OVR + Helita. Importancia de las protecciones contra descargas atmosféricas y efectos del rayo en las instalaciones eléctricas.

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1 OVR + Helita FreDdy Rondon, LP Enclosures and DIN rail products, 2013 Importancia de las protecciones contra descargas atmosféricas y efectos del rayo en las instalaciones eléctricas.

2 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 2

3 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 3

4 Lightning Phenomenon Basics : types of lightning discharges Cloud discharges (67-75 %) Intracloud Cloud-tocloud Cloud-to-ground (25-33%) Cloud-to-air Types of lightning discharges from cumulonimbus

5 Lightning Phenomenon Basics - Creation of cumulonimbus in stormy conditions. - Water particles at the bottom of the clouds and ice particles in the upper part of the cloud. - Internal violent winds separates electric charges

6 Lightning Phenomenon Basics -Positive charges in the top of the cloud when negative are located at the bottom. (similar to a capacitor) - Under the influence of the negative charges of the bottom the cloud, the electric field at ground reverses. - It also rise rapidly to reach 10 to 15kV/m which announce an imminent lightning strike.

7 Lightning Phenomenon Basics E=-50KV/m Volts E=-50KV/m E=-10KV/m E=-15KV/m

8 Lightning Phenomenon Basics : high speed cameras Tom Warner s house

9 Lightning Phenomenon Basics : use of high speed cameras

10 Lightning activity around the world

11 Lightning activity in colombia Nivel Ceráunico: 365 DDT 67 - km^2

12 Cumulative frequency Intensity of lightning strokes 100% 80% 60% of strokes are under 20kA 60% 40% 95% of strokes are under 60kA 20% 0.1 % are equal or over 200kA 0% Amplitude of Lightning Strokes (ka) Amplitude of lightning strokes (ka) Frequency of negative and positive lightning strokes in function of their amplitude. information from Météorage. Campaign of measurements on 5.4Millions strokes on the period

13 Lightning Phenomenon Methods of detections Old method : counting by listening and seeing lightning; Each region get a KERAUNIQUE level Nk New method: Visible detection by NASA satellite Ground detection by SAFIR Ground detection by METEORAGE From which lightning density per year and Km² is deduced Ng Ng = Nk / 10

14 Lightning Phenomenon Methods of detections : NASA satellite January 08

15 Lightning Phenomenon Methods of detections : ground detection Météorage SAFIR

16 Lightning Phenomenon Grounding importance

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20 Lightning Phenomenon Triggered lightning / Lab 20 A 40 ms LAB RENARDIERES 10 A 32 ms NATURE GUMLEY D ALESSANDRO

21 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 21

22 Lightning Phenomenon Natural effects of a strike

23 Lightning Phenomenon Natural effects of a strike

24 Lightning Phenomenon Natural effects of a strike

25 Lightning Phenomenon Natural effects of a strike

26 Lightning Phenomenon Natural effects of a strike 3 kv

27 Indirect effects of lightning stroke

28 Indirect effects of lightning stroke

29 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 29

30 Types of protections Basics Internal Lightning Protection System : Purpose : To limit the amplitude of surges due to lightning strike in the neighborhood of the structure, or due to industrial commutations by diverting surge currents, and limiting transient overvoltages. This part of the LPS consist of SPD installation and lightning equipotential bonding. External Lightning Protection System : Purpose : To avoid direct strikes on the structure. The principle is to catch the lightning strike on a rod and evacuate the energy to the ground with specific down conductors. This part of the LPS is part of an air-termination systems, down-conductor systems and an earth-termination systems Protection system : air terminals, meshed cage, ESE lightning rods

31 Rolling sphere Aplicación theory del procedimiento Rolling sphere de concept la esfera isogeométrica Protected volume The areas touched by the sphere are deemed to require protection Trajectory of the center of the Rolling Sphere r s r s r s copyright DEHN + SÖHNE

32 Lightning Phenomenon Basics

33 Lightning Phenomenon Basics Electric field distribution on a complex structure during a thunderstorm.

34 Lightning Group Soulé & Hélita General information Patented software to spot the weak points of the structure

35 IEC Lightning Protection System

36 Types of protection Simple rods Franklin rods This type of protection is adapted to pylons or sub stations as the radius of protection of these rods are quite small.

37 Types of protection Meshed cage Passive solution. Costly solution Damage the esthetic of the building

38 Types of protection Simple rods Franklin rods Passive system that leads to instable priming Needs of several rods for large buildings Damage the esthetic of a building

39 Types of protection Early Streamer Emission Lightning rods Active solution that captures the strike earlier than a passive solution => wider area of protection Cost effective solution : good ratio price / area to protect Very little impact on the esthetic of the building.

40 Direct lightning protection Radius of protections Simple rod r =60m r =60m r =60m r =60m Protected Area ΔL = V. Δt ESE Pulsar range r =60m r =60m Protected Area

41 Early Streamer Emission lightning rod Protected area D=60m D=60m D=60m D=60m Protected area

42 Pulsar After important strikes

43 Lightning Group Soulé & Hélita General information One lightning rod is installed on one side of the building to verify the theoretical protection areas are correct. The rest of the building is equipped with flat conductors and event counters.

44 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 44

45 Elección de la intensidad máxima de descarga Uimp Simulación de caída de un rayo Rayo de 200 KA (el 99,9 % son de menor magnitud) 25 KA (en cada fase) 100 KA (a la instalación) KA (a tierra) ABB Group October 21, 2013 Slide 45

46 Surge Protective Devices Why? Overvoltages are a major cause of electronic failure and business disruption

47 Surge Protective Devices Why? The Fortunately In normal flow is increasing situation, the protection the dangerously system will control is for working the equipments flow at to the righ withstand flow level by the equipments

48 Surge Protective Devices General classification Surge Protective Devices (SPD) Response times to a surge Surge duration is between: µs (millionths of a second) Breaker response time: 10 60ms (thousandth of a second) SPD response time: 3-100ns (billionths of a second) Some facts for comparison: The human eye takes ms to blink A fly s wing takes 5ms to flap

49 Direct lightning protection for Equipment Effects Possible effects on equipment if it s not properly protected by a surge arrester If the equipment is protected by a surge arrester, the SPD will limit transient surges and divert them to ground.

50 Direct lightning protection for Equipment Effects When a transient surge appears in the system SPD limits the peak of voltage while diverting the surge current to the ground

51 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 51

52 Selección del protector contra sobretensiones Parámetros de los protectores Uc Tensión máxima de servicio Tensión a partir de la cual actúa el protector al considerarse una sobretensión. Up Tensión residual Tensión residual que soportarán las cargas después de que el protector actúe. Iimp Corriente de impulso (para protectores Tipo I) Máxima corriente que el descargador Tipo I puede llegar a descargar. Imax Corriente máxima de descarga (para protectores Tipo II) Máxima corriente que el descargador Tipo II puede llegar a descargar. Ifi Corriente de seguimiento (sólo para tecnología de cámara apagachispas) Corriente de cortocircuito post-sobretensión que el descargador puede llegar a interrumpir por si mismo. ABB Group October 21, 2013 Slide 52

53 Product Fundamentals Class 1 testing (10/350µs):

54 Product Fundamentals Class 2 testing (8/20µs):

55 Product Fundamentals Comparing the 2 wave form 100% 8/20µs 90% 10/350µs 80% 60% 50% 40% 20% 10% 0% 0 T T 2 Type 1 SPD (10/350µs wave form) : Type 2 SPD (8/20µs wave form) : time [µs] 10/350µs: The first number corresponds to the time from 10% to 90% of its peak value (10µs) The second number corresponds to the time taken for the wave to descend to 50% of its peak value (350µs). 8/20µs: The first number corresponds to the time from 10% to 90% of its peak value (8µs). The second number corresponds to the time taken for the wave to descend to 50% of its peak value (20µs).

56 Product Fundamentals Determination of the protection level: Up According to insulation coordination for equipment within low voltage system.

57 Product Fundamentals Determination of the protection level: Up According to insulation coordination for equipment within low voltage system.

58 Different origins of surges

59 Product Fundamentals Type 1 (10/350µs): As installed in the MDB, generally have a Up <2.5kV Type 2 (8/20µs): As installed in SDB to protect sensible equipment, generally have a Up <1.5kV

60 Tecnología de cámara apagachispas + electrónica Morfología Electrónica de disparo Cámara apagachispas Aguja de disparo (cobre o acero) Canal de extinción Cámara de aire, tungsteno y cobre ABB Group October 21, 2013 Slide 61

61 Tecnología de cámara apagachispas + electrónica Principios de funcionamiento Cuando se crea una sobretensión, la electrónica la detecta y la amplia El gas caliente pasa a través del canal de extinción para evitar riesgo de incendios En esta fase, una chispa se genera en la cabeza de la aguja Una vez la sobretensión se lleva a tierra, el arco generado en la cámara de aire se extingue en la cámara apagachispas La chispa ioniza la cámara de aire creando un arco, de modo que la sobretensión se deriva a tierra

62 Tecnología varistor Funcionamiento Un varistor es una resistencia variable con la tensión. Al estar sometido a una sobretensión, el valor de la resistencia del varistor es prácticamente nulo, lo que supone un cortocircuito entre la fase afectada con el conductor de tierra despejando así la sobretensión. ABB Group October 21, 2013 Slide 63

63 Tecnologías de los protectores contra sobretensiones Comparativa Tecnología de cámara apagachispas + electrónica Gran capacidad de descarga No existe corriente de fuga a tensiones normales Valores de tensión residual (Up) mayores Tecnología Varistor Tensión residual es función del varistor Valores de tensión residual (Up) menores La corriente de fuga aumenta con el impulso de tensión Envejecimiento con las sucesivas descargas ABB Group October 21, 2013 Slide 64

64 Tecnología varistor Muerte abrupta La muerte abrupta del protector ocurre cuando éste muere en acto de servicio, es decir, descargando la sobretensión. ABB Group October 21, 2013 Slide 65

65 Tecnología varistor Muerte natural Un varistor, por su naturaleza, tiene pequeñas fugas a tierra permanentes. Con el envejecimiento del varistor, estas fugas van aumentando. Cuando las fugas alcanzan un valor peligroso, el protector se autodesconecta (muerte natural). La soldadura se funde El desconectador abre ABB Group October 21, 2013 Slide 66

66 Intensidad máxima de descarga del protector en ka (Uimp) Tecnología varistor Muerte abrupta La tabla muestra el número de descargas admisibles para un protector de varistor. Valor de la descarga en ka (magnitud de la sobretensión) ABB Group October 21, 2013 Slide 67

67 Soluciones contra las sobretensiones temporales Efectos de una sobretensión temporal en un protector transitorio ABB Group October 21, 2013 Slide 68

68 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 69

69 Reglas de instalación Coordinación de protección contra sobretensiones 100% T1 Iimp 90% 9% 1% T2 Imax T2 Imax Example : T1 25kA (Iimp) T2 40kA (Imax) T2 15kA (Imax) The choice of surge arrester is made accordingly to several characteristics: Maximum discharge capability : Iimp or Imax Ratio in between Imax vs Iimp: 1 to 10 Protection level : Up Network earthing system Operating voltage (Uc) according to the nominal voltage (Un)

70 Reglas de instalación Regla 1 : Elección del interruptor automático aguas arriba Para asegurar la continuidad de servicio en caso de muerte abrupta del protector, se debe instalar aguas arriba de éste un interruptor automático o fusible.

71 Reglas de instalación Regla 2 : Los 50 cm Para que las cargas estén sometidas a la mínima tensión posible durante la sobretensión, la suma de L1+ L2 + L3 no debe superar los 50 cm. Si no se respeta dicha distancia se debe : Elegir un protector con una corriente residual Up inferior ABB Group October 21, 2013 Slide 72

72 Reglas de instalación Regla 2 : Los 50 cm Interruptor de cabecera Interruptores automáticos UPS Horno Protector contra sobretensiones PC Luces Enchufes ABB Group October 21, 2013 Slide 73

73 1.200 V 350 cm V Reglas de instalación Regla 2 : Los 50 cm 650 cm V 10 ka a través de 1m A Caída de tensión = V 1.000V 650 cm V UPS Horno Pc Luces Enchufes B ABB Group October 21, 2013 Slide 74

74 1.200 V 100 cm V 100 cm V Reglas de instalación Regla 2 : Los 50 cm A Caída de tensión = V 100V cm UPS Horno Pc Luces Enchufes B ABB Group October 21, 2013 Slide 75

