proteccion en ups

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedades electrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen una informacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto o noticias tcnicas. Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones, los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo de las redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales. Puede accederse a estas publicaciones en Internet: http://www.schneider-electric.com.ar Igualmente pueden solicitarse ejemplares en cualquier delegacin comercial de Schneider Electric o contactarnos mediante SOL (Schneider On Line): Telfono: 0 810 444 7246 (Schneider) Fax: 0810 555 7246 (Schneider) E-mail: [email protected]

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Advertencia Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemas reproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuencias de la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edicin. La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria: Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 129 de Schneider Electric.

Cuaderno Tcnico Schneider n 129 / p. 2

cuaderno tcnico no 129Proteccin de personas en sistemas de alimentacin con fuentes ininterrumpidas de energa elctrica

Jean Nol FIORINA Se incorpora a la firma Merlin Gerin en 1968 como agente tcnico de laboratorio en el departamento ACS, Alimentacin de Convertidores Estticos, participando en la puesta a punto de nuevos proyectos. Se diploma en 1977, como Ingeniero de L'ENSERG (Francia), despus de 3 aos de estudios nocturnos. Se reincorpora al departamento ACS. Seguidamente accede como Ingeniero de desarrollo y como encargado de proyecto, llegando a responsable de concepcin en el departamento EPS, Suministro de Potencia Elctrica. Se le considera el padre de los onduladores de mediana y alta potencia. Actualmente en la Divisin de Alimentadores, es responsable de innovacin en al rea de alimentacin ininterrumpida de futuros proyectos.

Por: Jean Nol Fiorina Trad.: J. A. Prez

Edicin francesa: mayo 1991 Versin espaola: marzo 2000

Terminologa(Definiciones extradas de la norma IEC 60146-4) By-pass: camino de derivacin (shunt) del convertidor indirecto de la corriente alterna (rectificador y ondulador). Contactor esttico: parte del interruptor de transferencia. Es un contactor a base de semiconductores (tiristores) encargado de la conexin instantnea entre la instalacin aguas abajo (utilizacin) y la instalacin aguas arriba (entrada alterna); normalmente se encuentra acompaado, en las UPS de altas potencias, de un contactor electromagntico (figuras 2 y 3). CPA: Controlador Permanente de Aislamiento para circuitos de cc. CPN: Conductor comn de Proteccin y Neutro. DCC: Detector de Componente Continua. DDR: Dispositivo de proteccin Diferencial de corriente Residual. Interruptor de transferencia: interruptor de las UPS, que consta de uno o varios interruptores, que se emplean para transferir la potencia de una fuente a otra. Ondulador: forma parte de una UPS. Se trata de un sistema electrnico de potencia que convierte una tensin continua en una alterna. Una UPS puede incorporar varios onduladores. Por extensin, el trmino ondulador se aplica corrientemente a la UPS (figura 1). UPS: Uniterrupted Power Supply Fuente ininterrumpida de energa elctrica Unidad de UPS: UPS completa, que incluye por lo menos una de las unidades funcionales siguientes: ondulador, rectificador y batera, u otro medio de acumulacin de energa, que puede estar asociado a otras unidades de UPS para formar una UPS paralelo o redundante. (En este Cuaderno Tcnico, los conjuntos rectificador-batera de acumuladores-ondulador se denominan simplemente cadenas).


Proteccin de personas en sistemas de alimentacin esttica ininterrumpida

ndice1 Introduccin Qu es una UPS? Condiciones particulares Proteccin contra los contactos directos Proteccin contra los contactos indirectos Esquemas de conexin de neutro a tierra 2 Proteccin contra contactos indirectos aguas abajo del ondulador La posicin del neutro respecto a tierra, aguas abajo de la UPS, puede ser distinta de la del neutro de la instalacin que alimenta a la UPS UPS sin aislamiento galvnico UPS con aislamiento galvnico Sntesis 3 Proteccin contra los contactos indirectos en circuitos cc y batera Dispositivos de control de los circuitos cc p. p. p. p. p. 6 8 8 9 9

p. 11

La instalacin de una UPS (Fuente ininterrumpida de energa) de tipo esttico, plantea problemas especficos en cuanto a la aplicacin de las normas de seguridad definidas en la norma NF C 15-100 553 aplicable a las instalaciones generales en los edificios. En este Cuaderno Tcnico se recuerdan algunos conceptos, que son muy tiles e incluso indispensables, y que vienen complementados por algunos comentarios elaborados por Schneider.

p. 11 .p. 14 p. 15 p. 16

Interaccin entre los dispositivos p. 17 de control de los circuitos de cc y los de instalaciones aguas arriba y aguas abajo Principales casos de aplicacin p. 18 Casos particulares 4 Conclusin Anexo 1: Diferentes esquemas de UPS UPS unitaria UPS en paralelo UPS redundantes p. 23 p. 24 p. 25 p. 26 .p. 27


1

Introduccin

Con el fin de ganar precisin se emplearn, en este Cuaderno Tcnico, frecuentemente los trminos UPS Fuente Ininterrupida de Energa Elctrica e interruptor de transferencia. Dichos trminos estn definidos en la Norma IEC 60146 (terminologa), que trata de los convertidores estticos y, especialmente, de las UPS. Sustituyen respectivamente a las denominaciones ondulador y contactor esttico (terminologa).

Qu es una UPS?Una UPS (Fuente ininterrumpida de de energa), como su nombre indica, tiene la finalidad de mantener la alimentacin de un receptor, por ejemplo, un ordenador. Para eso, cuando la tensin aguas arriba de una UPS esttica desaparece, la instalacin aguas abajo siempre estar alimentada con la energa suministrada por una batera de acumuladores elctricos.

