SFCR: Seguridad Eléctrica · protecciones Puesta a tierra REBT: Contactos Directos Según la ITC-BT-24 las protecciones a utilizar para proteger frente a contactos directos deben

SFCR: SeguridadEléctrica

Oscar PerpiñánLamigueirohttp://

oscarperpinan.github.io

Definiciones

Protección de laspersonas

Protección de losequipos

Resumen deprotecciones

Puesta a tierra

SFCR: Seguridad Eléctrica

Oscar Perpiñán Lamigueirohttp://oscarperpinan.github.io

1 / 67

http://oscarperpinan.github.io




Definiciones

Protección de las personas

Protección de los equipos

Resumen de protecciones

Puesta a tierra




Definiciones




Puesta a tierra

Contacto Directo e Indirecto

Contacto Directo: contacto de personas o animales conpartes activas de los materiales y equipos

Partes Activas: Conductores y piezas conductoras bajotensión en servicio normal. Incluyen elconductor neutro o compensador y laspartes a ellos conectadas.

Contacto Indirecto: contacto de personas o animales conpartes que se han puesto bajo tensión comoresultado de un fallo de aislamiento.

3 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Masa y Tierra

Masa: Conjunto de las partes metálicas de unaparato que, en condiciones normales, estánaisladas de las partes activas.

Tierra: Masa conductora de la tierra en la que elpotencial eléctrico en cada punto se toma,convencionalmente, igual a cero.

Toma de tierra: Electrodo, o conjunto de electrodos, encontacto con el suelo y que asegura laconexión eléctrica con el mismo.

4 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Clases de materiales

Material de clase 0

I Material en el cual la protección contra el choqueeléctrico se basa en el aislamiento principal

I No existe ninguna disposición prevista para laconexión de las partes activas accesibles a unconductor de protección.

I La protección en caso de defecto en el aislamientoprincipal depende del entorno.

5 / 67







Definiciones




Puesta a tierra


Material de clase I

I La protección contra el choque eléctrico se basa en elaislamiento principal y en medios de conexión de laspartes conductoras accesibles a un conductor deprotección puesto a tierra

I Las partes conductoras accesibles no puedenpresentar tensiones peligrosas.

6 / 67







Definiciones




Puesta a tierra


Material de clase II

I La protección incluye doble aislamiento oaislamiento reforzado.

I No requieren la utilización de puesta a tierra para laprotección

I No dependen de las condiciones de la instalación.

Material de clase III

I La protección se basa en la alimentación a muy bajatensión (tensiones inferiores a 50 V en c.a. ó a 75V enc.c.)

7 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Tensión de contacto y defecto

Tensión de defecto

I Tensión que aparece a causa de un defecto deaislamiento, entre dos masas, entre una masa y unelemento conductor, o entre una masa y una toma detierra de referencia.

Tensión de contacto

I Tensión que aparece entre partes accesiblessimultáneamente al ocurrir un fallo de aislamiento.

I Es la parte de la tensión de defecto que puede afectara una persona.

I Termino empleado en protección contra contactosindirectos.

8 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Esquemas de conexión a tierra

Primera letra: conexión de alimentación y tierra

T= conexión directa de un puntode alimentación a tierra

I= aislamiento de todas las partesactivas respecto a tierra

Segunda letra: conexión de masas con tierra

T= masas conectadas directamentea tierra

N= masas conectadas directamentea punto de alimentación puestoa tierra (en alterna,normalmente el neutro)

9 / 67







Definiciones




Puesta a tierra


TN: en alterna, neutro puesto a tierra, y masasconectadas al neutro (directamente o através de un conductor de protección).

IT: todos los conductores activos aislados detierra, y masas conectadas a tierra.Esquema habitual en zona del generador FV enSFCR europeos

TT: en alterna, neutro puesto a tierra y masas atierra, pero de forma independiente.Instalaciones receptoras en una red dedistribución pública de BT

10 / 67







Definiciones




Puesta a tierra


En un sistema fotovoltaico es de uso común que elesquema de tierra sea IT en la zona del generadorfotovoltaico y TT a partir de la salida del inversor.

