Seguridad en instalaciones electricas

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Seguridad Eléctrica

Juan Carlos Orjuela

Hay que meter lo de arco interno en media y

baja tensión.

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(3)

El RETIE

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El RETIE

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El objeto fundamental de este Reglamento es

El objeto fundamental de este Reglamento es establecer medidas que garanticen laestablecer medidas que garanticen la

seguridad

seguridad de las personas, de la vida animal y de las personas, de la vida animal y vegetal y la preservación del medio ambiente;vegetal y la preservación del medio ambiente;

previniendo, minimizando o eliminando los riesgos de origen eléctrico.

Objetivos específicos:

Objetivos específicos:(Se citan los que van a ser (Se citan los que van a ser abordados en esta presentación)abordados en esta presentación)

-Fijar las condiciones para evitar accidentes por c

-Fijar las condiciones para evitar accidentes por contactos eléctricos directos e iontactos eléctricos directos e indirectos.ndirectos.

-Establecer las condiciones para prevenir incendios causados por la electricidad.

-Establecer las co

-Establecer las condiciones para endiciones para evitar daños debidovitar daños debidos a sobrecorrientes a sobrecorrientess y sobretensioney sobretensiones.s.

-Unificar las características esenciales de seguridad de productos eléctricos de

-Unificar las características esenciales de seguridad de productos eléctricos de másmás

utilización , para asegurar mayor confiabilidad en su

utilización , para asegurar mayor confiabilidad en su funcionamiento.funcionamiento.

-Establecer claramente las responsabilidades que deben cumplir

-Establecer claramente las responsabilidades que deben cumplir los diseñadores,los diseñadores,

constructores, interventores, operadores, inspectores, propietarios y usuarios

constructores, interventores, operadores, inspectores, propietarios y usuarios dede

instalaciones eléctricas, además de los fabricantes, distribuidores o importadores de

materiales o equipos y las

materiales o equipos y las personas jurídicas relacionadas con la generación, transporte,personas jurídicas relacionadas con la generación, transporte,

distribución y comercialización de electricidad.

Objeto

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-Unificar las características esenciales de seguridad para los

-Unificar las características esenciales de seguridad para los productos eléctricos de mayorproductos eléctricos de mayor

utilización, con el fin

utilización, con el fin de asegurar la mayor confiabilidad en sde asegurar la mayor confiabilidad en su funcionamiento.u funcionamiento.

-Prevenir los actos que puedan inducir a error a los usuarios, tales como la

-Prevenir los actos que puedan inducir a error a los usuarios, tales como la utilización outilización o

difusión de indicaciones incorrectas o falsas o la omisión de datos verdaderos que no

cumplen las exigencias del

cumplen las exigencias del presente Reglamento.presente Reglamento.

-Exigir confiab

-Exigir confiabilidad y comilidad y compatibilidad de patibilidad de los productos y los productos y equiposequipos eléctricoseléctricos

Objeto

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Instalaciones eléctricas nuevas:

Todas aquellas que entren en operación con posterioridad a la fecha de entrada en vigencia del RETIE.

Ampliaciones:

Para ampliaciones de carga por más del 50 % de la capacidad instalada. Remodelaciones:

Para cambios equivalentes por lo menos al 80 % de los equipos instalados. Excepciones:

Todas aquellas instalaciones con licencia de construcción aprobada antes de la entrada en vigencia del reglamento o con factibilidad aprobada por el OR en las mismas condiciones.

Artículo 2: Campo de Aplicación

Cap

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-La competencia para realizar dichas actividades corresponderá a las personas calificadas ,tales como ingenieros electricistas, electromecánicos, de distribución de redes eléctricas, tecnólogos en electricidad , tecnólogos en electromecánica o técnicos electricistas , teniendo en cuenta las leyes y las normas reglamentarias que regulan estas profesiones.

-Para toda instalación eléctrica cubierta por este reglamento será obligatorio que actividades tales como las de diseño , construcción, supervisión , recepción , operación , mantenimiento e inspección sean realizadas por personal calificado con matrícula profesional vigente que lo autorice para ejercer dicha actividad.

Artículo 2: Requisitos técnicos esenciales

Cap

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(15)

1-El certificado de conformidad de productos se exigirá seis meses después de la entrada en vigencia del reglamento (O sea a partir de noviembre 1 de 2005), excepto aquellos que se encuentren aún cobijados por Las disposiciones transitorias.

2-Certificado de conformidad de instalaciones:

Para instalaciones básicas menores a 10 KVA que no se encuentren en edificios multifamiliares o en construcciones con más de 5 subscriptores o con más de 5 sistemas de medida individual, durante el periodo de transitoriedad (36 meses a partir del 2005) se deberá realizar una declaración escrita y suscrita por el instalador eléctrico y el propietario de la misma , en donde conste que la obra cumple con lo dispuesto por este reglamento.

Artículo 45: Disposiciones Transitorias

Cap

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(17)

Las demás instalaciones de uso final deberán ser certificadas por una de las empresas habilitadas por las SIC para tal fín a partir del mes de abril del 2007. -El OR deberá garantizar el procedimiento de condiciones de conexión ,

establecido por la CREG 070, o aquellas normas o resoluciones que la modifiquen, y que entre otras obliga a los usuarios a :

-Cumplir con el contenido de armónicos estipulado en la IEEE 519/92 , informar sobre la conexión de condensadores e inductancias en MT, cumplir con el factor de potencia establecido en la CREG 108/97, usar protecciones adaptadas a la carga que garanticen confiabilidad, seguridad, selectividad y rapidez de desconexión ,etc.