De hecho, una UPS esttica tiene particularidades esenciales en cuanto a la proteccin de personas: n tiene circuitos de corriente alterna y circuitos de corriente continua con una batera. En adelante, en este CT, los circuitos de corriente continua se denominarn circuitos cc; n es: o un receptor, respecto a la instalacin aguas arriba,

ondulador

entrada de c.a.3L

salida de ondulador3L N

TR (rectificador) transformador de entrada (adaptacin de tension y aislamiento galvnico)

rectificador-cargador

bateras de acumuladores

convertidor: generacin de ca no-senoidal (puntas)

TO (ondulador) transformador de salida: adaptacin de tensin aislamiento galvnico

filtro: generacin de la onda sinusoidal por aplanado de la onda alterna

Fig. 1: Repaso de los elementos constructivos de una cadena con rectificador, batera de acumuladores y ondulador; (se hace notar que, no siendo indispensables para el funcionamiento, no se prevn sistemticamente los transformadores TR y TO).de la salida del ondulador

Interruptor de transferencia

N 3L

3L

3L N

contactor esttico TB (by-pass) transformador de entrada adaptacin de tensin aislamiento galvnicoN

contactor de corte del ondulador (durante la conmutacin del by-pass)

conexin del neutro3L N

interruptor by-pass (para mantenimiento)

Fig. 2: Repaso de los elementos constitutivos del circuito by-pass; (se hace notar que, no siendo obligatorio el transformador de entrada TB, en su ausencia la alimentacin del by-pass se hace en trifsica con neutro).


3L N

interruptor automtico de entrada del circuito by-pass

entrada de ca

3L

N

3L

utilizacin

entradas de ca

o una fuente de energa, respecto a la instalacin aguas abajo; n cuando falla la tensin de ca de alimentacin, su rectificador queda bloqueado y no puede atravesarlo ninguna corriente; n su ondulador slo puede dar pequeas corrientes de cortocircuito (alrededor de 2 In). La proteccin de personas tiene una relacin especfica con los diferentes tipos de UPS Para comprender todas estas caractersticas, en primer lugar es necesario conocer la constitucin de una UPS (figuras 1 y 2) y su configuracin general (figura 3), mientras que los principales esquemas de la norma IEC 60146-4 estn recogidos en el anexo 1. Para todas las instalaciones de baja tensin, las medidas destinadas a la proteccin de personas dependen de la posicin del neutro de la instalacin respecto a tierra (o de una fase si el neutro no existe o es inaccesible), definida por el esquema de conexin del neutro a tierra. Esta frmula sustituye a la antigua denominacin regmenes de neutro. Los esquemas de la figura 4 indican las diferentes posibles interconexiones del neutro en una UPS, realizndose estas interconexiones cuando las instalaciones de alimentacin (aguas arriba) y de utilizacin (aguas abajo) tengan un mismo esquema de conexin del neutro a tierra. Cuando las instalaciones aguas arriba y aguas abajo tienen diferentes esquemas de conexin del neutro a tierra, habr que prever transformadores de separacin que aseguren el aislamiento galvnico total y permanente entre las instalaciones aguas arriba y aguas abajo (figura 3). Nota: las diferentes entradas de ca son, generalmente, salidas de la misma fuente BT, los transformadores A de los esquemas de la figura 4. Estn alimentados por salidas diferentes del cuadro general de BT (interruptores automticos C, Cb, C1, C2, Cn). Los esquemas de conexin del neutro de dos entradas de ca son los mismos. Son posibles otras soluciones, pero para ello se precisan estudios complementarios.

canal n

canal 2 TR rectificador cargador ondulador TO

canal 1 TB circuito de by-pass conmutador de transferencia

salida de ca

Fig. 3: Configuracin de una UPS, y emplazamiento de los transformadores eventuales (necesarios para las adaptaciones de tensin y/o el aislamiento galvnico).a) UPS nica, sin by-pass3L 3L N 3L

B

C

b) UPS con by-pass individual A B C

N

3L

Cb

D3L N

interruptor de transferenciaN

3L

3L N

3L

3L N

F

circuito by-pass

E

c) Varias UPS conectados con un by-pass comn Cn3L 3L N

Gn G2

A B C2

3L

3L N

C1

G1

Cb

D3L N


3L

3L N

3L

F

circuito by-pass

E

A notar: 1. que la conexin eventual del neutro a tierra de la instalacin aguas abajo en una UPS sin by-pass se hace a nivel de sus conectores de alimentacin y de utilizacin, 2. que es posible acoplar varias UPS con by-pass individual. Fig. 4: Interconexiones posibles del neutro en una instalacin entre las redes aguas arriba (alimentacin) y aguas abajo (utilizacin) de una o varias UPS.


3L N

3L N

3L N

A

Condiciones particularesExistencia de aislamiento galvnico en una UPS Adems de todas estas consideraciones de orden general, tambin es preciso saber que puede haber un aislamiento galvnico entre las diferentes partes constituyentes de una UPS, precisndose el exmen minucioso de los casos siguientes: n con o sin aislamiento galvnico entre las instalaciones aguas arriba y aguas abajo, lo que es objeto de estudio en el captulo 2, n con o sin aislamiento galvnico entre la batera y los circuitos de corriente continua por una parte y las instalaciones aguas arriba y aguas abajo por otra, lo que es objeto de estudio en el captulo 3. Mxima continuidad de servicio exigida La bsqueda de la mejor continuidad de alimentacin para los receptores alimentados por una UPS exige la selectividad en las protecciones para todos los disparos, ya se produzcan tras un defecto entre conductores activos o por un defecto de aislamiento. Siendo la capacidad de sobrecarga del ondulador relativamente baja, las protecciones se deben escoger con mucha atencin.

