Perturbación en las redes de alumbrado exterior - Riesgos para las luminarias.

Las redes de iluminación pública están especialmente sometidas a perturbaciones eléctricas de todo tipo: permanentes, temporales o transitorias. Dichas perturbaciones constituyen amenazas para los equipos conectados a estas redes. Además, la antigüedad de estas redes agrava los problemas.

 Las amenazas son múltiples: El rayo y sus efectos secundarios, las sobretensiones debidas a la manipulación, los problemas de distribución de red (ruptura del neutro, error de conexión), los armónicos de tensiones. Todas estas perturbaciones están potencialmente presentes en las redes exteriores, pero históricamente los equipos conectados a las redes de iluminación pública contaban con suficiente solidez como para tolerarlas sin incidentes importantes.

La introducción de tecnologías altamente electrónicas en estas redes exteriores cambia radicalmente el problema: las perturbaciones se convierten ahora en una amenaza importante y real. La iluminación urbana ilustra espectacularmente esta nueva problemática, puesto que padece, desde hace algunos años, una mayor evolución inclinándose masivamente por la tecnología LED.

RIESGOS IMPORTANTES PARA LA ILUMINACIÓN EXTERIOR LED

Estas nuevas redes de iluminación acumulan todos los riesgos:

• equipos muy sensibles (controladores electrónicos, componentes LED)

• conexión a redes con perturbaciones

• cables de alimentación de gran longitud

• grandes cantidades de equipos diseminados en el exterior .

• sensibilidad extrema del usuario / cliente de la red, que ha necesitado una inversión inicial importante.

Por lo tanto, estos materiales LED se someterán a un conjunto de perturbaciones que deteriorarán gravemente su rendimiento y su vida útil (que, lo recordamos, es el mayor argumento de migración hacia esta tecnología).

• Las sobretensiones de «rayo»

Este riesgo, actualmente bien conocido, es debido a las consecuencias de una descarga de un rayo que se acopla a las redes de distribución: impactos en una línea aérea, aumento del potencial a tierra, radiación electromagnética en las redes, los escenarios son múltiples y crearán unas sobretensiones transitorias de una amplitud muy grande (varios kilovoltios), fatales para los materiales sensibles como la iluminación LED.

• Las sobretensiones de maniobra

Las redes eléctricas están llenas de cargas inductivas, que generan sobretensiones transitorias que pueden alcanzar a varios kilovoltios. Para las redes de iluminación, una fuente importante de sobretensiones de manipulación son las alimentaciones ferromagnéticas para lámparas de descarga que cohabitan con la iluminación LED. Cada encendido inyecta transitorios de tensión elevada, que se propaga hasta los frágiles equipos LED.

• Error de conexión / Sobretensiones temporales / Ruptura del neutro

Un error de conexión (conexión fase / fase) o una ruptura del neutro en la red de alimentación genera casi una duplicación de la tensión vista por los equipos: estas sobretensiones temporales son devastadoras para el material conectado.

• Cargas electroestáticas

Estos fenómenos no están relacionados con la calidad de la red eléctrica de distribución, sino con las particularidades de diseño de las farolas LED y son una causa comprobada de fallos de los sistemas. La mayoría de las farolas exteriores que se utilizan en el diseño Clase II, protección contra los contactos directos por doble aislamiento o aislamiento reforzado: la envolvente metálica que contienen los equipos no está conectada directamente a la tierra de protección, ni indirectamente (mediante un soporte conductor). Por ejemplo, una farola en poste de madera o fibra. En consecuencia, hay un riesgo de que la envolvente metálica se cargue electroestáticamente con el viento (fricción con las partículas de polvo), sin posibilidad de descarga. Esta carga electroestática puede alcanzar altas amplitudes (kV) hasta crear, a lo largo y en ciertas condiciones, encebados con los componentes internos.

LAS SOLUCIONES DE PROTECCIÓN PARA LA ILUMINACIÓN EXTERIOR LED

• Las protecciones contra sobretensiones

Los dispositivos «protección sobretensión» (o dispositivo de protección contra las sobretensiones transitorias) para redes de baja tensión son tecnologías controladas, fiables y normalizadas (EN 61643-11). Aseguran eficazmente la protección contra las sobretensiones transitorias del tipo «rayos» o «manipulación».

