|UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

DEDICATORIA

Dedicado para mis padres y familiares que confan en mi formacin profesional y as contribuir al desarrollo del pas.Y al Ing. Holger Meza, por su continuo apoyo y motivacin en nuestra formacin como Ingenieros

Tabla de contenido2INTRODUCCION43PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ELCTRICAS63.1Descargas elctricas63.2Proteccin frente a las descargas elctricas73.3Contactos directos e indirectos83.3.1Contactos directos83.3.2Contactos indirectos83.4Proteccin contra los contactos directos93.4.1Proteccin por aislamiento de las partes activas103.4.2Proteccin por medio de barreras o envolventes103.4.3Medidas de proteccin adicional contra los contactos directos113.5Medidas de proteccin mediante desconexin automtica de la alimentacin133.6Proteccin de materiales debido a defectos de aislamiento153.7Proteccin de defectos a tierra (GFP)164PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ELCTRICAS ATMOSFRICAS184.1Definicion184.2CMO OPERA UNA DESCARGA ELCTRICA ATMOSFRICA (RAYO)?184.3Efectos Secundarios214.4Corrientes de Tierra234.5Carga Esttica255Proteccin contra las sobretensiones265.1Qu es una sobretensin?265.2Los cuatro tipos de sobretensiones285.3Sobretensiones de origen atmosfrico285.4Principales caractersticas de las Sobretensiones335.5Diferentes modos de propagacin335.6Dispositivos de proteccin contra sobretensin346Transformadores396.1Caractersticas principales406.2Los productos utilizados417PERDIDAS DE ENERGIA457.1Por efecto corona457.2Caida de tensin467.3Rels de control de tensin478INVERSORES488.1Inversor de fase Esquema498.2Inversor Trifsico539RELE DETECTOR DE ORDEN Y FALTA DE FASES549.1Funcionamiento559.2Operacin5510CONCLUSIONES5711BIBLIOGRAFIA58

INTRODUCCION

Las descargas elctricas a travs del cuerpo humano son origen de graves accidentes que con frecuencia ocasionan la muerte de quienes las sufren. Mientras que la deteccin de derivaciones de energa elctrica a travs del cuerpo humano entre conductores activos y tierra est plenamente resuelta con el uso de medidores e interruptores diferenciales, no es posible la deteccin simple e inmediata de la derivacin de energa a travs de un cuerpo humano, sometido a una fortuita diferencia de potencial entre alguno de sus miembros o algunas partes de su cuerpo, estando aislado detierra o sin derivacin a tierra.Las sobretensiones destruyen a menudo instalaciones y aparatos elctricos y electrnicos. Los daos no solo se limitan a las instalaciones industriales y profesionales sino que tambin se extienden hasta los aparatos de uso diario en el hogar.Sin medida de proteccin eficaz contra sobretensiones hay que calcular altos costos para reparacin o nueva adquisicin de los dispositivos afectados.De esta manera es comprensible que las medidas de proteccin para evitar destrucciones debidas a sobretensiones resulten interesantes, tanto para el hogar como para el campo industrial o profesional. Un concepto de proteccin eficaz contra sobretensiones abarca los campos de la alimentacin de corriente, instalaciones telefnicas, instalaciones de antenas, instalaciones de recepcin as como la tcnica de procesamiento de datos y de mando. Es importante que todos los conductores que estn conectados en un aparato se conecten con un descargador de sobretensiones apropiado.Considerando el valor total a proteger, la instalacin de aparatos de proteccin adecuados se amortiza por regla general, al evitar tan solo una vez la destruccin de una instalacin electrotcnica o de un aparato.

Los aparatos de proteccin contra sobretensiones actan no obstante mltiples veces, siempre que los parmetros de potencia no sean sobrepasados, de manera que el usuario obtiene un aprovechamiento esencialmente superior.Prdida de tensin: Reduccin de la fuerza de tensin inicial que resulta de los efectos, combinados o aislados, de la retraccin del hormign y la relajacin del acero; generalmente puede suponer una deformacin elstica del hormign.

Inversin de la fase esta condicin ocasiona que los motores roten en direccin opuesta, lo cual puede causar lesiones al personal de operacin y desperfectos al equipo.Con su proteccin rel de proteccin de inversin de fase para desconectar la fuente.

PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ELCTRICAS

Descargas elctricas

Una descarga elctrica es el efecto fisiopatolgico de una corriente elctrica que atraviesa el cuerpo humano.Su paso afecta bsicamente a las funciones musculares, circulatorias y respiratorias y en ocasiones puede tener como resultado quemaduras graves. El grado de peligro para la vctima est en funcin de la magnitud de la corriente, las partes del cuerpo por las que pasa la corriente y la duracin del flujo de la misma. En la publicacin de la IEC 60479-1 de 1994 se definen cuatro zonas de magnitud de corriente/tiempo-duracin, para cada una de las cuales se describen los efectos fisiopatolgicos (ver Fig. 1.1). Cualquier persona que entre en contacto con metal en tensin corre el riesgo de sufrir una descarga elctrica. En la curva C1 se muestra que cuando una corriente superior a 30 mA atraviesa un cuerpo humano desde una mano hasta la otra, la persona en cuestin puede morir, a menos que se interrumpa la corriente en un tiempo relativamente corto. El punto de 500 ms/100 mA prximo a la curva C1 corresponde a una probabilidad de fibrilacin cardaca del orden del 0,14%. La proteccin de las personas contra las descargas elctricas en las instalaciones de BT debe establecerse de conformidad con las normas nacionales adecuadas, cdigos de buenas prcticas, guas y circulares oficiales, etc. Las normas IEC relevantes son las siguientes: serie IEC 60364, serie IEC 60479, IEC 60755,serie IEC 61008, serie IEC 61009 y IEC 60947-2.

Fig. 1.1: Zonas tiempo/corriente de efectos de la corriente alterna en el cuerpo humano cuando pasa de una mano a otra.

Proteccin frente a las descargas elctricas

La regla fundamental para la proteccin contra las descargas elctricas figura en el documento IEC 61140, que abarca tanto las instalaciones como los equipos elctricos. No debe ser posible acceder a las partes activas peligrosas y las partes conductoras a las que se pueda acceder no deben ser activas peligrosas.Este requisito debe aplicarse:

En condiciones normales. En condicin de un solo defecto.

La proteccin en condiciones normales corresponde a la proteccin contra los contactos directos (proteccin bsica) y la proteccin en condicin de un solo defecto corresponde a la proteccin contra los contactos indirectos (proteccin contra los defectos). Las disposiciones de proteccin mejoradas ofrecen proteccin en ambas condiciones.

Contactos directos e indirectos

Contactos directos

Un contacto directo se produce cuando una persona toca un conductor activo en circunstancias normales (ver Fig. 1.2). La norma IEC 61140 ha cambiado la expresin proteccin contra los contactos directos por la de proteccin bsica. El nombre anterior se mantiene al menos con fines informativos.

Contactos indirectos

Un contacto indirecto se refiere a una persona que toca una parte conductora expuesta que normalmente no est activa, pero que pasa a estarlo accidentalmente (debido a un defecto de aislamiento o por cualquier otra causa).La corriente de defecto eleva la parte conductora expuesta a una tensin que puede resultar peligrosa y originar una corriente de contacto a travs de una persona que toca esta parte conductora expuesta (ver Fig. 1.3). La norma IEC 61140 ha cambiado la expresin proteccin contra los contactos indirectos por la de proteccin contra los defectos. El nombre anterior se mantiene al menos con fines informativos.