Adems, la presencia eventual de filtros antiparsitos, en particular para receptores de tipo informtico, deber considerarse al definir las protecciones. En efecto, los condensadores situados entre los conductores activos y tierra pueden provocar funcionamientos indeseables de las protecciones diferenciales (Cuaderno Tcnico n 114).

Proteccin contra los contactos directosLa proteccin de personas contra los contactos directos, por el contacto con una pieza normalmente en tensin, est asegurada cuando el material se instala con recubrimiento (envolventes). El grado de proteccin de estas envolventes, como mnimo, ser IP 2xx IP xxB (segn IEC 60529).

Las normas que rigen la proteccin de personas son: n la IEC 60364-41 para la instalacin, n la IEC 60349 para los conjuntos de serie o derivados de serie (anteriormente conocidos como conjuntos montados en fbrica). En lo que concierne a las bateras de acumuladores, considerar estas normas y las condiciones de funcionamiento conduce a dos formas distintas de instalacin: n integracin de bateras con los otros constituyentes de la alimentacin esttica (rectificador, ondulador, by-pass, interruptor de transferencia, armario del interruptor automtico, batera, sealizaciones, ) en armarios que tengan un grado de proteccin IP 2xx IP xxB, ver IP 3xx IP xxC (figuras 5 y 6).

Fig. 5: Micropac SX300, 300VA, una UPS de Merlin Gerin para un equipo microinformtico.

Fig. 6: De 40 a 4 800 kVA, EPS 5 000, una UPS Merlin Gerin. A destacar en esta fotografa su cuadro de control, y el armario de bateras incorporado.


Esquemas de conexin de neutro a tierra (norma IEC 60364-3)Esta norma define, en instalaciones de baja tensin, tres tipos de esquemas de conexin a tierra: n esquema TT: llamado neutro a tierra, n esquema TN: llamado de neutro a tierra, n esquema IT: llamado de neutro aislado o con impedancia. Se simbolizan por 2 letras: n la primera indica la situacin del neutro en el origen de la instalacin, respecto a tierra: - T: conexin directa del neutro a tierra, - I: o bien con aislamiento de todas las partes activas respecto a tierra, o bien con conexin del neutro a tierra a travs de una impedancia; n la segunda indica la situacin de las masas respecto a tierra: T: masas conectadas directamente a tierra, N: masas conectadas al neutro. Adems, en rgimen TN se emplean otras 2 letras: n TN-S: cuando la funcin de proteccin la asegura un conductor distinto del neutro o del conductor activo puesto a tierra; n TN-C: cuando las funciones de neutro y de proteccin se unen en un solo conductor (CPN). La tabla de la figura 8 resume el conjunto de la norma que trata de la instalacin y explotacin de estos esquemas.

Fig. 7: Sala de bateras de una UPS de 200 kVA con una autonoma de 10 minutos.

n agrupando las bateras en locales especializados (delimitados por las paredes de un edificio, o dentro de un armario) reservados a servicios elctricos (figura 7). Adems, los riesgos inherentes a las bateras de acumuladores (emanacin de gases explosivos, sustancias corrosivas) que imponen condiciones especiales de instalacin.

Proteccin contra los contactos indirectosPor contactos indirectos se entienden los contactos de personas o de animales con masas puestas accidentalmente en tensin tras un defecto de aislamiento.

Generalmente esta proteccin se realiza mediante: n la interconexin y puesta a tierra de las masas metlicas de una instalacin (equipotencialidad); n la eliminacin de un defecto peligroso para las personas (y los bienes) por medio de un dispositivo de proteccin cuya eleccin depende de los esquemas de conexin del neutro a tierra. La seguridad tambin puede obtenerse empleando otros mtodos (clase II, transformador de aislamiento,) generalmente no aplicables en instalaciones que incluyen UPS.


Neutro a tierra (TT) (figura a) Es el esquema habitual de la distribucin pblica. Tcnica de explotacin: Corte al primer defecto de aislamiento. Tcnica de proteccin de personas: La puesta a tierra de las masas est asociada obligatoriamente al empleo de dispositivos diferenciales a corriente residual (DDR), al menos uno en cabecera de la instalacin. Es la solucin ms sencilla, tanto de estudio como de instalacin. No precisa control permanente de aislamiento, pero cada defecto origina un corte del elemento en cuestin. Nota: Si aguas abajo de una UPS, por especiales condiciones de funcionamiento, es preciso separar la toma de tierra de las masas (de las utilizaciones) de la toma de tierra del neutro (ondulador), slo se puede emplear el esquema de neutro a tierra (TT). Puesta al neutro (TN) (figura b) Tcnica de explotacin: Corte al primer defecto de aislamiento. Tcnica de proteccin de personas: n interconexin y puesta a tierra imperativa de las masas y del neutro; n corte al primer defecto realizado por disparo de las protecciones de sobreintensidad (interruptores automticos o fusibles) o por dispositivo diferencial. El esquema TN precisa de un estudio de la instalacin y un personal de explotacin competente. Ello es debido a la circulacin de grandes corrientes de defecto, pudiendo daar ciertos aparatos sensibles. Neutro aislado (IT) e impedante (figura c) Con este esquema, el primer defecto de aislamiento no es peligroso. Tcnica de explotacin: n sealizacin del primer defecto de aislamiento; n bsqueda y eliminacin obligatoria del defecto; n corte si se producen dos defectos simultneos de aislamiento. Tcnica de proteccin de personas: n interconexin (a) y puesta a tierra de las masas, segn esquema TT si no estn interconectadas todas las masas, y segn esquema TN en el caso contrario; n vigilancia del primer defecto por el controlador permanente de aislamiento; n corte al segundo defecto por proteccin de sobreintensidad (interruptores automticos o fusibles) o por dispositivo diferencial. El esquema IT es la solucin que asegura la mejor continuidad de servicio. La sealizacin del primer defecto permite una prevencin contra todo riesgo de electrocucin. Precisa de un personal de vigilancia competente, (bsqueda del primer defecto).

