayo descendente: cuando el rayo sedirige de la nube al suelo. Este tipo de rayoes muy frecuente en climas clidos y dondeel terreno es muy llano.

-

-

-

+ + + + +

Fig. 3.12

Existen, por lo tanto, cuatro combinacionesposibles de rayos: Rayo negativo descendente (fig. 3.12). Rayo negativo ascendente (fig. 3.13). Rayo positivo descendente (fig. 3.12). Rayo positivo ascendente (fig. 3.13).

De estos cuatro tipos, los ms comunes ymenos peligrosos seran los negativosdescendentes (suponen el 95 % de los rayos).Los menos comunes (menos del 1 % de losrayos), pero ms peligrosos, son los positivosascendentes.

Parmetros caractersticos

de los rayosLos parmetros ms importantes a la horade estudiar el efecto del rayo son lossiguientes:

pico: intensidad de pico para calcular elincremento de potencial de tierra.

(di/dt)mx: frente de subida para calcular lastensiones inducidas y las cadas de tensina travs de las inductancias, as como elespectro de frecuencias de la perturbacin.

i2dt: parmetro de energa proporcionaltil para calcular los efectos dinmicos(fuerzas resultantes).

idt: carga elctrica til para calcular lavolatilizacin de materia en el punto deimpacto de la cada del rayo.

- -

-

-

-

- - -

+

+

+

- - - - -

Fig. 3.13

Rayo ascendente: cuando el rayo sedirige desde el suelo hasta la nube. Estetipo de rayo, mucho ms destructivo que elanterior, se crea, especialmente, en lugaresmontaosos o donde existen prominenciasimportantes.

+

+

+

+ + + + +


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Para tener una gua de diseo, seestablecen cuatro tipos de rayo

correspondientes a las columnas 90, 50 y10 %, y mximo observado (bajo, tpico, altoy extremo) (tabla 3.1).

Tanto la proporcin como la intensidad delos rayos aumenta con la latitud geogrfica.Los valores ms altos se registran en laproximidad de los sistemas montaosos,los cuales favorecen la formacin detormentas de masa de aire al inducirascensos forzados.

Parmetro 90 % 50 % 10 % Mximo observado(bajo) (tpico) (alto) (extremo)

Corriente de pico 2 a 8 kA 10 a 25 kA 40 a 60 kA 230 kA

Velocidad de ascenso 2 kA/s 8 kA/ s 25 kA/ s 50 kA/ s

de la corriente (di/dt)

Duracin total del rayo 0,01 a 0,1 s 0,1 a 0,3 s 0,5 a 0,7 s 1,5 s

Duracin de un simple 0,1 a 0,6 ms 0,5 a 3 ms 20 a 100 ms 400 ms

impulso o descarga

Intervalo de tiempo entre 5 a 10 ms 30 a 40 ms 80 a 130 ms 500 ms

impulsos

Intervalo de tiempo entre el 10 a 25 s 28 a 42 s 52 a 100 s Ms de 120 s

principio y la mitad del valor

de pico en el lado de cada

Tiempo hasta el valor 0,3 a 2 s 1 a 4 s 5 a 7 s 10 s

de pico

Nmero de impulsos o 1 a 2 2 a 4 5 a 11 34

descargas en un rayo

individual

Tabla 3.1. Parmetros caractersticos de cuatro tipos de rayos tipi ficados (bajo, tpico, alto y extremo)

En el litoral mediterrneo, la presencia de unmar caliente y cadenas montaosas

prximas a la costa ayuda al desarrollo defenmenos convectivos.

En las zonas llanas, el nmero de das detormenta es menor que en zonas prximascon ms accidentes geogrficos.

En el litoral andaluz, el viento procedente defrica, muy seco, y la escasez de bosquesy vegetacin dificultan la formacin detormentas (tabla 3.2).

Rayo negativo Rayo positivo

Martima 31 kA 53-61 kA

Litoral 47 kA

Mesetaria 23 kA 54 kA

Montaosa 57 kA

Tabla 3.2. Intensidad media de descarga de los rayos en funcin de la zona geogrfica


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3.5 Principales efectosde los rayos

La corriente de rayo es una corrienteelctrica de alta frecuencia, del orden de1 MHz. Adems de los efectos de induccin yde sobretensiones importantes, provoca losmismos efectos que toda corriente de altafrecuencia cuando circula por un conductor.

cEfectos trmicos:fusin en los puntosde impacto del rayo y efecto Joule debido ala circulacin de corriente, pudiendoprovocar incendios.

cEfectos electrodinmicos:las corrientesde rayo circulan por los conductoresparalelos creando unas fuerzas deatraccin o repulsin entre los cables yprovocando roturas o deformacionesmecnicas (cables aplastados).

cEfectos de deflagracin: el canal derayo provoca una dilatacin del aire y unacompresin hasta unos 10 m de distancia.Un efecto de onda de choque rompe losvidrios y tabiques, y puede proyectar a

personas o animales a algunos metros dedistancia. Esta onda se transforma almismo tiempo en onda sonora: trueno.

cLas sobretensiones conducidaspor unimpacto sobre las lneas areas dealimentacin elctrica, telefnica o de datos.

c Las sobretensiones inducidaspor elefecto de la radiacin electromagntica del

canal de rayo.

c La elevacin de potencial de la tierradebida a la corriente de rayo en el suelo.

cGrado de actividad elctrica anual (Ng)El valor de Ng es la densidad anual decada de rayos al suelo expresada encdr/km2/ao Ng = 0,04 Td1,25descargas alao, siendo Td el nivel cerunico, es decir,el nmero de das al ao que una tormentaha afectado una zona definida.

Segn la clasificacin realizada por elInstituto Nacional de Meteorologa (INM) enel documento: Anlisis de la distribucintemporal y espacial de los rayos registradospor la deteccin del INM en el perodo de1992-1995, se consideran cinco categoraspara la actividad elctrica anual segn losvalores de densidad de cada de rayos porao y km2que corresponde a cada zona(Ng): Actividad despreciable o mnima: Ng < 0,1. Actividad baja: 0,1 < Ng < 0,5.

Actividad media: 0,5 < Ng < 1. Actividad elevada o alta: 1 < Ng < 1,4. Actividad extrema o mxima: Ng > 1,4.

Para conocer la distribucin del valor de Ngen una extensin geogrfica, se utilizan losmapas cerunicos.