Fig. 1.2: Contactos directos. Fig. 1.3: Contactos indirectos.

Proteccin contra los contactos directos

Normalmente se utilizan dos medidas complementarias como proteccin contra los peligros ocasionados por los contactos directos:

La prevencin fsica del contacto con las partes activas mediante barreras, aislamiento, imposibilidad de acceso, etc.

La proteccin adicional en caso de que se produzca un contacto directo, debido al defecto de las medidas anteriores. Esta proteccin se basa en un dispositivo que funciona con corriente residual, una alta sensibilidad (I 30 mA) y un tiempo de funcionamiento reducido. Estos dispositivos son altamente eficaces en la mayora de los casos de contactos directos.

Medidas de proteccin contra los contactos directos

Proteccin por aislamiento de las partes activas

Esta proteccin consiste en un aislamiento que cumple las normas correspondientes (ver Fig. 1.4). Las pinturas, las lacas y los barnices no ofrecen una proteccin adecuada.

Fig. 1.4: Proteccin inherente contra los contactos directos mediante aislamiento de un cable trifsico con proteccin externa.

Proteccin por medio de barreras o envolventes

Esta medida se utiliza cada vez ms, puesto que numerosos componentes y materiales estn instalados en armarios, ensamblajes, paneles de control y cuadros de distribucin (ver Fig. 1.5). Para considerarse que ofrece una proteccin eficaz contra el riesgo de contactos directos, estos equipos deben poseer un grado de proteccin superior o igual haIP2X o IPXXB (ver captulo E subapartado 4.4). Adems, la apertura de una envolvente (puerta, panel frontal, cajn, etc.) slo puede ser extrable o estar abierta o retirada:

Por medio de una llave o herramienta prevista para tal efecto.

Tras el aislamiento completo de las partes activas de la envolvente.

Mediante la interposicin de otra barrera nicamente extrable utilizando una llave o herramienta. La envolvente de metal y toda la pantalla extrable de metal deben unirse al conductor de conexin a tierra de proteccin de la instalacin.

Fig. 1.5: Ejemplo de aislamiento con envolvente.

Medidas de proteccin parciales

Proteccin por medio de obstculos o puesta fuera del alcance por alejamiento. Esta proteccin est reservada nicamente a las ubicaciones a las que slo tiene acceso el personal cualificado. La instalacin de esta medida de proteccin se detalla en la IEC 60364-4-41.

Medidas de proteccin particulares

Proteccin mediante la utilizacin de muy baja tensin de seguridad (MBTS) o bien limitando la energa de descarga.Estas medidas se utilizan nicamente en los circuitos de baja potencia y en circunstancias especiales.

Medidas de proteccin adicional contra los contactos directos

Todas las medidas de proteccin anteriores son preventivas, pero la experiencia ha demostrado que por diversos motivos no se pueden considerar como infalibles. Entre estos motivos se pueden citar:

Falta de mantenimiento adecuado.

Imprudencia, falta de atencin.

Desgaste y rotura normales (o anmalos) del aislamiento, por ejemplo, flexin y abrasin de los cables de conexin.

Contacto accidental.

Inmersin en agua, etc. Situacin en la que el aislamiento ya no resulta eficaz. Con el fin de proteger a los usuarios en estas circunstancias, los dispositivos de disparo rpido y alta sensibilidad basados en la deteccin de corrientes residuales a tierra (que pueden atravesar o no a un ser humano o animal) se utilizan para desconectar automticamente la fuente de alimentacin y con la rapidez suficiente como para evitar lesiones o incluso la muerte por electrocucin de un ser humano (ver Fig. 1.6).

Estos dispositivos funcionan segn el principio de la medicin de corriente diferencial, en la que cualquier diferencia entre la corriente que entra en un circuito y la que sale (en un sistema alimentado desde una fuente conectada a tierra) fluye a tierra, bien a travs de un aislamiento de defectos, bien a travs del contacto de una parte conectada a tierra, como una persona, con un conductor activo. Los dispositivos a corriente diferencial residual normalizados, denominados DDR, suficientemente sensibles para la proteccin contra los contactos directos, estn calibrados a 30 mA de la corriente diferencial. Esta proteccin adicional es necesaria en determinados pases para los circuitosque suministran tomas de corriente de hasta 32 A, e incluso superiores, si la ubicacin es hmeda y/o provisional (como instalaciones de trabajo, por ejemplo). En el captulo P, apartado 3, se indican varias ubicaciones comunes en las que los DDR de alta sensibilidad son obligatorios (en algunos pases), pero en cualquier caso, estn altamente recomendados como proteccin eficaz contra el riesgo de contactos tanto directos como indirectos.

Fig. 1.6: DDR de alta sensibilidad.1.5 Proteccin contra los contactos indirectos

Las partes conductoras activas utilizadas en el proceso de fabricacin de un equipo elctrico se separan de las partes activas del equipo mediante el aislamiento bsico. El defecto de aislamiento bsico afecta a las partes activas.El hecho de tocar una parte normalmente desactivada de un equipo elctrico que ha pasado a estar activa debido al defecto de su aislamiento se conoce como contacto indirecto. Se adoptan varias medidas para la proteccin contra este riesgo, a saber:

Desconexin automtica de la fuente de alimentacin del equipo elctrico conectado.

Disposiciones especiales, como por ejemplo:

Utilizacin de materiales de aislamiento de clase II o nivel equivalente de aislamiento.

Ubicacin no conductora, fuera del alcance por alejamiento o interposicin de barreras.

Conexin equipotencial.

Separacin elctrica por medio de transformadores de aislamiento.

Medidas de proteccin mediante desconexin automtica de la alimentacin

Principio

Esta medida de proteccin depende de dos requisitos fundamentales:

La conexin a tierra de todas las partes activas de los equipos elctricos de la instalacin y la composicin de una red de conexin equipotencial.

Desconexin automtica de la alimentacin de la seccin de la instalacin afectada, de tal forma que los requisitos de tensin de contacto/seguridad temporal se cumplan para cualquier nivel de tensin de contacto Uc (ver Fig. 1.7).

Fig. 1.7: Ilustracin de la tensin de contacto peligrosa Uc.

Cuanto mayor es el valor de Uc, mayor es la rapidez de la desconexin de la alimentacin necesaria para ofrecer la proteccin (ver Fig. 1.8). El mayor valor de Uc que se puede tolerar indefinidamente sin peligro para las personas es de 50 V CA.

Fig. 1.8: Duracin segura mxima de los valores soportados de tensin de contacto CA.

Proteccin de materiales debido a defectos de aislamiento

Las normas consideran elevados los daos (principalmente el fuego) de bienes debidos al aislamiento. Por lo tanto, en las ubicaciones con alto riesgo de incendio, deben utilizarse dispositivos de corriente residual de 300 mA. Para las dems ubicaciones, algunas normas se basan en la tcnica denominada proteccin de defectos a tierra (GFP).