DDR3L N

N 3L

N 3L

utilizacin

M

toma de tierra del neutro

toma de tierra de las masas de utilizacin

Fig. a: DDR: Dispositivo de proteccin Diferencial de corriente Residual

3L

CPN

3L N

3L

CPN

CP N 3L

utilizacin

utilizacin


Fig. b:

toma de tierra del conductor de proteccin CPN


toma de tierra del conductor de proteccin CP

Esquema TN-C: neutro y conductor de proteccin confundidos; este esquema no se puede utilizar para secciones inferiores a 10 mm2, y aguas abajo del esquema TN-S. Esquema TN-S: neutro y conductor de proteccin separados.3L N

N 3L

N 3L

1

2

3

utilizacin

M

(a) toma de tierra del neutro toma de tierra de las masas de utilizacin

Fig. c:

Si la interconexin (a) no es posible, es obligatorio el empleo de un dispositivo diferencial. 1. limitador de sobretensin conectado entre la toma de tierra del neutro y el neutro del transformador, si dicho transformador es MT/BT. 2. controlador permanente de aislamiento. 3. impedancia eventual.

Fig. 8: Resumen de los 3 esquemas de conexin del neutro a tierra.


CP

2

Proteccin contra contactos indirectos aguas abajo del ondulador

Los dispositivos previstos por las normas en cuanto a la proteccin de personas (figura 8) siempre son aplicables. Pero el buen funcionamiento de los dispositivos de proteccin en una instalacin que incluya una UPS precisa disponer de disposiciones complementarias detalladas en los subcaptulos siguientes; las precauciones detalladas a continuacin se aplican en todos los casos: n Esquema TT La proteccin de personas contra los contactos indirectos est asegurada por Dispositivos de Corriente Diferencial Residual (DDR). Para su correcto funcionamiento hay que mantener la conexin a tierra del neutro sea cual sea la configuracin. n Esquema TN La proteccin de personas contra los contactos indirectos est realizada en principio por las protecciones de sobreintensidad, pero las corrientes de cortocircuito suministradas por los onduladores son de pequeo valor (alrededor de 2 In). Tambin la eliminacin del defecto aguas abajo de una UPS se obtiene en las diferentes cargas: o bien sea por la apertura de los interruptores automticos cuyo nivel (umbral) de disparo instantneo es inferior a la Icc mxima de la UPS, o o con el esquema TN-S, por la apertura de DDR. Nota: Puede tenerse en consideracin el empleo de interruptores automticos que tengan un umbral ms elevado y sensibles al defecto con conmutacin automtica en la instalacin aguas arriba por medio del by-pass. Pero esta solucin es desaconsejable porque en ausencia de tensin aguas arriba del by-pass hay riesgo de no disparo y de parada de la UPS. n Esquema IT Se debe asegurar la sealizacin del primer defecto de aislamiento sea

cual sea la configuracin. La proteccin al segundo defecto estar entonces asegurada: o como en el esquema TN, si las masas estn conectadas, o como en el esquema TT, si las masas no estn conectadas.

La posicin del neutro respecto a tierra, aguas abajo de la UPS, puede ser distinta de la del neutro de la instalacin que alimenta a la UPSEsta posibilidad est directamente relacionada con el aislamiento galvnico que exista o no entre las entradas y la salida de la UPS. Este aislamiento galvnico se obtiene con transformadores de devanados separados (figura 3). Observacin: El circuito by-pass, en adelante denominado simplemente by-pass, as como los interruptores de transferencia, por principio, no implican aislamiento galvnico. Por ello, en ausencia del transformador en el by-pass, los esquemas de conexin del neutro aguas arriba y aguas abajo sern necesariamente idnticos (figura 4).

apertura de los aparatos B y C (figura 4a) o B y Cb (figura 4b). En el primer caso el esquema inicial de las conexiones a tierra se mantiene y ciertos dispositivos de proteccin de la instalacin de alimentacin (aguas arriba) pueden ser empleados para la proteccin de la instalacin de utilizacin (aguas abajo); n ausencia con interrupcin de circuito, provocando la ruptura del neutro en la instalacin de alimentacin general, por ejemplo por apertura de los aparatos B o C en esquema TT (figura 4a) o B y Cb (figura 4b). En este caso, durante el periodo de corte o interrupcin del neutro, es conveniente: o restablecer provisionalmente el esquema de conexin a tierra del neutro aguas abajo de la UPS, y segn la posicin del neutro respecto a tierra, poner en servicio dispositivos de control, o si es preciso, adoptar las disposiciones que aseguran el control de circuitos cc (captulo 3). Esquema TT Sin aislamiento galvnico, en marcha normal (presencia de tensin alterna aguas arriba o en ausencia de tensin sin interrupcin del conductor de neutro), la puesta a tierra del neutro aguas abajo de la UPS se realiza a nivel del transformador A (figura 9). Cuando hay ausencia de tensin aguas arriba de la UPS con interrupcin del conductor neutro (por ejemplo por apertura de un interruptor aguas arriba), para asegurar el funcionamiento de los DDR es conveniente conectar automticamente el neutro de la UPS a tierra (a nivel de la bornera de tierra ); precisamente sta es la utilidad del rel R2 en el esquema de la figura 9. Esta conexin temporal a tierra puede sustituirse por una conexin permanente a la toma de tierra del

UPS sin aislamiento galvnicoEsta configuracin se da cada vez que las cadenas o el by-pass estn en conexin directa o no incluyen ms que un autotransformador entre las instalaciones aguas arriba y aguas abajo. Habr que considerar entonces dos casos de ausencia de tensin: n ausencia sin interrupcin de los circuitos que aseguran la continuidad del neutro de la instalacin de alimentacin, por ejemplo por falta de tensin en el transformador A y no


transformador A, si es accesible y prximo. En todo caso el conductor empleado para dicha conexin debe estar definido, en seccin y cada de tensin, en referencia a la instalacin. En el caso de que cada lnea incluya un transformador TR o TO, el circuito by-pass es el nico que controla la ausencia de tensin (entonces ser ste el nico circuito que asegura la conexin galvnica).

