LA REVISTA PARA LA SEGURIDAD ELÉCTRICA

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EDICIÓN ESPECIAL¿Por qué el sistema IT es a menudo la mejor opción para cualquier tipo de instalación eléctrica?

Bender celebra los 75 años de ISOMETER®

Bender celebra los

75 años de ISOMETER®El padre de la monitorización activa del aislamientoLa evolución a la monitorización de aislamiento "activo" se produjo en 1939 con la publicación de una patente para "dispositivos de monitoreo del aislamiento y de defectos a tierra para instalaciones trifásicas” por parte del Dipl.-Ing Walther Bender. Desde entonces, Walther Bender se ha considerado como el "padre de la monito-rización de aislamiento activa".

Las normas en los nuevos tiempos...La primera normativa para los dispositivos de vigilancia del aislamiento fue publicada en enero de 1973 como la norma DIN 57413 parte 2 (VDE 0413 parte 2). Una parte 8 adicional fue redactada en 1984 para satisfacer las necesidades cambiantes de los sistemas aislados.La normativa que siguió fue la norma DIN VDE 0413 parte 8, la cual combinaba las partes 2 y 8 en una dicha parte 8, y fue publicada en Alemania en Mayo de 1998 con el título "dispositivos de vigilancia del aislamiento para redes eléctricas IT". La IEC 61557-8, la primera norma internacional al respecto, apareció en 1997. En el año 2007, 10 años después, esta norma fue de revisada para incorporar algunas mejoras exis-tentes. Basado en un aumento constante del número de sistemas aislados (sistemas IT), hubo un aumento de la demanda para la localización de las fallas de aislación en este tipo de sistema. En 2009, la norma alemana DIN EN 61557-9 (VDE 0413-9) fue publicada bajo el título de "Equipo de localización de fallos de aislamiento en sistemas IT". A día de hoy, tanto la norma para los dispositivos de vigilancia del aisla-miento, así como la de equipos para la localización de fallos de aislamiento están siendo revisadas a nivel internacional, a fi n y efecto de realizar una publicación provisional a fi nales del 2014.

...la tecnología que mantiene el ritmoLa tecnología inherente a los dispositivos de monito-rización del aislamiento también se desarrolló rápida-mente. Hasta la década de los 60, la tecnología uti-lizada era casi exclusivamente un voltaje de medida superpuesto. Pero no fue sólo la tecnología de medi-ción para los dispositivos de control de aislamiento la que cambio, la estructura de los sistemas y aplicacio-nes IT también fue objeto de grandes cambios.Se añadieron muchas nuevas aplicaciones. La tecno-logía asociada a los inversores puso el foco de aten-ción sobre los posibles fallos de corriente continua, es decir, defectos de aislamiento detrás de los ele-mentos de rectifi cador. Debido a esto, la tecnología que también era capaz de detectar defectos de ais-lamiento detrás de rectifi cadores fue desarrollada. A continuación apareció la tecnología de superposición de pulsos, que fue reemplazada por la "tecnología de medición de pulsos codifi cados". Así mismo, son requeridas nuevas tecnologías de medición para los dispositivos de control de aislamiento para circuitos donde las capacidades de derivación del sistema eléctrico son altas, por ejemplo, en aquellas donde hay fi ltros EMC. Los sistemas de control de aislamien-to para aplicaciones fotovoltaicas también tienen que ser capaces de hacer frente a capacidades de deriva-ción en el rango de uF. En suma, cada nueva necesi-dad ha signifi cado la evolución de los dispositivos de control de aislamiento en Bender. Y al mismo tiempo, Bender seguirá comprometido con el desarrollo de la normalización en esta área en el futuro.

La innovación y la normalización En Bender, el estudio exhaustivo de las nuevas apli-caciones ha signifi cado una serie de solicitudes de patente. Las últimas aplicaciones donde Bender ha generado nuevas patentes han sido la energía fotovol-taica y la movilidad eléctrica. Desde Bender continua-mos en la búsqueda de nuevas aplicaciones, con lo que nuevas patentes aparecerán.