11 / 67




Definiciones




Puesta a tierra

Definiciones

Protección de las personasEfectos de la corriente eléctricaContacto DirectoContacto IndirectoNiveles de Protección en Sistema IT



Puesta a tierra




Definiciones

Protección de laspersonasEfectos de la corrienteeléctrica

Contacto Directo

Contacto Indirecto

Niveles de Protección enSistema IT



Puesta a tierra

Intensidad y tiempo de contacto

I Hasta 10 mA no genera efectos peligrosos(calambres).

I Por encima de 500 mA puede producir fibrilaciónmuscular.

I La intensidad que circula depende de la tensión decontacto y la resistencia expuesta.I Reducir tensión.I Aumentar resistencia (guantes, calzado, aislamiento

del suelo)

14 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Intensidad y tiempo de contacto

15 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Trayectoria de la corriente

I La trayectoria se realiza siguiendo la ruta más corta ola de menor resistencia.

I Los efectos son más graves si en la trayectoria seencuentran órganos vitales.

I Además, los efectos dependen de la edad, el sexo, elestado físico, la fatiga, el miedo. . .

16 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Resistencia del cuerpo

I No es homogénea: cada parte del cuerpo presentavalores diferentes.

I No es estable con el tiempo: depende de la duracióndel contacto y de la tensión aplicada (disminuye conla tensión!).

I Depende del estado de la piel, sudoración, estadofísico, superficie de contacto, presión.

17 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Frecuencia eléctrica

I Continua:I Umbral de percepción: 2 mAI Umbral control muscular: 75 mAI Menos peligrosa que alterna convencional. Puede

producir electrolisis de la sangre.

I Alterna 50 Hz:I Umbral de percepción: 0.5 mAI Umbral de control muscular: 15 mA

I Alterna 10 kHz:I Umbral de percepción: 5 mAI Umbral de control muscular: 75 mAI Debido al efecto pelicular, los efectos son menores

que la alterna convencional (la corriente circula porla piel, sin atravesar órganos internos).

18 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Tensión y corriente de seguridad

I Se establecen dos condiciones: emplazamientossecos o húmedos (instalaciones de interior);emplazamientos mojados (instalaciones enintemperie).

I Se define como tensión de seguridad la tensión decontacto máxima admisible durante al menos cincosegundos. Para emplazamientos secos es de 120 Vccy 50 Vca; para emplazamientos mojados es de 60Vcc y 24 Vca.

I La corriente máxima admisible se fija en 30 mApara AC y 100 mA para CC.

19 / 67




Definiciones




Puesta a tierra




Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

REBT: Contactos Directos

Según la ITC-BT-24 las protecciones a utilizar paraproteger frente a contactos directos deben estar basadasen evitar que una persona pueda entrar en contacto conlas partes activas de la instalación, e incluye unaprotección complementaria cuando las anteriores noconsiguen su objetivo:

I Protección por aislamiento de las partes activasI Protección por medio de barreras o envolventesI Protección por medio de obstáculosI Protección por puesta fuera de alcance por

alejamientoI Protección complementaria por dispositivos de

corriente diferencial-residual

21 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Contacto Directo IT

Vm

+

R(m)iso

C(m)iso

Vm

+

R(m)iso

C(m)iso

Vm

+

R(m)iso

C(m)iso

Rh

If ≤ 100 mA =⇒ Riso ≥ 10 ·VocG − RH

Se necesitan tensiones de generador superiores a los1000 V para producir dolor, y tensiones superiores a los3000 V para que exista riesgo por fibrilación.

22 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Contacto Directo TT

IF,max =VocG

RH + Rp + Rts

Rh

RpRts

Rtp

VgRh

If

Rp

Rts

Vg

23 / 67




Definiciones




Puesta a tierra




Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

REBT: Contactos Indirectos

La ITC-BT-24 recoge las formas de protección paracontactos indirectos:

I Protección por corte automático de la alimentación:cuando se produce el contacto, el objetivo es evitarque la fuente eléctrica siga alimentando la fuga.