Nota: la continuacin de la explotacin en las partidas o cargas no afectadas por el defecto obliga a que las protecciones diferenciales aguas arriba de la UPS sean selectivas con las de la instalacin aguas abajo. Esquema TN Se pueden considerar dos esquemas, referentes a la continuidad de los conductores de neutro y de proteccin:

n la instalacin aguas arriba y la instalacin aguas abajo estn en TNC (el neutro y el conductor de proteccin son comunes). En este caso, es suficiente conectar permanentemente el neutro a la salida de la UPS al conductor comn de proteccin y de neutro CPN, (figura 10a). n la instalacin aguas abajo est en TN-S (neutro y conductor de proteccin separados).

Cn Gn3L N 3L

G2

C13L N 3L

U2 G13L N

Cb D3L N

U1interruptor de transferenciaN 3L 3L N 3L

F

circuito by-pass R2

EN

Fig. 9: Dispositivos de proteccin de personas en una instalacin que incluye una UPS sin aislamiento galvnico, en esquema de conexin de neutro TT.

Cn3L N 3L

Gn U33L

B

C2

G2

U3

CPN3L N 3L

U2

C1

G1

U2

CPN Cb circuito by-pass D3L N

3L


U13L N

3L

3L

3L N

3L N

F

U1

N

3L

E

CPN

N

CPN

CPN

Fig. 10a: Dispositivos de proteccin de personas en una instalacin que incluye una UPS sin aislamiento galvnico, en esquema de conexin neutro TN.

Fig. 10b: Dispositivo de proteccin con esquema TN-S.


3L N

3L N

3L N

A

3L N

3L N

3L N

A

B

C2

U3

equipos metlicos

CP

CP

CP

Es suficiente conectar de forma permanente el neutro de la UPS al conductor comn de proteccin y de neutro (CPN) como en el caso anterior, despus de distribuir aguas abajo de la UPS los dos conductores (figura 10b); pudiendo entonces instalar DDR en las salidas U1, U2, U3, Si la instalacin aguas arriba ya est en TN-S, slo es posible una solucin: tener un esquema de conexin del neutro a tierra aguas abajo distinto del esquema aguas arriba con la realizacin de un aislamiento galvnico al nivel de la UPS. (Los dos esquemas TN-C y TN-S pueden ser empleados en una misma instalacin con la condicin que el esquema TN-C sea utilizado aguas arriba del esquema TN-S). Esquema IT (Figura 11) Sin aislamiento galvnico, en marcha normal un Controlador Permanente de Aislamiento CPA CPA1, situado en el origen de la instalacin, la controla toda incluso aguas abajo del ondulador, del hecho de la no ruptura del neutro. En el caso de desaparicin de la tensin en todas la entradas aguas arriba de la UPS, el CPA2 se pone en servicio automticamente, por medio de un rel de ausencia de tensin (R2). Mientras que haya ausencia de tensin en el transformador A, es preciso vigilar para que el CPA1, que no est alimentado, no perturbe el funcionamiento del CPA2. Dependiendo de los tipos de CPA empleados, se necesitar de un rel de ausencia de tensin (R1) que separe el CPA1 de la instalacin aguas arriba. Notas: n el CPA2 debe ser instalado de tal manera que se asegure su funcionamiento, incluso durante el mantenimiento de una de las lneas en paralelo; n el CPA2, cuando est en servicio, vigila el conjunto de las instalaciones aguas abajo, y aguas arriba, hasta los rganos de ruptura abiertos de la instalacin aguas arriba;

Cn B C23L 3L N 3L N

Gn G2

A

C1

3L

G1

circuito by-pass R1 R2

3L N

N

Cb

D

interruptor de transferencia

3L

3L N

3L

F

EN

CPA1

CPA2

Fig. 11: Dispositivos de proteccin de personas en una instalacin que incluye una UPS sin aislamiento galvnico, en esquema de conexin de tierra IT.

Cn3L

Gn TR y/o TO TR y/o TO3L 3L N 3L N

A

B

C2

G2

C1

3L

3L N

G1

circuito by-pass R1 R2

3L N

N

Cb

D

interruptor de transferencia

3L

F

EN

CPA1

CPA2

Fig. 12: UPS con aislamiento galvnico parcial por presencia de un transformador TR y/o TO, en esquema de conexiones de neutro IT.


3L N

3L N

n en la prctica, las lneas rectificador-ondulador son idnticas e incluyen normalmente al menos un transformador de aislamiento TR, TO o los dos (figura 12). As, la puesta en servicio del CPA2 nicamente depende de la ausencia de tensin aguas arriba del by-pass, y su control se ampla entonces a la instalacin aguas arriba salvo cuando se produce la apertura de un aparato de corte en el by-pass.

UPS con aislamiento galvnicoLos esquemas de conexin del neutro aguas arriba y abajo pueden ser distintos o no La separacin galvnica es necesaria siempre que las condiciones de funcionamiento aguas arriba no sean compatibles con el esquema de conexin a tierra

del cirtuito aguas abajo, e inversamente. Esta separacin est asegurada por transformadores de devanados separados situados en cada una de las vas rectificador/ ondulador (TR o TO) y en el by-pass (TB) o por un transformador de devanados separados situado aguas abajo de la UPS (figura 3). El esquema de neutro deseado para la utilizacin se crea entonces en los bornes aguas abajo de la UPS.

