SEMINARIO APT - Capacitación 3 hrs

PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS Presentado por : Claudia Gálvez, Ingeniera de Ventas Internacionales

APT • 28 años de experiencia • ISO 9001-2000 Quality Management System • ISO 17025 UL evaluación • Power Quality Assurance  Magazine –  Magazine –  PQ 50 Compañía • Frost & Sullivan nombró a APT –  APT –  Proveedor Líder de aparatos trifásicos • Market Engineering Customer  Focus Awards • Participamos con grupos UL, IEEE, NEMA

PROTECCION CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

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Sobrevoltajes transientes Causas y Resultados Cómo funciona un TVSS/SPD Fallas de DPSs

¿Qué es una SOBRETENSION? •  Alta amplitud, sobrevoltaje sobrevoltaje de corta duración duración • Polaridad positiva o negativa  –  Transitorio: > 2 veces RMS voltaje  –  Ruido:

< 2 veces RMS voltaje

Sobrevoltaje Transitorio puede ser miles de voltios

Millones de Segundos

Clasificación y Características Típicas de los Fenómenos Electromagnéticos. IEEE 1159, 1995

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES • Equipo Industrial •  Arcos • Maniobras en la Red

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES • Vegetación •  Animales

Patas del osprey

Un oso muerto tratando de comer una línea telefónica.

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES Inesperados

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES Conexiones inadecuadas

CAUSAS DE LAS SOBRETENSIONES • Rayos

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Que daños ocasionan los SOBREVOLTAJES TRANSITORIOS? •

Daños destructivos: incidentes en los cuales el equipo es destruido total o parcialmente. (el más visible)

•

Daños disipantes:

•

daños de larga duración a sistemas y equipos electrónicos ocasionados por una baja calidad de la energía. (menos visibles)

•

Daños disruptivos: Interrupciones a procesos industriales, incluyendo tiempo fuera de producción y/o pérdida de datos (algo visible)

   N    E    S   A    E   I    N   G    O    I    R    E    C   N    U   E    L    E    O    S   D    E   D    D   A    I    E   D    L    D    I    A    M    C    A    R    I    P 14

SUPRESORES DE SOBRETENSIONES TRANSITORIAS • Un DPS, TVSS o Supresor NO Controla:  – “Swells” de ciclos múltiples  – “Sags”  –  Armónicos  –  Algunos Problemas de ruido  –  Ahorro de energía

ELEMENTOS DE SUPRESIÓN

Vía de chispas spark gap

Descargador a gas

Varistor MOV

Diodo supresor

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ELEMENTOS DE SUPRESIÓN TECNOLOGIA

DEFINICION

VÍA DE CHISPAS O EXPLOSORES

Los electrodos se encuentra al aire y a presión ambiente. Comportamiento igual al vía de chispas a gas

VÍA DE DESCARGA A GAS

Los electrodos están inmersos en un gas noble, generaLmente el Argón

VENTAJA

• Alta capacidad de corriente

Tamaño pequeño Alta capacidad de corriente •

•

DESVENTAJA

No es recomendado para aplicaciones de c.a. • Tiempo de reacción lento (micro seg). • Cuando ( dv/dt) sube, el punto de arranque también sube. •

No es recomendado para aplicaciones de c.a. Tiempo de reacción lento (como 1 mseg en circuito). Si (dv/dt) sube, el punto de arranque también sube. •

•

•

VARISTOR DE OXIDO DE METAL

Los MOVs son resistores variables no lineales con propiedades de semiconductores.

Dispersión de energía alta. Reacción rápida (1 a 25 nseg). Costos bajos por Joule. •

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Degrada con los transientes. Cuando funciona, tiene más alta resistencia que los SAD. •

•

•

DIODOS SUPRESORES DE AVALANCHA DE SILICIO

Son semiconductores de estado sólido.

Rápido tiempo de respuesta No se degradan con el tiempo ni con el

No pueden disipar mucha energía Tamaño mayor y por lo general es más costoso que el

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•

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MOV  – VARISTOR DE OXIDO DE METAL • Varistor  – Resistencia variable con características de semiconductor  • Se conecta en paralelo a la carga •  Ancho determina voltaje remanente • Diámetro determina su capacidad de corriente

MOV symbol

MOV  – VARISTOR DE OXIDO DE METAL • Cuando detecta un sobrevoltaje, el MOV trata de estabilizar el sobrevoltaje • Conductor sensible a cambios de voltaje : V = IR & I = V/R • Bajos voltajes: muy alta impedancia, 109: I  0A • Más que el umbral: resistencia llega al 0: I = A alta • El corriente en el MOV es I = V/R (alta V, bajo R) Voltaje Normal  Sobrevoltaje V 120V V 6000V I= = 0.12 A I= = 6000A 9 R 10 R 1