Cap

Cap í

í tulo IX : Disposiciones transitorias

tulo IX : Disposiciones transitorias

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(19)

La superintendencia de industria y comercio ha acreditado cinco organismos de inspección de instalaciones eléctricas, para el proceso de uso final de electricidad.

 ECA, Interventorías y consultorías de Colombia S.A.

 MTE, Medidores-Técnica-Equipos S.A.

 EINCE Ltda.

 S.G.S. Colombia S.A.- División de Servicios Industriales

 Corporación Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico- CIDET

 Reticertificamos S.A.

Cap

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(21)

Cap

(22)

(23)

Cap

(24)

(25)

Cap

Cap í

í tulo X :Certificaci

tulo X :Certificaci ó

ó n

n

1.Certificación de conformidad de productos: “Los materiales, aparatos, máquinas, conjuntos y subconjuntos, a ser utilizados en las instalaciones eléctricas en colombia, a los que se refiere este reglamento técnico, deben cumplir los requisitos del presente reglamento que les sean de aplicación y demostrarlo a través del certificado de conformidad de que trata el presente capitulo, previo a su comercialización.”

Productos que deben poseer certificación de cumplimiento con el RETIE al perímetro Schneider : •Clavijas eléctricas para uso general

•Dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias para menos de 1000 V •Interruptores automáticos para tensión <= a 260V y capacidad <= a 30 A.

•Interruptores automáticos para tensión <= a 260V y capacidad >= a 30 A. •Interruptores manuales de baja tensión

•Tomacorrientes para uso general

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(27)

“En razón al comprobado alto riesgo de la electricidad, el RETIE indica como responsables, y por consiguiente sujetos al régimen sancionatorio por deficiencias en las instalaciones domiciliarias, a los siguientes agentes: Empresas de energía.

Diseñadores, constructores e interventores de las instalaciones. Organismos de certificación de productos.

Organismos de certificación de instalaciones.

Fabricantes, comercializadores e importadores de productos eléctricos, en cuanto a las deficiencias en los productos utilizados en las instalaciones (Ley 73 de 1981 y 446 de 1998).

Usuarios.

Profesionales, tecnólogos y técnicos. .... “

Cap

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(29)

Procesos

(30)

(31)

Cap

Cap í

í tulo V : Proceso de transformaci

tulo V : Proceso de transformaci ó

ó n

n

Artículo 30º. Disposiciones Generales

El tiempo máximo de despeje de falla de la protección principal en el sistema eléctrico de los distribuidores, grandes consumidores y transportador, desde el inicio de la falla hasta la extinción del arco en el interruptor de potencia, no debe ser mayor que 150 milisegundos.

Artículo 31º. Salas de Operaciones, Mando y Control

- Equipo eléctrico: Todo el equipo fijo debe ser soportado y asegurado.

(32)

(33)

Cap

Cap í

í tulo VI : Proceso de distribuci

tulo VI : Proceso de distribuci ó

ó n

n

Artículo 38º. Reglas Básicas de Trabajo

7. Subestaciones de media tensión tipo interior

Para la seguridad de las personas y de los animales, se establecen los siguientes requisitos, adoptados de la norma IEC 60298, para las subestaciones de distribución tipo interior:

-El encerramiento de cada unidad funcional deberá ser conectado al conductor de tierra de protección.

-Con el fín de realizar las labores de mantenimiento en las subestaciones con plena seguridad para el personal encargado, es imprescindible que el sistema permita poner a tierra las partes vivas con el fín de ejecutar una maniobra plenamente confiable.

-Al realizar labores de mantenimiento la posición de los elementos que realicen la puesta a tierra de la celda deben estar claramente identificados a través de un elemento que indique visualmente la maniobra de puesta a tierra de equipo.

(34)

(35)

-Para prevenir accidentes por arcos internos, se deben cumplir los siguientes criterios:

1.Las celdas deben permitir controlar los efectos de un arco (sobrepresión, esfuerzos mecánicos y térmicos), evacuando los gases hacia arriba, hacia los costados, hacia atrás o 2 metros por encima del frente.

2.Las puertas y tapas deben tener un seguro para permanecer cerradas.

3.Las piezas susceptibles de desprenderse (ej.: chapas, aislantes, etc.), deben estar firmemente aseguradas.

4.Cuando se presente un arco, no debe perforar partes externas accesibles, ni debe presentarse quemadura de los indicadores por gases calientes.

5.Conexiones efectivas en el sistema de puesta a tierra.

Cap

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(37)

-

Las cubiertas y puertas no deben permitir el acceso a personal no calificado, al lugar donde se alojan los barrajes energizados; en el caso en el que sean removibles se debe garantizar que no se puedan retirar mientras el sistema opere en condiciones normales mediante la implementación de cerraduras o enclavamientos, en el caso en que sean fijas, no se puedan retirar sin la ayuda de herramientas manejadas por personal calificado que conoce el funcionamiento de las subestaciones.

-Para el caso de equipos del tipo extraíble, los enclavamientos deben asegurar que las siguientes operaciones no sean posibles de realizar: *Extracción del interruptor de protección a menos que esté en posición abierto.

*Operación del interruptor, a menos que este se encuentre en servicio, desconectado, extraído o puesto a tierra.

*Cerrar el interruptor, a menos que esté conectado al circuito auxiliar o diseñado para abrir automáticamente sin el uso de un circuito auxiliar.

Cap

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(39)

-Para el caso de equipos fijos estos deben poseer los enclavamientos necesarios para evitar maniobras erróneas.