Cn3L N 3L

Gn U3 TR y/o TO TR y/o TO3L

B

C2

G2

U23L N 3L

C1

G1

U1 Cb circuito by-pass TB D3L N


3L

F

EN N

Fig. 13: Dispositivos de proteccin de personas, en una instalacin que incluye una UPS con aislamiento galvnico, esquema de conexiones de neutro TT aguas abajo (esquema de conexiones de neutro aguas arriba indiferente (TT, TN o IT)).

Cn3L N 3L

Gn U33L

B

C2

TR y/o TO TR y/o TO3L

G2

U3

CPN3L N 3L

U2

C1

G1

U2

CPN Cb TB circuit by-pass D3L N

3L


U13L N

3L

3L N

F

U1

N

3L

E

CPN

N

Fig. 14a: Dispositivos de proteccin de personas, en una instalacin que incluye una UPS con aislamiento galvnico, esquema de conexiones de neutro TN aguas arriba (esquema de conexiones de neutro aguas arriba indiferente (TT, TN o IT)).

Fig. 14b


3L N

3L N

3L N

A

3L N

3L N

3L N

3L N

A

CP

CP

CP

Cn3L N 3L

Gn TR y/o TO TR y/o TO3L

B

C2

G2

U3

3L N

3L

C1

G1

U2

Cb circuito by-pass TB

D3L N


3L

F

3L N

U1

EN

CPA2

Fig. 15: Dispositivos de proteccin de personas en una instalacin que incluye una UPS con aislamiento galvnico, esquema de conexin de neutro IT aguas abajo (esquema de conexin de neutro aguas arriba indiferente (TT, TN o IT)).

Esquema TT El neutro de la utilizacin est conectado a tierra al nivel de los bornes aguas abajo de la UPS. La proteccin de personas se realiza o bien globalmente o individualmente por carga mediante un DDR asociado a un interruptor automtico, (figura 13). Esquema TN El neutro de la utilizacin est conectado a tierra al nivel de la bornera de tierra de la UPS. Las protecciones de sobreintensidades aseguran la proteccin de personas. Si el esquema de conexin del neutro de la utilizacin est en TN-C, a partir de esta bornera se distribuye el conductor comn de proteccin y de neutro CPN (figura 14a). En caso de que el esquema del neutro de la utilizacin estuviera en TN-S, que es el caso ms frecuente, el conductor de proteccin y el neutro estn conectados a la misma toma de tierra de la bornera de la UPS (figura 14b) y en este caso se pueden instalar DDR en las salidas U1, U2, U3,

Tipos de esquemas de conexin del neutro a tierra Esquemas aguas arriba y aguas abajo idnticos sin aislamiento galvnico Esquemas aguas arriba y aguas abajo distintos o no, con aislamiento galvnico (hay creacin de una sub-red)

Condiciones de realizacin sin by-pass con by-pass

Unir los neutros de las dos redes. Atencin a las condiciones de empleo del esquema TN. Mnimo necesario: un transformador con devanados separados, TR o TO, o un transformador con devanados separados aguas abajo de la UPS Hay varias soluciones posibles, con diferentes transformadores: n TR y/o TO y TB; n transformador con devanados separados aguas abajo de la UPS.

Nota: En esta tabla, TR, TO y TB son transformadores (de bobinados separados). Los autotransformadores, puesto que no pueden tener aislamiento galvnico, no se tienen en cuenta.Fig. 16: Tabla de sntesis de las interconexiones entre las instalaciones aguas arriba y abajo.

Esquema IT Un CPA2 (Controlador Permanente de Aislamiento), conectado entre uno de los conductores activos aguas abajo de la UPS y tierra, controla los defectos de aislamiento en la utilizacin as como los de la UPS hasta los transformadores TR o TO, (figura 15).

Protecciones de sobreintensidad aseguran, normalmente, la proteccin de personas, al segundo defecto, (figura 8).

Sntesis

La tabla de la figura 16 muestra el conjunto de interconexiones posibles entre las instalaciones de aguas arriba y abajo de una UPS.


3L N

3L N

3L N

A

3 Proteccin contra los contactos indirectos en circuitos cc y batera

La batera, reserva de energa indispensable en una UPS esttica, debe estar aislada de tierra, porque este modo de explotacin favorece la continuidad de servicio. Por ausencia de transformador y emplear semiconductores en las UPS estticas, hay continuidad elctrica entre la instalacin aguas arriba, la UPS y la instalacin aguas abajo; por ello: n los dispositivos de proteccin de las instalaciones aguas arriba y aguas abajo detectarn cualquier defecto de aislamiento de los circuitos cc; n la existencia de un defecto de aislamiento de los circuitos cc puede alterar los dispositivos de proteccin; n en algunas secuencias de funcionamiento, la batera y los circuitos cc pueden estar completamente aislados de las instalaciones aguas arriba y aguas abajo. No es obligatorio un control especfico de estos circuitos (NFC15-100) si: n la batera y los circuitos cc estn en el mismo armario que el resto de componentes de la UPS (equipotencialidad local de la UPS); n si hay aislamiento suplementario por conexin de clase II cuando la batera est separada del resto de la alimentacin. Adems en los dems casos, las condiciones impuestas a la instalacin de la batera y a su conexin hasta el interruptor automtico batera, tienen un riesgo de defecto altamente improbable; lo que es considerado como suficiente para asegurar la proteccin de personas contra los contactos indirectos en esta seccin de la instalacin. Queda solamente examinar los medios a aplicar para asegurar la

proteccin de personas en la zona de cc de la instalacin que puede presentar riesgos; estando delimitada dicha zona por el rectificador, el ondulador y el interruptor automtico batera.

