FreDdy Rondon, LP Enclosures and DIN rail products …...(el 99,9 % son de menor magnitud) + 100 KA (a tierra) 100 KA (a la instalación) 25 KA (en cada fase) Surge Protective Devices

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.

© ABB Group October 21, 2013 | Slide 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.


Agenda








Types of lightning discharges from cumulonimbus

Cloud-to-ground (25-33%) Cloud-to-air

Intracloud

Cloud-to-

cloud

Cloud discharges (67-75 %)

Lightning Phenomenon

Basics : types of lightning discharges

- 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

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.

E=-10KV/m E=-15KV/m

E=-50KV/m

E=-50KV/m

5 000 Volts



Basics : high speed cameras Tom Warner„s house

Lightning Phenomenon Basics : use of high speed cameras

Lightning activity around the world

Lightning activity in colombia

Nivel Ceráunico: 365

DDT 67 - km^2

information from Météorage. Campaign of measurements on

5.4Millions strokes on the period 1995-2005.

Amplitude of Lightning Strokes (kA)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Amplitude of lightning strokes (kA)

Cu

mu

lati

ve

fre

qu

en

cy

60% of strokes are under 20kA

95% of strokes are under 60kA

0.1 % are equal or over 200kA

Frequency of negative and positive lightning strokes in function of their amplitude.

Intensity of lightning strokes

• 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

Lightning Phenomenon Methods of detections

Lightning Phenomenon Methods of detections : NASA satellite January 08


Methods of detections : ground detection

Météorage SAFIR


Grounding importance

LAB

NATURE 10 A

20 A

40 ms

32 ms

RENARDIERES

GUMLEY

D’ALESSANDRO


Triggered lightning / Lab


Agenda








Lightning Phenomenon Natural effects of a strike



Natural effects of a strike



3 kV

Indirect effects of lightning stroke

Indirect effects of lightning stroke


Agenda








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

Types of protections

Basics

rs

rs

rs

The areas touched by the

sphere are deemed to

require protection

Protected volume

Trajectory of the center

of the Rolling Sphere

Rolling sphere theory Rolling sphere concept

© copyright DEHN + SÖHNE

EBAplicación del procedimiento

de la esfera isogeométrica

1337. ppt / 19.01.98 / CGS1337


Basics


Basics

Electric field distribution on a complex structure during a thunderstorm.

Lightning Group Soulé & Hélita General information

Patented software to spot the weak points of the structure

IEC 60305-2 Lightning Protection System

This type of protection is adapted to pylons or sub stations as the radius

of protection of these rods are quite small.

Types of protection Simple rods – Franklin rods

Types of protection

Meshed cage

Passive solution.

Costly solution

Damage the esthetic of the building

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

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.

Direct lightning protection Radius of protections

ESE Pulsar range

r =60m

r =60m

r =60m r =60m

Protected Area

Simple rod

r =60m r =60m

Protected Area

ΔL = V. Δt

D=60m

D=60m

D=60m

D=60m Protected area

Early Streamer Emission lightning rod

Protected area

Pulsar After important strikes

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.


Agenda








© ABB Group

October 21, 2013 | Slide 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)

+ 100 KA (a tierra)

100 KA (a la instalación)

25 KA (en cada fase)

Surge Protective Devices Why?

Overvoltages are a major cause of electronic failure and business

disruption

In normal situation, the system is

working at the righ flow

The flow is increasing dangerously for

the equipments

Fortunately the protection will control

the flow to the withstand level by the

equipments

Surge Protective Devices Why?

Surge Protective Devices (SPD)

Response times to a surge

Surge duration is between: 20 – 350µs (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 50 – 80 ms to blink

A fly‟s wing takes 5ms to flap

Surge Protective Devices General classification

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.

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

Direct lightning protection for Equipment Effects


Agenda








© ABB Group


Selección del protector contra sobretensiones

Tensión máxima de servicio

Tensión a partir de la cual actúa el protector al considerarse una sobretensión.

Tensión residual

Tensión residual que soportarán las cargas después de que el protector actúe.

Corriente de impulso (para protectores Tipo I)

Máxima corriente que el descargador Tipo I puede llegar a descargar.

Corriente máxima de descarga (para protectores Tipo II)

Máxima corriente que el descargador Tipo II puede llegar a descargar.

Corriente de seguimiento (sólo para tecnología de cámara apagachispas)

Corriente de cortocircuito post-sobretensión que el descargador puede llegar a

interrumpir por si mismo.

Uc

Up

Iimp

Imax

Ifi

Parámetros de los protectores

Product Fundamentals

Class 1 testing (10/350µs):


Class 2 testing (8/20µs):

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 50 100 150 200 250 300 350

time [µs]

90%

10%

T 1

50%

T 2

10/350µs

8/20µs

Type 1 SPD (10/350µs wave form) :

Type 2 SPD (8/20µs wave form) :


Comparing the 2 wave form

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).

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).


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


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

Different origins of surges


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

© ABB Group


Tecnología de cámara apagachispas + electrónica

Morfología

Electrónica de

disparo Cámara

apagachispas

Cámara de aire,

tungsteno y cobre

Canal de

extinción

Aguja de disparo

(cobre o acero)

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

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


Principios de funcionamiento

© ABB Group


Tecnología varistor

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.

Funcionamiento

© ABB Group


Tecnologías de los protectores contra sobretensiones


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

Comparativa

© ABB Group



La muerte abrupta del protector ocurre cuando éste muere en

acto de servicio, es decir, descargando la sobretensión.

Muerte abrupta

© ABB Group


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



La tabla muestra el número de descargas admisibles para un

protector de varistor.