Fig. 3.14. Mapa de densidad de cada de rayos en Espaa

4,6

4,0

3,5

2,9

2,7

2,5

2,0

1,6

1,3

0,9

4,6

4,03,5

1,6

0,9

4,6

2,9

2,5

2,o

1,6

1,3

0,9

0,9

2,7

3,5


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3.6 Tipos de sobretensiones

transitorias atmosfricasLas lneas areas, los cables suspendidos ylos enterrados, pueden resultar daadosdirectamente por los rayos o recibir unainfluencia elctrica de mayor o menor gradode las descargas atmosfricas prximas. Sedistinguen tres tipos de sobretensionesatmosfricas en funcin de la cada del rayo:

Sobretensiones transitorias conducidas(fig. 3.15a)La cada de un rayo directo sobre una lnea

de distribucin de energa o decomunicaciones (lnea telefnica) crea unaonda de corriente que se propaga porambas partes del punto de impacto. Estasobretensin, que puede propagarse varioskilmetros, acabar llegando a los equiposdel usuario y derivndose a tierra por mediode estos equipos, a los que produciraveras o su destruccin.

Pico de intensidad Campo magntico esttico generado por el rayo (A/m)

del rayo (kA) a 10 m del rayo a 100 m del rayo a 10 km del rayo

10 1,62102 16 1,9210-2

20 3,22102 32 3,8210-2

30 4,82102 48 5,8210-2

70 1,122103 1,12102 13210-2

100 1,62103 1,62102 19210-2

140 2,22103 2,22102 27210-2

200 3,2103

3,2102

3810-2

Tabla 3.3. Campo magntico esttico generado por el rayo (A/m), en funcin de la intensidad del rayo, medido adistintas distancias del punto de impacto

Fig. 3.15a. Sobretensiones transitorias conducidas

Fig. 3.15b. Sobretensiones transitorias inducidas

Sobretensiones transitorias inducidas(fig. 3.15b)

La cada de un rayo sobre un poste, rbol oirregularidad en el terreno ser equivalentea una antena de gran longitud que emiteun campo electromagntico muy elevado(tabla 3.3). La radiacin emitida (tanimportante como el frente creciente decorriente radiado, de 50 a 100 kA/s) inducecorrientes transitorias en las lneaselctricas o telefnicas, transmitindolas alinterior de la instalacin y provocandoaveras o la destruccin de los equiposconectados.

Sobretensiones transitorias debidasal aumento de potencial de tierra(fig. 3.15c)La cada de un rayo sobre el terreno o en unpararrayos provoca una fuerte elevacin delpotencial de tierra en una zona de algunoskilmetros (si el rayo cae en un pararrayos,el potencial de tierra aumentar cuando stedirija la corriente a tierra). Este aumento de


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Diferencia de potencial en V, kV o MV

X en metros (distancia axial)

Distancia D 10 20 30 50 70 100 200

en metros

10 796 K 1,06 M 1,19 M 1,33 M 1,39 M 1,45 M 1,52 M

15 424 K 606 K 707 K 816 K 874 K 923 K 987 K

20 265 K 398 K 477 K 568 K 619 K 663 K 723 K

30 133 K 212 K 265 K 332 K 371 K 408 K 461 K

40 79,6 K 133 K 171 K 221 K 253 K 284 K 332 K

50 53,1 K 91,9 K 119 K 159 K 186 K 212 K 255 K

70 28,4 K 50,5 K 68,2 K 94,7 K 114 K 134 K 168 K

100 10,5 K 26,5 K 36,7 K 53,1 K 65,5 K 79,6 K 106 K

150 6,6 K 12,5 K 17,7 K 26,5 K 33,8 K 42,4 K 60,6 K

200 3,8 K 7,2 K 10,4 K 15,9 K 20,6 K 26,5 K 39,8 K

300 1,7 K 3,3 K 4,8 K 7,6 K 10,0 K 13,3 K 21,2 K

400 970 1,9 K 2,8 K 4,4 K 5,9 K 8,0 K 13,3 K

500 624 1,2 K 1,8 K 2,9 K 3,9 K 5,3 K 9,1 K

700 320 632 934 1,5 K 2,1 K 2,8 K 5,1 K

1 km 158 312 464 758 1,0 K 1,4 K 2,7 K

2 km 40 79 118 194 269 379 723

3 km 18 35 53 87 121 171 332

5 km 6 13 19 32 44 62 122

10 km 2 3 5 8 11 16 31

Tabla 3.4. Diferencia de potencial en el suelo producida por un rayo de 100 kA con una resistividad del suelo

de 1 kW/m


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3.7 Modos de propagacin

Las sobretensiones de origen atmosfricopueden propagarse de 2 modos diferentes: elcomn o asimtrico y el diferencial o simtrico.

Sobretensin transitoria en modo

comn o asimtricoPerturbaciones entre un conductor activo yel de tierra (fase/tierra o neutro/tierra).

Este tipo de sobretensiones es peligrosopara los aparatos en los que la masa estconectada a la tierra, debido a los riesgos

Fig. 3.16a. Sobretensiones transitorias conducidas

de ruptura de la rigidez dielctrica de losmateriales.

Sobretensin transitoria en mododiferencial o simtricoPerturbaciones entre conductores activos(fase-neutro).

Fig. 3.16b. Sobretensin transitoria en modo diferencial

3.8 Consecuencias de lassobretensiones transitorias

atmosfricasLas consecuencias principales de lassobretensiones atmosfricas vienen dadaspor el acoplamiento de corrientes punta enlos cables de seales.

Acoplamiento del campo al cable.Tensiones inducidasEl campo electromagntico generadodurante la cada de un rayo se acopla atodos los cables suficientemente cercanosgenerando sobretensiones de modo comn

o diferencial, que se propagan rpidamente(fig. 3.17).

Fig. 3.17. Acoplamiento del campo al cable

Fig. 3.15c. Sobretensiones transitorias debidasal aumento del potencial de tierra

potencial puede inducir sobretensioneselevadas en los cables subterrneos yprovocar la elevacin de la tensin de lasconexiones a tierra (tabla 3.4).

Dado que la conductividad del suelo tienevalores finitos, la corriente de descarga sedistribuye por debajo de la superficie de latierra en todas las direcciones, con zonasde alta conductividad que toman una mayorparte de la corriente y la transportan alargas distancias, hasta que se establece elequilibrio de potencial final en el suelosituado por debajo de la nube.

El efecto de proteccin de tierra depende,en gran parte, de la conductividad delsuelo, pues cuanta mayor conductividad,menor sobretensin en el suelo.

Este tipo de sobretensiones sonparticularmente peligrosas para los equiposelectrnicos y los materiales sensibles detipo informtico.