75 Reglas de instalación Reglas 3 y 4 Regla 3: Sección de los conductores La sección del cable de conexionado de los descargadores debe ser la indicada en cada caso según el tipo de descargador. La corriente que puede circular a través de los mismos suele hacerlo superficialmente debido a la alta frecuencia, aunque se debe prever la corriente de cortocircuito de la instalación. Regla 4: Equipotencialidad de la red de tierras Las tierras de todos los protectores de sobretensión y pararrayos deben estar conectadas a una única tierra asegurando la equipontencialidad. Este hecho evita diferencias de potencial entre masas y un deterioro del nivel de protección indicado. ABB Group October 21, 2013 Slide 76

76 Reglas de instalación Regla 5: Posición y situación de los cables En la medida de lo posible, los cables se deben instalar preferentemente paralelos y juntos distinguiendo dos zonas en el cuadro eléctrico: Zona asociada a las salidas de los circuitos ( zona limpia ). Zona asociada a las descargas ( zona sucia ). ABB Group October 21, 2013 Slide 77

77 Reglas de instalación Regla 5: Posición de los cables Sobretensión Zona de salidas Repartidor Zona de descarga Interruptor automático asociado Salidas Protector contra sobretensiones Borna de tierra ABB Group October 21, 2013 Slide 78

78 Reglas de instalación Regla 6: Distancia mínima entre protectores Tal y como se ha comentado anteriormente, en caso de coordinar protectores, la distancia entre protectores no puede ser inferior a 5 metros. Distancia mínima entre protectores D > 5 m De este modo, se pretende que el protector instalado más cerca de la carga, actúe después que el protector principal. ABB Group October 21, 2013 Slide 79

79 Reglas de instalación Regla 6: Distancia mínima entre protectores Tal y como se ha comentado anteriormente, en caso de coordinar protectores, la distancia entre protectores no puede ser inferior a 5 metros. Distancia mínima entre protectores D > 5 m De este modo, se pretende que el protector instalado más cerca de la carga, actúe después que el protector principal. ABB Group October 21, 2013 Slide 80

80 Agenda El fenomeno del Rayo Efectos del rayo y las sobretensiones Proteccion Externa - Heita Proteccion Interna - DPS Tipos de sobretensiones y tecnologias de los DPS Reglas de Instalacion de DPS Oferta de Productos UL Vs IEC. ABB Group October 21, 2013 Slide 81

81 Modular DIN-rail Products Surge arresters Official name: Surge Protection Device (SPD) IEC : International standard for surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems Definition of Types Type 1: dedicated for buildings which are protected with lightning rods. Type 2: in the other situations or in coordination with Type 1. Type 3:to protect equipment against small over voltages or in coordination with Type 2.

82 Modular DIN-rail Products NO ABB UL Standard Only 8/20us

83 Product Range and Features Auxiliary contact for Remote MOV status : TS option Pole Width: 17.5mm modules Mounting: DIN rail Mounted Pluggable: Easy replacement : P Visual life Indication: 3 stage visual indication window : s option

84 Product Fundamentals: Installation

85 Product Fundamentals: Installation

86 Product Range and Features Type 2: S Option Ex: OVR T2 3N s P TS Safety reserve 2 Varistors in the same cartridge Double the chance to protect your equipment SPD Operational Disconnected Reserve Replacement Mandatory soon

87 Product Range and Features Type 2: P for pluggable Ex: OVR T2 3N s P TS Pluggable for easy replacement Enable to change the cartridge without uninstalling the SPD

88 Product Range and Features Type 2: TS Option Ex: OVR T2 3N s P TS Auxiliary contact for alarm connection Enables monitoring of surge arresters remotely Dry contact: 1 NO / 1 NC Remote indication STATUS Dry contact for remote control

89 COABB se apodera de las redes sociales. ABB seleccion En estos 2 portales publicaremos las noticias locales e internacionales del Grupo ABB. Encontrarás eventos, promoción de productos y servicios, y temas de interés para nuestros clientes. En este portal publicaremos todas las ofertas laborales de ABB en Colombia que remitirán a los interesados a nuestro sitio empresarial en el empleo.com, página web de COABB y Facebook corporativo. ABB Group October 21, 2013 Slide 90

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