Resumen de los dispositivos de protección contra rayos y sobretensiones

Seguridad planificada

Concepto de zona de protección contra rayos

El edificio se divide en diferentes zonas en peligro de extinción. Estas zonas ayudan a definir las medidas de protección necesarias, en particular los dispositivos y componentes de protección contra rayos y sobretensiones. Parte de un concepto de zona de protección contra rayos compatible con EMC (EMC: compatibilidad electromagnética) es el sistema externo de protección contra rayos (incluido el sistema de captación, el sistema de conductor de bajada, el sistema de conexión a tierra), la conexión equipotencial, el blindaje espacial y la protección contra sobretensiones para el sistemas de suministro de energía y tecnología de la información. Las definiciones se aplican según se clasifican en la Tabla 1. De acuerdo con los requisitos y las cargas colocadas en los dispositivos de protección contra sobretensiones, se clasifican como descargadores de corriente de rayo, descargadores de sobretensión y descargadores combinados. Los requisitos más altos se imponen a la capacidad de descarga de los descargadores de corrientes de rayo y los descargadores combinados utilizados en la transición desde la zona de protección contra rayos 0_A a 1 o 0_A a 2. Estos descargadores deben ser capaces de conducir corrientes de rayo parciales de forma de onda de 10/350 μs varias veces sin ser destruidos para evitar la entrada de corrientes de rayo parciales destructivas en la instalación eléctrica de un edificio. En el punto de transición de LPZ 0_B a 1 o aguas abajo del descargador de corrientes de rayo en el punto de transición de LPZ 1 a 2 y superior, los descargadores de sobretensión se utilizan para proteger contra sobretensiones. Su tarea consiste tanto en reducir aún más la energía residual de las etapas de protección aguas arriba como en limitar las sobretensiones inducidas o generadas en la propia instalación.

Las medidas de protección contra rayos y sobretensiones en los límites de las zonas de protección contra rayos descritas anteriormente se aplican igualmente a los sistemas de tecnología de la información y de suministro de energía. Todas las medidas descritas en el concepto de zona de protección contra rayos compatible con EMC ayudan a lograr la disponibilidad continua de dispositivos e instalaciones eléctricos y electrónicos. Para obtener información técnica más detallada, visite www.lsp-international.com.

IEC 62305-4: 2010

Zonas exteriores:

LPZ 0: Zona donde la amenaza se debe al campo electromagnético del rayo no atenuado y donde los sistemas internos pueden estar sujetos a sobrecorrientes de rayo total o parcial.

LPZ 0 se subdivide en:

ZPL 0_A: Zona donde la amenaza se debe al rayo directo y al campo electromagnético completo del rayo. Los sistemas internos pueden estar sujetos a una sobretensión total del rayo.

ZPL 0_B: Zona protegida contra relámpagos directos pero donde la amenaza es el campo electromagnético completo del relámpago. Los sistemas internos pueden estar sujetos a sobrecorrientes parciales de rayo.

Zonas interiores (protegidas contra relámpagos directos):

LPZ 1: Zona donde la sobrecorriente está limitada por interfaces de aislamiento y compartición de corriente y / o por SPD en el límite. El blindaje espacial puede atenuar el campo electromagnético de los rayos.

LPZ 2… n: Zona donde la sobrecorriente puede verse limitada aún más por las interfaces de aislamiento y compartición de corriente y / o por SPD adicionales en el límite. Puede usarse un blindaje espacial adicional para atenuar aún más el campo electromagnético del rayo.

Términos y Definiciones

Capacidad de ruptura, siga la capacidad de extinción actual I_fi

La capacidad de corte es el valor rms no influido (prospectivo) de la corriente de seguimiento de la red que puede ser extinguido automáticamente por el dispositivo de protección contra sobretensiones al conectar U_C. Puede demostrarse en una prueba de servicio de funcionamiento según EN 61643-11: 2012.

Categorías según IEC 61643-21: 2009

En IEC 61643-21: 2009 se describen varios voltajes de impulso y corrientes de impulso para probar la capacidad de transporte de corriente y la limitación de voltaje de la interferencia de impulso. La Tabla 3 de esta norma los enumera en categorías y proporciona valores preferidos. En la Tabla 2 de la norma IEC 61643-22 las fuentes de transitorios se asignan a las diferentes categorías de impulsos según el mecanismo de desacoplamiento. La categoría C2 incluye el acoplamiento inductivo (sobretensiones), el acoplamiento galvánico de la categoría D1 (corrientes de rayo). La categoría relevante se especifica en los datos técnicos. Los dispositivos de protección contra sobretensiones LSP superan los valores en las categorías especificadas. Por lo tanto, el valor exacto de la capacidad de transporte de corriente de impulso se indica mediante la corriente de descarga nominal (8/20 μs) y la corriente de impulso de rayo (10/350 μs).