-Debe haber una indicación ligada directamente a la posición de los contactos de los elementos de interrupción y seccionamiento. Pueden ser mímicos que muestren el estado real de la operación que se está ejecutando con el fin de entender la operación y garantizar el estado del sistema por alguna persona ajena a la subestación.

Cap

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(41)

“ Debido a que el contenido de la NTC 2050 del 25 de noviembre de 1998, que esta basada en la norma técnica NFPA 70, en caja dentro del enfoque que deben tener los reglamentos técnicos y considerando que tiene plena aplicación en el proceso de utilización de la energía eléctrica, se declaran de obligatorio cumplimiento, los primeros siete capítulos de la norma NTC 2050 del 25 de noviembre de 1998 ( Código Eléctrico Colombiano )

Lineamientos generales para instalaciones domiciliarias

“ Los sistemas de protección de las instalaciones para baja tensión , impedirán los efectos de sobrecorrientes y sobretensiones y resguardarán a sus usuarios de los contactos directos y anularán los efectos de los indirectos.”

Capitulo VII: Requisitos espec

Capitulo VII: Requisitos especí í ficos para el proceso de

ficos para el proceso de

utilizaci

utilizació

ón

n

(42)

(43)

cortocircuitos

sobrecargas

corrientes de fuga

sobretensiones transitorias

Falla mecánica con serias implicaciones eléctricas

Conexiones flojas.

Fallas el

(44)

(45)

Cortocircuito y Sobrecarga

Causas :

Conexiones flojas o cargas trabajando por encima

de su corriente nominal

Consecuencias :

Incendios.

Daño de los cables.

Destrucción de los receptores.

Riesgos asociados al cortocircuito y la sobrecarga

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(47)

Soluci

Solució

ón: Interruptores termomagn

n: Interruptores termomagnééticos

ticos

-Evitar los puntos calientes y cargas funcionando encima de la corriente nominal. -Seleccionar y calibrar adecuadamente los interruptores (Según el punto de la instalación, tipo de carga , adecuados para brindar altos niveles de selectividad , altamente limitadores de corriente y con aptitud para el seccionamiento )

Estructura de Distribución BT Nivel 1 General LV Llegada Switchboard Nivel 2 Alimentadores Distribution Nivel3 Switchboard Distribución de or Potencia motor control Nivel 4 Final Distribución switchboards Terminal Loads E 6 2 6 4 9

(48)

(49)

Corrientes de Fuga

Causas :

Deterioro de los aislantes de partes conductoras.

Corrientes superficiales (humedad, polvo ).

Contactos directos o indirectos accidentales.

Consecuencias :

Electrocución de las personas

Incendios.

Destrucción de los receptores.

Riesgos asociados a las corrientes de fuga

(50)

(51)

Límites fisiológicos (corriente, duración)

Tipo de contacto (directo, indirecto)

Modo de puesta a tierra (regímenes de neutro)

Riesgo de

(52)

(53)

Riesgos de electrocución:

Los efectos fisiopatológicos de la corriente eléctrica en las personas (tetanización, quemaduras externas, internas, fibrilación ventricular y paro cardiaco) dependen de diferentes factores: las características fisiológicas del ser humano afectado, el entorno (húmedo o seco, por ejemplo) y también las características de la corriente que atraviesa el cuerpo.

Los daños sufridos por las personas que son atravesadas por una corriente eléctrica dependen esencialmente de su intensidad y del tiempo de paso. Esta corriente depende de la tensión de contacto que se aplica sobre la persona ,así como de la resistencia que encuentra durante su recorrido a través del cuerpo humano.

Riesgo de electrocuci

(54)

(55)

Riesgo de quemadura

Asfixia (diafragma)

20 a 30 mA

Contracción muscular

< 10 mA

Sensación de

hormigueo

< 2 mA

Fibrilación ventricular

= 85 mA

~

Tiempos altos de exposici

Tiempos altos de exposició

ón

n

De 5 a 10 seg.

Riesgo de electrocuci

(56)

(57)

Riesgo de electrocuci

(58)

(59)

Tensión límite de seguridad definida por el RETIE (UI)

Según las condiciones del entorno, particularmente en presencia o no de agua, la tensión limite de seguridad Ul es en alterna de: 50 V para zonas secos

24 V para zonas húmedas

12 V para zonas mojadas (por ejemplo obras en el exterior)

Para valores por debajo de las anteriores tensiones no se requiere ninguna protección contra riesgos de electrocución.

Riesgo de electrocuci

(60)

(61)

Contacto Directo

Este tipo de situación se produce cuando una persona entra en contacto directamente con elementos normalmente en tensión, son peligrosos para tensiones de contacto superiores a Ul y las principales protecciones a considerar son el distanciamiento y el aislamiento. Sin embargo y debido a que la gran mayoría de la gente convive con la electricidad sin ser personal calificado para el manejo de la misma ,

se recomienda el uso

de protecciones diferenciales con umbral de funcionamiento menor o

igual a 30 mA

como protección complementaria para evitar los riesgos de electrocución.

Riesgo de electrocuci

(62)

(63)

Soluciones asociadas a los contactos directos

El RETIE aconseja:

-Alejamiento de las partes bajo tensión.

-Colocación de obstáculos que impidan el acceso a las zonas energizadas. -Equipos de protección contra corrientes de fuga.

-Empleo de muy baja tensión (<= 50 V para áreas secas , <= 24 V para áreas húmedas. -Dispositivos de corte automático de la alimentación.