I Protección por empleo de equipos de clase II o poraislamiento equivalente, con la misión de alcanzarresistencias de aislamiento de alto valor y estables enel tiempo.

I Puesta a tierra, como camino preferente paraconducir la corriente de fuga y para servir depotencial común para todos los elementos queentran en contacto con ella.

25 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Contacto Indirecto IT

Rtp

Rh

Rp

Riso

Vc = 0IF = 0

I f Riso

Rtp

RhVc

Rp

26 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Contacto Indirecto TT

Rts

Rtp

Rh

Rp

Riso

Vc ' IscG · Rtp

I f Riso

Rtp

RhVc

Rp

Rts

27 / 67




Definiciones




Puesta a tierra




Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Tres niveles de protección

Todo el sistema de protección para sistemas IT se puedeconcebir en tres niveles:

I Nivel 1: Refuerzo del aislamiento de las partesactivas.

I Nivel 2: Sistema de detección de aislamiento.I Nivel 3: Puesta a tierra.

29 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Nivel 1: Refuerzo del aislamiento de laspartes activas.

Configuración flotante del generador: se imposibilitanlos accidentes por la aparición de contactosindirectos de primer contacto.

Cableado con aislamiento de protección: Estosaislamientos refuerzan la protección contracontactos indirectos.

Aislamiento galvánico AC-DC: Mediantetransformadores de devanadosindependientes en los inversores seimposibilita el cierre de corriente de fallo através del inversor.

30 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Nivel 2: Sistema de detección de aislamiento.

Vigilante de aislamiento: Este elemento genera una señalde baja frecuencia (2 a 5 Hz) para evitar lasfugas capacitivas del cableado, y que inyectaen un polo activo midiendo la corriente deretorno, y por tanto, la resistencia deaislamiento.

En caso de pérdida de aislamiento, el vigilante ordena eldisparo de los interruptores aislando elcampo fotovoltaico afectado. La ordenprovoca la desconexión del inversor, elcortocircuito del campo y la puesta a tierradel mismo.

31 / 67







Definiciones


Contacto Directo

Contacto Indirecto




Puesta a tierra

Nivel 3: Protección en caso de fallo de losniveles 1 y 2:

En caso de fallo de los niveles anteriores aún queda laprotección proporcionada por la puesta atierra directa de todas las masas de la planta.Gracias a ella se limitara la tensión que conrespecto a tierra puedan adquirir las masasen caso de derivación.

32 / 67




Definiciones




Puesta a tierra

Definiciones


Protección de los equiposTormentas eléctricasProtecciones


Puesta a tierra




Definiciones


Protección de losequiposTormentas eléctricas

Protecciones


Puesta a tierra

Formación de las tormentas

35 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Formación de las tormentas

I Dentro de los núcleos tormentosos se producencampos eléctricos.

I Cuando el campo eléctrico interno de la nube alcanzala ruptura del aire, se producen descargas eléctricas.

I Esta descarga comienza en la nube con un trazadordescendente hacia la superficie terrestre.

I Trazadores ascendentes surgen cuando eldescendente se acerca a 10-100 m de la superficieterrestre.

I Aquel trazador ascendente que conecta con eldescendente cierra la descarga y determina el lugardel impacto.

36 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Influencia de las condiciones locales

I La descarga está determinada principalmente por elcampo eléctrico interno de la nube, con una menorinfluencia debida a las condiciones de la superficieterrestre.

I Las condiciones locales sólo influyen a distanciasde 10-100 metros.

I Las construcciones metálicas de mayor altura(antenas) o superficie (instalaciones fotovoltaicas)favorecen la formación de trazadores ascendentesque conecten con el descendente.

37 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Influencia de los sistemas fotovoltaicos

Por tanto, las instalaciones fotovoltaicas no aumentan laprobabilidad de descargas locales (determinadas por lasnubes), pero una vez que se producen, son lugares conmayor probabilidad de impacto.

38 / 67




Descarga y campo magnético

Vind

Ides~B

I Una descarga eléctricasupone una corriente de granvalor en un lapso de tiempomuy corto.