Ola combinada

Una onda combinada es generada por un generador híbrido (1.2 / 50 μs, 8/20 μs) con una impedancia ficticia de 2 Ω. El voltaje de circuito abierto de este generador se denomina U_OC. U_OC es un indicador preferido para descargadores de tipo 3 ya que solo estos descargadores pueden probarse con una onda combinada (según EN 61643-11).

Frecuencia de corte f_G

La frecuencia de corte define el comportamiento dependiente de la frecuencia de un descargador. La frecuencia de corte es equivalente a la frecuencia que induce una pérdida de inserción (un_E) de 3 dB en determinadas condiciones de prueba (véase EN 61643-21: 2010). A menos que se indique lo contrario, este valor se refiere a un sistema de 50 Ω.

Grado de protección

El grado de protección IP corresponde a las categorías de protección.

descrito en IEC 60529.

Tiempo de desconexión t_a

El tiempo de desconexión es el tiempo que transcurre hasta la desconexión automática de la fuente de alimentación en caso de fallo del circuito o equipo a proteger. El tiempo de desconexión es un valor específico de la aplicación resultante de la intensidad de la corriente de falla y las características del dispositivo de protección.

Coordinación energética de los DPS

La coordinación energética es la interacción selectiva y coordinada de elementos de protección en cascada (= SPD) de un concepto general de protección contra rayos y sobretensiones. Esto significa que la carga total de la corriente de impulso del rayo se divide entre los SPD según su capacidad de transporte de energía. Si la coordinación energética no es posible, los SPD descendentes no son lo suficientemente

aliviado por los SPD ascendentes, ya que los SPD ascendentes funcionan demasiado tarde, de manera insuficiente o no funcionan en absoluto. En consecuencia, los SPD descendentes, así como los equipos terminales que deben protegerse, pueden destruirse. DIN CLC / TS 61643-12: 2010 describe cómo verificar la coordinación energética. Los SPD de tipo 1 basados ​​en chispas ofrecen ventajas considerables debido a su conmutación de voltaje

característica (ver WeTA BTALADRO FUNCIÓN).

Rango de frecuencia

El rango de frecuencia representa el rango de transmisión o la frecuencia de corte de un descargador en función de las características de atenuación descritas.

Pérdida de inserción

Con una frecuencia dada, la pérdida de inserción de un dispositivo de protección contra sobretensiones se define por la relación del valor de voltaje en el lugar de instalación antes y después de instalar el dispositivo de protección contra sobretensiones. A menos que se indique lo contrario, el valor se refiere a un sistema de 50 Ω.

Fusible de respaldo integrado

De acuerdo con el estándar de producto para SPD, se deben usar dispositivos de protección contra sobrecorriente / fusibles de respaldo. Sin embargo, esto requiere espacio adicional en el cuadro de distribución, longitudes de cable adicionales, que deben ser lo más cortas posible según IEC 60364-5-53, tiempo (y costos) de instalación adicionales y dimensionamiento del fusible. Un fusible integrado en el descargador, ideal para las corrientes de impulso involucradas, elimina todas estas desventajas. La ganancia de espacio, el menor esfuerzo de cableado, la supervisión de fusibles integrada y el mayor efecto protector debido a cables de conexión más cortos son claras ventajas de este concepto.

Corriente de impulso de rayo I_diablillo

La corriente de impulso de rayo es una curva de corriente de impulso estandarizada con una forma de onda de 10/350 μs. Sus parámetros (valor pico, carga, energía específica) simulan la carga provocada por las corrientes naturales del rayo. Los descargadores de corrientes de rayo y combinados deben ser capaces de descargar estas corrientes de impulso de rayo varias veces sin ser destruidos.

Protección contra sobrecorriente del lado de la red / fusible de respaldo del descargador

Dispositivo de protección contra sobrecorriente (por ejemplo, fusible o disyuntor) ubicado fuera del descargador en el lado de entrada para interrumpir la corriente de seguimiento de frecuencia industrial tan pronto como se exceda la capacidad de corte del dispositivo de protección contra sobretensiones. No se requiere ningún fusible de respaldo adicional ya que el fusible de respaldo ya está integrado en el SPD.

Voltaje de funcionamiento continuo máximo U_C

La tensión de funcionamiento continua máxima (tensión de funcionamiento máxima permitida) es el valor eficaz de la tensión máxima que puede conectarse a los terminales correspondientes del dispositivo de protección contra sobretensiones durante el funcionamiento. Este es el voltaje máximo en el descargador en

el estado no conductor definido, que revierte el descargador a este estado después de que se ha disparado y descargado. El valor de U_C depende de la tensión nominal del sistema a proteger y de las especificaciones del instalador (IEC 60364-5-534).

Voltaje de funcionamiento continuo máximo U_Públicos para un sistema fotovoltaico (PV)

Valor de la tensión CC máxima que se puede aplicar permanentemente a los terminales del DPS. Para asegurarse de que U_Públicos es superior a la tensión máxima en circuito abierto del sistema fotovoltaico en caso de todas las influencias externas (p. ej., temperatura ambiente, intensidad de la radiación solar), U_Públicos debe ser superior a esta tensión máxima en circuito abierto en un factor de 1.2 (según CLC / TS 50539-12). Este factor de 1.2 asegura que los DPS no estén dimensionados incorrectamente.

