1 PROTECCION AC CONTRA LAS SOBRETENSIONES segun las normas internacionales y Proteccion de las Estaciones de Radio Base Christian Macanda Febrero 2001

2 Normas internacionales en relacion con los « rayos » Terminologia n n SPD Surge Protective Devices (proteccion contra las sobretensiones) n n LPS Pararrayos n n LPZ Zona de proteccion del pararrayos n n LEMP Pulso Electromagnetico del rayo

3 Normas Internacionales en relacion con los rayos n n Proteccion contra LEMPIEC n n Eleccion de un SPD IEC n n Proteccion contra un impacto directoIEC n n Inmunidad del equipamientoIEC n n Gestion del riesgo de rayosIEC n n Sobretensiones en red de baja tensionIEC n n Equipamiento contra las sobretensionesIEC n n Proteccion contralas sobretensionesIEC n n SPD Proteccion de baja tensionIEC n n Eleccion/aplicacion de SPD de baja tensioIEC (pending) n n SPDde telecomIEC

4 n n Different Zones in relation with the probability of : u u direct strike u u ligthning current u u LEMP n n SPD must be installed on boundaries of each zone. n n Between LPZOa and LPZ1, the SPD must be able to carry ligthning current (10/350) Ligthning Protection Zones Concept IEC standard

5 Las normas “proteccion de baja tensionBT » Seleccion/ Producto Instalacion n n InternacionalCEI CEI n n FranciaNFC UTE C n n AlemaniaVDE VDE n n InglaterraBS6651-App.C- n n EE-UUUL1449-ed2IEEE C62.41

6 Las normas « Proteccion de baja tension » n n La futura norma europea EN u u Extrapolada a 99% de la norma internacional CEI u u Actualmente (dic.2000) : nivel prEN (proyecto definitivo de norma europea) u u Definitiva : fin 2001 (probablemente) u u Norma NF-EN correspondiente : fin 2002 (probablemente) u u fin definitiva de las normas nacionales : fin 2004 (probablemente)

7 Las normas de proteccion de baja tension Nivel >Pararrayos Primario Secundario Ubicacion >EntradaTableroInterior n n InternacionalClase IClase IIClase II/III n n Francia Imax aumentado Estandard Imax disminuido n n AlemaniaClase BClase CClase D n n EE-UUClase CClase BClase A n n InglaterraClase CClase BClase A Nocion de Clases

8 Las normas de “proteccion baja tension” Nivel >Pararrayos Primario Secundario Ubicacion >EntradaTableroInterior n n InternacionalI imp( 10/350) In (8/20)Uoc (1,2/50-8/20) Iimp>12,5 kA maxIn> 5 kA Isc=10 kA max n n FranciaIn > 20 kAIn > 5 kA- n n Alemania10/350 µsIn = 5 kAIn = 1.5 kA kA n n EE-UU10 kA*3 kA500 A n n Inglaterra10 kA3 kA500 A Nivel de las protecciones * futura norma 2001 = test 10/350 à 10 kA

9 n n Prueba Clase I u u Proteccion instalada en la entrada de una instalacion que puede recibir un impacto directo (por ejemplo: equipado con un pararrayos). - Prueba en onda 10/350 µs n n Prueba Clase II u u Proteccion instalada en la entrada o dentro de una instalacion. - Prueba en onda 8/20 µs n n Prueba Clase III u u Prueba diferente para las proteccion(tipo EE-UU...) : conduce a protecciones de « baja energia ». - Prueba en onda hibrida 1,2/50-8/20µs Norma CEI

10 Protecciones y Pararrayos SPD y LPS

11 Comparacion de los surtos

12 n n Corriente de descarga nominal: In (Clase I y II) Ciclo de prueba : 15 impulsos en onda 8/20 µs Valor tipico : 1,5 - 2, kA n n Corriente de descarga maxima : Imax (Clase II) Ciclo de prueba : 0,1 - 0,25 - 0,5 - 0,75 and 1 x Imax (onda 8/20 µs) Typical value : kA n n Corriente de rayo maximo : Iimp (Clase I) Test cycle : 0,1 - 0,25 - 0,5 - 0,75 and 1 x Imax (onda 10/350 µs) Valor tipico: kA n n Nivel de Proteccion : Up (Clase I y II) Voltaje residual a In Valor tipico : ….0,8 - 0, ,2 - 1, ,5…. kV IEC : los parametros