-Empleo de circuitos aislados galvanicamente , con transformadores de seguridad. -Conexiones equipotenciales.

-Sistemas de puesta a tierra

-Regimenes de conexión a tierra , que protejan a las personas frente a las corrientes de fuga.

(64)

(65)

Soluci

Solució

ón: Barreras f

n: Barreras fí í sicas

sicas

CCM

Panel de tomas

Tablero de distribuci

Tablero de distribuci ó

ó n

n

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(67)

Soluci

Solució

ón: Protecci

n: Protecció

ón diferencial <=30 mA

n diferencial <=30 mA

+

dispa

ro

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(69)

Soluci

Solució

ón: Protecci

n: Protecció

ón diferencial <=30 mA + Barreras f

n diferencial <=30 mA + Barreras fí í sicas

sicas

Tipos de protección diferencial

Tipo residual:

Realiza la suma vectorial de corrientes en los secundarios de los Ct’s. E 5 6 8 9 9 L1 L2 L3 N E 5 6 8 9 9 E 5 6 8 9 9 L1 L2 L3 N E 5 6 8 9 8 L1 L2 L3 N E 5 6 8 9 8 E 5 6 8 9 8 L1 L2 L3 N E 5 6 9 0 0 L1 L2 L3 N E 5 6 9 0 0 E 5 6 9 0 0 L1 L2 L3 N Tipo SGR:

Sensor ubicado en la unión de neutro y tierra

Tipo Secuencia cero (ZS): Para detectar bajas corrientes Mediante la suma vectorial de Corrientes en el primario del CT

(70)

(71)

Soluci

Solució

ón: Protecci

n: Protecció

ón diferencial <=30 mA + Barreras f

n diferencial <=30 mA + Barreras fí í sicas

sicas

ID

-2P

C60N

Vigi 25 A

63 A

+

Residual

(72)

(73)

SISTEMA TNS (Neutro conectado a tierra y masa conectada a la misma tierra

)

Riesgo de electrocuci

Riesgo de electrocució

ón

n

“Solo se aceptan como regimenes de conexión del neutro en baja tensión, el de conexión sólida o el de impedancia limitadora.”

“En toda instalación domiciliaria interna, el conductor neutro y el conductor de puesta a tierra de un circuito , deben ir aislados entre sí, y solo deben unirse con un puente equipotencial en el origen de la instalación y antes de los dispositivos de corte, dicho puente debe ubicarse lo más cerca posible de la acometida o de el transformador.”

(74)

(75)

CONTACTOS INDIRECTOS :

Cuando se produce un contacto con una masa puesta accidentalmente en

tensión, el umbral de peligro viene determinado por la tensión límite de

segur

seguridad Ul.idad Ul. ParPara que no exa que no exista peista peligro ligro cuandcuando la teno la tensión dsión de red ee red ess

superior a

superior a Ul, la tensión dUl, la tensión de contacto e contacto UcUc debe ser debe ser inferior a Uinferior a Ul.l.

Protección contra contactos indirectos en sistema TNS:

En este sistema la intensidad del defecto producida por una falla a tierra es

por lo general lo bastante fuerte para garantizar el disparo magnético del

interruptor automático, pero esto debe comprobarse siempre mediante

cálculos de la

cálculos de la corriente corriente de falla en de falla en el bucle de el bucle de defecto puedefecto pues paras para grandesgrandes

longitudes de cable puede que el umbral de la protección magnética sea

muy alto para detectar esta corriente. Si la corriente de disparo magnética

del interr

del interruptor (Im)uptor (Im) es superior es superior a la cora la corriente de riente de defecto (Id)defecto (Id), deben usar, deben usarsese

protecciones diferenciales.

Una forma de evitar hacer los cálculos anteriores es la de instalar

protecciones diferenciales por defecto en cada uno de los circuitos ramales

en donde

en donde las tensiones de las tensiones de contacto Uc, contacto Uc, sean tensiones psean tensiones peligrosas Uceligrosas Uc > Ul.> Ul.

Riesgo de electrocuci

(76)

(77)

Cálculos en sistema TNS

Riesgo de electrocuci

ó

n

(78)

(79)

Soluciones asociadas a los contactos indirectos

Protecciones Termomagnéticas

Protecciones Diferenciales

Masterpact

C

o

m

p

a

c

t

M

u

l

t

i

9

9 ID

ID

-2P

2P

C60N

Vigi

Vigi 25

25 A

A

63 A

+

R

e

s

i

d

u

a

l

I

T

M

+

V

i

g

i

_I

_T

_M

₊

_V

_i

_g

_i

_R

_e

_l

_é

₊

_t

_o

_r

_o

_i

_d

_e

ITA con opción

Residual, ZS o SGR

(80)

(81)

Riesgo de incendio:

El defecto más habitual es aquel que es causado por el deterioro de los

aislamientos de los cables de la instalación, debido entre otras a estas causas:

Ruptura brusca y accidental del aislamiento del

Ruptura brusca y accidental del aislamiento del conductor.conductor.

Envejecimiento y ruptura final del aislamiento del conductor.

Cables mal dimensionados, sometidos periódicamente a sobrecargas de

Cables mal dimensionados, sometidos periódicamente a sobrecargas de corrientecorriente

que recalientan excesivamente los cables en los que se acelera su proceso de

envejecimiento.

Cortocircuitos.