Corriente máxima de descarga I_max

La corriente de descarga máxima es el valor pico máximo de la corriente de impulso de 8/20 μs que el dispositivo puede descargar de forma segura.

Capacidad de transmisión máxima

La capacidad de transmisión máxima define la potencia máxima de alta frecuencia que se puede transmitir a través de un dispositivo de protección contra sobretensiones coaxial sin interferir con el componente de protección.

Corriente nominal de descarga I_n

La corriente de descarga nominal es el valor pico de una corriente de impulso de 8/20 μs para la que el dispositivo de protección contra sobretensiones está clasificado en un programa de prueba determinado y que el dispositivo de protección contra sobretensiones puede descargar varias veces.

Corriente de carga nominal (corriente nominal) I_L

La corriente de carga nominal es la corriente de operación máxima permitida que puede fluir permanentemente a través de los terminales correspondientes.

Tensión nominal U_N

La tensión nominal representa la tensión nominal del sistema a proteger. El valor de la tensión nominal a menudo sirve como designación de tipo para dispositivos de protección contra sobretensiones para sistemas de tecnología de la información. Se indica como un valor rms para sistemas de CA.

Descargador de N-PE

Dispositivos de protección contra sobretensiones diseñados exclusivamente para su instalación entre el conductor N y PE.

Rango de temperatura de funcionamiento T_U

El rango de temperatura de funcionamiento indica el rango en el que se pueden utilizar los dispositivos. Para dispositivos que no se calientan espontáneamente, es igual al rango de temperatura ambiente. El aumento de temperatura para los dispositivos de autocalentamiento no debe exceder el valor máximo indicado.

Circuito de proteccion

Los circuitos de protección son dispositivos de protección en cascada de varias etapas. Las etapas de protección individuales pueden consistir en descargadores de chispas, varistores, elementos semiconductores y tubos de descarga de gas (ver Coordinación de energía).

Corriente del conductor de protección I_PE

La corriente del conductor de protección es la corriente que fluye a través de la conexión PE cuando el dispositivo de protección contra sobretensiones está conectado a la tensión de funcionamiento continua máxima U_C, según las instrucciones de instalación y sin consumidores del lado de la carga.

Contacto de señalización remota

Un contacto de señalización remota permite una monitorización e indicación remotas sencillas del estado operativo del dispositivo. Cuenta con un terminal de tres polos en forma de contacto inversor flotante. Este contacto se puede utilizar como contacto de ruptura y / o cierre y, por lo tanto, se puede integrar fácilmente en el sistema de control del edificio, controlador del armario de distribución, etc.

Tiempo de respuesta t_A

Los tiempos de respuesta caracterizan principalmente el comportamiento de respuesta de los elementos de protección individuales utilizados en los descargadores. Dependiendo de la tasa de aumento du / dt de la tensión de impulso o di / dt de la corriente de impulso, los tiempos de respuesta pueden variar dentro de ciertos límites.

Pérdidas de retorno

En aplicaciones de alta frecuencia, la pérdida de retorno se refiere a cuántas partes de la onda "principal" se reflejan en el dispositivo de protección (punto de sobretensión). Ésta es una medida directa de qué tan bien se adapta un dispositivo de protección a la impedancia característica del sistema.

Resistencia en serie

Resistencia en la dirección del flujo de la señal entre la entrada y la salida de un descargador.

Atenuación del escudo

Relación de la potencia alimentada a un cable coaxial con la potencia irradiada por el cable a través del conductor de fase.

Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD)

Los dispositivos de protección contra sobretensiones consisten principalmente en resistencias dependientes de la tensión (varistores, diodos supresores) y / o descargadores de chispas (trayectos de descarga). Los dispositivos de protección contra sobretensiones se utilizan para proteger otros equipos e instalaciones eléctricas contra sobretensiones inadmisiblemente altas y / o para establecer una conexión equipotencial. Los dispositivos de protección contra sobretensiones se clasifican en:

1. a) según su uso en:

• Dispositivos de protección contra sobretensiones para instalaciones y dispositivos de suministro de energía

para rangos de tensión nominal hasta 1000 V

- según EN 61643-11: 2012 en SPD de tipo 1/2/3

- según IEC 61643-11: 2011 en DPS de clase I / II / III

El cambio de Red / Line. La familia de productos según la nueva norma EN 61643-11: 2012 e IEC 61643-11: 2011 se completará en el transcurso del año 2014.

• Dispositivos de protección contra sobretensiones para instalaciones y dispositivos de tecnología de la información

para proteger equipos electrónicos modernos en redes de telecomunicaciones y señalización con voltajes nominales hasta 1000 V ca (valor efectivo) y 1500 V cc contra los efectos indirectos y directos de rayos y otros transitorios.

- según IEC 61643-21: 2009 y EN 61643-21: 2010.