I Esta corriente produce unainducción magnética a sualrededor de caractervariable.

I Un flujo magnético variableproduce una fuerzaelectromotriz entre losextremos del área atravesada.




Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Factores de influencia

La fuerza electromotriz inducida depende de:

I Valor de la inducción magnética (depende de latormenta).

I Distancia de la descarga al sistema (dependeprincipalmente de la tormenta).

I Area efectiva del sistema (depende del diseñador ydel instalador).

40 / 67




Definiciones


Protección de los equiposTormentas eléctricasProtecciones


Puesta a tierra




Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Area y cableado

42 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Protección externa

Un sistema de protección externa contra el rayo secompone de:

I Terminal aéreo (punta)I Conductor(es) de bajada (interconectados)I Puesta a tierra.

43 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Protección externa

44 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Protección externa

I Se debe calcular una distancia de seguridad entre labajada del pararrayos y las instalaciones metálicascercanas.

I Se asume que una distancia mayor a 1 metro essuperior a la distancia de seguridad.

I Si la distancia es inferior a la de seguridad, elsistema de puesta a tierra de la protección externa yla estructura metálica deben interconectarse paraevitar la existencia de descargas entre conductores.

I Si la distancia es superior a la de seguridad, lossistemas de puesta a tierra deben serindependientes.

45 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Protecciones internas

I Todas las masas deben estar conectadas a unsistema de puesta a tierra.I En general, la estructura de soporte se conecta

directamente a tierra, pero no el marco de losmódulos.

I En la entrada/salida de cada elemento a proteger seinstalan supresores de tensión (varistores) entreconductores activos y tierra.

46 / 67







Definiciones



Protecciones


Puesta a tierra

Protecciones InternasI Cuando un varistor actúa realiza un cortocircuito

entre sus conexiones.

47 / 67




Definiciones




Puesta a tierra

Diagrama Unifilar

Definiciones



Resumen de proteccionesCircuito DCCircuito AC

Puesta a tierra




Definiciones



Resumen deproteccionesCircuito DC

Circuito AC

Puesta a tierra

51 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Cortocircuitos

I El cortocircuito es un punto de trabajo no peligrosopara el generador fotovoltaico.

I El cortocircuito puede, sin embargo, ser perjudicialpara el inversor. Como medio de protección seincluyen fusibles de tipo gG normalizados según EN60269 en cada polo.

I Para las personas es peligrosa la realización oeliminación de un cortocircuito franco en el campogenerador, por la posibilidad de que se establezca unarco eléctrico.

I Es recomendable la conducción separada delpositivo y del negativo para evitar cortocircuitos porpérdida de aislamiento.

52 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Fusibles

I El fusible por rama sirve principalmente comoelemento de seccionamiento (facilita las tareas demantenimiento).

I Suele utilizarse In ≥ 1.25 · IscG

I La corriente de activación es I2 = 1.6 · In

53 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Varistores

I Entrada CC del inversor protegida mediantevaristores para proteger contra sobretensiones deorigen atmosférico.

I Tensión de operación marcada por el diseño delsistema concreto, entre la menor tensión en el puntode máxima potencia y la mayor tensión de circuitoabierto.

54 / 67




Definiciones



Resumen de proteccionesCircuito DCCircuito AC

Puesta a tierra




Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

56 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Cortocircuitos y sobrecargas

I Es necesario incluir un interruptor general manual(interruptor magnetotérmico omnipolar)I Ubicado en el cuadro de contadores de la instalación

fotovoltaica, accesible sólo a la empresadistribuidora.

I Un segundo magnetotérmico omnipolar (de menorintensidad nominal) actuará antes que el interruptorgeneral manual, salvo cortocircuitos de ciertaimportancia provenientes de la red de la compañía.

I Recomendable un magnetotérmico de menorcorriente para cada inversor.

57 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Cortocircuitos y sobrecargas

I Se utilizarán magnetotérmicos tipo C (indicadoscuando no existen corrientes de arranque deconsumo elevadas).