CITEL, como líder del mercado de las protecciones sobretensiones, ofrece versiones que se adaptan al uso en las farolas (ya sea en la caja de conexión en pies de postes, o integrado en la cabeza de la farola).

La necesidad de utilizar una protección se incorpora, por ejemplo, en la versión de 2016 de la norma Francesa NF C17-200 (reglas para la instalación de las redes de baja tensión exteriores, entre las que se encuentra la iluminación) y se basa en un análisis de riesgo simplificado.

También se tendrían que incorporar protecciones en el armario de conexiones, así como en las redes de control / supervisión, cuando es aplicable.

• Protección contra las sobretensiones temporales y las rupturas del neutro

Frente a este fenómeno tan agresivo, algunos protectores han sido diseñados para «sacrificarse» (modo fin de vida útil controlado) y desconectar los equipos, asegurando, de este modo, su protección.

Otras soluciones:

– uso de drivers que disponen de una capacidad de resistencia aumentada a las sobretensiones temporales.

– uso de dispositivos de protección contra las sobretensiones de frecuencia industrial (CITEL MLPVM2, VM230).

• Protección contra las cargas electroestáticas

La supresión del riesgo de carga electroestática en las farolas de Clase II se tendría que tratar en el diseño. Sin embargo, se puede realizar una acción correctora o complementaria utilizando dispositivos de descarga específicos (ESP-230), a veces incluso en los pararrayos (CITEL MLPC2-230L-R/ESP2).

CONCLUSIÓN

La evolución de tecnología de los equipos instalados en las redes de iluminación exteriores es un mayor problema en términos de fiabilidad: para asegurar una fiabilidad y una vida útil pertinentes, cuestiones esenciales para la difusión de estos sistemas, es necesario tomar en serio estos problemas y tomar medidas de protección específicas. CITEL ofrece una amplia gama de soluciones de protección eficaces, correspondientes a las diferentes topologías y a los riesgos evaluados.

• Protección contra sobretensión y controladores «reforzados»

Mientras las primeras generaciones de controladores electrónicos montados en luminarias LED poseían una robustez limitada de impulsos (de 2.5 a 6 kV), hoy en día, las nuevas versiones de controladores («reforzados») alcanzan 10 kV, lo que mejora sustancialmente su resistencia a las sobretensiones transitorias de origen rayo o maniobras.

Sin embargo, la implementación de una protección contra sobretensión línea arriba del controlador reforzado sigue siendo necesario puesto que:

• El controlador aumenta su robustez mediante un mejor aislamiento interno, pero no proporciona ninguna protección adicional a los componentes LED situados línea abajo.

• Las sobretensiones incidentes pueden superar los 10 kV, con lo que son capaces de deteriorar estos controladores reforzados.

La siguiente tabla explica las hipótesis en función de la amplitud de agresión transitoria y las diferentes configuraciones de la luminaria:

DPS PARA CUADROS DE ALUMBRADO PÚBLICO

El armario integrando los equipos de mando de la red de alumbrado público debe ser protegido contra sobretensiones transitorias… DPS deben ser instalados en la entrada de la red y en las salidas hacia las luminarias. En consideración del riesgo y de la configuración de la red, varios modelos son disponibles.

PROTECCIONES PARA LUMINARIAS CLASE I

Estas protecciones están diseñadas para integrarlas en las luminarias de Clase I y ofrecen una protección eficaz en los modos común y diferencial. Disponible en diferentes formatos y funciones.

PROTECCIONES REFORZADAS PARA LUMINARIAS CLASE I

Estas protecciones están diseñadas para integrarlas en las luminarias de Clase I y disponen de una corriente de descarga reforzada (Imax 20 kA) necesaria en las instalaciones expuestas a condiciones de caídas de rayos extremas.

