DISEÑO Y PROTECCIÓN DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS,

PROTECCIONES CONTRA SOBRETENSIONES Y PUESTAS A

TIERRA PARARRAYOS.INTEGRANTES:

HILLARY BANDA LÓPEZJANICE PAREDES PAZ

LAURA PORTUGAL PASSIURIFABRIZIO ZEA FLORES

INSTALACIONES ELECTRICAS Una instalación eléctrica es el conjunto de circuitos eléctricos que,

colocados en un lugar específico, tienen como objetivo un uso específico. Incluye los equipos necesarios para asegurar su correcto funcionamiento y la conexión con los aparatos eléctricos correspondientes.

Las protecciones son los dispositivos o sistemas encargados de garantizar la seguridad de las personas y los bienes en el contexto de la instalación eléctrica

Destinadas a la seguridad de instalaciones

Fusibles

Interruptor de control de potencia

Interruptor magnetotérmico

Destinadas a la seguridad de las personas

Esquemas de conexión a tierra

Interruptor diferencial

Puesta a tierra

PROTECTOR DE SOBRETENSIÓN

¿Qué es una sobretensión? Una sobretensión es una onda o impulso de tensión que se superpone a la tensión

nominal de la red.

LOS CUATRO TIPOS DE SOBRETENSIONES Sobretensiones de origen atmosférico El riesgo de las caídas de rayos Los rayos proceden de la descarga de cargas eléctricas

acumuladas en las nubes de tipo cúmulo nimbus, formando un condensador con la tierra. Las tormentas producen daños graves.

Los rayos son un fenómeno eléctrico de alta frecuencia que produce sobretensiones en todos los elementos conductivos y especialmente en los cables y en las cargas eléctricas.

Sobretensiones de funcionamiento o maniobra Un cambio brusco en las condiciones de funcionamiento

establecidas de una red eléctrica provoca los fenómenos transitorios. Se trata por lo general de ondas de sobretensión de oscilación amortiguadas o de alta frecuencia.

Sobretensiones de dispositivos de desconexión

Sobretensiones de circuitos inductivos

Sobretensiones de circuitos capacitivos

Las sobretensiones de funcionamiento o maniobra pueden estar producidas por lo siguiente:

Sobretensiones transitorias de frecuencia industrial 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 única recibirán una alimentación de 400 V en lugar de 230 V, o en una tensión media: Us × e = Us × 1,7.

Sobretensiones debidas a un defecto en el cable. Por ejemplo, un cable de media tensión que cae en una línea de baja tensión. t

El arco de un spark-gap de protección de media o alta tensión produce un aumento del potencial de tierra durante la acción de los dispositivos de protección. Estos dispositivos de protección siguen ciclos de conmutación automática, lo que recreará un defecto si persiste.

Sobretensiones producidas por descargas electrostáticas En un entorno seco, se acumulan cargas eléctricas y crean un campo

electrostático muy fuerte. Por ejemplo, una persona que camine sobre moqueta con suelas aislantes se cargará eléctricamente con una tensión de varios kilovoltios. Si la persona camina cerca de una estructura conductora, desprenderá una descarga eléctrica de varios amperios en un periodo de tiempo de pocos nanosegundos. Si la estructura contiene elementos electrónicos sensibles, como un ordenador, se pueden destruir sus componentes o placas de circuitos.

PROTECTOR DE SOBRETENSIÓN

Un protector de sobretensión también llamados protectores eléctricos (o supresor de tensión) es un dispositivo diseñado para proteger dispositivos eléctricos de picos de tensión ya que gestionan o administran la energía eléctrica de un dispositivo electrónico conectado a este.

Dispositivos de protección principales La finalidad de los dispositivos de protección principales es

proteger las instalaciones contra las caídas directas de rayos. Atrapan la corriente del rayo y la dirigen a la tierra.

Existen tres tipos de protección principal:a. Pararrayos, que constituyen los dispositivos de protección contra rayos más antiguos y más conocidos. b. Cables de guarda.c La jaula mallada o jaula Faraday

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

Estos dispositivos tratan los efectos de las sobretensiones de frecuencia atmosférica, de funcionamiento o industrial. Se pueden clasificar según el modo en el que están conectados en una instalación: protección en serie o paralela.