Medidas de proteccin contra el riesgo de incendios con DDR

Los DDR son dispositivos muy eficaces a la hora de ofrecer proteccin contra el riesgo de incendios debidos a defectos de aislamiento. Este tipo de corriente de defecto es en realidad demasiado baja para que la detecten otros mecanismos de proteccin (sobreintensidades, tiempo inverso).Para los esquemas TT, IT y TN-S en los que pueden aparecer corrientes de fuga, la utilizacin de DDR de sensibilidad de 300 mA ofrece una buena proteccin contra el riesgo producido por este tipo de defecto.Una investigacin ha demostrado que el coste de los incendios en los edificios industriales y terciarios puede ser enorme. El anlisis del fenmeno indica que el riesgo de incendio debido a la electricidad est relacionado con el sobrecalentamiento debido a una mala coordinacin entre la corriente nominal mxima del cable (o conductor aislado) y el ajuste de la proteccin contra la sobreintensidad.El sobrecalentamiento tambin puede deberse a la modificacin del mtodo inicial de la instalacin (incorporacin de cables en el mismo soporte). Este sobrecalentamiento puede ser el origen del arco elctrico en entornos hmedos. Estos arcos elctricos evolucionan cuando la impedancia de bucle de la corriente de defecto es superior a 0,6 y existen nicamente cuando se produce un defecto de aislamiento. Algunas pruebas han demostrado que una corriente de defecto de 300 mA puede inducir un verdadero riesgo de incendio (ver la Fig. 1.9).

Fig. 1.9: Origen de incendios en los edificios.

Proteccin de defectos a tierra (GFP)

Diferentes tipos de proteccin de defectos a tierra

(ver la Fig. 1.10) Existen tres tipos de GFP en funcin del dispositivo de medicin instalado:

Deteccin residual, DR.La corriente de defecto de aislamiento se calcula utilizando la suma vectorial de corrientes de los secundarios de transformadores de corriente. El transformador de corriente en el conductor neutro se encuentra a menudo fuera del interruptor automtico.

Retorno de fuente, RF.La corriente de defecto de aislamiento se mide en el enlace neutro-tierra del transformador de BT. El transformador de corriente se encuentra fuera del interruptor automtico.

Sistema RF.

Secuencia cero, SC.El defecto de aislamiento se mide directamente en el primario del transformador de corriente utilizando la suma de las corrientes de los conductores activos. Este tipo de GFP slo se utiliza con valores de corriente de defecto bajos.

Fig. 1.10: Diferentes tipos de protecciones de defectos a tierra.

PROTECCIN CONTRA DESCARGAS ELCTRICAS ATMOSFRICAS

Definicion

Alcanzado por un rayo, es una metfora para lo inesperado, un desastreimpredecible. Una gran tormenta elctrica, puede producir hasta 100 descargaspor minuto y lo mismo, una pequea nube de tormenta puede generar la energade una pequea planta de fuerza nuclear (unos pocos cientos de megawatts).No todos los rayos son a tierra, pero cuando esto ocurre, esa energa puede ser devastadora. Una empresa de Telecomunicaciones, puede salir de operacin por horas o por das debido a daos en el equipo, o una planta petroqumica puede tener incendios originados por rayos, con peligrosos riesgos y elevados costos.Hasta hace relativamente poco tiempo, muy poco se poda hacer paraminimizar esos riesgos. Cuando ocurran y donde ocurrirn descargas elctricas atmosfricas. Tradicionalmente, la proteccin contra rayos ha pretendido atraer y desviar la energa de una descarga elctrica atmosfrica hacia la tierra fsica. Al mismo tiempo que esto puede eliminar algunos de los graves efectos de un impacto directo, resultan otras desventajas y serios inconvenientes. Ninguno de los sistemas tradicionales son 100% efectivos, y todos ellos son afectados por los efectos secundarios en relacin a la proximidad con los campos electrostticos y campos electromagnticos. Todos ellos son peligrosos, especialmente, en reas donde se manejan productos flamables, explosivos y equipos electrnicos.

CMO OPERA UNA DESCARGA ELCTRICA ATMOSFRICA (RAYO)?

Desde el primer momento en que se tiene conocimiento de que un rayo es una descarga elctrica, cientficos e ingenieros han estudiado e investigado con profundidad las tormentas y descargas elctricas atmosfricas (sin embargo, la proteccin contra los rayos no ha cambiado substancialmente desde los tiempos de Benjamn Franklin). Despus de siglos de estudios e investigaciones, nuevos y sofisticados instrumentos que han aportado grandes conocimientos, todava hay muchas incgnitas acerca de este fenmeno que no ha sido claramente entendido. Para entender como opera la proteccin contra descargas elctricas atmosfricas y cul es el sistema ms adecuado para diferentes aplicaciones, es necesario un anlisis de lo que es el fenmeno.

Mecnica del Rayo

Las nubes de tormenta son cuerpos cargados elctricamente, suspendidos en una atmsfera que puede considerarse, en el mejor de los casos, como un conductor pobre. Durante una tormenta, ocurre una separacin de cargas dentro de la nube. El potencial en la base de la nube, generalmente se considera alcanza cerca de cien millones de volts y el campo electrosttico resultante es de 10 kV por metro de elevacin sobre la superficie de la tierra. El proceso de carga (o separacin de carga) dentro de la clula de tormenta, generalmente deja a la base de la nube con una carga elctrica de polaridad negativa, sin embargo, en muy raras ocasiones, llega a ocurrir lo contrario.Esta carga resultante, induce una carga similar de polaridad positiva en la tierra, concentrndose en la superficie, justo en el rastro o la sombra que deja la nube y ms o menos, con el mismo tamao y forma de la nube (Ver fig. 11).A medida que la tormenta crece en intensidad, la separacin de carga contina dentro de la nube, hasta que el aire entre la nube y la tierra no puede actuar ms como aislante elctrico. El punto de ruptura especfico vara con las condiciones atmosfricas.

Fig.1.11: Separacin de Cargas

Las formaciones de relmpagos de baja intensidad llamadas paso lder, se mueven de la base de la nube hacia la Tierra. Estos pasos son de ms o menos la misma longitud, y esa longitud est en relacin directa con la carga elctrica en la clula de la tormenta (la nube) y la corriente pico del rayo. Estos pasos lder, varan en longitud de 10 metros a ms de 160 metros, para una descarga elctrica de polaridad negativa. A medida que los pasos lder se acercan a la tierra, el campo elctrico entre los pasos lder se incrementa con cada paso. Finalmente, a casi un paso de distancia de la tierra (o en una instalacin sobre la tierra), se establece una zona de impacto, como se ilustra en la Fig. 12. Una zona de impacto en forma de hemisferio, con un radio igual ala longitud de un paso lder. El campo elctrico dentro de la zona de impacto es tan grande, que crea streamers o flmulas, movindose hacia arriba desde los objetos que estn sobre la tierra. El primer streamer que alcance al paso lder, cierra el circuito elctrico e inicia el proceso de neutralizacin de la carga elctrica de la nube.

Fig. 1.12: Zona de Impacto

Cuando se encuentran estructuras entre la tierra y la clula de tormenta (nube), esas estructuras se cargan elctricamente. Puesto que ellas acortan una parte de la separacin del espacio de aire, ellas pueden disparar un rayo, ya que la estructura reduce una porcin significativa del espacio de aire intermedio.La neutralizacin de la carga (el rayo), es causada por el flujo de electrones de un cuerpo a otro, de tal manera que como resultado, no hay una diferencia de potencial entre dos cuerpos (Ver Figura 3). El proceso crea el mismo efecto que se tiene cuando se acercan las terminales de una batera. Un arco elctrico.