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Acoplamiento hmico (fig. 3.18a).

Al producirse una descarga de un rayo enel edificio 1, en la resistencia hmica depropagacin R

A1tiene lugar una elevacin

de tensin de algunos centenares de kV.

Acoplamiento de cable a cableA continuacin, vamos a mostrar, con

ayuda de algunos ejemplos, la forma en laque las corrientes de punta puedenacoplarse, hmica, inductiva ycapacitivamente, en los cables de sealesde instalaciones muy extensas.

Se partir de la disposicin en la que unaparato 1 est situado en un edificio 1 y unaparato 2, en otro edificio 2, de manera queestn conectados ambos aparatos entre spor medio de un cable de seales.

Adems, ambos aparatos se encuentranconectados a la correspondiente barracolectora de compensacin de potencia(PAS), por ejemplo, a travs del conductorde proteccin PE, en los dos edificios.

Debido a estas altas tensiones, puedenperforarse los aislamientos de los receptores1 y 2, de manera que despus puede fluir unacorriente de punta hmica acoplada desde elPAS 1 a travs del aparato 1, el cable de seales,el aparato 2 y el PAS 2, y la resistencia R

A2.

La magnitud de corriente de punta acoplada(valor de cresta de la corriente de algunos

kA) se determina por la relacin entre lasresistencias hmicas R

A1y R

A2.

Acoplamiento inductivo (figs. 3.18b1y

3.18b2).

Fig. 3.18a. Acoplamiento hmico

Un cable de seales de dos hilos que une

el aparato 1 con el aparato 2 forma unbucle de induccin en el cual, al descargarun rayo en el edificio 1 con su derivacin atierra por el pararrayos, se induce unatensin caracterstica, denominada tensintransversal (expresada en kV), la cual tienecomo consecuencia una corriente acopladade hasta algunos kA.

Estas tensiones y corrientes suponen unacarga excesiva para los componentes delas entradas o salidas de los receptores.

Bucle de induccin entre cable de sealy tierra (fig. 3.18b2).

Los campos magnticos que se formanpartiendo del canal del rayo o de los

conductores recorridos por la corriente derayo, inducen tensiones en los buclesmetlicos.

Se observan dos fenmenos inductivos enlas instalaciones:

Bucle de induccin entre conductores deun cable de seales (fig. 3.18b1).

Fig. 3.18b1. Bucle de induccin entre conductores deun cable de seales

Fig. 3.18b2. Bucle de induccin entre cable deseal y tierra


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El bucle se crea entre el cable de sealy la tierra a la que estn conectados los

receptores.

Al descargar un rayo en un edificio, seinduce en el bucle una sobretensin (dealgunas decenas de kV) que provoca unaperforacin en los aislamientos de losreceptores y una corriente acoplada dealgunos kA.

Acoplamiento capacitivo (fig. 3.18c).

Cuando descarga un rayo sobre la tierra osobre un pararrayos, el canal del rayoo el derivador de rayos, como consecuenciade la cada de tensin en la resistencia depropagacin Ra, experimenta una elevacinde tensin de algunos cientos de kV frenteal entorno.

Fig. 3.18c. Acoplamiento capacitivo

El cable de seales entre los dos aparatosest acoplado capacitivamente con uno de

esos canales de rayo o con el pararrayos.

Las capacidades de acoplamiento(condensadores) se cargan y dan lugar auna corriente acoplada de algunas decenasde A, la cual tras producir perforaciones delos receptores, fluye finalmente a tierra.

Induccin en el bucle de masas (fig. 3.18d).Un cable de seal une un microordenador ysu impresora aislados galvnicamente. Cadaaparato est unido a tierra por un cable de

alimentacin que sigue un camino diferenteque el cable de seal.

La sobretensin generada es proporcional ala superficie creada por los dos cables. Porejemplo, para una superficie de 300 m2, antela aparicin de un rayo de 100 kA/s a 400 m,la sobretensin inducida en modo comn enel cable de seal ser de alrededor de 15 kV.

Tensiones de aislamiento operforacin en circuitos de instalacioneselctricas de baja tensin (tabla 3.5)

Como se ha comentado en captulosanteriores, las sobretensiones puedenproducirse por descargas directas oindirectas de rayo.

En el caso de descargas directas de rayo,estn primero los elevados parmetros delas corrientes de rayo, que cuentan, en estecaso, con intensidades muy elevadas (de

Fig. 3.18d. Induccin en el bucle de masas


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entre 20 kA y 150 kA), y pueden aparecer, al

mismo tiempo, puntas de tensin de algunoscientos de kV.

En el caso de las descargas de rayo lejanas,las intensidades que aparecen sonrelativamente pequeas y la sobretensin quese crea es de algunas decenas de voltios.

Estas sobretensiones (ya sean elevadas obajas) afectan a los distintos elementos delas instalaciones de baja tensin y puedenproducir perforaciones en los aislamientosy, por tanto, fugas a tierra.

En la tabla 3.5, se presentan de modo

aproximado la capacidad de los receptores,teniendo en cuenta que en todo casodepender del fabricante que se ajusten ms omenos a estos valores. La resistencia a latensin de algunos componentes electrnicos,empleados en algunas instalaciones es,nicamente, de algunos voltios.

Subida del potencial de la toma de tierraLa cada de un rayo en el suelo o en unpararrayos puede generar una corriente derayo que se propagar por el suelo segn lanaturaleza del suelo y de la toma a tierra.

Dado que la conductividad del suelo tienevalores finitos, la corriente de descarga sedistribuye por debajo de la superficie detierra en todas las direcciones, con zonasde alta conductividad (con conductoresmetlicos) que toman parte de la corriente yla transportan a largas distancias hasta quese establece el equilibrio de potencial finalen el suelo situado por debajo de la nube.

Para una corriente de rayo de 30 kA y unatoma de tierra excelente de 2 W, la subida

del potencial de masas ser, segn la leyde Ohm, de 60 kV con relacin a la red.

La subida de potencial de los equipos serealizar independientemente de la red, quepuede ser area o subterrnea.

Aparatos/cables/conducciones Sobretensin de descarga

en la onda estndar 1,2/50

Derivacin carcasa/tierra Receptores de corriente de alta intensidad 5...8 kV

Receptores de telecomunicaciones 1...3 kV

Tensiones transversales Circuitos con componentes 0,5...5 kV

entre bornas de entrada discretos (resistencias,

de receptores y circuitos condensadores, bobinas...)

electrnicosCircuitos integrados TTL 50...100 V

Circuitos integrados bipolares 50...300 V

BJT y amplificadores

operacionales

Circuitos integrados MOS y 70...100 V

CMOS

Cable de telecomunicaciones 5...8 kV

Canal de seal y medida < 20 kV

Cables de corriente de alta intensidad < 30 kV

Tabla 3.5. Tensiones de aislamiento o perforacin en circuitos e instalaciones elctricas de B.T.