I Su corriente de activación es I2 = 1.45 · In.

58 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Interruptor diferencial

I No funciona en circuitos DC (alternativa: vigilantede aislamiento).

I Se debe incluir un diferencial de 30 mA con corrientenominal superior a la del magnetotérmico deprotección.

I El diferencial no protege el tramo comprendidoentre él y el punto de conexión a red (conexión TT).

F

N

If

I

I − If

59 / 67







Definiciones




Circuito AC

Puesta a tierra

Puesta a tierra

I La puesta a tierra se realizará de forma que no alterela de la compañía eléctrica distribuidora, con el finde no transmitir defectos a la misma.

I Las masas de la instalación fotovoltaica estaránconectadas a una tierra independiente de la delneutro de la empresa distribuidora de acuerdo con elReglamento Electrotécnico para Baja Tensión.

60 / 67




Definiciones




Puesta a tierra




Definiciones




Puesta a tierra

Tomas de tierra existentes

A la hora de realizar puestas a tierra en lugares donde yaexisten tomas a tierra que pertenecen a otras instalacioneseléctricas.

I Cuando corresponda a la instalación de BajaTensión del edificio se utilizará la puesta a tierraexistente para conectar las masas del sistemafotovoltaico.

I Cuando corresponde al neutro de Media Tensióndel transformador de la compañía eléctrica esnecesario separarse suficientemente para nointerferir en su funcionamiento. Para terrenos deresistividad no elevada (ρ < 100 Ω m), esta condiciónse cumple para distancias superiores a 15 m.

62 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Resistencia para conexión TT

Rtp ≤Vmax

If

Ejemplo

Una instalación fotovoltaica se considera local mojado,así que Vmax = 60 V. Al ser corriente continuaImax = 100 mA. Si este generador fotovoltaico utiliza elesquema TT será Rtp ≤ 600 Ω.

63 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Resistencia para IT

I Un sistema IT es intrínsecamente seguro.I Si existe un fallo de aislamiento se convierte en un

TT. Si aparece un segundo fallo, y no hay limitaciónde corriente, el requisito es:

Rtp ≤Vmax

Isc

Ejemplo

Suponiendo Isc = 150 A, la resistencia de la puesta a tierradebe ser ahora Rtp ≤ 0,4 Ω.

64 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Práctica comúnI Este segundo cálculo arroja un valor difícilmente

alcanzable en un terreno con valores de resistividadeléctrica normales dentro de ciertos costesrazonables.

I Se suele adoptar como requisito mínimo

Rtp ≤Vmax

If

aplicado a la zona de corriente alterna (por tanto,empleando Vmax = 24 V y Imax = 30 mA).

I Con este primer resultado se diseña un sistema depuesta a tierra y se intenta mejorar para alcanzar

Rtp ≤Vmax

Isc

aplicada al generador fotovoltaico.65 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Cálculo de la resistencia de tierra

I Resistencia de puesta a tierra: Para una pica verticalRt =

ρL , siendo ρ la resistividad del terreno y L la

longitud de la pica.I Resistividad en función del terreno

Terrenos cultivables fértiles 50 Ω mTerrenos cultivables poco fértiles 500 Ω mSuelos pedregosos 3000 Ω m

66 / 67







Definiciones




Puesta a tierra

Cálculo de la resistencia de tierra

I Electrodos en paralelo: Para mejorar la resistenciade toma de tierra, se utilizan varios electrodosinterconectados, situados a distancias del orden de10 m. De esta forma, la resistencia equivalente es(aproximadamente) el paralelo de las individuales.

Por ejemplo

Para conseguir una Rt = 5 Ω en un terreno conρ = 100 Ω m se deberán utilizar aproximadamente 10picas de una longitud de 2 metros (cada una de ellastendrá una resistencia Rt,i = 50 Ω).

67 / 67




Documents

SFCR: Seguridad Eléctrica · protecciones Puesta a tierra REBT: Contactos Directos Según la ITC-BT-24 las protecciones a utilizar para proteger frente a contactos directos deben