Una corriente de fuga a tierra superior tan sólo a 300 mA, superpuesta a la corriente

normal del cable, puede efectivamente generar una sobreintensidad suficiente para

que el aislante justo en el punto donde se produce la fuga se caliente, se vaya

fundiendo dejando poco a poco el conductor desnudo hasta provocar un accidente:

la corriente de fuga que atraviesa el aislante deteriorado crea un arco eléctrico cuyo

calor intenso inflama al aislante, y a cualquier material inflamable en contacto con el

mismo

mismo, provo, provocando ascando asíí un incenun incendio. ...dio. ...

Riesgo de incendio

(82)

(83)

Riesgo de incendio

300

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(85)

Soluciones asociadas a los riesgos de incendio

La NTC 2050 exige la protección diferencial contra riesgos de incendio bajo las siguientes condiciones:

-Sistemas solidamente aterrizados.

-Tensión fase neutro >= 150 V y <= 600 V

-Para protecciones con I nominal >= 1000 Amp

-La protección debe ser calibrada máximo a 1200 Amp, pero se recomiendan umbrales entre 300 y 400 Amp.

-Para fallas a tierra de más de 3000 Amp el disparo debe ser menor a 1 seg.

Tomar al pie de la letra la NTC 2050 puede ser peligroso pues una corriente de defecto puede generar la salida de toda la instalación , por tal razón se recomienda proteger los circuitos ramales prioritarios de acuerdo con las siguientes premisas: -Umbrales de calibración: 300 mA

-Se deberá garantizar la coordinación de las protecciones con ajustes en tiempo y corriente adecuados a nivel vertical de manera que podamos saber el sitio de origen de la falla y restituir el servicio de energía lo más pronto posible, en ese punto de la instalación.

(86)

(87)

Soluciones asociadas a los riesgos de incendio

Protecciones Diferenciales

ID -2P C60N Vigi 25 A 63 A +

Residual ITM + Vigi _{ITM + Vigi} _{Relé + toroide}

ITA con opción Residual o SGR

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(89)

El aislamiento de los receptores pueden dañarse debido a: - Calor generado por el propio funcionamiento del aparato.

- Sobrecargas periódicas o ocasionales a las que puede estar sometido. - Agresiones del entorno donde está funcionando el aparato.

- Desgaste del material y pérdidas de estanqueidad en los receptores.

En el sistema TNS, los defectos de aislamiento son el origen de fuertes corrientes de defecto equivalentes a las corrientes de cortocircuito. El paso de estas corrientes tiene como consecuencia importantes daños, como por ejemplo el daño total del circuito magnético de un motor, lo que conduce a la necesidad de cambiar el motor en lugar de ser rebobinado. Estos daños pueden ser considerablemente limitados con la utilización de diferenciales instantáneos de baja sensibilidad (3 A por ejemplo), que son capaces de reaccionar antes de que la corriente alcance un valor importante.

Hay que resaltar que esta protección es tanto más importante a medida que aumenta la tensión de servicio pues la energía disipada en el punto de defecto es proporcional al cuadrado de la tensión.

Riesgo de destrucci

(90)

(91)

PROTECCIONES DIFERENCIALES Y VIGILANTES DE AISLAMIENTO

Soluciones asociadas al riesgo de da

Soluciones asociadas al riesgo de dañ

ño de los receptores

o de los receptores

-Las protecciones diferenciales podrán ser ajustadas según la

carga y

su valor de setting oscilará entre 3 y 30 Amp.

ID -2P C60N Vigi 25 A 63 A +

Residual ITM + Vigi _{ITM + Vigi} _{Relé + toroide}

(92)

(93)

(94)

(95)

Sobretensiones transitorias

Causas :

Descargas atmosféricas

Conmutaciones en la Red.

Consecuencias :

Incendios.

Destrucción de los receptores.

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(96)

(97)

Los transitorios son picos de tensión seguidos de alta corriente con magnitud típica de 20 kV y 10 kA, con duración de nano o micro segundos, de aparición aleatoria y bipolar. Estos eventos de alta energía se conducen con la red eléctrica y dañan los equipos mas sensibles de la instalación.

Transitorios Internos

Son aquellos generados dentro de la instalación eléctrica por el switcheo de cargas capacitivas , inductivas o por la operación de equipos interrumpiendo altas corrientes en media o baja tensión. Son los de mayor recurrencia pero con magnitud pequeña que no dañan a los equipos de forma instantánea pues los degrada con el tiempo y produce lo que se conoce como oxidación electrónica. Son generados entre otras por:

•Arranque y paro de motores , generadores de rayos x ,compresores de refrigeración, robots, soldadoras, bancos de condensadores automáticos , sistemas de bombeo, aires acondicionados , ventilación, calefacción , etc.

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(98)

(99)

El Fenómeno y sus Causas

Tiempo en µs

Tensión

220 VCA

Sobretensiones originadas por

maniobras en la red

2000 V

Conmutación de corrientes inductivas

Conmutación de corrientes capacitivas

Interrupción de una gran corriente con un órgano de corte

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(100)

(101)

Transitorios Externos

Son los que se originan fuera de la instalación eléctrica, por ejemplo descargas atmosféricas, fluctuaciones en la red de distribución, campos magnéticos, etc. Son los menos frecuentes pero los de mayor potencia destructiva. Los factores que incrementan el riesgo de transitorios externos son:

Regiones de alto nivel ceráunico (Alta incidencia de rayos) , cliente final de un alimentador radial, estructuras altas en comparación con los vecinos y localización rural o abierta entre otros.