PUESTA A TIERRA

OBJETIVOS DE LA PUESTA A TIERRA Garantizar la integridad física de las personas que operan sobre

elementos que normalmente se hallan bajo tensión. Evitar voltajes peligrosos entre estructuras ,equipos electrónicos y

el terreno, durante fallas diversas. Conducir a tierra las corrientes provenientes de sobretensiones

ocasionadas por rayos y descargas en líneas. Propiciar un circuito de baja resistencia de falla conectada a un

sistema de arrendamiento Mantener los límites permisibles de las corrientes de falla

protegiendo al ser humano y equipo diversos . Garantizar la operatividad de los equipos e instrumentos de

protección para evitar potenciales nocivos. Mejorar la calidad del servicio.

COMPOSICIÓN DE SISTEMA DE PUESTA A TIERRATOMAS DE TIERRA a) Electrodo Es una masa metálica, permanentemente en buen contacto con el terreno. Para las puestas a tierra se emplearán principalmente electrodos metálicos y estarán constituidos por: • Electrodos simples: picas, conductor enterrado, placas u otros perfiles.• Mallas metálicas: constituidas por electrodos simples del mismo tipo o por combinaciones de ellos y el conductor que los vincula, bajo tierra.

b) PLACAS Las placas de cobre tendrán un espesor mínimo de 2 mm y las de hierro,

zincado por inmersión en caliente, de 4 mm. En ningún caso, la superficie útil de la placa será inferior a 0,5 m2 . Se colocarán enterradas en posición vertical, de forma que su arista superior quede a unos 50 cm como mínimo por debajo de la superficie del terreno. En caso de ser necesaria la colocación de varias placas, se separarán unos 3 m, unas de otras.

c) PICAS Las picas pueden estar constituidas por:• Tubos de acero zincados por inmersión en caliente de 60 mm de diámetro exterior como mínimo. • Perfiles de acero dulce zincados por inmersión en caliente de 60 mm de lado como mínimo. • Barras de cobre o acero de 14 mm de diámetro como mínimo; las barras de acero tienen que estar recubiertas de una capa protectora de cobre de acuerdo a la Norma UTE 3.90.01. Las longitudes mínimas de estos electrodos no serán inferiores a 2 m. Si son necesarias dos picas conectadas en paralelo, la distancia entre ellas será, como mínimo, igual a la longitud enterrada. Si son necesarias más de dos, la separación será mayor.

Conductores enterrados horizontalmente Los tipos de conductores utilizados son: • Conductores o cables de cobre desnudo de 35 mm2 de sección, como mínimo. • Pletinas de cobre de 35 mm2 de sección como mínimo y de 2 mm de espesor (como mínimo). • Pletinas de acero galvanizado de como mínimo 100 mm2 de sección y 4 mm de espesor. • Alambres de acero de, como mínimo, 20 mm2 de sección, cubiertos con una capa de cobre de 350 micrones de espesor como mínimo. • Cable de acero galvanizado de 95 mm2 de sección como mínimo. El empleo de cables menores de 2,5 mm de diámetro esta prohibido. Estos electrodos deberán estar enterrados a una profundidad no inferior a 50 cm.

RESISTENCIA DE TIERRA

El electrodo se dimensionará de forma que su resistencia a tierra no supere nunca los valores especificados.Este valor será tal, que cualquier masa no de lugar a tensiones de contacto superiores a: • 24 V en locales o emplazamientos conductores, lugares húmedos. • 50 V en los demás casos, lugares secos.

LÍNEAS PRINCIPALES DE TIERRA Está formada por el conductor que parte del punto de puesta

a tierra y al cual está conectada la derivación para la puesta a tierra de las masas.

DERIVACIONES DE LAS LINEAS PRINCIPALES DE TIERRA Está constituida por el conductor que une la línea principal

de tierra con los conductores de protección. CONDUCTOR DE PROTECCIÓN Es el que une las masas con la línea principal de tierra.

PARTES DE UN SISTEMA DE ATERRAMIENTO

CÓDIGO NACIONAL DE LECTRICIDAD SECCIÓN 060 - PUESTA A TIERRA Y ENLACE EQUIPOTENCIAL Alcance y Objetivo 060-000 Alcance (1) Esta Sección cubre la protección de las instalaciones eléctricas por

medio de la puesta a tierra y del enlace equipotencial o conductor de protección.

(2) Se acepta como medidas que proveen una protección adicional a la puesta a tierra, o como alternativas a las mismas, cuando el Código lo permita, a las siguientes: Aislamiento eléctrico, separación física de los circuitos y barreras mecánicas contra contacto accidental.

Notas: Se debe tomar en cuenta la Norma Técnica Peruana NTP 370.303: “Instalaciones eléctricas en edificios - Protección para garantizar la seguridad. Protección contra choques eléctricos”. (Ver Anexo A-3).