Fig. 3.19. Subida del potencial de tierra


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3.9 Conclusin

Los elevadsimos valores de lassobretensiones originadas por las descargasde rayos (directas o indirectas), debernreducirse a valores tolerables, claramente pordebajo de las tensiones de descarga o de

perforacin, mediante el empleo de losadecuados aparatos de proteccin contra

sobretensiones. Si se tratara de conseguir unaproteccin, incluso en el caso de descargadirecta de rayo, los aparatos de proteccinempleados deberan estar en condiciones dederivar, sin destruirse, elevadas corrientesparciales de rayo.

Lista de lugares expuestos a los rayos

Tipo de estructura Efectos del rayo

Perforacin de las instalaciones elctricas, incendios y

degradacin material. Degradaciones limitadas

normalmente a los objetos que se encuentran en el puntode impacto del rayo o en la trayectoria del mismo.

Deterioro de las instalaciones colectivas: elctricas,

antenas de TV, deteccin de incendios y control de

accesos. Riesgo de incendio en los locales tcnicos

comunes y protecciones tcnicas (distribucin de energa

y redes de comunicacin). Parada de las instalaciones:

ascensor, climatizacin, VMC.

Riesgo principal de incendio y saltos de tensin

peligrosos. Riesgo secundario debido a la prdida de

energa elctrica con riesgo de muerte para el ganado,

como resultado de una avera del sistema de control

electrnico de las instalaciones de ventilacin,alimentacin de nutricin...

Degradaciones en las instalaciones elctricas (p. ej. las de

alumbrado pblico); que conllevan probablemente un

efecto de pnico. Avera de los sistemas contra incendios

que conllevan retraso a la hora de reaccionar.

Adems de los problemas antes mencionados: problemas

relativos a la prdida de comunicacin, averas en los

ordenadores y prdida de datos.

Adems de los problemas antes mencionados: problemas

que afectan a los pacientes de cuidados intensivos y

dificultades para socorrer a las personas inmovilizadas.Prdida de legado cultural irremplazable.

Efectos adicionales en funcin del contenido de las

fbricas: desde la degradacin leve hasta los daos

inaceptables con prdida de produccin.

Riesgo de incendio directo o indirecto, de explosin en

edificios o cubas de almacenamiento. Riesgo de

contaminacin por los suelos y consecuencias

econmicas para la unidad de produccin.

Incendios y funcionamiento defectuoso de las

instalaciones, adems de consecuencias nocivas para el

entorno local y global. Riesgo de contaminacin por lossuelos y consecuencias econmicas para la unidad de

produccin.

Interrupcin de la produccin y distribucin de energa a

los usuarios.

Vivienda individual

Inmueble de vivienda

colectiva

Edificio agrcola

Teatros, colegios,

grandes almacenes,

instalaciones deportivas

Bancos,

compaas de seguros,

sociedades mercantiles

Hospitales, guarderas,

establecimientos penitenciarios,

residencias de la tercera edadMuseos y sitios arqueolgicos

Industria manufacturera

Refineras, gasolineras,

fbricas de fuegos artificiales,

fabricas de municin

Fbricas qumicas,

bioqumicas y laboratorios

Centrales nucleares


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Tensin de resistencia a choques (onda 8/20)Categora de aparato 2,5 kV 1,5 kV

Viviendas Viviendas

Aparatos electrnicos audiovisuales

Televisor t t

Magnetoscopio t t

Descodificador t t

Motor de antena por satlite t t

Amplificador de antena t t

Aparatos electrnicos de sonido

Cadena HI-FI t t

Cine en casa home cinema t t

Sonorizador t t

Aparatos electrodomsticos programables

Lavadora t t

Lavavajillas t t

Secadora t t

Horno t t

Aparatos telefnicos

Telfono digital t t

Base de telfono inalmbrico t t

Contestador t t

Transmisor telefnico t t

Fax t t

Material informtico

Ordenador personal t t

Servidor t t

Escner t t

Grabadora t t

tVivienda individual

tVivienda colectiva: apartamento

yVivienda colectiva: copropiedad de inmueble

Receptores sensibles -

Instalaciones en edificios


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Receptores sensibles -

Instalaciones en edificiosTensin de resistencia a choques (onda 8/20)

Categora de aparato 2,5 kV 1,5 kV

Viviendas Viviendas

Impresora t t

Discos y lectores externos t t

Modems para Internet t t

Ondulador t t

Control de acceso

Alarma contra intrusiones t t t

Telefonillo t t t

Portero de vdeo t t t

Portal automtico t t t

Puertas corredizas t t t

Cmaras de vdeo vigilancia t t t

Aparatos de alumbrado

Alumbrado exterior para jardines t t

Alumbrado urbano t t

Alumbrado de monumentos pblicos t t

Material de jardn y exteriores

Toldos elctricos t t

Automatismos de riego t t

Bombas sumergidas t t

Material de ocio

Bombas de piscina t t


tVivienda colectiva: apartamento

yVivienda colectiva: copropiedad de inmueble


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tMuy aconsejada

yAconsejada

Tensin de resistencia a choques (onda 8/20)


MuyAconsejada

MuyAconsejada

aconsejada aconsejada

Redes de comunicacin

Antenas de radio FM t

Antenas de TV: VHF, UHF t

Antenas FH, PMR, 3RP, GSM, DCS t

Antenas parablicas t

Antenas de radar t

Cmaras de vigilancia - Control de trfico t

Postes y soportes de antenas de TV t

Postes de redes de comunicacin t

Rel GSM t

Rel hertziano t

Sistema de antena t

Material informtico

Bastidor de exploracin informtica t

Autoconmutador telefnico t

Bucle de interconexin local t

Bucle de interconexin metropolitana t

Red de fibra ptica t

Ordenador en red t

Perifricos en red t

Plataforma de servidor en red t

Sistema ondulador t

Centro de almacenamiento en la web t

Gestion tcnica y control

Alarma tcnica t

Central de gestin remota t

Central de vigilancia remota t

Receptores sensibles

Instalaciones en industria e infraestructuras


31/147



tMuy aconsejada

yAconsejada

Tensin de resistencia a choques (onda 8/20)


