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Ing. César Inga Zapata

CALIDAD DE ENERGÍA SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA Y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

CONTRA SOBRETENSIONES

Ing. César Inga Zapata cesar.inga@innovacionenergetica.com.pe

T +511.226.0065 | RPC 989171916 | RPM *204697 | N 110*9251 www.innovacionenergetica.com.pe

Ing. César Inga Zapata

AGENDA

1. FUNDAMENTOS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA

2. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EXTERNO

3. SISTEMA DE PUESTA A PARA SISTEMAS SENSIBLES

4. EQUIPOS DE PROTECCIÓN DPS /TVSS

5. RESUMEN

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La Energía Eléctrica

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

Ing. César Inga Zapata

La Energía Eléctrica

Transmisión

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

Ing. César Inga Zapata

La Energía Eléctrica

Transmisión

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

Distribución

Subestaciones

Ing. César Inga Zapata

La Energía Eléctrica

Transmisión

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

Distribución

Subestaciones FABRICAS

Utilización

Ing. César Inga Zapata

1. FUNDAMENTOS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA

Ing. César Inga Zapata

Corte de Energía Microcortes Huecos de Tensión (DIPS, SAGS) Sobretensiones transitorias Subtensión Ruido Eléctrico Variación de Frecuencia Interrupciones de tensión Distorsión Armónica

Calidad de Energía y Confiabilidad

Ing. César Inga Zapata

CBEMA

Ing. César Inga Zapata

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

-13% -13%

-42%

-70%

REGION PROHIBIDA

+30% +6%

+100%

Tensión en % de la nominal . Valor eficaz

CBEMA

REGION DE NO DAÑO

110% 90%

Ing. César Inga Zapata

-13% -13%

-42%

-70%

-70%

+30% +6%

+100%

220V AC 60Hz

Microcortes Huecos de Tensión (DIPS, SAGS) Subtensión

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

110% 90%

Ing. César Inga Zapata

-13% -13%

-42%

-70%

-70%

+30% +6%

+100%

Swell Sobretensión

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

110% 90%

220V AC 60Hz

Ing. César Inga Zapata

-13% -13%

-42%

-70%

-70%

+30% +6%

+100%

Interrupciones de tensión

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

110% 90%

220V AC 60Hz

Ing. César Inga Zapata

-13% -13%

-42%

-70%

-70%

+30% +6%

+100%

Corte de Energía

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

110% 90%

220V AC 60Hz

Ing. César Inga Zapata

-13% -13%

-42%

-70%

-70%

+30% +6%

+100%

Sobretensión Sostenida

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

110% 90%

220V AC 60Hz

Ing. César Inga Zapata

-13% -13%

-42%

-70%

-70%

+30% +6%

+100%

Sobretensión Transitoria

0.001c 0.01c 1c 10c 100c Ciclos 1us 1ms 3ms 20ms 0.5s 0.5 m 2h Tiempo

110% 90%

220V AC 60Hz

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Ing. César Inga Zapata

Ing. César Inga Zapata

Ing. César Inga Zapata

Ing. César Inga Zapata

Corte de Energía Microcortes Huecos de Tensión (DIPS, SAGS) Sobretensiones transitorias Subtensión Ruido Eléctrico Variación de Frecuencia Interrupciones de tensión Distorsión Armónica

Calidad de Energía y Confiabilidad

Ing. César Inga Zapata

Calidad de Energía y Confiabilidad

Calidad de Energía = Calidad de Tensión

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PIRÁMIDE DE LA CALIDAD DE ENERGIA

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SISTEMA DE PUESTA A TIERRA PARA EQUIPOS ELECTRÓNICOS SENSIBLES

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OBJETIVOS DE LAS PUESTAS A TIERRA

Seguridad de las personas

Protección de las instalaciones

Compatibilidad electromagnética

EL OBJETIVO PRINCIPAL DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA ES GARANTIZAR SEGURIDAD AL PERSONAL DURANTE FALLAS ELÉCTRICAS O DESCARGAS.