Fig. 1.13: Neutralizacin de la carga elctrica (Rayo)

Efectos Secundarios

El relmpago se define como el resultado de un canal ionizado de una descarga elctrica atmosfrica un rayo es una sobrecorriente en ese canal. Hay cuatro diferentes efectos secundarios que acompaan a un relmpago. Estos son:

Pulsos Electromagnticos (EMP) Pulsos Electrostticos Corrientes Transitorias de Tierra Carga Electroesttica Pulsos Electromagnticos

Pulsos Electromagnticos

Los pulsos electromagnticos, son el resultado de los campos electromagnticos transitorios que se forman por el flujo de corriente, atravs del canal de descarga del rayo. Despus de que se establece el canal de descarga del rayo entre la nube y la tierra, llega a formarse un camino tan conductivo como un conductor elctrico. La corriente de neutralizacin comienza a fluir rpidamente, en relacin directa con la impedancia en el canal de descarga y la carga elctrica de la nube de tormenta. La relacin de crecimiento de estos pulsos de corriente, vara en rdenes de magnitud. Ellos han sido medidos en niveles de arriba de 510 kA por microsegundo. Un promedio prctico, podra ser de 100 kA por microsegundo.Las corrientes que fluyen atravs de un conductor, producen un campo magntico en relacin a las mismas. Ya que estas corrientes de descarga crecen rpidamente y alcanzan corrientes pico de cientos de miles de amperes, los pulsos magnticos que ellos crean pueden ser muy significativos. El voltajeinducido resultante (EMP) dentro de cualquier grupo donde existen varios cables que corren paralelamente, puede tambin ser muy significativo (Ver fig. 14).

Fig. 1.14: Canal de Descarga del Rayo (EMP)

Pulsos Electrostticos

Los transitorios atmosfricos o pulsos electrostticos, son el resultado directo de la variacin del campo electrosttico que acompaa a una tormenta elctrica. Cualquier conductor suspendido sobre la superficie de la tierra, est inmerso dentro de un campo electrosttico y ser cargado con un potencial en relacin a su altura (i.e. tantas veces la altura por la intensidad del campo), sobre la superficie de la tierra. Por ejemplo, una lnea de distribucin o telefnica area, a una altura promedio de 10 metros sobre la tierra, en un campo electrosttico medio, durante una tormenta elctrica, se cargar con un potencial de entre 100 kV y 300 kV con respecto a la tierra. Cuando ocurre la descarga (rayo), esa carga deber moverse hacia abajo en una lnea, buscando un camino a la superficie de la tierra. Cualquier equipo conectado a esa lnea, proveer el camino hacia la tierra. A menos que ese camino est protegido adecuadamente, ser destruido durante el proceso de la descarga a tierra para neutralizarse. Este fenmeno es conocido como transitorio atmosfrico inducido.La elevacin y cada de voltaje electrosttico, tambin est relacionado con los pulsos electrostticos (ESP). (Ver Fig. 15).

Fig. 1.15: Pulsos Electrostticos

Corrientes de Tierra

La corriente transitoria de tierra es el resultado directo del proceso de neutralizacin que sigue a un impacto de rayo. El proceso de neutralizacin, es consumado por el movimiento de la carga a lo largo o cerca de la superficie de la tierra, desde el punto donde se induce la carga, hasta el punto donde termina el rayo. Cualquier conductor enterrado o cercano a esa carga, proveer un camino ms conductivo desde el punto donde se inicia, al punto donde termina el rayo.Esto induce un voltaje en relacin con la carga, que se maneja en esos conductores, lo cual otra vez est relacionado con la cercana a donde el rayo se impact.

Fig. 1.16: Corrientes Transitorias de Tierra

A este voltaje inducido se le llama corriente transitoria de tierra y aparece en alambres conductores, tuberas y otras formas de conductores. Si los conductores estn blindados, los alambres internos experimentarn la primera induccin de la corriente que fluye por el blindaje. Aunque el proceso de descarga es muy rpido (20 microsegundos) y la relacin de crecimiento al pico es tan pequea como 50 nanosegundos, el voltaje inducido ser muy alto (Ver Fig. 16).

La terminacin de un rayo de retorno en la tierra puede causar los efectossiguientes:

Puede causar arqueos atravs de la tierra a tuberas de gas adyacentes, cables o sistemas de tierra. (Normalmente se considera un gradiente de ruptura de 50 kV/m. Por ejemplo, la resistencia al pie de una torre de energa es de 10 Ohms, la corriente del rayo de retorno es 200 kA, y la distancia de separacin mnima es de 40 metros).

La corriente de sobrecarga, puede correr por la tierra paralelo al sistema de tierras electrnico existente, lo cual originar una distribucin de elevacin de potencial de tierra no uniforme (GPR) en el sistema de tierra.Por ejemplo, dos alambres de tierra de 10 metros enterrados con una resistencia de aterrizaje de 31.8 Ohms, estn separados a 5 metros. Cuando fluye una corriente de 75 amperes en uno de los electrodos de tierra, los otros electrodos tendrn una elevacin de voltaje de aproximadamente 188 volts.

Carga Esttica

La causa ms comn de incendios en instalaciones donde se manejan productos del petrleo relacionadas con rayos, es el fenmeno conocido comocarga esttica resultando arcos elctricos secundarios (BC/SA).Para entender el riesgo de BC/SA, es necesario entender como se forma la carga esttica y como resultan los arcos secundarios provocando el incendio.

La clula de tormenta induce la carga esttica en cualquier estructura inmersa en la tormenta. La carga esttica (amperes segundo) est relacionada con la carga en la clula de tormenta. Debido a que los productos del petrleo generalmente son almacenados en tanques metlicos que son conductores elctricos, esos contenedores y el producto almacenado se cargan elctricamente, resultando una diferencia de potencial entre el tanque y la tierra fsica del lugar. Despus de la tormenta, la carga elctrica del producto se mover lentamente hacia las paredes del tanque.

La tierra en condiciones normales, tiene carga elctrica de polaridad negativa con respecto a la ionosfera. Cuando aparece una clula de tormenta entre la Ionosfera y la tierra, la carga positiva es inducida sobre la superficie de la Tierra, neutralizando la carga negativa y cargndose rpidamente con carga elctrica de polaridad positiva. El Tanque est al mismo potencial de la tierra, positivo antes del rayo, pero instantneamente, es negativo despus del rayo.

Los arcos secundarios, resultan con el repentino cambio de la carga (20 microsegundos) de la pared del tanque (polaridad negativa), y la carga elctrica de polaridad positiva del producto contenido en el tanque.El aterrizaje no tendr una influencia significativa en el potencial del fenmeno BC/SA. La proteccin contra rayos convencional no puede prevenir la Carga Esttica (BC) / Arcos Secundarios (SA), porque no hay un camino de descarga confiable y disponible.

Proteccin contra las sobretensiones

Qu es una sobretensin?

Una sobretensin es una onda o impulso de tensin que se superpone a la tensin nominal de la red (ver Fig. 2.2).

Fig. 2.1: Limitador de sobretensiones PPD clase II.

Fig. 2.2: Ejemplos de sobretensin.

Este tipo de sobretensin se caracteriza por lo siguiente (ver Fig. 2.4):

El tiempo de subida (tf) se mide en s.

El gradiente S se mide en kA/s.

Estos dos parmetros afectan al equipo y producen radiaciones electromagnticas. Adems, la duracin de la sobretensin (T) produce un aumento de energa en los circuitos elctricos que puede destruir el equipo.