Dipl.-Ing. Wolfgang Hofheinz

Vorsitzender der DKE

Los monitores de aislamiento “pasivos" fueron considerados acordes al estado del arte hasta

bien entrado el siglo XX. Estos dispositivos, sin embargo, sólo se utilizaron para "comprobar el

aislamiento” de los sistemas de suministro eléctricos no aterrizados o aislados, lo cuales hasta los

años setenta fueron llamados "sistemas protectores de cables". Durante mucho tiempo, era una

práctica común el uso de estos dispositivos en el sector minero.

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Certifi cado de la primera patente concedida en 1939Certifi cado de la primera

19531939 1970 1974 1994 2003 2014

A-ISOMETER® 2132P desde 1953

Primer ISOMETER® desde 1939

A-ISOMETER® 107TM40 desde 1970

A-ISOMETER® IRG113Yb desde 1974

A-ISOMETER® IRDH265 desde 1994

A-ISOMETER® IRDH275 desde 2003

ISOMETER® iso685 desde 2014

A-ISOMETER® 2132P AAETERPrimer ISOME ® A-ISOMETER® 107TM40 AA A-ISOMETER® IRG113Yb AA A-ISOMETER® IRDH265 AA A-ISOMETER® IRDH275 Ide

A OMETER® iso685 esde 2014

Sde

032014 | MONITORMONITOR |

Comencemos con una declaración clara:

El sistema IT ("sistema aislado") es un tipo de sistema utilizado con poca frecuencia

en comparación con el TN o TT ("sistema puesto a tierra") – pero a menudo podría

ser la mejor alternativa.

Así que ¿por qué en la práctica no es un sistema demasiado utilizado? La respuesta es probable-mente: hábito, comodidad o desconocimiento. Muchos proyectistas eléctricos no están familiariza-dos con el sistema IT o de neutro aislado. El tiem-po que se le dedica en universidades y centros de formación es escaso y probablemente superfi cial. Como consecuencia Los sistema de puesta a tierra por lo tanto, se ha convertido en el más extendido. El sistema IT se utiliza con poca frecuencia y sólo cuando sus ventajas son esenciales, por ejemplo, en quirófanos y salas de cuidados intensivos, o en sistemas de señalización ferroviaria. ¿Por qué? Porque estamos hablando de vidas humanas y/o de sistemas donde un fallo en la continuidad del suministro generaría una situación muy peligrosa. ¿Pero no deberían ser estos dos criterios siempre una preocupación en nuestros sistemas de sumi-nistro de energía?

Echemos un vistazo pues de forma objetiva a las ventajas y desventajas del sistema IT:

PRIMERA VENTAJA: intrínsecamente seguro – pequeña diferencia, gran impacto

El sistema IT se diferencia principalmente del TN o TT en la conexión eléctrica entre la tierra y centro de la estrella del transformador que alimenta el sistema. Esta conexión está presente en sistemas aterrizados, mientras que en los sistemas aislados no lo está. Como alternativa a un transformador de alimentación, un sistema IT puede tener también otra tipo de fuente de alimentación, por ejemplo, una batería DC. En los sistemas aislados todos los polos son conductores activos, por tanto deben estar protegidos. El mismo criterio aplica para el conductor N, si está distribuido. En resumen

¿Por qué el sistema IT es a menudo la mejor opción para cualquier tipo de instalación eléctrica?

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dispositivo de control de aislamiento ISOMETER® iso685. No hace falta decir que todo defecto de ais-lamiento debe ser corregido con prontitud para man-tener el sistema seguro, incluso en los sistemas IT.

SEGUNDA VENTAJA: localización de averías

Es posible localizar los fallos de aislamiento en sistemas con o sin energía de reposo mediante los llamados sistemas de localización de fallos de aislamiento (IFLS).

Estos son o bien dispositivos instalados de forma permanente o bien de tipo portátil, los cuales esta-rían disponibles para este propósito. La localización de la falla en principio también es posible para sistemas puestos a tierra utilizando la tecnología de monitorización de corriente residual (RCM). Sin embargo existe la restricción de que esta tecnolo-gía sólo funciona en sistemas energizados y, a dife-rencia del sistema IT, está limitada a los defectos de aislamiento asimétricos.

TERCERA VENTAJA: no hay cortes de energía no deseados

Como se dijo anteriormente, el sistema IT es intrín-secamente seguro. Esto signifi ca, casi como un efecto secundario, que en el caso de un fallo de aislamiento -incluso si hay un defecto a tierra- no es necesario realizar un corte de energía. Esta es también la razón por la que los sistemas IT se implementan, por ejemplo, en las unidades de cui-dados intensivos. En este tipo de recintos, en caso de fallos de aislamiento, el funcionamiento de los equipos de soporte vital al paciente es mantenido energizado. El sistema IT es, en general, adecuado para todas las aplicaciones en las que las paradas son indeseables, o en otras palabras, no es acepta-ble la interrupción del suministro eléctrico, ya que esta tendría consecuencias graves o haría que los altos costos -en industrias de procesos continuo, en data centers, en la automatización y, en principio, en cualquier instalación. Los circuitos de control de todo tipo son también particularmente impor-tantes. El control de los defectos de aislamiento en circuitos de control -por ejemplo en una subesta-ción o en una estación de energía nuclear- puede

y a modo de ejemplo, en un sistema a 230VAC no aterrizado hay dos conductores activos en lugar del clásico “fase y neutro”.

¿Cuál es entonces la gran diferencia si solo existe esa pequeña diferencia en la implementación de un sistema IT? Si se toca un conductor activo no aislado o una envolvente conductiva de una carga, NADA sucede con un sistema aislado bien confi gurado. ¿Por qué? Debido a que una corriente sólo podría fl uir en un circuito, y en este caso el circuito no se ha cerrado puesto que el centro de la estrella del transformador no se ha conectado a tierra. Es como en el ejemplo del pájaro que se sitúa sobre un cable de tendido eléctrico de alta tensión, nada le ocurre, está segu-ro. ¿Qué ocurriría en el sistema puesto a tierra? En este caso tendríamos un circuito cerrado que, hasta cierto punto, está a la espera de las corrientes de falla. Si en este caso una persona toca un con-ductor bajo tensión, una corriente de defecto fl uye inmediatamente a través de la persona debido a la conexión de baja impedancia al transformador de alimentación.

Esta situación sería peligrosa sin equipos de pro-tección funcionales. Este circuito está protegido mediante fusibles e interruptores diferenciales (tam-bién llamados RCD’s) de tal manera que, en el caso de un fallo, el apagado se produce con la sufi ciente rapidez para que la persona no resulte seriamente dañada. Para asegurarse de que esta protección funciona correctamente, el equipo de protección debe comprobarse regularmente. Por ejemplo, la funcionalidad de los RCD en las instalaciones eléc-tricas debe ser testeada cada seis meses, también en los hogares. ¿Pero con qué frecuencia se realiza realmente ese test?

El sistema IT ofrece una protección intrínseca e integral contra los voltajes de contacto. La única excepción a esta afi rmación son los sistemas AC con capacidades de derivación muy altas y cargas asimétricas. Como posible solución en estos casos tendríamos, en primer lugar, división en subsistemas más pequeños y, en segundo lugar, la medición de la capacitancia y el cálculo de la corriente máxima que podría afectar a una persona en el caso de aparición de corrientes de falla, lo cual es posible con el nuevo

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tener graves consecuencias. Basándonos en la información proporcionada por el dispositivo de monitorización de aislamiento es posible planifi car trabajos de servicio y mantenimiento a largo plazo en los sistema IT y evitar intervenciones urgentes o paros no programados para solventar dichos fallos de aislamiento.

CUARTA VENTAJA: detección temprana de la degradación

Una ventaja clave adicional es que la degradación en el nivel de aislamiento puede ser detectado inmedia-tamente. En un sistema puesto a tierra las corrientes de falla se pueden resolver en el rango de miliampe-rios de un dígito usando una sofi sticada tecnología de monitoreo de la corriente residual (RCM)- pero no se puede ir más allá. Esto signifi ca que dicha detec-ción del deterioro del aislamiento sería por debajo de 40 kΩ, a una la tensión de red de 400V y una reso-lución de 10 mA, si fuera posible seleccionar sólo la parte óhmica de la corriente residual.

En un sistema IT un valor de aislamiento de 40 kΩ corresponde al valor de la primera respuesta recomendada. Es posible medir en un rango de megaohmios -y también por encima de esta uni-dad- en el sistema IT, lo cual signifi ca un factor de al menos 1000 en comparación con el sistema puesto a tierra.

En consecuencia, los deterioros en el aislamiento pueden ser medidos y solventados muy pronto.

QUINTA VENTAJA:

detección de fallas simétricas En un sistema IT, es posible detectar fallos simé-tricos utilizando un dispositivo de control de aisla-miento de medición activa según IEC 61557-8. Las fallas simétricas son deterioros en el aislamiento de un orden de magnitud similar en todos los con-ductores de fase. Tales fallas no son inusuales. Por ejemplo, las el aislamiento en instalaciones foto-voltaicas a menudo se deterioran en grado similar tanto en el lado positivo como en el negativo.

SEXTA VENTAJA:

mediciones en sistemas de DC

RCD’s (relés diferenciales) para sistemas DC puros tales como sistemas de alimentación de baterías no están disponibles actualmente. Las posibles opcio-nes son o bien los dispositivos de monitorización de corriente residual (RCM) con una tensión de alimentación de corriente continua o la vigilancia de aislamiento y su aplicación como un sistema IT. En los sistemas DC el ISOMETER® iso685 también ofrece la ventaja de que indica si el fallo está en el lado positivo o negativo.

SEPTIMA VENTAJA: medición en sistemas AC con componentes DC

Si en sistemas AC hay sistemas de baterías, inverso-res, fuentes de alimentación conmutadas, etc., podría haber también corrientes de falla en DC. Los RCD generalizados son de clase A para sistemas AC no son adecuados en este caso. En esta clase de insta-laciones con sistemas puestos a tierra sólo es posible utilizar los RCD de tipo B, o debe garantizarse de alguna forma que el sistema corta la energía si apa-recen corrientes de falla en DC por encima de 6 mA.

Una alternativa adecuada es operar la instalación como un sistema aislado y monitorizarla usando un dispositivo de control de aislamiento.

OCTAVA VENTAJA: monitorización offl ine

Como ya explicado los vigilantes de aislamiento según IEC 61557-8 miden de forma activa en los sistemas IT, pero además pueden controlar el aislamiento en sistemas sin energía, ya sean IT, TT o TN. Este punto es importante, por ejemplo, para los sistemas calefactores de cambio de agujas ferroviario, para las bombas de

ISOMETER® iso685

ISOMETER® iso1685

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UNDÉCIMA VENTAJA: visión a largo plazo Los modelos de ISOMETER® iso685 e iso1685 son capaces de grabar la fecha y la hora de los defectos de aislamiento, junto con otros pará-metros del sistema, durante muchos años. Junto con otras informaciones registradas del sistema, esta funcionalidad permite el análisis predictivo de fallos basada en eventos y hace que sea más fácil encontrar y corregir los fallos que se produ-cen de tiempo en tiempo; por tanto esto mejora la información disponible para la toma de decisiones sobre inversiones futuras. El acceso a estos datos se llevará a cabo en el propio dispositivo o a través de Ethernet.

DUODÉCIMA VENTAJA: trabajo seguro de cargas no lineales, más específi -camente en inversores de frecuencia

Hoy en día los sistemas contienen cada vez menos cargas (óhmicas) lineales. La lámpara incandescen-te se ha sustituido por lámparas de bajo consumo o LED, los ordenadores y la televisión están conecta-dos al sistema a través de fuentes de alimentación conmutadas, la lavadora contiene un inversor, los convertidores de frecuencia se utilizan en un gran número de motores en entornos industriales.

Un vigilante de aislamiento puede supervisar al 100% instalaciones donde todos estos elementos descritos estén presentes y mide correctamente el valor de aislamiento de todo el sistema. El sistema IT es particularmente adecuado para su uso con inversores, ya que por ejemplo, en caso de parecer un defecto importante de aislamiento en el circuito de enlace en grandes variadores en un sistema IT, el daño a los elementos inductivos, o a los generadores de alimentación, o a los transformadores debido a corrientes DC, y los subsiguientes efectos de satura-ción en los núcleos de hierro, no pueden ocurrir. El ISOMETER® iso685 ha sido desarrollado para moni-torizar sistemas con convertidores de frecuencia y hace posible vincular los parámetros del sistema para apagar los inversores de forma automática en caso de un estado crítico del sistema debido a los fallos de aislamiento. Diferenciar entre dichos fallos en el circuito de enlace o en el lado del motor en variadores de frecuencia es posible en el iso685 sin gasto adicional u otro equipo.

extinción de incendios a bordo de barcos, para los sis-temas de refrigeración redundantes centrales nucleares. De este modo –y siguiendo con los ejemplo- sería posi-ble detectar un defecto de aislamiento en un sistema de calefacción de un cambio de agujas ferroviario en verano para que pueda ser reparado a tiempo, esto es antes de que sea necesario en invierno. Si no monitori-zamos el aislamiento de esta forma, el fallo de ídem solo aparecerá cuando se utilice el sistema en invierno.

NOVENA VENTAJA: no dejar espacios sin control entre los test periódicos

Los vigilantes de aislamiento supervisan continua-mente en los sistemas el valor de aislamiento. Por el contrario, durante las pruebas periódicas de los RCD (prueba BGV A3) sólo se mide el estado instan-táneo del aislamiento. Este estado puede deteriorar-se dramáticamente inmediatamente después de la prueba y pasar desapercibidos por un largo tiempo. Esta ventaja también está presente en sistemas puestos a tierra mediante la monitorización en tiem-po real de la corriente residual (tecnología RCM).

DÉCIMA VENTAJA: prevención de incendios Los fallos de aislamiento en instalaciones eléctricas son la causa más común de incendios. La probabi-lidad de incendio en el sistema IT es mucho menor. Esto es así porque en primer lugar, los fallos de aisla-miento se pueden detectar y rectifi car en una etapa temprana; y en segundo lugar, al no haber camino de retorno de baja impedancia (al contrario, en sistemas aislados aumenta la resistencia de puesta a tierra), no puede fl uir una corriente lo sufi cientemente grande como para causar un incendio en caso de fallos de aislamiento. Esto estaría restringido a sistemas que no tienen una excesiva capacidad de derivación.

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CONCLUSIÓN:

El sistema IT o aislado tiene muchas ventajas sobre los siste-mas puestos a tierra, y es adecuado no sólo para las altas exi-gencias de los quirófanos o de las centrales nucleares, lo es prácticamente para cualquier instalación. Lamentablemente, en muchos casos hoy en día este sistema no se tiene en con-sideración, a pesar de que sería la mejor opción. La última generación de soluciones de control de aislamiento ofrece muchas ventajas económicas y técnicas que benefi cian a los usuarios e instalaciones. En ocasiones los costos para el dispositivo de control de aislamiento se utilizan como un argumento en contra del sistema IT, sin embargo, es al con-trario: en vista de las ventajas enumeradas anteriormente y sus benefi cios económicos, su utilización de forma genérica siempre vale la pena!

DECIMOTERCERA VENTAJA:

no hay corrientes parásitas

Las corrientes parásitas suelen causar problemas en los sistemas de puesta a tierra. Nos referimos a las corrientes que no fl uyen a través del conductor L, N y PE, pero que encuentran otros caminos por los que circulan. Estas corrientes parasitas son causa de corrosión y oxidación en tuberías, sistemas de protección contra rayos, roda-mientos mecánicos y cualquier otro componente con-ductor en las instalaciones. También pueden dar lugar a la destrucción del apantallamiento de los cables de señal e incluso un incendio; como consecuencia de la interfe-rencia de campos magnéticos puede ocurrir que cause incidencias en los sistemas de comunicación.

En cambio en los sistemas aislados, como el camino de retorno al punto neutro del transformador no existe, dichas corrientes parásitas no pueden propagarse.

DECIMOCUARTA VENTAJA: mayor estabilidad en el caso de los transitorios

Según la IEC 62109-1:2010 se describe la posibilidad de reducir la categoría de sobretensión de CAT IV a CAT III por medio de algún sistema de aislamiento, utilizando para esto transformadores de aislamiento, optoacoplado-res o algún otro aislamiento eléctrico similar, ya que los transientes no causan las altas corrientes que pueden aparecer en los sistemas puestos a tierra. La consecuen-cia práctica es que los elementos o cargas eléctricas de los sistemas IT están menos sometidos a los picos de voltaje, y como resultado tienen una vida útil más larga.

Ahora echemos un vistazo a las desventajas de los sistemas IT:

PRIMERA DESVENTAJA: Los sistemas IT no deben ser demasiado grandes

Los sistemas IT muy grandes pueden llegar a ser complejos y presentar altas capacidades de derivación (capacitancia). Es recomendado dividir los sistemas IT muy grandes en subsistemas separados más pequeños utilizando transfor-madores de aislamiento, lo cual puede provocar costos adi-cionales y pérdidas de energía que, no obstante suelen ser insignifi cantes. La división en subsistemas eléctricamente aislados presenta ventajas, tales como el efecto de fi ltrado en relación a las interferencias o la posibilidad de garantizar el voltaje adecuado suministrado a las cargas. Finalmente, lo que defi nimos como un gran sistema debe ser evaluado caso por caso y depende de los parámetros del sistema. Por ejemplo, los sistemas fotovoltaicos más grandes del

mundo pueden ser monitorizaos de forma integral por un único ISOMETER® de tipo isoPV. Esto signifi ca que a un solo ISOMETER® no se le escapa un conector defectuoso, un cable dañado o unos módulos fotovol-taicos dañados, a pesar de que esta instalación puede tener el tamaño de diez campos de fútbol o más.

SEGUNDA DESVENTAJA: aumento de tensión en caso de fallos de aislamientoEn un sistema IT con fallos de aislamiento en un conductor, las tensiones línea a línea en los otros conductores aumentan en relación con el potencial de tierra. En el caso de un defecto franco a tierra en un conductor en el sistema de 230V, las tensiones en los otros conductores se incrementan en relación con el potencial de tierra a aproximadamente 400V. Por lo tanto los componentes del sistema en el que el potencial en relación a la tierra es un problema, en especial los Y-capacitors (condensadores supresión EMI) y los limitadores de sobretensión, deberían por tanto ser seleccionados para soportar dicha tensión nominal máxima. De todas formas, este incremento de tensión puede evitarse cuando el lado secundario del transformador está conectado en modo Delta.

Dr. Dirk Pieler, CEO Bender

ISOMETER® isoPV

Acoplador AGH-PV-3

07

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