Fuga de corriente insignificante

Surge Current

MOV  – VARISTOR DE OXIDO DE METAL • Bajas voltajes: muy alta impedancia, 109 •  A partir del Voltaje umbral la resistencia llega a 0   –  El sobrevoltaje se desvía a través del MOV como una corriente  – El voltaje se “fija a un mismo nivel” o se “estabiliza” como energía que es transferida al otro lado del MOV • El MOV no absorbe el transitorio, sin embargo, se retiene el calor I 2R • El MOV es Bidireccional – la misma operación para transitorios + o • Se hace un corto circuito instantáneo pasando el transitorio a tierra, similar a una válvula de alivio de presión para un calentador de agua.

-

+

+

-

OPERACIÓN SPD

Carga 1 Carga 2

Carga 3 MOV/SPD actúa como un corto circuito momentáneo

Visualiza una ‘guilotina electronica’ que corta la cabeza del pico y le envia fuera del sistema

DPS & EFECTOS DE LA INDUCTANCIA

Carga 1 L (limita la propagación de rayos (bueno)

Carga 2

Carga 3 L (inductancia) provoca caída de tensión en el conductor (malo requerimos cableado mas corto)

MOV/SPD corto circuito

LONGITUD DEL CABLEADO • Los más corto posible! • NEC 285.12: Los conductores utilizados para  conectar el DPS (Pararrayos de línea en baja tensión  o TVSS) a la línea o al barreje y a tierra no será más  de lo necesario y se Evite las curvas innecesarios  “    

”    

• Regla de industria: Cada pie de conductor añada 100 - 170V al voltaje de clampeo • No debe tener curvas cerradoas • No enroscar el cable • Regla de mano derecha – se pude cancelar los efectos de la inductancia mediante la agrupación, una los conductores con amarras.

MODOS DE PROTECCIÓN 

El MOV iguala el potencial en ambos lados de MOV.



Diferentes maneras de conectar los conductores:  –  L-N  –  L-G  –  N-G  –  L-L



IEEE recomienda la definición de los modos: LN, LG, NG, etc (porque "modo común" y "Modo Normal" significa diferentes cosas para diferentes personas)

EJEMPLOS DE LOS MODOS DE PROTECCIÓN Asumimos 1.) La sobretensión es externa 2.) El DPS cercano a la entrada de servicio o Sistema derivado separado 3.) Propagación, Rutas de retorno y la tierra son ideales 4.) el DPS corta la sobretensión y lo envía a la tierra (Enter for Animation)

Fase A

Impedancia del transf.

N

Tierra

Earthed

A-N

A-T

DPS

EJEMPLOS DE LOS MODOS DE PROTECCIÓN El Pin representa representa la conexión del Neutro a Tierra del sistema. sistema. Esta estabiliza el neutro del transformador (X0) para fijar fij ar una referencia a tierra. Esto significa que la protección L-N es igual que L-G. También significa que la protección N-G aporta muy poco o nada. (es un mismo punto) Este no es el caso de aguas abajo, donde el sistema puede tener las cargas desbalanceadas, fallas a tierra, etc. La protección LG y la de NG Generalmente se indican en lugares aguas abajo.

Ground

Pueden ocurrir diferentes voltajes L-G and N-G, por lo tanto sugerimos protección L-N, L-G and N-G

TERMINOLOGÍA DPS/TVSS •

Let-through voltage, clamping de Voltaje, Voltaje de supresión, voltaje limitante medido (medido en Vpeak), VOLTAJE RESIDUAL

•

Corriente de descarga, corriente en amperios pico, corriente máxima, (medido en A peak) CAPACIDAD DE CORRIENTE

•

MCOV –  MCOV – Máximo Máximo voltaje de operación continua de el sistema electrico (Medido en Vrms)

Let-Through Voltage

MOV/SPD

MCOV

Corriente de descarga (por el DPS)

Carga

TERMINOLOGÍA DPS/TVSS • MCOV – Maximo voltaje de operción continua • Por debajo del MCOV – MCOV – MOV está abierto (no conduce) • Por encima MCOV – MCOV – MOV Conduce – Conduce – „enciende‟ or „se fija‟ • Es medido en Vrms (Vdc tambien)  – MCOV muy bajo: MCOV falla prematura del DPS  – MCOV muy alto: MCOV Protección inadecuada 120V