• Aislamiento de vías de chispas para sistemas de puesta a tierra o conexión equipotencial
• Dispositivos de protección contra sobretensiones para su uso en sistemas fotovoltaicos

para rangos de tensión nominal hasta 1500 V

- según EN 50539-11: 2013 en SPD de tipo 1/2

1. b) según su capacidad de descarga de corriente de impulso y su efecto protector en:

• Descargadores de corrientes de rayo / descargadores de corrientes de rayo coordinados

para proteger instalaciones y equipos contra interferencias resultantes de rayos directos o cercanos (instalados en los límites entre LPZ 0_A y 1).

• Pararrayos

para proteger instalaciones, equipos y dispositivos terminales contra rayos remotos, sobretensiones de conmutación y descargas electrostáticas (instaladas en los límites aguas abajo de LPZ 0_B).

• Descargadores combinados

para proteger instalaciones, equipos y dispositivos terminales contra las interferencias resultantes de la caída de rayos directos o cercanos (instalados en los límites entre LPZ 0_A y 1 así como 0_A y 2).

Datos técnicos de los dispositivos de protección contra sobretensiones

Los datos técnicos de los dispositivos de protección contra sobretensiones incluyen información sobre sus condiciones de uso según su:

• Aplicación (por ejemplo, instalación, condiciones de la red, temperatura)
• Rendimiento en caso de interferencia (por ejemplo, capacidad de descarga de corriente de impulso, capacidad de extinción de corriente de seguimiento, nivel de protección de voltaje, tiempo de respuesta)
• Rendimiento durante el funcionamiento (por ejemplo, corriente nominal, atenuación, resistencia de aislamiento)
• Rendimiento en caso de falla (por ejemplo, fusible de respaldo, seccionador, a prueba de fallas, opción de señalización remota)

Capacidad de resistencia a cortocircuitos

La capacidad de resistencia a cortocircuitos es el valor de la posible corriente de cortocircuito a frecuencia industrial manejada por el dispositivo de protección contra sobretensiones cuando el fusible de respaldo máximo relevante está conectado aguas arriba.

Clasificación de cortocircuito I_SCPV de un SPD en un sistema fotovoltaico (PV)

Corriente máxima de cortocircuito no influida que el SPD, solo o junto con sus dispositivos de desconexión, es capaz de soportar.

Sobretensión temporal (TOV)

Puede haber una sobretensión temporal en el dispositivo de protección contra sobretensiones durante un corto período de tiempo debido a una falla en el sistema de alta tensión. Esto debe distinguirse claramente de un transitorio causado por un rayo o una operación de conmutación, que no duran más de aproximadamente 1 ms. La amplitud U_T y la duración de esta sobretensión temporal se especifican en EN 61643-11 (200 ms, 5 so 120 min.) y se prueban individualmente para los SPD relevantes de acuerdo con la configuración del sistema (TN, TT, etc.). El SPD puede a) fallar de manera confiable (seguridad TOV) ob) ser resistente a TOV (resistencia TOV), lo que significa que está completamente operativo durante y después

sobretensiones temporales.

Seccionador termico

Los dispositivos de protección contra sobretensiones para uso en sistemas de suministro de energía equipados con resistencias controladas por voltaje (varistores) en su mayoría cuentan con un seccionador térmico integrado que desconecta el dispositivo de protección contra sobretensiones de la red en caso de sobrecarga e indica este estado de funcionamiento. El seccionador responde al "calor de corriente" generado por un varistor sobrecargado y desconecta el dispositivo de protección contra sobretensiones de la red si se supera una determinada temperatura. El seccionador está diseñado para desconectar el dispositivo de protección contra sobrecargas a tiempo para evitar un incendio. No está destinado a garantizar la protección contra el contacto indirecto. La función de

Estos seccionadores térmicos se pueden probar mediante una sobrecarga / envejecimiento simulado de los descargadores.

Corriente de descarga total I_total

Corriente que fluye a través de la conexión PE, PEN o tierra de un DPS multipolar durante la prueba de corriente de descarga total. Esta prueba se utiliza para determinar la carga total si la corriente fluye simultáneamente a través de varias rutas de protección de un SPD multipolar. Este parámetro es decisivo para la capacidad de descarga total que es manejada de manera confiable por la suma de los

caminos de un SPD.

Nivel de protección de voltaje U_p

El nivel de protección de voltaje de un dispositivo de protección contra sobretensiones es el valor instantáneo máximo de la tensión en los terminales de un dispositivo de protección contra sobretensiones, determinado a partir de las pruebas individuales estandarizadas:

- Tensión de descarga de impulso tipo rayo 1.2 / 50 μs (100%)

- Voltaje de chispa con una tasa de aumento de 1kV / μs

- Tensión límite medida a una corriente de descarga nominal I_n

El nivel de protección de voltaje caracteriza la capacidad de un dispositivo de protección contra sobretensiones para limitar las sobretensiones a un nivel residual. El nivel de protección de tensión define la ubicación de la instalación con respecto a la categoría de sobretensión según IEC 60664-1 en sistemas de alimentación. Para que los dispositivos de protección contra sobretensiones se utilicen en sistemas de tecnología de la información, el nivel de protección de voltaje debe adaptarse al nivel de inmunidad del equipo a proteger (IEC 61000-4-5: 2001).