red a supervisar

Dispositivos de control de los circuitos ccComo se ha indicado anteriormente, la batera de acumuladores de una UPS es de polos aislados. Por esto los Controladores Permanentes de Aislamiento CPA son los dispositivos ms empleados para vigilar los circuitos cc, pero segn los esquemas de conexin del neutro de las instalaciones en alterna, se emplean otros aparatos: DDR y el dispositivo de Deteccin de Componente Continua DCC, que sern objeto de los prrafos siguientes. Controlador Permanente de Aislamiento por inyeccin de corriente de baja frecuencia (2,5 10 Hz) (figura 17) Principio bsico: aplica una fuente de tensin alterna de baja frecuencia entre uno de los polos de los circuitos cc y tierra; la aparicin de un defecto de aislamiento en los circuitos cc hace circular una corriente que es detectada por los circuitos de medida (por ejemplo el Vigilhom XM100, figura 18). Estos controladores, que tanto vigilan las redes de corriente alterna, mixtas y continuas, permiten tambin la bsqueda de defectos de aislamiento (Vigilhom system XM100); se recomiendan si: n existe una verdadera red de cc (varias utilizaciones); n no hay aislamiento galvnico entre la batera y la instalacin aguas abajo de la UPS (caso raro).

filtro de rechazo de 50 Hz (o de 60 Hz) segn la red a supervisar

circuito de medida

fuente de tensin (baja frecuencia o corriente continua)

Fig. 17: Esquema de principio de un Controlador Permanente de Aislamiento CPA por inyeccin de corriente.

Fig. 18: CPA Merlin Gerin por inyeccin de corriente alterna, Vigilhom XM100.

Controlador Permanente de Aislamiento por inyeccin de corriente continua El principio es el mismo que el utilizado por los CPA por inyeccin de corriente de baja frecuencia, pero la fuente de tensin es del tipo cc. Este tipo de CPA, muy preciso en la vigilancia de redes de ca y generalmente desaconsejable en redes mixtas (ca y cc), no es conveniente para circuitos de cc por que la tensin continua que aparece


cuando se produce un defecto de aislamiento modifica la sensibilidad del dispositivo de nivel del controlador. Algunos CPA son capaces de sealar la presencia de un defecto en la parte continua de una red (por ejemplo, Vigilhom TR22A). Controlador Permanente de Aislamiento por balance voltimtrico (ver figura 19) Es un controlador permanente de aislamiento pasivo. Est compuesto de un divisor resistivo que crea un punto medio para la tensin continua. El circuito de deteccin de defecto est situado entre ese punto medio y tierra. Un defecto de aislamiento en el (+) o en el (-) hace circular una corriente a tierra a travs de una de las resistencias y el circuito de deteccin que, asociado a un dispositivo de nivel, produce una alarma o un disparo (Vigilhom TR5A, por ejemplo, figura 20).

Otros dispositivos: n Dispositivo Diferencial de corriente Residual DDR Destinado a detectar cualquier corriente anormal de defecto a tierra. Sin embargo hay que adoptar una serie de precauciones antes de su eleccin cuando la instalacin tiene una parte de corriente continua y una de corriente alterna sin separacin galvnica (red mixta): o cuando la instalacin comprende convertidores (rectificador y ondulador) monofsicos, conviene un DDR de tipo A, o con convertidores trifsicos, la tasa de ondulacin es ms baja y la componente continua ms elevada, un DCC completa generalmente la proteccin por DDR. n Detector de Componente Continua DCC Destinado a emplearse asociado con DDR cuando stos corren el riesgo de verse afectados por una componente continua. En presencia de una componente de ese tipo, controla la apertura de la alimentacin del circuito en cuestin. Perturbaciones debidas a los filtros: Filtros a base de condensadores conectados a tierra se encuentran corrientemente delante de los ordenadores y a veces delante de las UPS. Pueden afectar a los dispositivos de proteccin (alarma y/o disparos indeseables). En particular: n Con DDR: Normalmente son la causa de funcionamientos intempestivos de los DDR: o en servicio, (corriente de fuga a tierra debida al desequilibrio de capacidades entre fases y tierra), el nivel de los DDR deber ser entonces aumentado, o a la puesta en tensin (carga de sus capacidades), el empleo de una temporizacin adecuada en los DDR es suficiente para remediarlo. n Con CPA: A veces pueden provocar una seal pasajera de defecto a la puesta en tensin, para los CPA por inyeccin de cc (carga de los condensadores), incluso permanente con CPA por inyeccin de ca. Para evitar estos fenmenos, a ttulo

indicativo, estos filtros no debern tener una capacidad total superior a: o a 30 F, para un CPA por inyeccin de 2,5 Hz, o a 6 F, para un CPA por inyeccin de 10 Hz.

Interaccin entre los dispositivos de control de los circuitos de cc y los de instalaciones aguas arriba y aguas abajoEsta interaccin est directamente relacionada con el esquema de la UPS En particular depende: n de la presencia o no de un contactor esttico, n de nmero de UPS, uno o varios en redundancia pasiva o activa (anexo 1); n de la presencia o no de transformadores de aislamiento galvnico TR o TO. Esta interaccin es directamente dependiente de los dispositivos de proteccin elegidos y del esquema de conexin del neutro de las instalaciones aguas arriba y aguas abajo. Hay que hacer notar que: n para el esquema ms corriente (UPS interna, sin transformador en el by-pass) es imperativo tener aguas abajo el mismo esquema de conexin del neutro que aguas arriba de la UPS, lo que no excluye el paso de TT a TN-S o de TN a TT; n para la continuidad de servicio, el esquema IT aguas abajo (y en aguas arriba) es la mejor solucin. Esta interaccin puede ser: n positiva: por ejemplo el dispositivo de proteccin aguas arriba vigila igualmente los circuitos de cc; n negativa: o entre dos CPA Como en los circuitos en alterna, dos aparatos del mismo tipo conectados a dos instalaciones no separadas elctricamente, se afectan mutuamente. Por ello es necesario evitar esta posibilidad empleando por

red de cc a supervisar

circuito de medida

Fig.19: Esquema de principio de un CPA por balance voltimtrico.