Fig. 2.3: Limitador de sobretensiones PRF1 clase I.

Fig. 2.4: Principales caractersticas de la sobretensin.

Los cuatro tipos de sobretensiones

Existen cuatro tipos de sobretensiones que pueden afectar a las cargas y a las instalaciones elctricas:

Sobretensiones de origen atmosfrico.

Sobretensiones de funcionamiento o maniobra.

Sobretensiones de transitorios de frecuencia industrial.

Sobretensiones producidas por descargas electrostticas.

Sobretensiones de origen atmosfrico

El riesgo de las cadas de rayos: algunas cifras

Alrededor de la tierra se forman constantemente entre 2.000 y 5.000 tormentas.Estas tormentas van acompaadas de rayos, lo que constituye un riesgo grave tanto para las personas como para los equipos. Las cadas de rayos se producen a una velocidad de 30 a 100 cadas por segundo. Cada ao, en la tierra caen alrededor de 3.000 millones de rayos.

Todos los aos, en todo el mundo, miles de personas sufren cadas de rayos e infinidad de animales mueren por este motivo.

Los rayos tambin producen un gran nmero de incendios, la mayora de los cuales se producen en granjas, de modo que destruyen edificios y los dejan inutilizables.

Los rayos afectan tambin a los transformadores, a los dispositivos de medida, a los electrodomsticos y a todas las instalaciones elctricas y electrnicas en el sector residencial e industrial.

Los edificios altos son los que sufren ms a menudo cadas de rayos.

El coste de las reparaciones de los daos producidos por los rayos es muy alto.

Es difcil evaluar las consecuencias de las interrupciones producidas en las redes informticas y de telecomunicaciones, los defectos en los ciclos de los autmatas y los defectos en los sistemas de regulacin.Adems, las prdidas que se producen por las paradas de maquinarias pueden tener consecuencias financieras que superen el coste del equipamiento destruido por la cada de rayos.

Caractersticas de las descargas producidas por rayos

La Fig. 2.5 muestra los valores facilitados por el comit de proteccin contra rayos (comit tcnico 81 de IEC). Como se puede observar, la mitad de las cadas de rayos presentan una fuerza superior a 33 kA y el 5% son superiores a 85 kA.Por consiguiente, las fuerzas de energa son muy altas.

Fig. 2.5: Valores de cadas de rayos facilitados por el comit de proteccin contra rayos.

Es importante definir la probabilidad de la proteccin adecuada a la hora de proteger un lugar. Adems, la corriente de un rayo es una corriente de impulso de alta frecuencia (HF) que alcanza aproximadamente un megahercio.

Los efectos de los rayos

La corriente de un rayo es por lo tanto una corriente elctrica de alta frecuencia.Adems de una induccin importante y efectos de sobretensin, produce los mismos efectos que cualquier otra corriente de baja frecuencia en un conductor:

Efectos trmicos: fusin en los puntos de impacto del rayo y efecto Joule, debido a la circulacin de la corriente, lo que produce incendios.

Efectos electrodinmicos: cuando las corrientes de los rayos circulan en conductores paralelos, provocan fuerzas de atraccin o repulsin entre los cables, lo que produce roturas o deformaciones mecnicas (cables aplastados).

Efectos de combustin: los rayos pueden producir que el aire se expanda y se cree una sobrepresin que se dispersa en una distancia de varias decenas de metros. Un efecto de explosin rompe ventanas o divisiones que pueden proyectarse en animales o personas a varios metros de su posicin original. Esta onda de choque al mismo tiempo se convierte en una onda de sonido: el trueno.

Sobretensiones conducidas tras un impacto en las lneas telefnicas o en las lneas areas elctricas.

Sobretensiones inducidas por el efecto de radiacin electromagntica del canal del rayo que acta como antena en varios kilmetros y lo cruza una corriente de impulso considerable.

El aumento del potencial de tierra por la circulacin de la corriente del rayo por la tierra. Esto explica las cadas de rayos indirectas por tensin de paso y los defectos de los equipos.

Sobretensiones de funcionamiento o maniobra

Un cambio brusco en las condiciones de funcionamiento establecidas de una red elctrica provoca los fenmenos transitorios. Se trata por lo general de ondas de sobretensin de oscilacin amortiguadas o de alta frecuencia (ver Fig. 2.2) Se dice que presentan un frente lento: su frecuencia vara de varias decenas a varios cientos de kilohercios.Las sobretensiones de funcionamiento o maniobra pueden estar producidas por lo siguiente:

Sobretensiones de dispositivos de desconexin debido a la apertura de los dispositivos de proteccin (fusibles, interruptor automtico), y la apertura o el cierre de los dispositivos de control (rels, contactores, etc.).

Las sobretensiones de los circuitos inductivos debidas a arranques o paradas de motores, o la apertura de transformadores, como los centros de transformacin de MT/BT.

Las sobretensiones de circuitos capacitivos debidas a la conexin de bateras de condensadores a la red.

Todos los dispositivos que contienen una bobina, un condensador o un transformador en la entrada de alimentacin: rels, contactores, televisores, impresoras, ordenadores, hornos elctricos, filtros, etc.

Sobretensiones transitorias de frecuencia industrial (ver Fig. 2.6)

Estas sobretensiones presentan las mismas frecuencias que la red (50, 60 o 400 Hz):

Sobretensiones producidas por defectos de aislamiento de fase/masa o fase/tierra en una red con un neutro aislado, o por el defecto del conductor neutro. Cuando ocurre esto, los dispositivos de fase nica recibirn una alimentacin de 400 V en lugar de 230 V, o en una tensin media: Us x e = Us x1,7.

Sobretensiones debidas a un defecto en el cable. Por ejemplo, un cable de media tensin que cae en una lnea de baja tensin.

Fig. 2.6: Sobretensin transitoria de frecuencia industrial.

El arco de un spark-gap de proteccin de media o alta tensin produce un aumento del potencial de tierra durante la accin de los dispositivos de proteccin. Estos dispositivos de proteccin siguen ciclos de conmutacin automtica, lo que recrear un defecto si persiste.

Sobretensiones producidas por descargas electrostticas

En un entorno seco, se acumulan cargas elctricas y crean un campo electrosttico muy fuerte. Por ejemplo, una persona que camine sobre moqueta con suelas aislantes se cargar elctricamente con una tensin de varios kilovoltios. Si la persona camina cerca de una estructura conductora, desprender una descarga elctrica de varios amperios en un periodo de tiempo de pocos nanosegundos. Si la estructura contiene elementos electrnicos sensibles, como un ordenador, se pueden destruir sus componentes o placas de circuitos.

Principales caractersticas de las Sobretensiones

La Fig. 2.7 que aparece a continuacin resume las principales caractersticas de las sobretensiones.

Fig. 2.7: Principales caractersticas de las sobretensiones.

Diferentes modos de propagacin

Modo comn

Las sobretensiones en modo comn se producen entre las partes activas y la tierra: fase/tierra o neutro/tierra (vase la Fig. 2.8). Resultan especialmente peligrosas para los dispositivos cuyas estructuras (masa) se encuentren conectadas a tierra, debido al riesgo de defecto dielctrico.

Fig. 2.8: Modo comn.

Modo diferencial

Las sobretensiones en modo diferencial circulan entre los conductores activos de fase/fase o fase/neutro (vase la Fig. 2.9). Resultan especialmente peligrosas para los equipos electrnicos, los equipos informticos sensibles, etc.