MuyAconsejada

MuyAconsejada

aconsejada aconsejada

Central de deteccin de incendios t

Gestin tcnica de edificios t

Control a distancia t

Est. de medicin de contaminacin atmosfrica t

Sistema de control de acceso t

Diagnstico remoto, mantenimiento a distancia t

Transporte por cable

Ascensor t

Funicular t

Montacargas t

Telecabina t

Telefrico t

Telesilla t

Telesqu t

Material de elevacin

Gra imantada t

Gra de obra t

Gra portuaria t

Puente-gra t

Produccin y transporte de energa

Catenaria ferroviaria t

Aeroturbina de bombeo t

Aeroturbina de produccin de energa t

Panel solar t

Poste de media tensin t

Poste de baja tensin t

Poste de redes de comunicacin t

Receptores sensibles

Instalaciones en industria e infraestructuras


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Realizacin de un enlace equipotencialTipo de equipos para conectar de tierra y masa

Viviendas

Canalizacin de agua t t

Canalizacin de gas t t

Cubeta metlica y cisterna enterradas t t

Antena y poste de antena TV t t

Blindaje del cable de antena TV t t

Blindaje de la red de TV por cable t t

Parablica y soporte de parablica de TV t t

Blindaje del cable de parablica de TV t t

Antena y poste de antena de GSM t

Blindaje del cable de antena de GSM t

Alumbrado de baliza de inmueble de gran altura t

Tipo de equipos a instalar Instalacin de un pararrayos

Poste del pararrayos t t

Conductor de descenso t t

Contador de rayos t

Toma de tierra interconectada a la del edificio t t

Instalacin con un pararrayos

Tipo de receptores a proteger Protec. de cabecera Proteccin fina

Viviendas Viviendas

Aparatos de medida de potencia t

Cajetn de llegada de lnea telefnica t t

Cable de radio FM t t

Cable de red de TV (UHF, VHF) t t

Cable de parablica de TV t t

Amplificador de antena t t

Alimentacin de aparatos informticos: t t t t

microordenador, escner, impresora,fax, mdem, ondulador

Inters de instalar un sistema de proteccin

contra los rayos en edificiosresidenciales o terciarios


tVivienda colectiva: apartamentoyVivienda colectiva: copropiedad de un inmueble


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Tipo de receptores a proteger Instalacin con un pararrayos

Protec. de cabecera Proteccin fina

Viviendas Viviendas

Alimentacin de aparatos de HI-FI y vdeo: t t t t

TV, vdeo, descodificador, demodulador,

cadenas HI-FI, cine en casa home cinema,

sonorizacin

Alimentacin de aparatos t t t t

electrodomsticos programables:

lavadora, secadora, lavavajillas, horno

Base de telfono inalmbrico, contestador, t t t t

transmisor, porttil, fax, mdem

Alimentacin de automatismos colectivos: t t t t

calefaccin colectiva, puerta de garaje,

bomba sumergida, motores de piscina,

riego colectivo, climatizacin,

VMC central de control de acceso,

portero audio-vdeo

Alimentacin de automatismos pequeos: t t t t

calefaccin, climatizacin, portero audio-vdeo,portal, puerta de garaje, puerta corrediza,

toldo elctrico, bomba sumergida,

toldo de piscina, riego de jardn, VMC

Alimentacin de sistemas de alarma t t t t t

contra intrusiones, deteccin de incendios,alarma tcnica, cmaras de vigilancia

Gestin de sistemas de alumbrado colectivo t t

Alimentacin de sistemas de alumbrado t t

Otros aparatos elctricos t t t t






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Tipo de receptores a proteger Instalacin con un pararrayos

Protec. de cabecera Proteccin fina

Viviendas Viviendas

Lnea de fabricacin de proceso continuo t t

Lnea de fabricacin de proceso discontinuo t

Central de alarmas y deteccin de incendios t

Informtica de gestin de produccin t t

Informtica de gestin de administracin t t

Informtica de supervisin - servidores t t

Informtica individual - PC de oficina t t

Informtica de control de acceso t

Ondulador de grandes sistemas t

Ondulador de pequeos sistemas t

Telecomunicaciones internas y externas t t

Circuito de vigilancia y control de vdeo t t

Climatizacin de sala informtica t t

Calefac. de planta de produccin - aire caliente t t

Calefaccin y climatizacin de oficinas t t

Autmatas de gestin de energa t t

Gestin tcnica de oficinas t t

Central de deteccin de incendios t

Central de aspiracin y tratamiento de aire t t

Extractor de evacuacin de aire t t

Compresor - motor t t

Ascensor t

Bomba sumergida t t

Cargador de bateras - carretilla elevadora t t






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Sobretensiones

transitorias

de maniobra

4.1 Principio fundamental

del corte 36

4.2 Criterios del buenfuncionamiento de un aparato

de corte 36

4.3 Sobretensiones transitorias

de maniobra en alta

tensin 37

4.4 Sobretensiones transitorias

de maniobra en baja

tensin 38

4


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37/147

4 Sobretensiones transitorias de maniobra


4.1 Principio fundamental

del cortePara realizar la desconexin o el corte de

una corriente elctrica, basta con que la

resistencia del aparato de corte suba

desde un valor nulo antes del corte a un

valor casi infinito despus del corte.

Para que la energa disipada en el aparato

por el corte sea dbil, es necesario que:

cLa variacin de resistencia sea lo ms

rpida posible.

cEl corte tenga lugar lo ms cerca posible

del paso por cero natural de la corriente.

Desde que se interrumpe un circuito,

atravesado por una corriente dbil, se

produce inevitablemente un arco elctrico.Este arco es conductor debido al fenmeno

de ionizacin que se produce en su

trayecto.

Adems, posee la caracterstica de pasar

del estado conductor al aislante en el

instante ms adecuado, es decir, cuando

nos acercamos al paso por cero de la

corriente.

4.2 Criterios del buenfuncionamiento de

un aparato de corte

Un aparato que realice una buena

desconexin debe cumplir las siguientes

condiciones:

cSoportar la energa disipada por el corte

sin destruirse.

cEl enfriamiento del gas ionizado debe ser

suficiente para evitar que la ionizacin se

mantenga.

cEl aislante entre los polos del aparato,

que vara de cero a un valor muy grande en

el momento del corte, tiene que ser

suficiente para evitar un cebado del arco

por la tensin transitoria de

restablecimiento.

Tensin transitoria de restablecimiento

Cuando el aparato de corte est cerrado, la

tensin entre los polos de una misma fase

es nula.

