PROTECCION DE EQUIPOS ELECTRONICOS CONTRA

PROTECCION DE EQUIPOS ELECTRONICOS CONTRA SOBREVOLTAJES
TEMA NUM. 2: PRINCIPIOS BASICOS DE PROTECCION CONTRA RAYOS
1. INTRODUCCION
1.1 NECESIDAD DE LA PROTECCION DE TRASIENTES
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Las instalaciones de telemetría y control son conectadas por cables de potencia y señal
(Inducciones, rayos se acoplan a estos cables)
Instrumentación, computadoras, etc pueden ser dañados
Cuando existe una descarga de un rayo a una caseta de control, se descarga por el
sistema de pararrayos y eleva el potencial de referencia de la caseta y genera una onda
de sobrevoltaje que viaja a través del cable de conexión al equipo electrónico.
1.2 SPD
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Surge protection devices para protección de equipo electrónico.
Operación ideal: Instantánea dirigiendo trasiente a tierra sin voltajes residuales, restaurar
operación normal y resetear listo para próximo trasiente.
Tubos de descarga a gas (GDT), diodos Zener y varistores (MOV)
2. DESCARGAS ATMOSFERICAS
2.1.- Generación de descargas atmosféricas
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Diferencia de temperaturas producen movimientos de aire produciendo nubes potenciales
de rayos y generándose cargas estáticas.
Cargas positivas en alturas como 12,000 m y cargas negativas a 4,000 m. El campo
eléctrico puede llegar a 20 KV/m. Resultando 10-100 millones de V.
Hay las descargas entre las nubes (Radio interferencia) y de la nube hacia tierra (Sólo
15%) produciendo previamente ionización del aire (Camino de la descarga)
La magnitud de los rayos es entre 2 KA hasta 200 KA con rise de 10 useg. (99% excede
3KA, 90% excede 8 KA, 50% excede 28 KA)
2.2.- Sistema de pararrayos
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El sistema presenta baja impedancia a la descarga atmosférica para descargarla a tierra y
así proteger el edificio.
Normas para protección de pararrayos: BS6651, NFPA78.
Se debe tener en cuenta ahora la protección de los equipos electrónicos y de telemetría.
Los voltajes generados al descargar el rayo son del orden de 2 - 5 millones de V lo cual
genera el "side flashing" a una estructura cercana (Soluciones: bonded y otras puestas a
tierra dentro del edificio) pero puede afectar a estaciones remotas conectadas al edificio.
2.3.- Trasientes
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El RFI y ruidos son neutralizados con pares trenzados y blindaje exterior.
Curva normada: 8/20 useg y 3 KA según para instrumentación. (ANCSI C62.41)
El voltaje límite del SPD debe ser conocido el cual es el voltaje residual que "escapa" del
SPD luego de actuar ante el trasiente.
3. COMPONENENTES DEL SPD
3.1.- Tubos de descarga de gas
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(GDT) Consiste en electrodos separados por mezcla de argón/hidrógeno sellados en una
atmófera de 0.1 Bar.
Valores desde 90 V, 5 KA
Una vez activado el GDT, la descarga entre electrodos es a través de un arco de plasma
ionizado y la corriente que fluye puede ser de varios KA. Terminado el paso del trasiente, el
nivel de corriente a través de los electrodos disminuye hasta volverse no conductivo.
El GDT más usado es de 3 electrodos; todo el gas dentro del tubo se ioniza y los
electrodos son conectados a tierra.
El GDT es aplicable solo para circuitos DC y AC de baja potencia.
3.2.- Diodos Zener
- Pueden soportar varios KW por pulsos hasta menos de 1 mseg. Que se logra incrementando
el área de juntura.
3.3.- Varistores de óxido metálico de zinc (MOV)
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Muestra un comportamiento no lineal V vs I con una pendiente suave comparada con la del
diodo Zener.
Los millones de partículas son como millones de diodos. Al aumentar el voltaje a través del
MOV, éste comienza a conducir corriente hasta un nivel en el cual el MOV empieza a
absorber la potencia del trasiente.
Los MOV son mayormente utilizados para la protección de los suministros en AC. No son
recomendados para protección de equipos de comunicación e instrumentación.
El MOV se comienza a deteriorar cuando está sujeto a una serie de pulsos de corriente.
Razón por la cual usualmente son instalados en paralelo. También fallan cuando son
utilizados con un sobrevoltaje continuo fuera del rango de trabajo.
4. SPD
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Los componentes descritos anteriormente se combinan para formar un dispositivo de
protección contra trasientes (SPD) para una variedad de aplicaciones el cual es llamado
circuito híbrido multietapa
Para aplicaciones en la protección de instrumentación, PLC, telemetría, etc es muy usado
el circuito conformado por: GDT, diodos Zener e impedancias limitadoras en serie si el
trasiente es prolongado. Es también auto-reseteable y libre de mantenimiento.
5. APLICACIONES
5.1.- La necesidad de la protección
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El riesgo de la inducción en los cables de conexión a equipos electrónicos.
El costo del daño a los equipos.
Pérdida de la producción.
Las implicancias de seguridad por los daños causados.
5.2.- La protección integral
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Para una protección del sistema se debe considerar protectores a ambos lados del loop:
costo del equipo remoto, dificultad en acceder al equipo.
Debe considerarse la instalación de protectores de las tarjetas de salida y llegada de
comunicación.
Debe considerarse la instalación de protectores en el suministro de potencia de los equipos
electrónicos.
Debe considerase sistemas de puesta a tierra para la buena actuación de lo anterior.
Walter Gonzales
Cosapi S.A.