Fig. 2.9: Modo diferencial.

Dispositivos de proteccin contra sobretensin

Existen dos tipos principales de dispositivos de proteccin que se utilizan para eliminar o limitar las sobretensiones: se denominan dispositivos de proteccin principales y dispositivos de proteccin secundarios.

Dispositivos de proteccin principales (proteccin de las instalaciones contra rayos)

La finalidad de los dispositivos de proteccin principales es proteger las instalaciones contra las cadas directas de rayos. Atrapan la corriente del rayo y la dirigen a la tierra. El principio se basa en un rea de proteccin determinado por una estructura que es ms alta que el resto. Este mismo principio se aplica a cualquier efecto de pico producido por un poste, un edificio o una estructura metlica muy alta. Existen tres tipos de proteccin principal:

Pararrayos, que constituyen los dispositivos de proteccin contra rayos ms antiguos y ms conocidos.

Cables de guarda.

La jaula mallada o jaula Faraday.

El pararrayos

El pararrayos es una vara cnica que se coloca en la parte superior del edificio. Est conectado a tierra mediante uno o varios conductores (a menudo, pletinas de cobre) (vase la Fig. 2.10).

Fig. 2.10: Ejemplo de proteccin IEPF mediante un pararrayos.

El diseo y la instalacin de un pararrayos corre a cargo del especialista. Deben tenerse en cuenta el recorrido de las tiras de cobre, las abrazaderas de prueba, la puesta a tierra de pie de gallo para evitar que las corrientes del rayo de alta frecuencia se dispersen por la tierra, y las distancias con respecto al sistema de cableado (gas, agua, etc).Adems, el flujo de la corriente de los rayos a la tierra inducir sobretensiones, por radiacin electromagntica, en los circuitos elctricos y en los edificios que se van a proteger. Pueden alcanzar varias decenas de kilovoltios. Por lo tanto, es necesario dividir simtricamente las corrientes del conductor inferior en dos, cuatro o ms, para reducir al mnimo los efectos electromagnticos.

Cables de guarda

Estos cables se extienden sobre la estructura que va a protegerse (vase la Fig. 2.11). Se utilizan para estructuras especiales: plataformas de lanzamiento de cohetes, aplicaciones militares y cables de proteccin contra rayos para lneas elctricas areas de alta tensin (vase la Fig. 2.12).

Fig. 2.11: Ejemplo de proteccin IEPF con el mtodo de conductor con cables de guarda.

Fig. 2.12: Cables de proteccin contra rayos.

La jaula mallada (jaula Faraday)

Este principio se utiliza para edificios sensibles que alberguen ordenadores o equipos de produccin con circuitos integrados. Consiste en la multiplicacin simtrica del nmero de pletinas descendentes fuera del edificio. Se aaden enlaces horizontales si el edificio es alto, por ejemplo, cada dos pisos (vase la Fig. 2.13). Los dos conductores se conectan a tierra mediante conexiones a tierra en cruce. El resultado es una serie de mallas de 15 x15 m o 10 x10 m. Esto produce una conexin equipotencial mejor del edificio y divide las corrientes de los rayos, de modo que se reducen en gran medida los campos y la induccin electromagntica.

Fig. 2.13: Ejemplo de proteccin IEPF con el principio de la jaula mallada (jaula Faraday).

Dispositivos de proteccin secundarios (proteccin de las instalaciones internas contra rayos)

Estos dispositivos tratan los efectos de las sobretensiones de frecuencia atmosfrica, de funcionamiento o industrial. Se pueden clasificar segn el modo en el que estn conectados en una instalacin: proteccin en serie o paralela.

Dispositivo de proteccin en serie

Se conecta en serie a los cables de alimentacin elctrica del sistema que se va a proteger (vase la Fig. 2.14).

Fig. 2.14: Principio de proteccin serie.Transformadores

Reducen las sobretensiones inducidas y hacen que desaparezcan ciertos armnicos por acoplamiento. Esta proteccin no es muy eficaz.

Filtros Se basan en componentes como resistencias, bobinas de inductancia y condensadores y se aplican a sobretensiones producidas por perturbaciones industriales y de funcionamiento correspondientes a una banda de frecuencia claramente definida. Este dispositivo de proteccin no es adecuado para las perturbaciones de origen atmosfrico.

Dispositivos de absorcin de ondas

Se trata esencialmente de dispositivos compuestos por bobinas de inductancia de aire que limitan las sobretensiones y limitadores de sobretensiones que absorben las corrientes. Estn especialmente indicados para proteger equipos informticos y electrnicos sensibles. Slo actan contra sobretensiones. Sin embargo, son extremadamente voluminosos y costosos. No pueden sustituir por completo a los inversores que protegen las cargas contra cortes de alimentacin.

Acondicionadores de red y fuentes de alimentacin ininterrumpida estticas(SAI)

Estos dispositivos se utilizan principalmente para proteger equipos extremadamente sensibles, como equipos informticos, que necesitan una fuente de alimentacin elctrica de alta calidad. Se pueden utilizar para regular la tensin y la frecuencia, detener las interferencias y garantizar un suministro elctrico continuo, incluso en el caso de que se produzca un corte del suministro elctrico (para el SAI). Por otro lado, no estn protegidos contra grandes sobretensiones de tipo atmosfrico, para las cuales siguen siendo necesarios los limitadores de sobretensin.

Dispositivo de proteccin paralela

El principio

El dispositivo de proteccin paralela se puede adaptar a la instalacin que se va a proteger (vase la Fig. 2.15).Es el tipo de dispositivo de proteccin contra la sobretensin que se utiliza ms a menudo.

Fig. 2.15: Principio de proteccin paralela.

Caractersticas principales

La tensin nominal del dispositivo de proteccin debe corresponder a la tensin de la red en los terminales de la instalacin: 230/400 V.

Cuando no se produce ninguna sobretensin, ninguna corriente de fuga debe introducirse en el dispositivo de proteccin, que est en modo de espera.

Cuando se produce una sobretensin por encima del umbral de tensin admisible de la instalacin que se va a proteger, el dispositivo de proteccin conduce de forma violenta la corriente de sobretensin a la tierra limitando la tensin al nivel de proteccin Up deseado (vase la Fig. 2.16).

Fig. 2.16: Curva U/I tpica del dispositivo de proteccin ideal.

Cuando desaparece la sobretensin, el dispositivo de proteccin deja de conducir la tensin y vuelve al modo de espera sin mantener corriente. Esta es la curva ideal caracterstica de U/l:

El tiempo de respuesta (tr) del dispositivo de proteccin debe ser lo ms corto posible para proteger la instalacin con la mayor rapidez posible.

El dispositivo de proteccin debe tener la capacidad de poder conducir la energa producida por la sobretensin predecible en el lugar que se va a proteger.

El dispositivo de proteccin contra las sobretensiones debe poder resistir a la corriente nominal In.

Los productos utilizados

Limitadores de tensin.Se utilizan en centros de transformacin de MT/BT en la toma del transformador. Como se utilizan nicamente en distribuciones con neutro aislado, pueden dirigir sobretensiones a la tierra, especialmente sobretensiones de frecuencia industrial (vase la Fig. 2.17).

Fig. 2.17: Limitador de tensin.

Limitadores de sobretensiones de BT.Este trmino designa dispositivos muy diferentes en lo que respecta a tecnologa y a utilizacin. Los limitadores de sobretensiones de BT se presentan en forma de mdulos que se instalan dentro del cuadro de BT. Tambin existen tipos de conexin y los que protegen puntos de corriente. Garantizan la proteccin secundaria de elementos cercanos, pero disponen de poca capacidad de flujo. Algunos incluso se integran en cargas, aunque no pueden proteger contra sobretensiones fuertes.

Limitadores de sobretensiones. Protegen las redes telefnicas o de comunicacin contra sobretensiones del exterior (rayos), as como del interior (equipo contaminante, de conmutacin, etc.). Los limitadores de sobretensiones de BT tambin se instalan en cajas de distribucin o se integran en las cargas.

Las sobretensiones producidas por fenmenos atmosfricos llegan hasta las instalaciones de tres formas:

Sobretensin conducida: El rayo puede caer directamente en las lneas areas, propagndose la sobretensin a lo largo de varios kilmetros; llegando al usuario y derivndose a tierra a travs de sus equipos, producindoles averas o su total destruccin.

Fig. 2.18: Sobretension inducida

Sobretensin inducida: La radiacin emitida por el impacto del rayo sobre un objeto (poste, rbol, pararrayos, etc.) prximo a lneas elctricas o telefnicas, induce corrientes transitorias en stas, transmitindose al interior de nuestras instalaciones provocando averas o destruccin de los equipos conectados.

Fig. 2.19 Sobretension inducida

Aumento del potencial de tierra: Cuando un rayo cae directamente al suelo o a travs de una estructura conectada a tierra (puede ser un poste elctrico, un pararrayos, etc.) la corriente de descarga del rayo puede elevar el potencial de tierra varios miles de voltios como consecuencia de la corriente que circula por el terreno.

Fig. 2.20: Aumento de potencial de tierra

PERDIDAS DE ENERGIAFactores importantes que intervienen en el estudio de los varios sistemas de transmisin sirven de base para determinar el tipo de conductor que debe emplearse y por consecuencia, el rendimiento de la transmisin de energa de una instalacin. La prdida de energa. La cada de tensin.Las prdidas de energa son debidas a su vez a prdidas por dispersin, prdida por efecto Joule; prdidas por efecto corona (esto ltimo solamente para altsimas tensiones). Las cadas de tensin son debidas a la resistencia (cada hmica y a la inductancia).Si Pt (MVA) representa la potencia a transmitir y p (KV) prdida total de energa en todos los conductores por efecto Joule, el rendimiento de la transmisin vendr dando por: = ( (P- p) / P)Esto es por el cociente de la energa recibida y la transmitida. El rendimiento seria igual a 1 si toda la energa transportada por la lnea llegase a la otra extremidad.Se ve en estas expresiones que las prdidas de energa cualquiera que sea el sistema de transporte, son directamente proporcionarle al cuadrado de la distancia y de la potencia transmitida, e inversamente proporcionarle al cuadro de la tensin. De esto se deduce la tendencia a utilizar tensiones muy elevadas para el transporte de la de la energa a gran distanciaPor efecto coronaEs debido al fenmeno de ionizacin del aire que circunda al conductor. Si se aumenta gradualmente el voltaje de una lnea, se observa que la potencia disipada en el aire es casi nula hasta, que se alcanza un cierto valor crtico, pasado el cual comienzan a manifestarse y a crecer, primero lentamente y despus siempre ms rpidamente alcanzando valores elevadsimos. No son otra cosa que una emisin simultanea de iones y de electrones en la vecindad del conductor.Para no llegar a valores prohibitivos de esta prdida se encuentra en la prctica con la imposibilidad del empleo de tensiones altsimas que reportaran ventajas de otro gnero. Se indican con el nombre de efecto corona todos los fenmenos elctricos de conduccin en la atmsfera que circunda al conductor, antes de producirse el encebamiento de una chispa o de un arco.Las prdidas de energa a este fenmeno son: en parte energa de ionizacin, necesaria para la disociacin de las molculas: en parte calor provocado por el frotamiento de las molculas y en parte energa para la luz emitida. El efecto corona es deletreo por la presencia de ozono producido, cuyo fuerte poder oxidante reduce enormemente la vida de las partes metlicas de las lneas.La tensin crtica es funcin del dimetro del conductor. Depende, adems de la superficie de ste; rugosidades e impurezas influyen por ello en que queda rebajado el valor lmite. El aire hmedo y especialmente la lluvia provocan un aumento muy sensible de la prdida por efecto corona.Cuando la tensin es muy alta, es necesario comprobar si el dimetro del conductor es suficientemente grande para no provocar perdidas excesivas por efecto corona.

Caida de tensinEl segundo aspecto del problema del transporte de energa es el que respecta a la cada de tensin. Una lnea construida con conductores de seccin suficiente que permita una perdida por efecto Joule tolerable, puede, no obstante, generar una excesiva cada de tensin a lo largo de su recorrido. En las redes de distribucin, especialmente donde es preciso garantizar al usuario una tensin mnima por debajo de la cual no se debe descender para cualquier valor de la carga, el valor de la cada de tensin adquiere una importancia decisiva en el clculo de las lneas.Por cada de tensin a lo largo de una lnea, se entiende la diferencia entre la tensin V, medida al origen y la V, al final de la lnea esto es: v = V1 - V2En general viene dado su valor en tanto por ciento respecto a la tensin en el origen, ello permite darse mejor cuenta de la importancia del fenmeno. Esta relacin se denomina cada porcentual de tensin.Para las lneas de alta tensin de longitud media, la cada de tensin hmica es del mismo orden de magnitud que la inductiva, es decir RI "- w LI; cuando la lnea se alarga, adquiere mayor importancia el factor wL, por ejemplo, wL = 2 % 5 RI. Para lneas de grandes longitudes tambin el factor wC interesa al funcionamiento y la cada hmica de tensin. Conforme a lo expresado, si R es la resistencia wL la reactancia inductiva, e I la corriente, entre las dos extremidades de la lnea habr las cadas de tensiones RI y LI. Si en vez de una L 1nea se establecen dos en paralelo con conductores de seccin mitad y colocadas no muy cerca una de otra para evitar que se influencien actualmente, la cada de tensin total viene dada por la suma vectorial de RI y w LI, y es menor que la de la lnea nica ventaja tanto mayor cuanto la lnea es ms inductiva.Se adoptar una tensin tal que expresada en kv resulte numricamente casi igual a la longitud de la lnea en Km. Si se prevn varios circuitos ser necesario tomar un nmero de ellos que por cada uno circule una corriente no superior a 200 % 300 amperios, y se determinar la seccin a base de la perdida de energa y eventualmente del calentamiento del conductor.

Rels de control de tensinProtege a los equipos en casos de baja tensin (o subtensin), actuando ante un descenso del valor eficaz de la tensin por debajo del valor previamente regulado.Se busca evitar que los equipos conectados a la red queden expuestos a cadas de tensin prolongadas que lo daaran. El mismo rel protege contra sobretensiones de relativa larga duracin, usualmente originadas por reduccin sbita de carga.Es muy recomendable en zonas rurales y suburbanas, en las cuales la falta de una fase en el sistema trifsico se refleja como una baja tensin en suministros monofsicos.Se debe evaluar su uso en funcin del costo del equipo a proteger y a la frecuencia de ocurrencia de estas alteraciones.