Desde que los polos comienzan a

separarse, una tensin aparece entre ellos.

Cuando el corte tiene fin, la tensin tendr

el valor de la tensin de la red.

Entre estos dos valores, sigue un rgimen

transitorio a frecuencia elevada. El valor

mximo, la frecuencia y el tiempo de

sobretensin dependen de las

caractersticas de la red.

En AT, la velocidad de crecimiento de latensin puede llegar a algunos kilovoltios

por microsegundo y la frecuencia a

algunos kilohertz.

Fig. 4.1. Interruptor ideal

Aparato

de corte

Corriente

en el

circuito

Tiempo

Resistencia

del

interruptor

Tiempo

rI

E

I

En la figura adjunta (fig. 4.1), semuestra un aparato de corte ideal con una

resistencia nula hasta el instante preciso

del paso por cero, e infinita

inmediatamente despus.

Este tipo de aparato es imposible de

realizar en la realidad, pero es posible

acercarse al sistema ideal utilizando las

propiedades del arco elctrico.

En los aparatos de corte, este arco

elctrico se produce en un medio aislantellamado dielctrico (gas, aceite y

actualmente hexafloruro de azufre SF6).


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4.3 Sobretensiones

transitorias de maniobra

en alta tensin

Las sobretensiones de maniobra pueden

ser originadas por procesos de

conmutacin. En instalaciones de alta

tensin pueden actuar mediante

acoplamiento capacitivo (tambin sobre las

instalaciones de baja tensin), produciendo

en casos especiales sobretensiones

de ms de 15 kV.

Las sobretensiones de conmutacin en alta

tensin pueden producirse a causa de:

cDesconexin de una lnea de alta

tensin que funcionaba sin carga

En el estado inicial, la capacidad de la lnea

se encuentra cargada a un valor de tensin

caracterstica de la red.

En el momento de abrir el interruptor se

produce una diferencia de tensin entre la

red y la lnea desconectada que puede

desembocar en la aparicin de un arco

inverso entre los contactos del dispositivo

de desconexin si no estuvieran lo

suficientemente alejados el uno del otro.

Este fenmeno tiene una duracin de

algunos milisegundos y puede repetirse

varias veces a causa del ajuste del valor de

la tensin de red.

Se observa una oscilacin amortiguada de

algunos cientos de kHz, que tiene una

amplitud mxima equivalente a la diferencia

de tensin entre los contactos en elmomento de la aparicin del arco inverso, y

puede llegar a ser mucho mayor que el

valor eficaz de la tensin de red.

cDesconexin de un transformador

de marcha en vaco

Un transformador, adems de su

inductividad, tiene tambin una capacidad

de bobinado.

Al desconectar un transformador que

trabaja en vaco, esta capacidad se debecargar utilizando la energa donada por el

campo magntico.

El circuito formado por la inductancia y la

capacidad contina oscilando hasta que latotalidad de la energa en la resistencia

hmica de este circuito se haya

transformado en calor por efecto Joule.

Las sobretensiones de este tipo pueden

llegar a presentar, al igual que en el caso

anterior, valores de amplitud que superan

en mucho los de la tensin de red.

cDerivacin a tierra en redes aisladas

de tierra

Si en el conductor exterior de una red nopuesta rgidamente a tierra se produce una

derivacin a tierra, el potencial de la

totalidad del sistema de conductores se

altera con el valor de la tensin de tierra-

conductor del conductor afectado.

Si se produce el arco voltaico, tendrn

lugar los mismos procesos que en el caso

de desconexin de un condensador, y

surgirn sobretensiones de conmutacin en

forma de una oscilacin atenuada.

Adems de estas sobretensiones deconmutacin en el lado de la alta tensin,

que repercuten capacitivamente sobre las

instalaciones de baja tensin, las

variaciones repentinas de la intensidad

producidas en instalaciones de alta tensin

pueden dar lugar en instalaciones de baja

tensin a sobretensiones, a causa de

acoplamientos inductivos.

Estas alteraciones de intensidad pueden

originarse por:

cConexin o desconexin de una carga

grande.

cPresencia de un cortocircuito, de un

cortocircuito de derivacin a tierra o de una

doble derivacin a tierra.

cSupresin de un cortocircuito, de un

cortocircuito de derivacin a tierra o de una

doble derivacin a tierra.

Mediciones efectuadas en conductores de

baja tensin dentro de instalaciones de alta

tensin han demostrado que, en caso de

procesos de conmutacin en el lado de la

alta tensin, se pueden presentar

sobretensiones con valores punta

superiores a 15 kV.


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4 Sobretensiones transitorias de maniobra


4.4 Sobretensiones

transitorias de maniobraen baja tensin

Las sobretensiones que se producen en

las lneas de baja tensin por maniobra son

principalmente: la desconexin de cargas

inductivas, la desconexin de las

inductancias en la rama serie del circuito

de corriente y los disparos de los

elementos de proteccin.

cDesconexin de cargas inductivas

Desconexin de cargas inductivasconectadas en paralelo a la fuente de

tensin como, por ejemplo,

transformadores, bobinas de reactancias,

bobinas de rels o contactores.

Las sobretensiones de conmutacin que

aparecen se producen por un

funcionamiento similar al comentadoanteriormente en el caso de desconexin

de un transformador de alta tensin de

funcionamiento en vaco.

cDesconexin de inductancias en la

rama serie del circuito de corriente

Este fenmeno aparece al utilizarse

inductancias, como bobinas longitudinales,

bucles de conductores e inductancias del

conductor, que pretenden mantener el flujo

de la corriente incluso en caso de

interrupcin del circuito.

La amplitud de la sobretensin depende

principalmente de la corriente que circula

por esta inductancia justo en el momento

de producirse la desconexin.


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Sobretensiones

transitorias

electrostticas

5.1 Carga electrosttica 40

5.2 Efectos de las descargas

electrostticas 40

5.3 Identificacin del

fenmeno 40

5


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5 Sobretensiones transitorias electrostticas


5.1 Carga electrosttica

El frotamiento de dos materiales diferentesprovoca el acercamiento de electrones

sobre los tomos cercanos al punto de

contacto. Si los materiales son

conductores, los electrones circularn

libremente al interior de los cuerpos en

contacto combinndose con las cargas

positivas (esta combinacin es a veces

imposible, como en el caso de materiales

aislantes, o cuando las masas metlicas

estn aisladas de todo circuito de tierra o

de retorno). Existir, por lo tanto, una

acumulacin de cargas negativas en uncuerpo y de positivas sobre el otro en el

momento de la separacin. Este fenmeno,

al ser acumulativo, puede provocar la

constitucin de cargas electrostticas de

valores importantes.