Los “síntomas más visibles” de la existencia de transitorios y ruido de alta

frecuencia son los siguientes:

Alto nivel de equipo dañado, PLC’s en las líneas de producción quemados, memorias borradas o con funcionamiento erróneo, tarjetas electrónicas y conmutadores telefónicos quemados con frecuencia, caídas de enlaces de comunicación por saturación del ancho de banda, discos duros aterrizados o con defectos, monitores quemados, equipo digital operando erróneamente, sin razón aparente y normalmente atribuyendo la causa a problemas de software, falla de fase (la cual daña la tarjeta de filtrado) o falla de sobretensión en las barras colectoras de corriente directa en los variadores de velocidad.

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(102)

(103)

EL FENOMENO Y SUS CAUSAS Tiempo en µs Tensión 220 VCA

Sobretensiones

Atmosféricas

La intensidad de los rayos en Colombia es de más de 45 kA con una probabilidad del 50 %.Sin embargo frecuentemente se detectan rayos que descargan más de 200 kA.

7000 V

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(104)

(105)

U P1 P2

Sobretensiones

inducidas

U P1

Sobretensiones

conducidas

P1 BT N P1

Sobretensiones debidas al

aumento del potencial de

tierra

Sobretensiones Transitorias de Origen Atmosférico

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(106)

(107)

Sobretensiones Transitorias en Modo Común

Sobretensión en modo común

:

aparece entre las partes activas y la tierra:

fase / tierra

o

neutro / tierra

. Cuando la tensión supera el “aguante” del aislamiento, se genera el arco y el material se quema.

Peligrosas para aparatos donde la masa está conectada a la tierra

U

_MC

N

L

Toma de tierra

Receptor: p. ej. microondas

Aislante

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(108)

(109)

Sobretensiones Transitoriales en Modo Diferencial

Sobretensión en modo diferencial:

aparece entre dos conductores activos:

fase / neutro

o

fase / fase

.

Posible destrucción de materiales de tipo informático y equipos electrónicos.

U

_MD

N

L

Toma de tierra

Receptor: p. ej. microondas

Aislante

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

(110)

(111)

Capitulo II : Requisitos Técnicos Esenciales

Articulo 17 Requisitos de productos, numeral 6 (Dispositivos de protección contra

sobretensiones):

“En las redes de baja tensión o uso final, la necesidad de DPS dependerá de una evaluación técnica objetiva del nivel de riesgo por sobretensiones transitorias a que pueda estar sometida dicha instalación. Tal evaluación técnica, deberá tener en cuenta entre otros factores, el uso de la instalación, la coordinación de aislamiento, la densidad de rayos a tierra, las condiciones topográficas de la zona, las personas que podrían someterse a una sobretensión y los equipos a proteger.”

Capitulo VII : Requisitos Específicos para el Proceso de utilización

Articulo 42 (Requisitos de protección contra rayos):

“A partir de la entrada en vigencia del presente reglamento técnico, en instalaciones donde se tenga concentración de personas, tales como, viviendas multifamiliares, oficinas , hoteles, hospitales, centros educativos, centros comerciales, supermercados, parques de diversión, industrias, prisiones o aeropuertos, deben cumplirse los requisitos aquí establecidos para la protección contra rayos, adoptados de la NTC 4552, siempre y cuando la evaluación de riesgo así lo determine. La protección se debe basar en un sistema integral de protección, conducente a mitigar los riesgos asociados con la exposición directa o indirecta a los rayos.”

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

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Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

Requisitos de Producto

● Bajo ninguna condición los materiales constitutivos de la envolvente del DPS deben entrar en

ignición.

● Los parámetros básicos que debe cumplir un DPS de baja tensión y que deben estar a

disposición del usuario, en el equipo o en catálogo, son:

● Corriente nominal de descarga, que en ningún caso será menor a 5 kA por módulo, para

DPS instalados en el inicio de la red interna.

● Tensión nominal, según la red eléctrica en que se instalará.

● Máxima tensión de operación continua, que debe ser mayor o igual a 1,1 veces la tensión

máxima del sistema en régimen permanente.

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Sistema Integral de Protección Contra Rayos Según NTC 4552

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

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Evaluación del Nivel de Riesgo Según NTC 4552

Riesgos asociados a las sobretensiones transitorias

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Limitadores de Sobretensión:

Los supresores de transitorios de voltaje TVSS son equipos que cortan los impulsos de tensión y desvían la corriente del transitorio para evitar que se produzca daño en las cargas.

Internamente,están conformados por discos de material cerámico llamados varistores de óxidos metálicos (MOV’s) , por descargadores de gas , o soluciones mixtas.

En condiciones de tensión nominal, los varistores son equipos pasivos que no conducen corriente. Cuando se presenta el transitorio de tensión, modifica su estructura molecular y se convierte en un camino de baja impedancia que permite desviar la corriente transitoria a tierra , cortando además el pico de tensión protegiendo así la carga.

Después del transitorio se restablece la condición de alta impedancia y el equipo queda listo para proteger ante un nuevo evento. Los MOV’s le presentan a los transitorios una trayectoria de baja impedancia entre línea y línea, entre línea y neutro, entre línea y tierra, mientras que presentan una alta resistencia a la energía de 60Hz.