Fig.4.1: Existen rels que cumplen las funciones de detector de sobretensiones, subtensiones, inversin de fase, falta de una fase y falta de tensin. Deben instalarse combinados con un contactor o interruptor automtico, que desconecte la energa del circuito que se quiere proteger.

INVERSORES

Un inversor, tambin llamado ondulador, es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna. La funcin de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente directa a un voltaje simtrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseador. Los inversores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeas fuentes de alimentacin para computadoras, hasta aplicaciones industriales para manejar alta potencia. Los inversores tambin son utilizados para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o bateras, etc, en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red elctrica o usados en instalaciones elctricas aisladas.

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual es utilizado para interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada.Esta onda cuadrada alimenta a un transformador que suaviza su forma, hacindola parecer un poco ms una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. Las formas de onda de salida del voltaje de un inversor ideal debera ser sinusoidal.

Los inversores ms modernos han comenzado a utilizar formas ms avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triac's o los IGBT's.Inversores ms eficientes utilizan varios artificios electrnicos para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del transformador, en vez de depender de ste para suavizar la onda.

Se pueden clasificar en general de dos tipos: 1) inversores monofasicos y 2) inversores trifasicos.

Condensadores e inductores pueden ser utilizados para suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador.Adems, es posible producir una llamada "onda senoidal modificada", la cual es generada a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Una circuitera lgica se encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente. Inversores de onda senoidal modificada pueden causar que ciertas cargas, como motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente.

Inversores ms avanzados utilizan la modulacin por ancho de pulsos con una frecuencia portadora mucho ms alta para aproximarse ms a la onda seno o modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsin armnica de salida. Tambin se puede predistorsionar la onda para mejorar el factor de potencia.

Los inversores de alta potencia, en lugar de transistores utilizan un dispositivo de conmutacin llamado IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor Transistor Bipolar de Puerta Aislada).

Inversor de fase

Esquema

Fig. 4.1: Inversor de face

Descripcin del circuito

Se trata de un montaje de un transistor bipolar BJT, tipo NPN (MC 140) en emisor comn.El transistor est polarizado mediante un divisor de tensin compuesto por R1, R2, Rc y Re. R1 y R2 se encargan de que los 12V que se le aplican como alimentacin, queden reducidos a un valor adecuado para polarizar la base. Rc y Re son unas resistencias que limitan la intensidad que circula por el colector y por el emisor.C1 es un condensador de acoplamiento y C2 y C3 son condensadores de desacoplamiento, cuya misin es aislar la componente continua de la seal que se le aplica, de una etapa con respecto a la siguiente.Ve es por donde se le aplica la seal de entrada y Vs1 y Vs2 son los terminales de salida.

Funcionamiento

Este circuito corresponde a un inversor trifsico de 2 niveles con modulacin PWM, que lo componen una seal moduladora senoidal, encargada de dar la referencia de la tensin de salida del inversor en forma y frecuencia y una seal portadora con forma triangular encargada de generar la frecuencia de los pulsos de disparo en los switch, los pulsos de disparo los conseguiremos por medio de la comparacin de la seal portadora y la seal moduladora, a esta comparacin se le denomina control PWM.

Proceso operativo

- El circuito lo mont en una placa de insercin teniendo en cuenta las normas de diseo.- Apliqu a la entrada los 12V de tensin de alimentacin en los terminales Vcc mediante una fuente de alimentacin.- Mediante un generador de baja frecuencia, apliqu a la entrada (Ve) una seal de 1KHz y 100mVpp.- Med las tensiones en los terminales del transistor.- Visualic con un osciloscopio las seales en la entada y en las salidas.

RESULTADOS

-Medidas de tensin el los terminales del transistor:

Fig. 4.2: Tabla de datos para el inversor de fase

-Grficas obtenidas con el osciloscopio:

Fig. 4.3: Ondas del inversor de face

Inversor Trifsico

Diagrama esquemtico del circuito INVERSOR TRIFSICO

Fig. 4.4: inversor trifasico

Funcionamiento

Este circuito corresponde a un inversor trifsico de 2 niveles con modulacin PWM, que lo componen una seal moduladora senoidal, encargada de dar la referencia de la tensin de salida del inversor en forma y frecuencia y una seal portadora con forma triangular encargada de generar la frecuencia de los pulsos de disparo en los switch, los pulsos de disparo los conseguiremos por medio de la comparacin de la seal portadora y la seal moduladora, a esta comparacin se le denomina control PWM. Se utiliza este mtodo ya que posee la caracterstica de obtener una tensin en la carga similar en forma y frecuencia a la seal moduladora, cabe sealar que la amplitud de la seal moduladora no debe sobrepasar la seal portadora ya que de lo contrario se perdera el control de la tensin en la carga y se saturara esta tensin.

RELE DETECTOR DE ORDEN Y FALTA DE FASES

Descripcion

Entradas3 lneas de 220 Vca 50/60 Hz

SealizacionLed rojo encendido: funcionamiento normal

SalidasRel inversor con los contactos: NA, C, NCCapacidad de los contactos:5 A a 220 Vca

AlimentacionAutoalimentado desde las entradas A1 y A3Consumo menor que 3A

Fig. 4.5: Rele detector de orden y falta de fases

Funcionamiento

Supervisa el estado de una lnea trifsica, detectando las siguientescondiciones de riesgo:

sentido de giro invertido falta de una fase baja tensin (aprox. 160 Vca)

Operacin

El rel cierra si estn presentes las tres fases, para sentido de giro directo y en tanto que la tensin supere 160 Vca aprox.El LED encendido indica que se cumplen las condiciones expresadas y que la salida est activa.En cualquier otro caso el rel estar abierto y el LED de sealizacin apagado.

Aplicaciones tipicas

Proteccin de equipos ante inversin de fases, falta de una fase o baja tensin. En el caso de tableros de control de ascensores se incluir el contacto normal abierto de este rel en la serie de seguridad del sistema.

Opcionales

110 Vca 50/60HzPara 380 Vca 50/60 Hz: usar el adaptador ARF3.

Fig. 4.6: Circuito del rele detector

CONCLUSIONES

Sin medida de proteccin eficaz contra sobretensiones hay que calcular altos costos para reparacin o nueva adquisicin de los dispositivos afectados.

Las descargas elctricas a travs del cuerpo humano son origen de graves accidentes que con frecuencia ocasionan la muerte de quienes las sufren. Las sobretensiones destruyen a menudo instalaciones y aparatos elctricos y electrnicos. Los daos no solo se limitan a las instalaciones industriales y profesionales sino que tambin se extienden hasta los aparatos de uso diario en el hogar.

El grado de peligro para la vctima est en funcin de la magnitud de la corriente, las partes del cuerpo por las que pasa la corriente y la duracin del flujo de la misma cualquier persona que entre en contacto con metal en tensin corre el riesgo de sufrir una descarga elctricaCuando se produce una sobretensin por encima del umbral de tensin admisible de la instalacin que se va a proteger, el dispositivo de proteccin conduce de forma violenta la corriente de sobretensin a la tierra limitando la tensin al nivel de proteccin Up deseadoLa finalidad de los dispositivos de proteccin principales es proteger las instalaciones contra las cadas directas de rayos. Atrapan la corriente del rayo y la dirigen a la tierra. El principio se basa en un rea de proteccin determinado por una estructura que es ms alta que el resto.

BIBLIOGRAFIA

Schneider Electric gua de diseo de instalaciones elctricas

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