Por ejemplo, una persona que camina

sobre una moqueta sinttica acumular

cargas que pueden llegar a un potencial

de 10 kV.

5.2 Efectos de las descargas

electrostticas

Cuando dos materiales cargados a

potenciales electrostticos diferentes se

pongan en contacto, existir una

combinacin de las cargas que producir

una corriente de intensidad IDES

que

depender de las caractersticas

hmicas de los cuerpos presentes.

Este fenmeno tiene el nombre de

descarga electrosttica.

Las corrientes de descarga son en general

muy violentas y poseen una caracterstica

impulsional. Estamos hablando deimpulsos de corrientes con una forma de

onda similar a la que aparece en la figura

(tiempo de ascenso Tm

= 5 ns y tiempo de

descenso igual a 30 ns). Esta forma de

onda es la de la norma CEI 1000-4-2.

Estas descargas se inician, generalmente,

en un medio dielctrico, por ejemplo, el

aire, o a travs de componentes que

pueden ser destruidos por

sobreintensidades. Los efectos pueden ser

tambin indirectos, debido a la conduccin

de un pico de tensin a travs de la lneade masas.

Este fenmeno es muy peligroso en el caso

de sistemas electrnicos. La presencia de

descargas electrostticas puede dejar fuera

de servicio un ordenador, sea cual sea su

potencia. En efecto, la emisin del campo

magntico H creado por la corriente de

descarga electrosttica IDES

provoca la

aparicin de tensiones en modo comn en

los aparatos mal protegidos.

5.3 Identificacin

del fenmeno

La aparicin de defectos inexplicables

como parada de materiales, destrucciones

de componentes en un ambiente seco y en

presencia de numerosos materiales

aislantes, hace pensar en posibles

descargas electrostticas. Estos

fenmenos son aleatorios y se debern, en

su mayor parte, a una causa exterior alcircuito afectado. Su deteccin necesitar

el manejo de osciloscopios con una banda

pasante elevada, es decir, que pueda medir

frecuencias muy elevadas.


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Proteccin contra

sobretensiones

transitorias

6.1 Introduccin 42

6.2 Los principios de

proteccin 42

6.3 Principio de coordinacin

del aislamiento 44

6.4 Protecciones primarias 45

6.5 Protecciones

secundarias 46

6


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6 Protecciones contra sobretensiones

transitorias


6.1 Introduccin

Se dispone de poca informacin respectoa la estabilidad de los componentesen el momento en el que soportansobretensiones. Sin embargo, se conoce,generalmente, que la mayora de losdispositivos de estado slido no deben deestar sometidos a sobretensiones, aunquesean de corta duracin, si stas excedenincluso ligeramente los picos desobretensin que se presentan durante elfuncionamiento normal del equipo.Como se ha comentado anteriormente, las

consecuencias finales en los receptores delas sobretensiones transitorias son eldeterioro y la destruccin de los materiales,el mal funcionamiento de los equipos(perturbaciones informticas, arranque demotores cuando no deben o disparo de unaalarma) y, finalmente, el envejecimientoprematuro de los receptores.

En la tabla 6.1se comparan varioscomponentes en cuanto a su posibledestruccin a causa de las sobretensiones

y en funcin de la energa de las mismas.

Estas sobretensiones pueden ser, adems,peligrosas para las personas, ya sea demanera indirecta a partir de los materiales

afectados (el mal funcionamiento o ladestruccin de un equipo puede convertirse

en un peligro para una persona: muerte porun incendio provocado por la cadade un rayo, aparatos enchufados a la red,etc.) o de manera directa (cada directa deun rayo, muerte por la cada de un rayo enla lnea telefnica cuando una personausaba el telfono, etc.).

Por lo tanto, para garantizar la seguridad delas personas, la proteccin de los bienes y,en cierta medida, la continuidad de servicio,la coordinacin del aislamiento buscareducir la probabilidad de fallo dielctrico

del material.

Existen varios componentes encargados delimitar o suprimir las sobretensionesdefinidas anteriormente. Estos dispositivosutilizados en la fabricacin de aparatos deproteccin contra las sobretensiones estnya muchas veces incluidos en ciertosaparatos de BT, especialmente, en losaparatos electrnicos.

6.2 Los principiosde proteccin

El nivel de sobretensin que puedesoportar un material depende

Tabla 6.1. Efectos de las sobretensiones transitorias sobre equipos y componentes en funcin de la energade dichas sobretensiones

Generadores, motores

Rels, transformadores

Tubos de rayos catdicos

Resistencias de carbn

Resistencia de metal-film

Condensadores

Inductancias de filtro

Transistores

Diodos de seal

Circuitos integrados

Diodos para microondas

Comp. para computadores

e instrumentos

No hay Posible Destruccindestruccin destruccin segura

(Ws) 10-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 107


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principalmente de la distancia deaislamiento. Esta denominacin reagrupa

dos nociones, una de la distancia en el gas(aire, SF6, etc.) y la otra de la distanciadelnea de fugaen los aislantes slidos(fig. 6.1).

entre dos conductores. Esta distancia, en elaire, es muy importante en el fenmeno de

descargas.El riesgo de cebado depende de la tensinaplicada y/o del grado de polucin. Por estarazn, los aparatos elctricos deben cumplirciertas normas que definen, especialmente,cuatro categoras de sobretensiones ycuatro grados de polucin (tabla 6.2).

El grado depolucin normalse valora demanera diferente segn la aplicacin:

vPara aplicaciones industriales: salvoprescripcin en contra de la norma delmaterial correspondiente, los materialespara aplicaciones industriales estn engeneral destinados a ser utilizados enambientes con grado de polucin 3.

vPara aplicaciones domsticas: salvoprescripcin en contra de la norma delmaterial correspondiente, los materialespara aplicaciones domsticas y similaresestn en general destinados a ser utilizadosen entornos con grado de polucin 2.