EN ESTADO ESTACIONARIO, LAS PUESTAS A TIERRA DISMINUYEN LAS TENSIONES DE OBJETOS METÁLICOS QUE SE ENCUENTRAN INFLUENCIADOS POR INDUCCIONES DE

OBJETOS ENERGIZADOS O POR ESTÁTICA.

CUANDO SE PRESENTAN LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS, PROPORCIONAN UN CAMINO SEGURO PARA LA CORRIENTE ELÉCTRICA DEL RAYO, MANTENIENDO LA

EQUIPOTENCIALIDAD DE TODA LA INSTALACIÓN.

Ing. César Inga Zapata

OBJETIVOS DE SEGURIDAD DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

EL OBJETIVO PRINCIPAL DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA ES GARANTIZAR SEGURIDAD AL PERSONAL DURANTE FALLAS ELÉCTRICAS O DESCARGAS.

EN ESTADO ESTACIONARIO, LAS PUESTAS A TIERRA DISMINUYEN LAS TENSIONES DE OBJETOS METÁLICOS QUE SE ENCUENTRAN INFLUENCIADOS POR INDUCCIONES DE

OBJETOS ENERGIZADOS O POR ESTÁTICA.

CUANDO SE PRESENTAN LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS, PROPORCIONAN UN CAMINO SEGURO PARA LA CORRIENTE ELÉCTRICA DEL RAYO, MANTENIENDO LA

EQUIPOTENCIALIDAD DE TODA LA INSTALACIÓN.

Ing. César Inga Zapata

PUESTA A TIERRA

Ing. César Inga Zapata

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Para un mismo edificio quedan expresamente prohibidos los sistemas de puesta a tierra que aparecen en la Figura, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2.

Tierra Sensible Data Center

Tierra de Potencia

Pararrayos o terminales de captación

Puesta a Tierra

Suelo

Ing. César Inga Zapata

Tierra Sensible Data Center

Tierra de Potencia

Pararrayos o terminales de captación

Puesta a Tierra

Suelo

Para un mismo edificio quedan expresamente prohibidos los sistemas de puesta a tierra que aparece en la Figura, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

Ing. César Inga Zapata

Representación Esquemática Tridimensional de Un SPT

Ing. César Inga Zapata

Para un mismo edificio los sistemas de puesta a tierra tendrán que aparecen como en la Figura, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2.

Tierra Sensible Data Center

Tierra de Potencia

Pararrayos o terminales de captación

Bajantes

Conexiones

Puesta a Tierra

Suelo

Conductores Equipotenciales sugeridas para edificios altos

SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

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NORMA DE COMPUESTOS PARA SPT

Norma IEC para suelos artificiales

IEC 62561-7 Ed. 1.0: Lightning Protection System Components (LPSC) - Part 7:

Requirements for earthing enhancing compounds

PRUEBAS A REALIZAR A LOS SUELOS ARTIFICIALES

•Pruebas de lixiviación:

•Determinación de azufre

•Determinación de la resistividad

•Pruebas de corrosión

•Marcado e indicaciones

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3. PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

Ing. César Inga Zapata

Sobretensión de origen Atmosférico

Sobretensión de maniobra

Tiempo

Ten

sió

n

¿Qué son las Sobretensiones Transitorias?

Ing. César Inga Zapata

Ing. César Inga Zapata

UNDERWRITERS LABORATORIES Determina que la naturaleza imprevisible de las fluctuaciones hace que sea difícil suprimirlos; nunca se sabe cuándo, cuánto tiempo o cuán poderosos serán estos.

NEMA Los Picos de Tensión o Transitorios son breves picos de sobretensión o perturbaciones en una onda de energía que pueden dañar, degradar y hasta destruir los equipos eléctricos y electrónicos dentro de cualquier casa, edificio comercial o instalaciones de una fabrica.

IEEE (Emerald Book) Las sobretensiones pueden tener muchos efectos sobre los equipos que van desde efectos indetectables hasta sacar de servicio cualquier equipo.

¿Qué son las Sobretensiones Transitorias?

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Línea Telefónica

Línea distribución en Media Tensión

Fuentes de Inducción

Líneas de Control

Sub distribución

Potencial a Tierra Buena Condición de

sistema de Puesta a Tierra

Baja Impedancia del Sistema a Tierra

aplicando Cemento Conductivo

Puesta a Tierra de Potencia

Sub Estación de Transformación

Protección y Captura de Rayos

Disipación correcta de la energía de falla en el Sistema a Tierra

Captura de fallas provenientes de lado de fuerza

Protección de fallas entrantes través de las líneas de Distribución

Diseño de Conductores equipotenciales

Tablero de Distribución

Central Telefónica

UPS, Estabilizadores, Baterías

Sala de Impresoras

Sala de Servidores

Equipos de Computo

Unidad de Computo

Remota

Equipos de Computo y Comunicaciones

Multiaterramiento de las Tierras

Dispositivo de Protección TVSS Dispositivos de Protección para Comunicación. Electrodos de Puesta a Tierras

Las perturvaciones y fallas pueden tener un Origen Externo o como sucede más a menudo puede ser de Origen Interno (Perturvaciones generadas por nuestros propios equipos)

Las soluciones ante estos problemas varian dependiendo de un análisis previo

Una mayor confiabilidad en nuestra infraestructura, estará acompañado en saber identificar de forma oportuna todos

estos posibles problemas

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Porcentaje de Eventos que afectan al Suministro Eléctrico

88.5%

11.0% 0.5%

Cortes y Apagones Variación de Tensión

Ruido y Sobretensiones Transitorias

Fuente: IBM

Ing. César Inga Zapata

Efecto de Sobretensiones Transitorias en Arrollamientos de Motores y

Transformadores

Ing. César Inga Zapata

Efecto de Sobretensiones Transitorias en Arrollamientos

Caso de Estudio: Motor

Eléctrico

Ataque de Sobretensiones

Transitorias en el devanado de

un Estator

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Onda de Sobretensión de frente escarpado

Vp >>Vrms

L

tus

Ing. César Inga Zapata

Efecto de Sobretensiones Transitorias en Arrollamientos

Vp

Δe

Tiempo de recorrido (en Nano o microsegundos)

Perforación o degradación de esmalte del cable por diferencia de Potencial

elevado (típicamente se dan en

niveles de kV)

Ing. César Inga Zapata

Efecto de Sobretensiones en Arrollamientos de Motores

Al final, si no se toman las medidas del caso se llega a esto

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Equipos Eléctricos con Arrollamientos

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Efecto de Sobretensiones Transitorias en Infraestructura Electrónica y Equipos

Informáticos

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Daño Acumulativo

Falla Catastrófica

Integrado de Tarjeta Electrónica de PLC

Fuente: Fuerza aérea de los estados Unidos

Daño o quiebre de aislamiento

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Generación de niveles de calor excesivos

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4. DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

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Funcionamiento de Dispositivos de Protección

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DPS vs Fusible y Breaker (Interruptor )

Breaker & Fusible

Dispositivo de protección contra Sobre corriente Protege equipos y personas frente a Sobre corriente

DPS (TVSS)

Dispositivo de protección contra Sobre Tensiones Protege equipos frente a Sobre Tensiones

Breaker & Fusible

Dispositivo de protección contra Sobre corriente Protege equipos y personas frente a Sobre corriente

DPS (TVSS)

Dispositivo de protección contra Sobre Tensiones Protege equipos frente a Sobre Tensiones

Ing. César Inga Zapata

IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada (o de dos etapas).

Ing. César Inga Zapata

IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada (o de dos etapas).

Ing. César Inga Zapata

IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada (o de dos etapas).

Ing. César Inga Zapata

10,000V 10,000V 10,000V 10,000V 10,000V

10,000V

Celda Principal Tablero de Distribución

Tablero IT

10,000V

IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada (o de dos etapas).

Ing. César Inga Zapata

20,000V 2,300V 2,300V 1,000V 1,000V

0V

I.T. System Shield

Celda Principal Tablero de Distribución

I.T. System Shield

Tablero IT

I.T. System Shield

0V

IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada (o de dos etapas).

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Instalación IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada (o de dos etapas).

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IEEE C62.72-2002/2003

Sección 14.1 - "... La destrucción de los MOV podría expulsar fragmentos de metal calientes, conductores, gases ionizados, y humo denso (conductor eléctrico) y hollín. Además de los riesgos inmediatos, la intrusión de tales elementos en el interior de los equipos de distribución eléctrica puede dañar o comprometer un sistema de Data Center y el resultado en cascada efecto y serios daños al equipo.

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Thermo-Dynamic Fusing™ System protección térmica del óxido de Metal tecnología varistor

Proporciona el funcionamiento seguro, incluso cuando son expuestos a condiciones anormales (sobretensiones continuas, altas corrientes de falla, mal uso de la unidad) En estas condiciones, el componente apertura de forma rápida y segura del circuito antes del sobrecalentamiento. Elimina todas los riesgos de daños a los componentes eléctricos que se producen debido a un fallo directo a estos equipos.

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UL 1449 Tercera Edición

Vigente desde el 29 de Setiembre de 2009

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ANSI - UL1449 3rd Edition - Cuatro Cambios Importantes 1. Voltaje Suprimido (SVR) contra Voltaje de Protección (VPR)

Este es probablemente el cambio de prueba más importante que convierte a los equipos antiguos en obsoletos. Las pruebas anteriores eran de 500A / 6000 V. Las Nuevas pruebas son a 3000 A / 6.000V. Esto es seis veces más energía por evento, que da lugar a mayores tensiones de falla.

2. Corriente Nominal de Descarga(In) de hasta 20kA, se incluirá en las especificaciones y las etiquetas del supresor. Ejemplo: Tipo 1 puede ser probado a 10kA y 20kA, Tipo 2 de 3kA, 5kA, 10kA y 20kA. Según CBMA mayoría de los eventos son superiores 3kA.

3. Categorías de Supresor El nuevo estándar clasifica los supresores en cuatro tipos, según sean o no un componente, y según dónde se instalen en el sistema de distribución eléctrica.

4. TVSS ahora se conoce como SPD El término en inglés para los supresores de sobretensiones ya no será “Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS)”, sino “Surge Protective Device (SPD)”.

5. Ampliar su alcance La 3ra Edición de UL ahora regula los productos supresión diseñados para proteger circuitos eléctricos de hasta 1000A.

1. Voltaje Suprimido (SVR) contra Voltaje de Protección (VPR)

Este es probablemente el cambio de prueba más importante que convierte a los equipos antiguos en obsoletos. Las pruebas anteriores eran de 500A / 6000 V. Las Nuevas pruebas son a 3000 A / 6.000V. Esto es seis veces más energía por evento, que da lugar a mayores tensiones de falla.

2. Corriente Nominal de Descarga(In) de hasta 20kA, se incluirá en las especificaciones y las etiquetas del supresor. Ejemplo: Tipo 1 puede ser probado a 10kA y 20kA, Tipo 2 de 3kA, 5kA, 10kA y 20kA. Según CBMA mayoría de los eventos son superiores 3kA.

3. Categorías de Supresor El nuevo estándar clasifica los supresores en cuatro tipos, según sean o no un componente, y según dónde se instalen en el sistema de distribución eléctrica.

4. TVSS ahora se conoce como SPD El término en inglés para los supresores de sobretensiones ya no será “Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS)”, sino “Surge Protective Device (SPD)”.

5. Ampliar su alcance La 3ra Edición de UL ahora regula los productos supresión diseñados para proteger circuitos eléctricos de hasta 1000A.

Ing. César Inga Zapata

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Se recomienda que en la práctica tanto el circuito de entrada a la UPS y a los circuitos de derivación (incluyendo el bypass manual de mantenimiento) deberían estar equipados con dispositivos de protección contra Sobretensiones.

DPS

DPS

DPS

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Underwriters Laboratories Inc. (UL) - establece que los equipamientos eléctricos y electrónicos tienen de 35% a 40% mayor tiempo de vida si se eliminan

las Sobretensiones Transitorias.

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TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO

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220V

220V

¿?V

380V 220V

¿SPT?

SISTEMAS ELÉCTRICOS

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TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO

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EFECTO DE ARMÓNICOS EN LOS TRANSFORMADORES

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GRACIAS!!!

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