La mayoría DPSs 120V usan 150 MCOV MOVs

277V

La mayoría DPSs 277V usan 320 MCOV MOVs

480V

La mayoría DPSs 480V usan 550 MCOV MOVs

FALLAS DE SPD/MOV En este sentido están orientadas las acciones UL • MOV es un elemento prescindidle  – protegeré la carga o muere tratando • Causas de fallas: •



Sobrevoltaje Sostenido - TOV  Perdida de neutro 

Perdida de fase (ungr. wye-delta)



Instalación incorrecta



120V SPD en 277V sistema



Cambios en la conexión N o G



Aplicación incorrecta



Sin tierra o tierra resistiva

CORRIENTE DE DESCARGA vs. CORRIENTE DE FALLA Corriente de descarga de la Sobretensión- Momentáneo MOV/SPD

Load

Corriente de falla  – Deretido por el SPD - Continuo MOV/SPD

Load

El DPS falla en corto circuito y atraca corriente de falla.

SECUENCIA TIPICA DE FALLA DE UN DPS El sistema encuentra un Sobrevoltaje Sostenido  – TOV El voltaje excede el MCOV – al menor de 2-3 ciclos El MOV trata de proteger  El MOV falla en corto Corriente de falla causa una sobretemperatura y los MOV fallan catastróficamente.

MOV/SPD

Load

Si es una sobretemperatua más rápida que el OCP pueda reaccionar, hay riesgo de ruptura

Sobretemperatura de largo tiempo – riesgo de fuego

FALLAS DE LOS MOV • Los MOVs son resistencias variables • Cuando MOVs fallan se ponen en corto, pero no necesariamente un corto fuerte • La impedencia de un MOV que falla varíe entre 200 - 0  – Depende en que tan fuerte fue su falla • No hay una curva de tolerancia • Su Seguridad se determinada por prueba no por cálculos – son muchas variables • Realmente no es práctico determinar en el terreno la protección por  sobrecorriente o térmica del SPD

Falla del DPS por debajo del rango de la Protección por  sobrecorriente, falla común de los DPS´S (Example: 30A fuse does not clear 25A fault)

Linea 1.) Sobrevoltaje sostenido

X

2.) El MOV trata de controlarlo 3.) El MOV se sobre calienta, Falla, reduce su impedancia

MOVs

Neutro o Tierra

4.) MOV toma la corriente de fallo, OCP no se abre  Aftermarket TVSS/panel conversion

FALLAS DE LOS MOV • Pueden existir infinitas situaciones • 120V / 100

= 1.2A

• 277V / 100

= 2.8A

• 120V / 10

= 12A

• 277V / 10

= 28A

• 120V / 1

= 120A

• 277V / 1

= 277A

Cuando podría abrirse una protección OCP de 30A? 277V x 28A = 7756W Se abrirá la protección de OCP antes que el MOV/SPD llegue a su punto de ruptura?

• Aspectos de seguridad determinados por  pruebas ensayo y error a nivel de fabricante

Normatividad

Normas, Códigos, Practicas para los TVSS • Importancia de UL 1449  – Segunda Edición, Revisión de la Segunda Edición, Tercera Edición  – Pruebas de seguridad  – Pruebas de funcionamiento - clamping voltaje y pulso sencillo

• Trilogía de la IEEE  – C62.41.1 & C62.41.2 - 2002 Mejores Practicas  – C62.45 - 2002 Procedimiento de pruebas

• IEC 61643 • USA National Electrical Code 2002, 2005 & 2008

UL 1449 • UL 1449 es un Standard de Seguridad • Porqué Falla de SPD/MOV? • Resultados listados para comparar equipo • UL 1449 Segunda Edición Agosto 98 • UL 1449 Segunda Edición (2.5) Revisión incluye pruebas de Fallas de corrientes intermedias, Febrero 07 • UL 1449 Tercera Edición Sept. 29/09

UL 1449 • Clasificación de funcionamiento • Seguridad – Term de vida  – Porqué? Fallas violentas

• Pruebas de fallas forzadas  – Exposición de corrientes altas • Ruptura / explosión  – Exposición de corrientes bajas • Sobre calentura / fuego

PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO • Resultados fácilmente manipulados  – IEEE permite +/-10% variación forma de honda (probada a 10%)

 – “ No se tienen en cuenta” los cables  – Se puede cambiar la clasificación del Osciloscopio  – Algunos miden la cresta del onda seno, no la Tierra.

• UL 1449 (mismos parámetros para todos equipos) • En las realizadas por el fabricante cuales son los parámetros?

• Con un tercero, las pruebas son realizadas con dinero dado por el fabricante con resultados previsibles. • UL es la mejor verificación

UL 1449 SVRs as Comparison Tool: Manufacturer Cutsheet Excerpt:

Manufacturer: 120V: