NEC ARTÍCULO 285

NEC
ARTÍCULO 285
DISPOSITIVOS PROTECTORES CONTRA SOBRETENSIONES
1 kV o menos
ALCIBÍADES MAYTA T
2 de Julio 2013
Tormenta eléctrica afectó
funcionamiento de BANCONAL
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7/2/2013
Tormenta eléctrica afectó
funcionamiento de BANCONAL
El Banco Nacional de Panamá informó
este lunes que los servicios de atención
al cliente, como pago de impuestos y
retiro
de
dinero
se
han
visto
suspendidos, debido a los daños
causados al equipo central del banco
durante una tormenta el domingo.
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7/2/2013
Tormenta eléctrica afectó
funcionamiento de BANCONAL
El BANCONAL indicó que dos rayos cayeron el
domingo sobre sus instalaciones ubicadas en
la vía Transístmica ( Simón Bolívar) causando
daños en el equipo central del banco, lo que
afectó las comunicaciones entre las
sucursales.
El Banco Nacional dijo que su personal trabaja
para reparar este inconveniente.
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7/2/2013
Tormenta eléctrica afectó
funcionamiento de BANCONAL
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7/2/2013
¿?
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7/2/2013
¿?
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7/2/2013
¿De qué conversaremos?
¿Qué entendemos por sobretensiones a las
que se refiere el Artículo 285?
De las fluctuaciones de voltaje
¿Es necesario proteger los equipos contra las
sobretensiones?
¿Existe alguna obligación?
De ser necesario proteger: ¿quién deberá
hacerlo: usuario o el prestador del servicio?
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7/2/2013
¿De qué conversaremos?
¿Qué cultura tecnológica existe en
Panamá con relación a los transitorios
de voltaje en sistemas eléctricos?
La función de un Surge Protective
Device (SPD)
El Artículo 285 del NEC y la utilización
de los SPD
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7/2/2013
Transitorios en los sistemas
eléctricos
“Un transitorio eléctrico es la
manifestación externa de un cambio
súbito en las condiciones del circuito,
como cuando un interruptor abre o
cierra o una falla ocurre en el sistema.
Este período transitorio es usualmente
muy corto.
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7/2/2013
Transitorios en los sistemas
eléctricos
La fracción de su tiempo de operación
que la mayoría de los circuitos pasan en
la condición transitoria es insignificante
comparada con el tiempo que pasan en
el estado estable.
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7/2/2013
Transitorios en los sistemas
eléctricos
Sin embargo, estos períodos
transitorios son extremadamente
importantes, porque es en tales
ocasiones que los componentes del
circuito están sometidos a grandes
esfuerzos debido a corrientes excesivas
o voltajes.
En casos extremos, resultan daños.
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7/2/2013
Transitorios en los sistemas
eléctricos
Esto puede inutilizar una máquina, detener
una planta, o apagar una ciudad, dependiendo
del circuito implicado. Por esta razón una
clara apreciación de los eventos que tienen
lugar durante los períodos transitorios es
esencial para una comprensión plena del
comportamiento de los circuitos eléctricos.
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7/2/2013
Transitorios en los sistemas
eléctricos
Es desafortunado que muchos
ingenieros eléctricos tengan una
concepción muy vaga de lo que
sucede en el circuito en tales
ocasiones. Verdaderamente,
algunos parecen ver el tema como
bordeando las fronteras de lo
oculto.
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7/2/2013
Transitorios en los sistemas
eléctricos
No obstante, los transitorios pueden ser
comprendidos: ellos pueden ser
calculados y algunas veces prevenidos,
o al menos controlados, de modo que
sean inocuos al circuito o sistema de
potencia en el cual aparecen”
Tomado de la introducción del libro: ELECTRICAL
TRANSIENTS IN POWER SYSTEMS: ALLAN GREENWOOD
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7/2/2013
¿Qué se entiende por
sobretensión transitoria?
Un aumento en la tensión: … ¿nominal?
¿ Tensión RMS, instantánea, pico?
¿ Las fases, el neutro, respecto a tierra ?
Con duración de ¿ Horas, minutos,
segundos, mseg., seg. ?
¿ A 60 Hz, a kHz, a MHz ? …
¿ Son súbitas o graduales?
¿ Ocurren simultáneamente con otros
problemas de calidad de onda… ?
Sobretensiones,
tipos:
Aparece un impulso
Sobretensión transitoria
Sobretensión temporal,
permanente o a 60 Hz
Aumenta la tensión
Fluctuaciones de tensión
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7/2/2013
Fluctuaciones de tensión
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7/2/2013
Evolución de la
compatibilidad electromagnética
(CEM)
Grado de
perturbación
Inmunidad a la
perturbación
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Sobretensiones
transitorias
Equipos afectados
 De todo tipo; eléctricos y electrónicos
Daños en los equipos
 Mal funcionamiento
 Envejecimiento prematuro
 Destrucción
Sobretensiones
transitorias
Origen de las perturbaciones:
Caída directa en equipos eléctricos o en zonas próximas
 Rayo
Caída indirecta en zonas alejadas pero que inducen intensos campos eléc.
 Maniobras eléctricas y de conmutación; aperturas o cierres Fundamentalmente
de interruptores, arranque de motores, conmutación
por la inductancia
de cargas inductivas, etc.
de las instalaciones
 Parásitos; ciertos equipos emisores de frecuencias industriales, tales como
soldadura eléctrica, hornos de arco, motores, condensadores, etc.
 Acoplamientos; líneas eléctricas (aéreas y subterráneas), líneas de
conmutación (aéreas y subterráneas), líneas de transmisión de datos,
tomas de tierra, …
Transitorio del voltaje en la
desconexión
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7/2/2013
Comportamiento de la corriente
durante la interrupción
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7/2/2013
Descargas atmosféricas e
impulsos de voltaje
Los impulsos inducido son descritos
como un “efecto secundario” de la
descarga y hay tres medios reconocidos
por los cuales estos impulsos son
inducidos en los cables de potencia y de
datos.
Acoplamiento resistivo
La descarga causa una elevación
masiva del voltaje en la vecindad.
Acoplamiento resistivo
La elevación de voltaje afecta los sistemas de
aterrizaje y es conducido a través de estos a los
edificios donde pueden viajar en el sistema eléctrico
creando destrucción a lo largo de su trayectoria
Acoplamiento resistivo
Adicionalmente, cada cable de datos o
telecomunicaciones que conecta la
edificación afectada a otra, proporciona una
trayectoria que infecta aquella edificación
también
Acoplamiento inductivo
La descarga en el conductor, que forma
parte del sistema de protección de la
edificación, genera un pulso
electromagnético de energía que puede ser
captado, por los cables cercanos, en forma
de un impulso destructivo de voltaje,
Sobretensiones
transitorias
Los daños que provocan las sobretensiones dependen
de la forma de onda que les acompaña
t
Sobretensiones
transitorias
La forma de onda viene definida por tres parámetros
 Valor de cresta; muy superior al valor
admisible de condensadores, diodos y
semiconductores en general
 Tiempo de crecimiento; es muy rápido,
afecta a algunos componentes como
tiristores y triacs
 Duración del Impulso; una larga
duración avería a la mayor parte
de los componentes
t
Sobretensiones
transitorias
Onda t M / t D
Tensión o Intensidad
t M = tiempo de crecimiento
t D = duración (μs)
90%
Para una ONDA DE TENSIÓN:
t M = 1,67 (t 90 – t 30)
t D = t 50 – t 30
50%
Para una ONDA DE INTENSIDAD:
t M = 1,25 (t 90 – t 10)
t D = t 50 – t 10
30%
Ejemplos de Ondas Normalizadas:
10%
ONDA DE TENSIÓN: 1,2 / 50
t t 30 t 90
10
t50
tiempo
(μs)
ONDA DE INTENSID.: 8 / 20
ONDA DE INTENSID.:10 / 350
Sobretensiones
transitorias
Distintos tipos de impulsos
Impulsos tipo
rayo < 100 s
Conmutaciones
en redes < 1 ms
el 30%
el 70%
t
Forma de onda típica de corriente de rayo
Valor típico: de 5 a 40 kA
30 kA/μs
So
Origen de las sobretensiones transitorias
Origen Interno
Fallas eléctricos
Conexión de bancos de
condensadores
Encendido y apagado de
Motores
Fuentes Conmutadas
Máquinas de soldadura
Equipos de Proceso, …..
Origen externo

Transitorios por
maniobras
Los cambios bruscos en las condiciones
de funcionamiento establecidas de una red
eléctrica provocan fenómenos transitorios:
– Sobretensiones de dispositivos de
desconexión debido a la apertura de
los dispositivos de protección y control:
fusibles, interruptor automático,
contactores.
– Sobretensiones de los circuitos
inductivos debidas a arranques o
paradas de motores, o la apertura de
transformadores, como los centro de
transformación de MT/BT.
– Sobretensiones de circuitos capacitivos
debidas a la conexión de baterías de
condensadores a la red.
Inserción de capacitores
Sobretensiones
transitorias
Tipos básicos, según el modo de propagación
Modo COMÚN o ASIMÉTRICA
Modo DIFERENCIAL o SIMÉTRICA
Fases
Fases
Neutro
Neutro
U
U
Las sobretensiones se producen entre
los conductores activos y Tierra
[ Fases-Tierra o Neutro-Tierra ]
Las sobretensiones se producen entre
los propios conductores activos
[ Fase-Fase o Fase-Neutro ]
Sobretensiones
transitorias
Funcionamiento de la protección
Sobretensiones
transitorias
Funcionamiento de la protección
Sobretensiones
transitorias
Funcionamiento de la protección
Sobretensiones
transitorias
¿Qué tipos de descargadores hay?  Fundamentalmente hay dos tipos:

DESCARGADORES DE GAS, DE AIRE,
DE CORRIENTE DE RAYO, VIAS DE CHISPAS,…

LIMITADORES DE SOBRETENSIÓN, DESCARGADORES
DE VARISTORES, RECORTADORES DE ONDA,
SUPRESORES DE SILICIO O SELENIO,
DESCARGADORES DE CARBÓN, DIODOS ZENER, …
 Cada uno de los dos tipos, “gestiona” de distinta forma
los impulsos de sobretensión
SPD O DISPOSITIVOS PROTECTORES DE
SOBRETENSIÓN
Un SPD es un dispositivo compuesto al
menos por un componente no lineal
cuyo propósito es limitar los impulsos
de voltaje en los equipos eléctricos y es
capaz de repetir esta función de
acuerdo a lo especificado.
Anteriormente habían sido conocidos
como TVSS (transient voltage surge
supressor) o pararrayos secundarios.
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7/2/2013
La función de un SPD
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7/2/2013
SPD y la UL 1449: un estándar
reconocido por ANSI
Una referencia comúnmente utilizada para el diseño y
prueba de los SPD es la norma UL 1449 – publicada por
Underwriters Laboratories®.
Para mejorar la seguridad y la calidad de los
supresores, la UL 1449, es revisada periódicamente y la
publicación más reciente pertenece a la 3ª edición, de
septiembre del 2006.
Ésta, cuenta con el visto bueno de la industria desde el
29 de septiembre de 2009, y ha sido aceptada ya como
una Norma Nacional Americana (ANSI).
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7/2/2013
La UL 1449 un estándar
reconocido por ANSI
Los supresores de sobretensiones transitorias se
conocían como TVSS – siglas de la palabra Transient
Voltage Surge Suppressor.
La 3ª edición de la norma UL 1449 los denominó Surge
Protective Device (SPD) por dos aspectos:
• La norma y el término ahora incluyen en su campo de
aplicación a los pararrayos secundarios que se utilizan
en sistemas de hasta 1 000 V.
• El término Surge Protective Device define de mejor
forma el propósito de los dispositivos, incluyendo los
parámetros de tensión y corriente.
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7/2/2013
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
La UL 1449 3ª edición, clasifica los SPDs en 5 tipos
diferentes.
Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3, identifican los SPD,s que pueden
instalarse dentro del sistema de distribución eléctrica de
baja tensión dentro de los predios.
. La clasificación Tipo 4, se refiere a los componentes de
ensamblados; o aquellos que la UL define como los que
“se diseñan solamente para la instalación en fábrica de
otro componente, dispositivo o producto.”
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7/2/2013
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
La clasificación de Tipo 5, se refiere a los componentes
discretos, como los varistores de óxidos metálicos
(MOVs).
Los SPDs Tipo 4 y 5, no pueden ser instalados en
campo, a diferencia de aquellos dispositivos que se
listan como de Tipo 1, 2 ó 3, siendo, por ello, la
inclusión de estos una de las mejoras más significativas
de la norma UL 1449 3ª edición.
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7/2/2013
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
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7/2/2013
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
Tipo 1
SPDs diseñados para
conectarse de manera
permanente en las
instalaciones, entre el
secundario del
transformador de servicio
y el lado línea o el lado
carga del dispositivo de
protección de
sobrecorriente.
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7/2/2013
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
Tipo 2
Estos SPDs se conectan
de manera permanente
en el lado carga del
dispositivo de protección
contra sobrecorriente;
incluyendo los SPDs que
se localizan en el tablero
derivado.
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7/2/2013
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
Tipo 3
El punto de utilización del SPD se instala a una longitud
mínima de 10 metros del tablero de distribución
derivado.
Tipo 4
Se integra por uno o más componentes del Tipo 5, en
conjunto con un desconectador (integral o externo), o
un medio para satisfacer la prueba de limitación de la
corriente.
Clasificación de los SPD según la
UL 1449
Tipo 5
Son supresores de sobretensiones discretos, como
varistores de óxidos metálicos, que pueden montarse en
una tablilla de conexiones impresa, así como conectarse
por
medio de sus terminales o dentro de un envolvente, con
un medio de montaje y cableado terminal.
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7/2/2013
Valores de tensión característicos
La norma UL 1449 3ª edición define la
tensión de limitación medida – también
conocida por las siglas de la palabra
Measured Limiting Voltage (MLV) –
como la tensión máxima después de
aplicar un impulso.
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7/2/2013
Valores de tensión característicos
La prueba de medición de tensión de
limitación que ahora indica la norma UL
1449 3ª edición, especifica que la forma
de onda que se aplica debe ser de 6000
V y 3 000 A, y el término con el que se
designa a la tensión residual es el de
tensión nominal de protección o VPR
(Voltage Protection Rating).
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7/2/2013
Corriente de descarga nominal
 Tipo 1: 10 kA o 20 kA
Tipo 2: 3 kA, 5 kA, 10 kA o 20 kA
Tipo 3: se considera que estos SPDs,
normalmente, no tienen un nivel de
I(n).
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7/2/2013
Selección de la protección
1. Determinación del poder de derivación necesario
(Imax ). Análisis del riesgo según tres grupos de
parámetros:
•
Parámetros debido al entorno: frecuencia de
tormentas y probabilidad de caída de rayos (mapa
isoceráunico).
• Parámetros de conexión de la instalación a la red
eléctrica: presencia de pararrayos, acometida, situación
en el edificio.
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7/2/2013
Selección de la protección
Parámetros de seguridad: coste del cambio y reparación
del equipo, coste del tiempo de inutilización, riesgo para
el entorno o vidas humanas (petroquímicas, lugares
abiertos de pública concurrencia.
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7/2/2013
Selección de la protección
Recomendación para determinar una
protección de Tipo I
Mínimo de Iimp = 12.5 kA basado en el
siguiente cálculo:
1. Corriente media de impacto de un rayo : 100
kA (solo el 5% son > 100 kA)
2. Distribución de Iimp en un 50% derivada a
tierra y un 50% a la red eléctrica (distribuida
entre los 4 conductores 3L + N)
Iimp=50 kA /4 = 12.5 kA
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7/2/2013
Selección de la protección
Recomendación para determinar una
protección de Tipo II
En función de Ng = densidad rayos
anuales / km2
Ng
In (kA)
Imax (kA)
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7/2/2013
<2
2<Ng<3
3<Ng<4
4<Ng
5
15
20
30
15
45
65
100
Selección de la protección
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7/2/2013
Selección de la protección
Ejemplo de coordinación entre los tres
dispositivos
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.1 Alcance
Este artículo cubre los requerimientos generales,
requerimientos de instalación, requerimientos de
conexión para SPD y TVSS
El Artículo 285 solo cubre los SPD permanentemente
instalados. No se aplica a los del tipo portátil de
desconectar y enchufar
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.3 Usos no permitidos
No deberán ser instalados en:
Circuitos que exceden 1 kV.
En sistemas no aterrizados, sistemas aterrizados a
través de una impedancia o en sistemas delta con
esquina aterrizada a menos que hayan sido
especificados para uso en estos sistemas
Cuando el valor nominal del SPD es menor que máximo
voltaje continuo de fase a tierra a frecuencia industrial
disponible en el punto de aplicación.
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.4 Número requerido
Donde es usado en un punto de un circuito debe ser
conectado a cada conductor no aterrizado.
285.5 Listado
Un SPD será un dispositivo listado
285.6 Valor nominal de la corriente de
cortocircuito.
El SPD será marcado con un valor nominal de corriente
de cortocircuito y no será instalado en un punto en el
sistema donde la corriente de falla disponible excede
aquel valor nominal. Estos requerimientos de marcado
no se aplican a receptáculos.
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.11 Localización
Se permitirá que los SPD’s sean localizados en interiores
o exteriores y serán inaccesibles a personas no
calificadas, a menos que estén listados para instalación
en localizaciones accesibles.
285.11 Ruta de la conexión
Los conductores utilizados para conectar el SPD a la
línea o bus y a tierra no serán más largo de lo necesario
y deberá evitarse quiebres innecesarios.
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.23 SPD,s Tipo 1 (Pararrayos)
Serán instalados de acuerdo en cumplimiento a
285.23(A) y (B).
(A) Instalación: Los SPD Tipo 1 serán instalados como
sigue:
(1) Se permitirá que sean conectados al lado de
suministro del interruptor de la acometida.
(2) Será permitido que se conecten como se especifica
en 285.24
(B) En la acometida. Serán conectados a:
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
(B) En la acometida. Serán conectados a:
(1) El conductor aterrizado de la acometida.
(2) El conductor del electrodo de aterrizaje.
(3) El electrodo de aterrizaje para la acometida.
(4) La terminal de aterrizaje de equipos en el equipo de
la acometida.
285.24 SPD,s Tipo 2 (TVSSs)
Serán instalados de acuerdo 285.24(A) hasta (C)
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.24 SPD,s Tipo 2 (TVSSs)
Serán instalados de acuerdo 285.24(A) hasta (C)
(A) y (B) En cualquier punto del lado de carga del
dispositivo de interrupción de sobrecorriente.
(C) Sistema derivado separado: Serán conectados
del lado de carga del primer dispositivo de
sobrecorriente en un sistema derivado separado.
285.25 SPD,s Tipo 3
Se permitirá sean instalados en el lado de carga de la
protección de sobrecorriente del circuito de ramal hasta
el equipo servido.
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7/2/2013
NEC 2008 – Artículo 285 - SPD
285.26 Tamaño del conductor
Los conductores de línea y tierra no serán menores de 14
AWG cobre o 12 AWG aluminio.
285.27 Conexión entre conductores
Se permitirá que se conecten entre cualesquiera dos
conductores; conductores no aterrizados, conductor
aterrizado, conductor de aterrizaje de equipos o conductor
del electrodo de aterrizaje. El conductor aterrizado y el
conductor de aterrizaje de equipos serán interconectados
solamente durante la operación normal del SPD durante un
impulso.
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7/2/2013
GRACIAS
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7/2/2013