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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F

N

V

Resistencia infinita en condiciones

normales de tensión

Resistencia ínfima al producirse una

sobretensión

Tecnología Varistor

Sobretensión

Tiempo (

µ

s)

U (V)

Varistor

•Tiempo de reacción rápido(10-9 _s)

• Limita la sobretensión a una tensión residual que será función del varistor

•Corriente de fuga despreciable pero que aumenta con un impulso de tensión

• Envejecimiento con el tiempo, y sucesivas descargas

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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Tecnología de Descargador de Gas

F

N

Descargador de Gas

Sobretensión

Ionización del gas a 700 V

Derivación a tierra

Sobretensión

Descargador

Tiempo

(

µ

s)

U (V)

• Fuerte poder de disipación de energía

• Corriente de fuga nula a tensiones normales

•Tiempo de respuesta menos

rápido pues ha de ionizarse antes de derivar

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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Descargadores

Nueva tecnología de Varistores + Descargadores

Varistores

3P + N

P + N

-

Respuesta rápida a una onda

transitoria

-

Limita la tensión residual a un

valor inferior

-

Disipación energética superior

-

Envejecimiento limitado

- Protección en modo común y

diferencial

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LOS LIMITADORES

Up

Uc

In

( 20 veces )

Imax

( 1 vez )

Ic

( permanente )

Tensión

residual ( V )

Intensidad

que circula

por el PRD ( kA )

•Un: tensión nominal de utilización.

•Imax: intensidad máxima de descarga con una onda 8/20; el limitador es capaz de aguantarla una única vez. •In: intensidad nominal de descarga ; el limitador es capaz de aguantarla hasta 20 veces.

•Up: nivel de protección; tensión residual en bornes del limitador cuando por él circula la intensidad nominal In. •Uc: tensión máxima admisible en régimen permanente en bornes del limitador.

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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NORMATIVA: IEC 61643-1

CEI 61643-1

Norma aplicable para los dispositivos de protección contra las sobretensiones

Transitorias

Describe los ensayos de funcionamiento para los limitadores

Ensayos realizados con una corriente

de choque máxima Iimp en onda 10/350 ms. Ensayos realizados con una corriente

de descarga máxima Imax en onda 8/20 ms, Ensayos realizados con una onda combinada ( 1,2/50 ms - 8/20 ms )

test clase 1

test clase 2

test clase 3

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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(131)

Protección en Cascada

Estrategia de protección en cascada

Nivel de protección basta: (Test clase I)

Nivel de protección media: (Test clase II)

Nivel de protección fina: (Test clase III)

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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Nivel C:

Es el nivel de mayor exposición a transitorios externos, por lo general es el área de acometida, alimentadores aéreos, subestaciones y tableros generales en baja tensión. Los equipos colocados en este nivel deben ser de alta capacidad de supresión, ya que están expuestos a transitorios destructivos, por lo general se utilizan equipos que van de 160kA a 480kA de supresión. Es preferible también que el supresor de esta zona sea modular, porque al haber mas transitorios externos es común que alguna fase se vea mas afectada que las otras.

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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NIVELES DE EXPOSICION DE ACUERDO CON LA IEEE C62.1 1991

NIVEL B

: Es el nivel de exposición media. Se cuenta con cableado y equipos de distribución, así como nuevas fuentes de transitorios internos como compresores, soldadoras, etc. Es el área de tableros subgenerales, alimentadores, UPS, CCM, transformadores de alumbrado, así como las cargas finales de gran potencia dentro de la instalación. El supresor instalado en esta área es de construcción modular, aunque ya no de tan altas capacidades de supresión, por lo general van de 120kA a 240kA.

NIVEL A

: Es el nivel de exposición mas bajo. Son los tableros de distribución terminales que alimentan a las cargas finales, también se encuentran los circuitos derivados que alimentan cargas criticas como PLC’s, computadoras, servidores, cargas criticas altamente electrónicas. En este nivel se cuida mas el filtrado que la supresión debido a que si se cuenta con equipos supresores en los niveles anteriores, el rizo del transitorio llega minimizado. En este punto de la instalación, los supresores son del orden de 40 a 120kA .

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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Receptor Uchoc=1.2k V L1 L2 L3 N P1(3P+N) Up=1.5kV Interruptor auto. magnetotérmico PEN

Toma tierra del neutro Cuadro primario P2 (3P+N) Up=1.2kV Interruptor auto. magnetotérmico Cuadro secundario

L>10 m

L>30 m

L<50cm

Cuando la distancia entre el limitador y el receptor es superior a 30 m

Cuando los receptores son muy sensibles

Es necesaria una separación mínima de 10 m entre los dos limitadores

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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(139)

PUNTO DE CONEXION PRD int. automático general

…...

.

ICP diferencial int. automático de desconexión int. automáticos

Aguas abajo del interruptor

automático general

Aguas arriba del diferencial

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

(140)

(141)

UNIFILAR DE CONEXION

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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REGLA DE LOS 50 CMS O -O F F O - O F F O - O F F O - O F F O - O F F O - O FF U1 UP U3

d1 + d2 + d3 < 50 cm

U1 = L1 di/dt

Up : característica del limitador de

sobretensiones transitorias

U3 = L3 di/dt

Ucarga = U1 + Up + U3

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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CONTINUIDAD DE SERVICIO

Se cortocircuita el varistor

15 kA

55 kA

15 kA

Dispositivo de

desconexión

Intensidad de descarga > Imax

Imáx Curva Calibre

8 a 40 kA

65 kA

C

20 A

50 A

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

(146)

(147)



Por los varistores en tensión circula siempre una corriente débil ( < 0,1 mA ).



Esta corriente aumenta a cada descarga inferior a Imax.



Consecuencia:

calentamiento y envejecimiento prematuro del Limitador

.

Desconexión térmica Señalización visual Señalización a distancia



Un

sistema de desconexión

pone fuera

de servicio el limitador antes de un

calentamiento máximo.



Este sistema está conectado a una

señalización visual y a distancia

.