13 Elegir I imp 1- Segun la Anexa A de la IEC (o Figura13 de la IEC ): recomienda dimensionar el SPD para soportar una parte del corriente del impacto directo (10/350µs) : 4, 3 % de la corriente maxima de la descarga ira a traves de cada SPD: en el caso peor (200 kA) se necesita un SPD con un valor minimo I imp de 8,6 kA. 2 - Segun la IEC : “si el valor del corriente (Iimp) no puede ser establecido (por el calculo de la IEC ), el valor Iimp no puede ser inferior a 12.5 kA para cada modo de proteccion.”

14 Protecciones y Pararrayos SPD y LPS

15 Elegir I imp 3- Siguiendo un punto de vista estadistico: Segun las estadisticas, el riesgo para una instalacion de recibir un impacto directo de una intensidad de 200kA es muy bajo. Una confirmacion puede ser calculada facilmente : Los parametros que tenemos que considerar son los siguientes : la area equivalente de coleccion (Ae) para un edificio alto y grande (el peor caso) = 5000m² (IEC ). La probabilidad de tener un impacto de 200kA es de 1% (IEC ). En Europa, la densidad promedia de rayos (Ng) es de 1 impacto/ano/km² El calculo para el impacto esperado esta dado por la IEC : Impactos esperados = Ng x Ae x Probabilidad de 200 kA = 1 x 5000 x x 0.01 =  impacto cada ano o  1 impacto directo “200 kA” cada anos!

16 n n Instalacion con pararrayos n n Proteccion disenada para un corriente de rayo entre LPZ0a y LPZ1 (Tipo 1 SPD) n n Nivel de proteccion (Up) debe ser bajo para una proteccion eficaz n n Un diseno con 2 etapas de proteccion puede ser utilizado para reducir el Up. Concepto de zona de proteccion contra el rayo Norma IEC

17 n n Instalacion con pararrayos n n SPD unico disenado para la corriente del rayo y un nivel de proteccion bajo (Tipo ) DS150 Concepto de zona de proteccion contra el rayo Norma IEC

18 n n Asociacion de SPD para la corriente del surto y un nivel de proteccion bajo (Coordinacion con SPDs de Tipo 2) Concepto de zona de proteccion contra el rayo Norma IEC

19 n n SPD unico disenado para la corriente del rayo y un nivel de proteccion bajo Concepto de zona de proteccion contra el rayo Norma IEC DS150

20 Comparacion de Tecnologia para las protecciones de Baja Tension n n Tecnologia de Spark Gap (SPD de Clase 1) n n Tecnologia MOV (SPD de Clase 2) n n Tecnologia de MOV multiple ( SPD de Clase 1+2) n n Tecnologia de MOV multiple + descargador de gas (Class 1+2 SPD)

21 Comparacion de Tecnologia

22 Comparacion de Tecnologias

23 Comparacion de Tecnologia para SPD (descargador) de baja tension

24 En caso de Corriente Serie:   Posible fracaso de los fusibles de linea (necesidad de una operacion de mantenimiento).   Necesidad de una instalacion especifica (expulsion de gas caliente) Comparacion de Tecnologia Corriente Serie

25 Comparacion de Tecnologia Modo de fracaso n n Desconexion termica interna (envejecimiento de los componentes) n n Fusibles externos/Interruptor (Corto Circuito) n n Prueba de destruccion « realistica »: u u o « prueba de destruccion con impulsos » (no incluido en las normas) u u Destruccion por impulsos de corriente extremos en descargadores bajo alimentacion. u u Prueba : multiple inyeccion de Iimp (o Imax) en SPD conectado a la red de Baja Tension, hasta destruccion  Necesidad de destruccion controlada. u u DS150VG: unica technologia que puede soportar la «Prueba de Destruccion Realistica ».