Muerte abrupta

100 70 40 20 15 10 5 2 1

100 1 3 15 25 75 220 530 4500 15000

70 1 3 20 50 150 400 2500 9000

40 1 5 20 40 200 1000 3000

15 1 2 20 150 1000

Inte

nsid

ad

máxim

a d

e d

esca

rga

del pro

tecto

r en k

A

(Uim

p) Valor de la descarga en kA (magnitud de la sobretensión)

© ABB Group


Soluciones contra las sobretensiones temporales

Efectos de una sobretensión temporal en un protector transitorio


Agenda








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)

100%

90% 9% 1%

T1

Iimp T2

Imax

T2

Imax

T1 25kA (Iimp) T2 40kA (Imax) T2 15kA (Imax)

Example :

Reglas de instalación Coordinación de protección contra sobretensiones

Reglas de instalación

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.

Regla 1 : Elección del interruptor automático aguas arriba

© ABB Group



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


Reglas de instalación Regla 2 : Los 50 cm

Protector

contra

sobretensiones

Horno

UPS

PC

Enchufes

Luces

Interruptor

de cabecera

Interruptores

automáticos

© ABB Group



Horno

UPS

Pc

Enchufes

Luces

A

B

65 cm

35

cm

65 cm

10 kA a través de 1m

1.000V

650 V

650 V

35

0 V

1

.20

0 V

Caída de tensión = 2.850 V

© ABB Group



Horno

UPS

Pc

Enchufes

Luces

A

B

10

cm

1

0 c

m

10 cm

10

0 V

100V

10

0 V

1

.20

0 V

Caída de tensión = 1.500 V

© ABB Group



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.

Reglas 3 y 4

© ABB Group



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”).

Regla 5: Posición y situación de los cables

© ABB Group


Reglas de instalación Regla 5: Posición de los cables

Borna de tierra

Interruptor

automático

asociado Salidas

Repartidor

Protector contra

sobretensiones

Sobretensión

Zona de descarga

Zona de salidas

© ABB Group



Tal y como se ha comentado anteriormente, en caso de

coordinar protectores, la distancia entre protectores no

puede ser inferior a 5 metros.

De este modo, se pretende que el protector instalado más

cerca de la carga, actúe después que el protector principal.

Regla 6: Distancia mínima entre protectores

Distancia mínima entre protectores

D > 5 m

© ABB Group



Tal y como se ha comentado anteriormente, en caso de

coordinar protectores, la distancia entre protectores no

puede ser inferior a 5 metros.

De este modo, se pretende que el protector instalado más

cerca de la carga, actúe después que el protector principal.

Regla 6: Distancia mínima entre protectores

Distancia mínima entre protectores

D > 5 m


Agenda








Surge arresters

Official name: Surge Protection Device (SPD)

IEC 61643-1: 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.

Modular DIN-rail Products

UL Standard

Only 8/20us

Modular DIN-rail Products NO ABB

http://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.schneider-electric.com.mx/images/pictures/newsletter/04abr09_05_tvss_01.jpg&imgrefurl=http://www.schneider-electric.com.mx/sites/mexico/es/newsletter/07jul09/07-tvss.page&usg=__PcsnrtrRp6OtxKc5zE3gVvNbwF4=&h=339&w=300&sz=39&hl=es&start=1&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=fiMh_teBFGydMM:&tbnh=119&tbnw=105&prev=/images?q=TVSS+UL&um=1&hl=es&tbs=isch:1&ei=Jw92TbbfA8q30QH6oJmvBw

http://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.schneider-electric.com.mx/images/pictures/newsletter/04abr10/04_1004tvss.jpg&imgrefurl=http://www.schneider-electric.com.mx/sites/mexico/es/productos-servicios/viewer-noticias.page?c_filepath=/templatedata/Content/News/data/es/shared/installation-system-control/general_information/2010/04/tvsshwa.xml&usg=__em4NA0bWxwh4oxEpazJY7nO_m7I=&h=289&w=350&sz=96&hl=es&start=18&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=Nk1TCZ-T_psFTM:&tbnh=99&tbnw=120&prev=/images?q=TVSS+UL&um=1&hl=es&tbs=isch:1&ei=Jw92TbbfA8q30QH6oJmvBw

http://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.controltechco.com/news/thumb_cus.gif&imgrefurl=http://www.controltechco.com/products/products.htm&usg=__fBGocbO8wY0stSBVWEoA6-jjL8w=&h=60&w=60&sz=1&hl=es&start=19&zoom=0&um=1&itbs=1&tbnid=DNz7TcWwfiNNAM:&tbnh=60&tbnw=60&prev=/images?q=TVSS+UL&um=1&hl=es&tbs=isch:1&ei=Jw92TbbfA8q30QH6oJmvBw

Visual life Indication: 3

stage visual indication

window : “s” option Pluggable:

Easy replacement :

“P”

Mounting:

DIN rail Mounted

Auxiliary contact for Remote

MOV status : “TS” option Pole Width:

17.5mm modules

Product Range and Features

Product Fundamentals: Installation

Product Fundamentals: Installation

Type 2: “S” Option

Ex: OVR T2 3N 70 275 s P TS

Safety reserve

2 Varistors in the same cartridge

Double the chance to protect your equipment


Operational SPD on Reserve

Replace soon

SPD Disconnected

Replacement Mandatory

Type 2: “P” for pluggable


Pluggable for easy replacement

Enable to change the cartridge without uninstalling the SPD


Type 2: “TS” Option


Auxiliary contact for alarm connection

Enables monitoring of surge arresters

remotely

Dry contact: 1 NO / 1 NC


Dry contact for

remote control

STATUS

Remote indication

© ABB Group


“COABB se apodera de las redes sociales”.

http://www.voltimum.com.co/

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