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

(148)

(149)

GE 10 m rule 50 cm rule PRD8 C60 50 cm rule PRD65 NC 100 C60 PRD8 50 cm rule C60 PRD65 Guard house office building (4) Production (3) transformer

Sub distribution board building 1

Sub distribution board building 1 To guard house To building 4 Main switchboard Building 1 building 1 Main switchboard building 2 generator

ESQUEMA TIPICO DE UNA INSTALACION

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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(151)

COMO SELECCIONAR EL LIMITADOR MAS APROPIADO?

Para seleccionar el equipo más apropiado, se deben considerar los siguientes aspectos:

1- Cuál es la probabilidad de caída de rayos? -en función de la zona geográfica

-en función del entorno: rural o urbano

2- Como es la estructura del sitio a proteger y como la de los vecinos ? 3- Que tipo de red eléctrica se tiene ?( Aérea , subterránea )

4- Hay o no pararrayos ?

5- Cuales son lo receptores que queremos proteger ? 6- Cuál es el costo de los equipos ?

7- Cuál es el costo de inoperatividad del equipo?

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

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Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

1. Ubicación geográfica de la

aplicación.

2 22 2 Bajo BajoBajo Bajo 10 10 10 10 Medio Medio Medio Medio 18 18 18 18 Alto Alto Alto Alto Puntos Nivel Isoceráunico 2 22 2 Bajo BajoBajo Bajo 10 10 10 10 Medio Medio Medio Medio 18 18 18 18 Alto Alto Alto Alto Puntos Nivel Isoceráunico 0 a 15 0 a 150 a 15 0 a 15 Bajo BajoBajo Bajo 15 a 30 15 a 30 15 a 30 15 a 30 Medio Medio Medio Medio 30 3030 30 óóóó mmmmáááássss Alto Alto Alto Alto

Días de Tormentas al Año

0 a 15 0 a 150 a 15 0 a 15 Bajo BajoBajo Bajo 15 a 30 15 a 30 15 a 30 15 a 30 Medio Medio Medio Medio 30 3030 30 óóóó mmmmáááássss Alto Alto Alto Alto

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(155)

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

2. Ubicación respecto a otras

actividades.

3. Ubicación respecto a otras

construcciones.

4. Tipo de Acometida

1 1 1 1 Urbano Urbano Urbano Urbano 6 6 6 6 Sub Sub Sub

Sub---- UrbanoUrbanoUrbanoUrbano

11 11 11 11 Rural Rural Rural Rural Puntos Ambiente 1 1 1 1 Urbano Urbano Urbano Urbano 6 6 6 6 Sub Sub Sub

Sub---- UrbanoUrbanoUrbanoUrbano

11 11 11 11 Rural Rural Rural Rural Puntos Ambiente 1 11 1 El mas Peque

El mas PequeEl mas Peque

El mas Pequeñññoñooo

6 66 6 Mediano Mediano Mediano Mediano 11 1111 11 El m El mEl m

El máááás Altos Altos Altos Alto

Puntos Construcción 1 11 1 El mas Peque

El mas PequeEl mas Peque

El mas Pequeñññoñooo

6 66 6 Mediano Mediano Mediano Mediano 11 1111 11 El m El mEl m

El máááás Altos Altos Altos Alto

Puntos Construcción 1 1 1 1 Independiente Independiente Independiente Independiente 6 6 6 6 Clientes M Clientes M Clientes M

Clientes Múúúúltiplesltiplesltiplesltiples

11 11 11 11 Ultimo Cliente Ultimo Cliente Ultimo Cliente Ultimo Cliente Puntos Acometida 1 1 1 1 Independiente Independiente Independiente Independiente 6 6 6 6 Clientes M Clientes M Clientes M

Clientes Múúúúltiplesltiplesltiplesltiples

11 11 11 11 Ultimo Cliente Ultimo Cliente Ultimo Cliente Ultimo Cliente Puntos Acometida

(156)

(157)

Soluciones asociadas a las sobretensiones transitorias

5. Histórico de Disturbios

6. Importancia del Equipo que va a

ser Protegido

7. Costo de Reparación del Equipo

que se Daña

1 1 1 1 Escasos Escasos Escasos Escasos 6 6 6 6 Ocasionales Ocasionales Ocasionales Ocasionales 11 11 11 11 Frecuentes FrecuentesFrecuentes Frecuentes Puntos Disturbios 1 1 1 1 Escasos Escasos Escasos Escasos 6 6 6 6 Ocasionales Ocasionales Ocasionales Ocasionales 11 11 11 11 Frecuentes FrecuentesFrecuentes Frecuentes Puntos Disturbios 3 33 3 Econ Econ Econ Econóóóómicamicamicamica

11 11 11 11 Moderada Moderada Moderada Moderada 19 19 19 19 Costosa CostosaCostosa Costosa Puntos Reparación 3 33 3 Econ Econ Econ Econóóóómicamicamicamica

11 11 11 11 Moderada Moderada Moderada Moderada 19 19 19 19 Costosa CostosaCostosa Costosa Puntos Reparación 3 33 3 Pueden Detenerse

Pueden DetenersePueden Detenerse Pueden Detenerse 11 1111 11 Medios Medios Medios Medios 19 1919 19 Indispensable IndispensableIndispensable Indispensable Puntos Equipos 3 33 3 Pueden Detenerse

Pueden DetenersePueden Detenerse Pueden Detenerse 11 1111 11 Medios Medios Medios Medios 19 1919 19 Indispensable IndispensableIndispensable Indispensable Puntos Equipos