PROTECCIONES COMBINADAS AC/DATA

Si el control de la farola utiliza transmisiones con cable (tipo DALI, DMX, 0-10V, RS485), el riesgo de fallo en la sobretensión transitoria es muy alto, por lo que la aplicación de la protección en estas líneas de control es muy recomendada. CITEL ofrece protecciones combinadas, que agrupan la protección de los accesos de baja tensión y de comunicación.

PROTECCIONES DATOS

También están disponibles soluciones dedicadas solamente a la protección de la línea de comunicación.

PROTECCION CON LOS DRIVERS CON COORDINACIÓN REFORZADA CON CONTROLADOR

Esta protección contra sobretensión permite eximir el riesgo de no coordinación entre la protección contra sobretensión y el componente de protección interna del controlador: si su calibre es inapropiado, la eficacia de la protección externa puede resultar problemática (posible destrucción de la etapa de entrada del controlador en corriente de impulsos), especialmente si la longitud de conexión entre la protección y el controlador es reducida.

Los DPS específicos MLPC-VG y MLPX-VG integran un esquema VG que permite garantizar, entre otros, la coordinación protección/controlador en corriente de impulsos, al margen del tipo de protección interna del controlador e independientemente de la longitud de conexión entre la protección y el controlador.

PROTECCIONES PARA LUMINARIAS CLASE II

Estas protecciones contra sobretensiones están diseñadas para integrarlas en las luminarias de Clase II y ofrecen una protección eficaz en modo diferencial. Disponible en varios formatos.

PROTECCIONES CON PROTECCIÓN ELECTROSTÁTICA (ESP) PARA LUMINARIAS CLASE II.

En caso de riesgo de carga electrostática en el envolvente metálico de una luminaria Clase II, se puede utilizar la protección sobretensiones específica MLPC2-230L/ESP2 que incluye, como complemento de una etapa protección sobretensiones entre Fase y Neutro (protección en modo diferencial), un ramal específico ESP (protección electrostática) que se conecta a la masa metálica del luminaria (tierra funcional) y que «descargara» el envolvente si la tensión alcanza 500 V aproximadamente, evitando, de este modo, averías de los circuitos internos de la luminaria. El ramal ESP de la protección contra sobretensión MLPC2-230L/ESP2 cumple con las reglas de aislamiento fijadas en las normas IEC 60598- 1 (exigencias generales y pruebas para luminarias) e IEC62368-1 (exigencias de seguridad de los equipos), así como con la guía técnica CENELEC CLC/TR50656. El dispositivo no genera ninguna corriente de fuga. La función ESP exclusivamente también está disponible: referencia CITEL ESP-230.

Atención: la protección contra sobretensión MLPC2-230L-x/ESP2 no está diseñada para proteger las sobretensiones «rayo» comunes que puedan surgir en las luminarias Clase II involuntariamente conectadas a tierra (ej.: luminaria Clase II montada sobre un soporte conductor).

PROTECCIONES PARA CAJAS EN PIES DE POSTES

Estas Protecciones sobretensiones están diseñadas para integrarse en las cajas de conexión en base de POSTE y brindan una protección eficaz en los modos común y diferencial. Disponible en diferentes formatos y funciones.

La versión DSLP se adapta especialmente a los cubículos de bajo perfil utilizados en la mayoría de los postes.

La versión DLPM, similar dimensionalmente al DSLP, integra un indicador de desconexión mecánica que permite conocer el estado de la protección sobretensiones sin tensión.

La versión DLPM/15K, similar al DLPM, proporciona una eficacia aumentada (Up 1 kV) además de una corriente de descarga aumentada (Imax 15 kA).

Las versiones DS98 brindan varias configuraciones, entre las cuales una opción de teleseñalización y red 2 Fases + Neutro…

PROTECCIÓN UNIVERSAL CONTRA SOBRETENSIONES PERMANENTES, TEMPORALES Y TRANSITORIAS (POP)

Los dispositivos POP (Permanent Overvoltage Protection) están diseñados para proteger equipos contra sobretensiones temporales y permanentes debidas a la calidad de la red, errores de cableado o ruptura del neutro.

La versión MLPVM2 incluye un nivel de protección contra transitorios de tal manera que propone una protección completa contra sobretensiones permanentes, temporales y transitorias.