Fig. 6.1. Distancia en el aire y lnea de fuga

Nivel de polucin Norma de construccin A B C DTensin de aguante al choque (kV) 1,5 2,5 4 6

Tensin de prueba a nivel del mar (kV)

para una onda 1,2/50 ms 1,8 2,9 4,9 7,4

1 = Sin polucin o nicamente Distancia mnima de

polucin seca no conductora aislamiento en el aire (mm) 0,5 1,5 3 5,5

2 = Presencia normal de Distancia mnima de polucin no conductora aislamiento en el aire (mm) 0,5 1,5 3 5,5

3 = Presencia de polucin conductora, Distancia mnima de

o de polucin seca no conductora aislamiento en el aire (mm) 0,8 1,5 3 5,5 que se vuelve conductora por

condensacin

4 = Conductividad permanente Distancia mnima de y elevada originada por la polucin aislamiento en el aire (mm) 1,6 1,6 3 5,5

(polvo conductor, agua o nieve)

A: Para materiales conectados a circuitos en los cuales se toman medidas para limitar las sobretensiones transitorias a un nivel dbil.

B: Para materiales que consumen energa, alimentados a partir de una instalacin fija.

C: Para materiales de las instalaciones fijas, cuando la fiabilidad y la disponibilidad del material son objeto de especificaciones particulares.D: Para materiales utilizados en el origen de la instalacin.

Tabla 6.2. Tensiones de resistencia al choque y distancias de aislamiento (CEI 947-1) aplicable a equipos instalados en BT de 230/400 V

Estas dos distancias estn directamenteligadas al afn de proteccin contra lassobretensiones, pero sus tensionessoportadas no son idnticas.

cDistancia de aislamiento en el aireLa distancia de aislamiento es la ms corta


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6 Protecciones contra sobretensiones

transitorias


cLa longitud de la lnea de fuga en losaislantes o su recorrido

La lnea de fuga es la distancia ms corta alo largo de la superficie de un materialaislante entre dos partes conductoras.En este campo, tambin los aparatoselctricos deben cumplir las normas(tabla 6.3).

6.3 Principio de coordinacindel aislamiento

Estudiar la coordinacin del aislamiento deuna instalacin elctrica consiste en definir,a partir de los niveles de tensionessusceptibles de presentarse en estainstalacin, uno o ms niveles de proteccincontra las sobretensiones transitorias.

El nivel de proteccin se deduce de lascondiciones:

De la instalacin. Del ambiente. De la utilizacin del material.

El estudio de estas condiciones permitedeterminar el nivel de sobretensin quepodr solicitar el material durante suutilizacin. La eleccin del nivel deaislamiento adoptado permitir asegurar

que, frente a los choques de maniobra, almenos el nivel de aislamiento no sernunca sobrepasado.

Frente a la cada del rayo, un compromiso

deber, generalmente, realizarse entre elnivel de proteccin y el riesgo de falloadmisible.

Se puede establecer una clasificacin detres niveles de proteccin contra los efectosde los rayos, tanto directos como indirectos,los efectos de las sobretensiones demaniobra y las descargas electrostticas:

vEl nivel primario est constituido por los

sistemas de pararrayos, terminales areos,estructuras metlicas, blindajes y tomas detierra, y sera el encargado de captar elrayo, derivarlo y dispersarlo a tierra.

vEl nivel secundario sera el necesariopara la alimentacin del equipo o sistema:en l se limitan las sobretensiones debidasa la cada indirecta de un rayo, asobretensiones de maniobra o a descargaselectrostticas.

v

El nivel terciario se relaciona con laslneas de datos y transmisin, tarjetas decircuito impreso y componenteselectrnicos, llamados tambin proteccinfina.

Sin embargo, en una instalacinelctrica, las especificaciones constructivas

(distancia de aislamiento y lnea de fuga)pueden resultar insuficientes,especialmente para los receptores.Es, por tanto, muy convenienteel empleo de los aparatos deproteccin que se describen en captulosposteriores.

Tabla 6.3.Distancia en milmetros de las lneas de fuga para equipos elctricos

Nivel de 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4polucin

ndice de > 100 > 600 > 400 > 100 > 600 > 400 > 100 > 600 > 400 > 100resistencia a 600 a 400 a 600 a 400 a 600 a 400a la circulac.

Tensin deaislam. 400 V 1 2 2,8 4 5 5,6 6,3 8 10 12,5

Tensin de

aislam. 500 V 1,3 2,5 3,6 5 6,3 7,1 8 10 12,5 16

Tensin deaislam. 630 V 1,8 3,2 4,5 6,3 8 9 10 12,5 16 20


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6.4 Protecciones primarias

Las protecciones primarias pretendenproteger los lugares de las cadas directasde rayos permitiendo una captacin ycirculacin de la corriente de rayo hacia elsuelo.

Una instalacin de este tipo se compone deuna lnea de captacin o terminal areo,unas lneas bajantes o derivadores y unared densa de toma de tierra o, en sudefecto, picas de profundidad de 9 m comomnimo en cada derivador, de manera que

el rayo pueda derivarse al subsuelo sinproblemas.

El principio se basa en una zona deproteccin determinada por una estructurams elevada que el resto.

Existen tres grandes tipos de proteccinprimaria:

Los pararrayos: proteccin primaria msantigua y comn.

Los tendidos areos. La caja mallada de Faraday.

cPararrayos (fig. 6.2)Los pararrayos son la forma ms conocidade proteccin primaria contra rayos y sonutilizados en edificios rurales y lugaresdonde la proteccin es obligatoria, comotanques de almacenamiento decombustibles y almacenes de explosivos.

Adems, deberan utilizarse si el edificioalberga un nmero elevado de personas, o

materiales, instalaciones y equipos

sensibles; si la altura de dicho edificiosupera los 43 m, o si el ndice de riesgo

(determinado por los das/ao que haytormentas en la zona donde est ubicado,las caractersticas orogrficas del terreno yel tipo de edificio) supera los 27 puntos.

La direccin del rayo no est influida por losobjetos de la tierra hasta que no alcanzauna distancia de unos 10 a 100 m del objeto.

El pararrayos proporciona un circuito demenor resistencia. As, se establece elsegmento final del camino de descarga de

nube a tierra. Mediante la colocacin delpararrayos, la descarga se dirigir fuera delrea donde se desea tener la proteccin.

El estudio y la instalacin de los pararrayosson trabajo de especialistas, que tienen queprestar atencin al trazado de los cables decobre, juntas de control, tomas de tierra enforma de pata de oca para favorecer lacirculacin de las corrientes a altafrecuencia, distancias a las canalizaciones(agua, gas, electricidad).

Por otro lado, la circulacin de corriente derayo induce un campo electromagntico alos circuitos interiores que se debe proteger(algunas decenas de kilovatios).

Por tanto, es necesario dividir las corrientesdel pararrayos en dos, cuatro o ms, demanera simtrica

protección_sobretensiones_transitorias

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