Planificación de protección interna contra rayos y protección contra sobretensiones

Requisitos para componentes externos de protección contra rayos

Los componentes utilizados para instalar el sistema externo de protección contra rayos deben cumplir con ciertos requisitos mecánicos y eléctricos, que se especifican en la serie estándar EN 62561-x. Los componentes de protección contra rayos se clasifican según su función, por ejemplo, componentes de conexión (EN 62561-1), conductores y electrodos de tierra (EN 62561-2).

Prueba de componentes convencionales de protección contra rayos

Los componentes metálicos de protección contra rayos (abrazaderas, conductores, varillas de toma de aire, electrodos de tierra) expuestos a la intemperie deben someterse a un envejecimiento / acondicionamiento artificial antes de la prueba para verificar su idoneidad para la aplicación prevista. De acuerdo con EN 60068-2-52 y EN ISO 6988, los componentes metálicos se someten a envejecimiento artificial y se prueban en dos pasos.

Envejecimiento natural y exposición a la corrosión de los componentes de protección contra rayos.

Paso 1: tratamiento de niebla salina

Esta prueba está destinada a componentes o dispositivos diseñados para resistir la exposición a una atmósfera salina. El equipo de prueba consta de una cámara de niebla salina donde las muestras se prueban con el nivel de prueba 2 durante más de tres días. El nivel de prueba 2 incluye tres fases de pulverización de 2 h cada una, utilizando una solución de cloruro de sodio (NaCl) al 5% a una temperatura entre 15 ° C y 35 ° C seguida de un almacenamiento de humedad a una humedad relativa del 93% y una temperatura de 40 ° C. ± 2 ° C durante 20 a 22 horas de acuerdo con EN 60068-2-52.

Paso 2: tratamiento en atmósfera húmeda sulfurosa

Esta prueba es para evaluar la resistencia de materiales u objetos a la humedad condensada que contienen dióxido de azufre de acuerdo con EN ISO 6988.

El equipo de prueba (Figura 2) consta de una cámara de prueba donde las muestras

se tratan con una concentración de dióxido de azufre en una fracción de volumen de 667 x 10-6 (± 24 x 10-6) en siete ciclos de prueba. Cada ciclo que tiene una duración de 24 h se compone de un período de calentamiento de 8 ha una temperatura de 40 ± 3 ° C en una atmósfera húmeda y saturada, seguido de un período de descanso de 16 h. Después de eso, se reemplaza la atmósfera húmeda sulfurosa.

Tanto los componentes para uso en exteriores como los componentes enterrados en el suelo están sujetos a envejecimiento / acondicionamiento. Para los componentes enterrados en el suelo, se deben considerar requisitos y medidas adicionales. No se deben enterrar en el suelo abrazaderas o conductores de aluminio. Si se va a enterrar acero inoxidable en el suelo, solo se puede utilizar acero inoxidable de alta aleación, por ejemplo, StSt (V4A). De acuerdo con la norma alemana DIN VDE 0151, StSt (V2A) no está permitido. Los componentes para uso en interiores, como las barras de conexión equipotencial, no tienen que someterse a envejecimiento / acondicionamiento. Lo mismo se aplica a los componentes que están integrados

en concreto. Por tanto, estos componentes suelen estar hechos de acero no galvanizado (negro).

Sistemas captadores / varillas captadores

Las varillas de captación se utilizan normalmente como sistemas de captación. Están disponibles en muchos diseños diferentes, por ejemplo con una longitud de 1 m para la instalación con base de hormigón en techos planos, hasta los mástiles de protección contra rayos telescópicos con una longitud de 25 m para plantas de biogás. EN 62561-2 especifica las secciones transversales mínimas y los materiales permitidos con las propiedades eléctricas y mecánicas correspondientes para las varillas captadoras. En el caso de varillas captadoras de mayor altura, la resistencia a la flexión de la varilla captadora y la estabilidad de los sistemas completos (varilla captadora en un trípode) deben verificarse mediante un cálculo estático. Las secciones transversales y los materiales requeridos deben seleccionarse en función

en este cálculo. Las velocidades del viento de la zona de carga de viento relevante también deben tenerse en cuenta para este cálculo.

Prueba de componentes de conexión

Los componentes de conexión, o a menudo simplemente llamados abrazaderas, se utilizan como componentes de protección contra rayos para conectar conductores (conductor de bajada, conductor de toma de aire, toma de tierra) entre sí o con una instalación.

Dependiendo del tipo de abrazadera y del material de la abrazadera, son posibles muchas combinaciones de abrazaderas diferentes. El recorrido de los conductores y las posibles combinaciones de materiales son decisivos a este respecto. El tipo de enrutamiento del conductor describe cómo una abrazadera conecta los conductores en una disposición cruzada o paralela.

En el caso de una carga de corriente de rayo, las pinzas están sujetas a fuerzas electrodinámicas y térmicas que dependen en gran medida del tipo de enrutamiento del conductor y la conexión de la pinza. La Tabla 1 muestra los materiales que pueden combinarse sin causar corrosión por contacto. La combinación de diferentes materiales entre sí y sus diferentes resistencias mecánicas y propiedades térmicas tienen diferentes efectos sobre los componentes de conexión cuando la corriente del rayo fluye a través de ellos. Esto es particularmente evidente para los componentes de conexión de acero inoxidable (StSt) donde se producen altas temperaturas debido a la baja conductividad tan pronto como las corrientes del rayo fluyen a través de ellos. Por lo tanto, se debe realizar una prueba de corriente de rayo de conformidad con EN 62561-1 para todas las pinzas. Para probar el peor de los casos, no solo deben probarse las diferentes combinaciones de conductores, sino también las combinaciones de materiales especificadas por el fabricante.

Pruebas basadas en el ejemplo de una pinza de media tensión

Al principio, se debe determinar el número de combinaciones de prueba. La abrazadera de MT utilizada está hecha de acero inoxidable (StSt) y, por lo tanto, se puede combinar con conductores de acero, aluminio, StSt y cobre como se indica en la Tabla 1. Además, se puede conectar en una disposición cruzada y paralela que también debe probarse. Esto significa que hay ocho combinaciones de prueba posibles para la pinza de media tensión utilizada (Figuras 3 y 4).

De acuerdo con EN 62561, cada una de estas combinaciones de prueba debe probarse en tres muestras / configuraciones de prueba adecuadas. Esto significa que deben probarse 24 muestras de esta única pinza de media tensión para cubrir la gama completa. Cada muestra se monta con la adecuada

par de apriete de acuerdo con los requisitos normativos y se somete a envejecimiento artificial mediante tratamiento de niebla salina y atmósfera húmeda sulfurosa como se describe anteriormente. Para la prueba eléctrica posterior, las probetas deben fijarse en una placa aislante (Figura 5).

Se aplican a cada muestra tres impulsos de corriente de rayo de forma de onda de 10/350 μs con 50 kA (servicio normal) y 100 kA (servicio pesado). Después de cargarse con la corriente del rayo, las muestras no deben mostrar signos de daño.

Además de las pruebas eléctricas en las que la muestra se somete a fuerzas electrodinámicas en caso de carga de corriente de rayo, se integró una carga estática-mecánica en la norma EN 62561-1. Esta prueba estática-mecánica es especialmente necesaria para conectores paralelos, conectores longitudinales, etc. y se realiza con diferentes materiales conductores y rangos de sujeción. Los componentes de conexión hechos de acero inoxidable se prueban en las peores condiciones de caso con un solo conductor de acero inoxidable (superficie extremadamente lisa). Los componentes de conexión, por ejemplo, la abrazadera de MT que se muestra en la Figura 6, se preparan con un par de apriete definido y luego se cargan con una fuerza de tracción mecánica de 900 N (± 20 N) durante un minuto. Durante este período de prueba, los conductores no deben moverse más de un milímetro y los componentes de conexión no deben mostrar signos de daño. Esta prueba estática-mecánica adicional es otro criterio de prueba para los componentes de conexión y también debe documentarse en el informe de prueba del fabricante además de los valores eléctricos.

La resistencia de contacto (medida por encima de la pinza) para una pinza de acero inoxidable no debe superar los 2.5 mΩ o 1 mΩ en el caso de otros materiales. Debe garantizarse el par de aflojamiento necesario.

En consecuencia, los instaladores de sistemas de protección contra rayos deben seleccionar los componentes de conexión para el servicio (H o N) que se espera en el sitio. Una pinza para servicio H (100 kA), por ejemplo, debe usarse para una varilla de captación (corriente de rayo completa) y una abrazadera para servicio N (50 kA) debe usarse en una malla o en una entrada a tierra. (corriente del rayo ya distribuida).

Directores

EN 62561-2 también impone requisitos especiales a los conductores, como los terminales de captación y los conductores de bajada o los electrodos de tierra, por ejemplo, electrodos de tierra de anillo, por ejemplo:

• Propiedades mecánicas (resistencia mínima a la tracción, alargamiento mínimo)
• Propiedades eléctricas (resistividad máxima)
• Propiedades de resistencia a la corrosión (envejecimiento artificial como se describe arriba).

Las propiedades mecánicas deben ser probadas y observadas. La figura 8 muestra la configuración de prueba para probar la resistencia a la tracción de conductores circulares (por ejemplo, aluminio). La calidad del revestimiento (liso, continuo), así como el espesor mínimo y la adherencia al material base son importantes y deben probarse especialmente si se utilizan materiales revestidos como el acero galvanizado (St / tZn).

Esto se describe en la norma en forma de prueba de flexión. Para ello, una muestra se dobla en un radio igual a 5 veces su diámetro en un ángulo de 90 °. Al hacerlo, es posible que la muestra no muestre bordes afilados, roturas o exfoliación. Además, los materiales conductores deben ser fáciles de procesar al instalar sistemas de protección contra rayos. Se supone que los alambres o tiras (bobinas) se enderezan fácilmente por medio de un enderezador de alambre (poleas guía) o por medio de torsión. Además, debería ser fácil instalar / doblar los materiales en las estructuras o en el suelo. Estos requisitos estándar son características relevantes del producto que deben documentarse en las correspondientes hojas de datos del producto de los fabricantes.

Electrodos de tierra / varillas de tierra

Las varillas de tierra LSP separables están hechas de acero especial y están completamente galvanizadas en caliente o están hechas de acero inoxidable de alta aleación. Una junta de acoplamiento que permite la conexión de las varillas sin agrandar el diámetro es una característica especial de estas varillas de tierra. Cada varilla proporciona un orificio y un extremo de pasador.

EN 62561-2 especifica los requisitos para los electrodos de tierra, como el material, la geometría, las dimensiones mínimas, así como las propiedades mecánicas y eléctricas. Las juntas de acoplamiento que unen las varillas individuales son puntos débiles. Por esta razón, EN 62561-2 requiere que se realicen pruebas mecánicas y eléctricas adicionales para probar la calidad de estas juntas de acoplamiento.

Para esta prueba, la varilla se coloca en una guía con una placa de acero como área de impacto. La muestra consta de dos varillas unidas de 500 mm de longitud cada una. Se ensayarán tres muestras de cada tipo de electrodo de tierra. El extremo superior de la muestra se impacta por medio de un martillo vibrador con un inserto de martillo adecuado durante dos minutos. La velocidad de golpe del martillo debe ser 2000 ± 1000 min-1 y la energía de impacto de un solo golpe debe ser 50 ± 10 [Nm].

Si los acoplamientos han superado esta prueba sin defectos visibles, se someten a envejecimiento artificial mediante tratamiento de niebla salina y atmósfera húmeda sulfurosa. Luego, los acoplamientos se cargan con tres impulsos de corriente de rayo de forma de onda de 10/350 μs de 50 kA y 100 kA cada uno. La resistencia de contacto (medida por encima del acoplamiento) de las varillas de tierra de acero inoxidable no debe exceder los 2.5 mΩ. Para comprobar si la junta de acoplamiento sigue firmemente conectada después de someterse a esta carga de corriente del rayo, la fuerza de acoplamiento se prueba mediante una máquina de prueba de tracción.

La instalación de un sistema de protección contra rayos funcional requiere que se utilicen componentes y dispositivos probados según el último estándar. Los instaladores de sistemas de protección contra rayos deben seleccionar e instalar correctamente los componentes de acuerdo con los requisitos en el lugar de instalación. Además de los requisitos mecánicos, se deben considerar y cumplir los criterios eléctricos del último estado de protección contra rayos.

Cálculo de la corriente de cortocircuito línea-tierra

Dimensionamiento de los sistemas de puesta a tierra con respecto a la ampacidad

Para ello, se deben examinar diferentes escenarios del peor de los casos. En sistemas de media tensión, una doble falla a tierra sería el caso más crítico. Una primera falla a tierra (por ejemplo, en un transformador) puede causar una segunda falla a tierra en otra fase (por ejemplo, un extremo de sellado de cable defectuoso en un sistema de media tensión). Según la tabla 1 de la norma EN 50522 (Puesta a tierra de instalaciones eléctricas superiores a 1 kV ac), una corriente de defecto a tierra doble I''kEE, que se define a continuación, fluirá por los conductores de puesta a tierra en este caso:

Yo "kEE = 0,85 • Yo" k

(I "k = corriente de cortocircuito simétrica inicial tripolar)

En una instalación de 20 kV con una corriente de cortocircuito simétrica inicial I''k de 16 kA y un tiempo de desconexión de 1 segundo, la corriente de falla a tierra doble sería de 13.6 kA. La ampacidad de los conductores de puesta a tierra y de las barras colectoras de puesta a tierra en el edificio de la estación o en la sala del transformador debe clasificarse de acuerdo con este valor. En este contexto, se puede considerar la división de la corriente en el caso de una disposición en anillo (en la práctica se usa un factor de 0.65). La planificación debe basarse siempre en los datos reales del sistema (configuración del sistema, corriente de cortocircuito línea-tierra, tiempo de desconexión).

La norma EN 50522 especifica la densidad máxima de corriente de cortocircuito G (A / mm2) para diferentes materiales. La sección transversal de un conductor se determina a partir del material y el tiempo de desconexión.

La corriente calculada ahora se divide por la densidad de corriente G del material relevante y el tiempo de desconexión correspondiente y la sección transversal mínima A_min del conductor está determinado.

A_min= Yo ”_{kEE (rama)} / gramo [mm²]

La sección transversal calculada permite seleccionar un conductor. Esta sección transversal siempre se redondea a la siguiente sección transversal nominal más grande. En el caso de un sistema compensado, por ejemplo, el sistema de puesta a tierra en sí (la parte en contacto directo con la tierra) se carga con una corriente considerablemente menor, es decir, solo con la corriente de falla a tierra residual I_E = rx I_RES reducido por el factor r. Esta corriente no supera los 10 A y puede fluir permanentemente sin problemas si se utilizan secciones transversales de material de puesta a tierra comunes.

Secciones transversales mínimas de los electrodos de tierra

Las secciones mínimas en cuanto a resistencia mecánica y corrosión están definidas en la norma alemana DIN VDE 0151 (Material y dimensiones mínimas de los electrodos de tierra con respecto a la corrosión).

Carga de viento en caso de sistemas captadores de aire aislados según Eurocódigo 1

Las condiciones climáticas extremas están aumentando en todo el mundo como resultado del calentamiento global. No se pueden ignorar las consecuencias como la alta velocidad del viento, un mayor número de tormentas y lluvias torrenciales. Por lo tanto, los diseñadores e instaladores se enfrentarán a nuevos desafíos, particularmente en lo que respecta a las cargas de viento. Esto no solo afecta a las estructuras del edificio (estática de la estructura), sino también a los sistemas de captación.

En el campo de la protección contra rayos, hasta ahora se han utilizado las normas DIN 1055-4: 2005-03 y DIN 4131 como base de dimensionamiento. En julio de 2012, estos estándares fueron reemplazados por los Eurocódigos que proporcionan reglas de diseño estructural estandarizadas a nivel europeo (planificación de estructuras).

La norma DIN 1055-4: 2005-03 se integró en el Eurocódigo 1 (EN 1991-1-4: Acciones en estructuras - Parte 1-4: Acciones generales - Acciones de viento) y DIN V 4131: 2008-09 en Eurocódigo 3 ( EN 1993-3-1: Parte 3-1: Torres, mástiles y chimeneas - Torres y mástiles). Por lo tanto, estas dos normas forman la base para dimensionar los sistemas captadores de aire para los sistemas de protección contra rayos, sin embargo, el Eurocódigo 1 es principalmente relevante.

Los siguientes parámetros se utilizan para calcular la carga de viento real que se espera:

• Zona de viento (Alemania está dividida en cuatro zonas de viento con diferentes velocidades de viento base)
• Categoría de terreno (las categorías de terreno definen el entorno de una estructura)
• Altura del objeto sobre el nivel del suelo
• Altura de la ubicación (sobre el nivel del mar, normalmente hasta 800 m sobre el nivel del mar)

Otros factores influyentes como:

• formación de hielo
• Colóquelo en una cresta o en la cima de una colina
• Altura del objeto por encima de 300 m
• Altura del terreno por encima de 800 m (nivel del mar)

deben tenerse en cuenta para el entorno de instalación específico y deben calcularse por separado.

La combinación de los diferentes parámetros da como resultado la velocidad del viento de ráfaga que se utilizará como base para dimensionar los sistemas captadores de aire y otras instalaciones como los conductores de anillo elevado. En nuestro catálogo, la velocidad máxima del viento de ráfaga está especificada para nuestros productos para poder determinar el número requerido de bases de hormigón en función de la velocidad del viento de ráfaga, por ejemplo, en el caso de sistemas captadores aislados. Esto no solo permite determinar la estabilidad estática, sino también reducir el peso necesario y por lo tanto la carga del techo.

Nota importante:

Las "velocidades máximas de ráfagas de viento" especificadas en este catálogo para los componentes individuales se determinaron de acuerdo con los requisitos de cálculo específicos de Alemania del Eurocódigo 1 (DIN EN 1991-1-4 / NA: 2010-12) que se basan en la zona del viento. mapa de Alemania y las particularidades topográficas específicas del país asociadas.

Al utilizar productos de este catálogo en otros países, las particularidades específicas del país y otros métodos de cálculo aplicables localmente, si los hubiera, descritos en el Eurocódigo 1 (EN 1991-1-4) o en otras regulaciones de cálculo aplicables localmente (fuera de Europa) deben ser observado. En consecuencia, las velocidades máximas de ráfagas de viento mencionadas en este catálogo solo se aplican a Alemania y son solo una orientación aproximada para otros países. ¡Las velocidades de las ráfagas de viento deben calcularse nuevamente de acuerdo con los métodos de cálculo específicos del país!

Al instalar varillas de captación de aire en bases de hormigón, debe tenerse en cuenta la información / velocidades de ráfagas de viento en la tabla. Esta información se aplica a los materiales de varilla de toma de aire convencionales (Al, St / tZn, Cu y StSt).

Si las varillas de captación de aire se fijan mediante espaciadores, los cálculos se basan en las siguientes posibilidades de instalación.

Las velocidades máximas de ráfagas de viento permitidas se especifican para los productos relevantes y deben tenerse en cuenta para la selección / instalación. Se puede lograr una mayor resistencia mecánica mediante, por ejemplo, un soporte en ángulo (dos espaciadores dispuestos en triángulo) (bajo pedido).