Ver la Norma Técnica Peruana NTP 370.053: “Seguridad Eléctrica – Elección de Materiales eléctricos en las instalaciones interiores para puesta a tierra. Conductores de Protección”.

060-002 Objetivo La puesta a tierra y el enlace equipotencial deben ser hechos de tal

manera que sirvan para los siguientes propósitos: (a) Proteger y cuidar la vida e integridad física de las personas de las

consecuencias que puede ocasionar una descarga eléctrica, y evitar daños a la propiedad, enlazando a tierra las partes metálicas normalmente no energizadas de las instalaciones, equipos, artefactos, etc.; y

(b) Limitar las tensiones en los circuitos cuando queden expuestos a tensiones superiores a las que han sido diseñados; y

(c) En general, para limitar la tensión de fase a tierra a 250 V, o menos, en aquellos circuitos de corriente alterna que alimentan a sistemas de alambrado interior; y

(d) Limitar las sobretensiones debidas a descargas atmosféricas en aquellos circuitos que están expuestos a estos fenómenos; y

(e) Facilitar la operación de equipos y sistemas eléctricos.

Puesta a Tierra de Sistemas y Circuitos Conductor de Enlace Equipotencial de Cubiertas Enlace Equipotencial de Equipos Métodos de Puesta a Tierra Métodos de Enlace Equipotencial Electrodos de Puesta a Tierra Conductores de Puesta a Tierra y de Enlace

Equipotencial (Conductor de protección eléctrica)

. Protección en instalaciones eléctricas

Toda instalación eléctrica tiene que estar dotada de una serie de protecciones que la hagan segura, tanto desde el punto de vista de los conductores y los aparatos a ellos conectados, como de las personas que han de trabajar con ella.Existen tres tipos de protecciones: Protección contra cortocircuitos Protección contra sobrecargas Protección contra electrocución

Dispositivos de Protección

Fusibles: Sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que más se caliente, y por tanto la primera en fundirse

VENTAJAS : Son de construcción rápida y sencilla Tienen un bajo costo Son muy rápidos (hasta 5ms) Dispone de valores de ruptura altos(hasta 100 Kv)Si presentan algún inconveniente: Cada defecto provoca la ruptura o destrucción del fusible, y

por tanto, debe sustituirse el componente Es difícil su calibración temporal, siendo prácticamente

imposible obtener respuestas precisas de ellos

Interruptores automáticos magnetotérmicos:

El interruptor magnetotérmico es un dispositivo diseñado para proteger la instalación eléctrica (y los aparatos conectados a ella) tanto de sobrecargas como de cortocircuitos conectándose en el cuadro eléctrico de entrada a la vivienda.

LOS INTERRUPTORES MAGNETOTÉRMICOS POSEE DOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN:

Protección magnética: La protección magnética sirve para proteger la

instalación ante cortocircuitos (contacto directo entre dos

conductores de la instalación), ya que cuando tiene lugar uno de ellos la

intensidad aumenta de forma brutal (en teoría se hace infinita) y la bobina

entra en acción instantáneamente abriendo el circuito y cortando, por

tanto, el paso de la corriente eléctrica.

Protección térmica :La protección térmica está encaminada sobre todo a proteger el cableado de la instalación,

ya que se trata de una lámina bimetálica que se curvará en mayor o

menor medida en función de la cantidad de corriente que circule por ella. El sistema de protección térmica va a dispararse en aquellos casos en

los que se sobrepase el consumo máximo de la instalación eléctrica y para el cual han sido dimensionados

los cables.

Interruptores diferenciales El interruptor diferencial es un aparato cuya misión es

desconectar una red de distribución eléctrica, cuando alguna de sus fases se pone a tierra, bien sea directamente o a través de humedades generalmente. El interruptor diferencial se activa al detectar una corriente de defecto Id, que sea superior a su umbral de sensibilidad Is.

Funcionamiento y conexión de interruptores diferenciales

Relés Térmicos Aparatos que se emplean como

protección de los motores eléctricos y basa su funcionamiento en el calentamiento de los conductores por los que circula la corriente eléctrica. El elemento fundamental de un relé térmico, lo constituye una lámina bimetálica. Esta está compuesta, como lo dice su nombre, por dos láminas de diferentes metales que están unidas mediante soldadura o remachado. Generalmente, estas placas están fabricadas una aleación de hierro y níquel, y de latón.

Otros dispositivosCaja de control y seguridad: Suele instalarse cerca de la puerta d entrada de la vivienda. Su función es la de proveer de energía a cada circuito y cortar el suministro automáticamente en caso de fallo. Su carcasa debe ser de material aislante e ignifugo.