26 Comparacion de las varias tecnologias de SPD

27 Conclusion Las protecciones Baja Tension adaptadas a las Estaciones de Radio Base 1-Iimp = 15 kA es pertinente al considerar: - Las normas - El riesgo real - La experiencia en el campo 2- La tecnologia “Sin Airgap” es la mejor solucion para: - la corriente de impulso correcta - un mejor nivel de proteccion - interferencias minima en la red AC (no corriente de fuga) - una solucion mas compacta (no secundo nivel de proteccion) - un costo mas barato (no secundo nivel de proteccion)

28 IEC Conexion del SPD segun la IEC Conexion de tipo 2 (CT2)Conexion de tipo 1(CT1)

29 Norma IEC Proteccion N/PE Segun la IEC   In(8/20)10 kA (monofasico) or 20 kA (Trifasico)   Iimp (10/350)25 kA (monofasico) or 50 kA (Trifasico)   Extinccion > 100A a Uc

30 Proteccion AC de baja tension n « Clase I » and « Clase II » (IEC ) n Tecnologia «No-Gap» n 2 niveles de redundancia n Senalizacion triple n Senalizacion remota n In : 70 kA - Imax : 140 kA n Iimp (10/350µs) : 15 kA n Up (15kA) = 850 V n UL1449 Recognized Ed.2 DS150E

31 Proteccion AC de baja tension n « Clase I » and « Clase II » (IEC ) n Tecnologia «No-Gap» n Senalizacion + Senalizacion remota n Iimp (10/350µs) : 15 kA n Up muy bajo (15kA) < 600 V n Comportamiento en fin de vida mejorado n UL1449 Recognization Ed. 2 DS150VG

32 Proteccion AC de Baja Tension n P/NE Spark Gap (IEC ) n En combinacion con el DS150E para las redes TT n In : 50 kA - Imax : > 100 kA n Iimp (10/350µs) : > 50 kA n Up < 1.5 kV n UL1449 Recognization DS100EG

33 Proteccion AC de Baja Tension DS74R n « Clase II » Mono/Trifasico SPD n Modulo de proteccion enchufable n Redundancia n Doble Senalizacion n Senalizacion remota n In : 30 kA - Imax : 70 kA n Up : 1.5 kV

34 Proteccion AC de Baja Tension DS44 n « Clase II » Mono/Trifasico SPD n Modulo de proteccion enchufable n Senalizacion n Senalizacion remota n In : 15 kA - Imax : 40 kA n Up : 1.5 kV

35 Connexion de las protecciones segun el regimen de neutro

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37 RED DE TIERRA   para drainar el corriente del rayo y de las sobretensiones   para evitar peligrosas diferencias de voltaje   para reducir el coplaje electromagnetico

38 Proteccion contra los impactos directos   para proteger las estructuras contra los impactos directos   para drainar el corriente del rayo a la tierra

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40 Proteccion contra las sobretensiones   para evitar la inoperacion de un equipo durante una descarga   para aumentar la duracion de vida   para reducir el tiempo inoperativo

41 Proteccion contra las sobretensiones para una estacion GSM Por causa de todos los caminos posibles usados por una sobretension inducida por un rayo, se necesitan protecciones en todas las entradas   Proteccion de la red AC   Proteccion de la red Telecom   Proteccion de la linea Radiocom

42 Proteccion contra las sobretensiones Radiocom n Proteccion contra las sobretensiones en el acceso Antena en relacion con : u La frecuencia de operacion u La necesidad o no de polarizacion de la antena n Una proteccion esta muy recomendada en caso de sitio expuesto. n No existe una norma internacional

43 PROTECCION COAXIAL 2 Tecnologias Descargador de gas Cuarto de onda

44 Proteccion Coaxial 2 Tecnologias Descargador de gas Gama P8AX Cuarto de Onda Gama PRC

45 Proteccion Coaxial 2 Tecnologias accion de descarga de DC hasta 2.5 GHz 10 kA Voltaje residual alto Envejecimiento en relacion con el numero de impulso Accion de filtraje de 0.5 hasta unos GHz > 50 kA voltaje residual muy bajo no polarizacion posible no envejecimiento 10 kA Descargador de gas Cuarto de Onda

46 Proteccion Coaxial VSWR (Return loss) Perdida de insercion 10 kA VSWR (Return loss) Tipo Descargador de gas gama P8AX

47 Proteccion coaxial VSWR (Return Loss) Perdida de insercion 10 kA Cuarto de Onda Gama PRC

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