Fig. 20: CPA Merlin Gerin por balance voltimtrico Vigilhom TR5A.


ejemplo un rel como el R1 en el esquema de la figura 11. o entre un CPA de inyeccin y un CPA de balance volumtrico Un CPA de inyeccin de corriente continua o de baja frecuencia mide la resistencia interna (R/2) de un dispositivo de balance volumtrico (algunas decenas de k). Situados en ambas partes de un convertidor de potencia (rectificador u ondulador) sin aislamiento galvnico, la perturbacin de uno al otro ser directamente dependiente de la tasa de conduccin de los semiconductores del convertidor. n o nula: o si hay aislamiento galvnico entre la batera y las instalaciones (en alterna) aguas arriba y aguas abajo, o entre CPA y DDR o interruptor automtico.

Nota: El aislamiento de los circuitos cc significa que los interruptores automticos C y G de las cadenas en cuestin estn abiertas. Batera aislada de las instalaciones aguas arriba y aguas abajo (presencia de un transformador TR y TO) No hay interaccin de los dispositivos de control. Estando entonces aislados de tierra los circuitos cc, hay posibilidad de emplear un CPA: el CPA3 (figura 21). La proteccin al segundo defecto estar entonces asegurada: n por el interruptor automtico H cuando la UPS es autnoma;

n por el interruptor automtico H y la proteccin aguas arriba (o interna) del rectificador cuando la UPS es alimentada. Batera no aislada de la instalacin aguas arriba (caso ms frecuente para las UPS de grandes potencias) (presencia de un transformador TO pero no del TR) n instalacin aguas arriba segn esquema TT. Cuando hay tensin aguas arriba del rectificador, el DDR situado en la alimentacin de la UPS asegura la proteccin provocando la apertura del interruptor automtico C (figura 22).

Cn

Gn3L 3L N 3L N

Principales casos de aplicacinLas soluciones indicadas en este prrafo completan las disposiciones a adoptar, para la proteccin de personas en las instalaciones aguas abajo de la UPS ya descriptas en el captulo 2. Salvo excepciones, se aplicarn a nivel de cada cadena de UPS. Cuando una UPS incluye circuitos cc no aislados en instalaciones aguas arriba y/o aguas abajo, y cuando la proteccin de personas hace preciso el empleo de DDR, stos debern ser de tipo A, eventualmente completados con un DCC. De forma general cuando los circuitos cc estn aislados, el CPA3 destinado a vigilar su aislamiento, puede ser por balance voltimtrico o por inyeccin de corriente a baja frecuencia. La proteccin al segundo defecto estar ahora asegurada por el interruptor automtico batera H. Cuando los circuitos cc no estn aislados, la proteccin de personas se debe estudiar segn las conexiones elctricas de estos circuitos con las instalaciones aguas arriba y aguas abajo, de donde se desprenden los distintos casos siguientes.

C1

TR

TO

G1

H CPA3

Fig. 21: Vigilancia del aislamiento de una cadena de UPS con batera de acumuladores aislada de la instalacin aguas arriba y aguas abajo.

Cn3L

Gn TO G1

C1

H CPA3

R3

Fig. 22: Vigilancia del aislamiento de una cadena de UPS con batera de acumuladores no aislada de la instalacin aguas arriba segn esquema TT, y aislada de la instalacin aguas abajo.


Cn3L 3L N

Gn TO G1

C1

H CPA3

R3

Fig. 23: Vigilancia del aislamiento de una cadena de UPS con batera de acumuladores no aislada de la instalacin aguas arriba segn esquema TN o IT, y aislada de la instalacin aguas abajo.

Cuando desaparece esta tensin, son aplicables las condiciones aplicadas al caso de los circuitos de cc aislados, ya que el rectificador est ahora bloqueado. Hay que destacar que el CPA3, encargado de sealizar el primer defecto de aislamiento, se conecta automticamente por medio de un rel de tensin R3. n instalacin aguas arriba segn esquema TN. En presencia de tensin aguas arriba del rectificador, la proteccin de personas puede quedar asegurada mediante: o el interruptor automtico C colocado en la alimentacin dela UPS, si el clculo de la impedancia del bucle de defecto ha permitido elegir tal opcin,

o un DDR o una inteconexin adicional, con el esquema TN-S. Cuando desaparece esta tensin, se tienen las condiciones aplicadas en el caso de circuitos cc aislados, debido a que el rectificador est bloqueado. Hay que destacar que el CPA3, encargado de sealizar el primer defecto de aislamiento, se conecta automticamente por medio de un rel de tensin R3 (figura 23). n instalacin aguas arriba segn esquema IT. En presencia de tensin aguas arriba del rectificador, el CPA1 de la instalacin aguas arriba controla el aislamiento de los circuitos cc (interaccin positiva). Cuando desaparece esta tensin, el CPA3, encargado de sealizar el primer defecto de aislamiento, se

conecta automticamente por medio de un rel R3 (figura 23). La proteccin contra el segundo defecto estar ahora asegurada por: o el interruptor automtico C situado en la alimentacin del UPS, si el clculo de la impedancia del bucle de defecto ha permitido confirmar su eleccin, o o un DDR, en caso contrario. Caso particular: UPS alimentada por medio de tomas de corriente, de corriente asignada mayor o igual a 32A. Estas tomas de corriente se protegern mediante un DDR de alta sensibilidad, In

proteccion en ups

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