Canaletas: Las canaletas son tubos metálicos o plásticos que conectados de forma correcta proporcionan al cable una mayor protección en contra de interferencias electromagnéticas originadas por los diferentes motores eléctricos

Enchufe: El término enchufe es el que se utiliza específicamente para designar al elemento que permite que se conecte un aparato eléctrico al servicio de electricidad o corriente. El enchufe se compone de dos partes principales: la clavija (también conocida como enchufe macho) y el tomacorriente (normalmente conocido como enchufe hembra).

Tubos: para conducir y proteger los cables pueden ser de PVC o metálicos, flexibles o rígidos sus características dependerán del lugar donde vayan a instalarse

Cajas de conexión: Son de material aislante. Por motivos de seguridad deben ser colocadas cerca al techo. En su interior, al que se accede quitando una tapa desmontable, albergan los empalmes y derivaciones necesarios de una vivienda. Es recomendable no saturarlas de cables y que no estén a una distancia mayor de 15 metros entre ellas.

PARARRAYOS

PRINCIPIO DEL PARARRAYOS:

El pararrayos es un dispositivo colocado en lo alto de un edificio, dirige al rayo a través de un cable hasta la tierra para que no cause desperfectos.

Puesto que el pararrayos está conectado a tierra, sus electrones son repelidos por los de la nube con lo que queda cargado positivamente al igual que la tierra bajo la nube.

Se compone de tres partes: 1) Pararrayos propiamente dicho. 2) Cable o elemento conductor 3) Tierra física, elemento de descarga a tierra.

OBJETIVOS DEL PARARRAYOS: Compensación del potencial eléctrico al ser atraídos esos iones del aire

por parte de la nube, neutralizando en parte la carga. Conducen al rayo a tierra ofreciéndole un camino de menor resistencia. Fenómeno que se debe tener en cuenta "disipación natural"

TIPOS DE PARARRAYOS:a) Pararrayos de puntas: Formada por una varilla de 3 a 5 m de largo, de acero galvanizado de 50 mm de diámetro con la punta recubierta de wolframio (para soportar el calor producido en el impacto con el rayo). Pueden llevar distintas dispositivos de ionización del aire. De tipo Flanklin: : Se basan en el "efecto punta" De tipo radiactivo: Consiste en una barra metálica en cuyo

extremo se tiene una caja que contiene una pequeña cantidad de isótopo radiactivo

Tipo ión-corona solar: Incorpora un dispositivo eléctrico de generación de iones de forma permanente

De tipo piezoeléctrico: Capacidad de los materiales piezoeléctricos.

Para mejorar el comportamiento de los pararrayos de punta, puede usarse la técnica denominada "matriz de dispersión“.

b) Pararrayos reticulares o de jaula de Faraday: Consisten en recubrir la estructura del edificio mediante una malla metálica conectada a tierra.c) Pararrayos desionizador de carga electrostática: Anula el campo eléctrico en las estructuras, inhibiendo por tanto la formación del rayo.d) Pararrayos con dispositivo de cebado: Que incorpora un dispositivo de cebado (PDC), electrónico o no, que garantiza una mayor altura del punto de impacto del rayo, aumentando así el área de cobertura.

TIPOS DE INSTALACIONES A PROTEGER:

Torres de control aeropuertos. Antenas de navegación aérea. Antenas de televisión, telefonía móvil y

radio. Subestaciones eléctricas Centrales nucleares. Hospitales. Industrias petroquímicas Gasolineras. Barcos. Edificios públicos. Torres de alta tensión Casas particulares.

DÓNDE SE REQUIERE UTILIZAR UN SISTEMA DE PARARRAYOS:

Edificios o zonas abiertas con concurrencia de público. Edificaciones de gran altura y en general,

construcciones elevadas (pilares, depósitos de agua, faros, antenas, torres).

Construcciones y depósitos en los que se manipulen y/o contengan materiales peligrosos (explosivos, inflamables, tóxicos).

DISEÑO DE LA INSTALACIÓN:Se hará de manera que el edificio quede dentro del volumen protegido por alguno de los siguientes sistemas y métodos. Sistema radiactivo: Cada pararrayos cubre un cilindro vertical, de

radio eficaz determinado según las especificaciones. Es adecuado para todo tipo de edificios.

Sistema de puntas: Cada pararrayos cubre un cono de eje vertical, con vértice en la cabeza de captación y cuya base tiene un radio igual a la altura de la instalación.

Sistema reticular: Está formado por una red conductora en forma de malla diseñada de manera que ningún punto de la cubierta quede a más de 9 m de un cable conductor. Protege el volumen cubierto por la malla.

Método de la esfera rodante: Adecuado para estructuras de formas complejas

Método de la malla: Adecuado para proteger superficies planas o inclinadas sin curvaturas, y superficies planas laterales contra descargas laterales.

Método del ángulo de protección: Adecuado para edificios con formas simples con limitaciones en la altura del sistema captador según la tabla.

INSTALACIÓN PARARRAYOS: Edificios cuya altura sea superior a 43 m. En los que se manipulen substancias tóxicas, radiactivas,

explosivas o fácilmente inflamables. Edificios cuyo índice de riesgo, según Cálculo, sea superior a 27

unidades. Canalones y depósitos metálicos en cubierta, así como otras

masas metálicas del edificio expuestas a la descarga eléctrica y que no lleven su propia puesta a tierra deberán conectarse a la red conductora de puesta a tierra más próxima.

Siempre que la frecuencia esperada de impactos Ne sea mayor que el riesgo admisible Na.

Frecuencia esperada de impactos Ne sea mayor que el riesgo admisible Na.

𝑁𝑒=𝑁𝑔𝑥 𝐴𝑒𝑥𝐶1 𝑥10− 6[𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑖𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜𝑠𝑎 ñ𝑜 ]

Ng = densidad de impactos sobre el terreno que

corresponde al número de impactos/año, Km²

Ae = corresponde a la superficie de captura equivalente del edificio aislado en m², que es la delimitada por una línea trazada a una distancia de 3 veces la altura (3H) de cada uno de los puntos del perímetro del edificio, siendo H la altura del edifico en el punto del perímetro considerado, los siguientes esquemas y fórmulas nos pueden orientar a la hora de calcular este parámetro

SITUACIÓN DEL EDIFICIO:

C1 = es una coeficiente que lo averiguamos según la situación del edificio con respecto a lo que tiene a sus alrededores.

Próximos a otros edificios o árboles de la

misma altura o más altos

C1 = 0,5

Rodeado de edificios más altos C1 = 0,75

Aislado C1 = 1

Asilado sobre una colina o promontorio C1 = 2

C2 = Coeficiente en función del tipo de construcción del edificio conforme a la siguiente tabla:

Cubierta Metálica

Cubierta de Hormigón

Cubierta de Madera

Estructura Metálica 0,5 1 2

Estructura de Hormigón

1 1 2,5

Estructura de Madera 2 2,5 3

C3= Coeficiente en función del contenido conforme a la siguiente tabla:

C4 = coeficiente en función del uso del edifico según la tabla siguiente:

Edificio con contenido

inflamable

C3 = 3

Otros contenidos C3 = 1

Edificios no ocupados normalmente C4 = 0,5

Usos pública concurrencia, sanitario,

comercial, docente

C4 = 3

Resto de edificios C4 = 1

C5 = coeficiente en función de la necesidad de la continuidad en las actividades que se desarrollan en el edificio según la tabla siguiente:

Edificios cuyo deterioro pueda

interrumpir un servicio

imprescindible (hospitales,

bomberos, etc.) o pueda

ocasionar un impacto ambiental

grave

C5 = 5

Resto de edificios C5 = 1

Consideraciones generales con relación a la instalación de pararrayos:

a) Terminal superior en aire, puede ser realizada por: Puntas tipo Franklin Un conductor bordeando el perímetro superior de la estructura.b) La resistencia, del sistema de puesta a tierra, debe ser inferior a 10 Ω.c) Las líneas principales de tierra de pararrayos deberán ser lo más rectas posible, sin curvas pronunciadas. d) En la parte inferior de cada línea principal de tierra de pararrayos debe enterrarse en el suelo, como electrodo, una pica del tipo de barra de cobre de 14 mm de diámetro o barra de latón, dispuesta verticalmente, como mínimo.e) Las líneas principales de tierra de los pararrayos deberán ser dos, como mínimo, y preferentemente dispuestas en direcciones opuestas, en todo caso deberán distar entre sí 2 m como mínimo.

Edificios con estructura de acero. Edificios de hormigón armado. Depósitos para almacenamiento de gases o líquidos

combustibles e inflamables. Estructuras ubicadas en puntos elevados. Puestas a tierra de masas metálicas. Chimeneas de fábricas Edificios religiosos.

PRINCIPALES VOLÚMENES PROTEGIDOS:

GRACIAS