¿Cómo funciona la protección contra sobretensiones?

¿Qué ocurre cuando una sobretensión afecta a tu equipo? Cuando una sobretensión afecta a tu equipo, el pico de tensión momentáneo puede provocar una sobrecarga de los circuitos internos, daños en los componentes o incluso un fallo permanente. ¿Cómo funciona la protección contra sobretensiones? Los protectores contra sobretensiones detectan la sobretensión y la descargan de forma segura a tierra mediante componentes especializados.

Comprender las causas de las sobretensiones y sus mecanismos de protección puede ayudarte a prolongar de forma eficaz la vida útil de tus equipos y a evitar posibles pérdidas económicas.

¿Qué provoca las subidas de tensión?

Surges are transient voltage surges in electrical systems that can cause serious damage to electronic equipment. The main sources of surges can be categorized as external and internal:

Externo: provocado principalmente por caídas de rayos y fallos en la red eléctrica.

Cuando un rayo impacta en una instalación eléctrica o se producen daños en los transformadores o cortocircuitos en las líneas de la red eléctrica, las tensiones ultraaltas instantáneas generadas se transmiten a través de las líneas hasta los equipos finales.

Interno: que da cuenta de 60% – 80% de todos los eventos de sobretensión, habituales en los electrodomésticos de alta potencia (como los aparatos de aire acondicionado o los frigoríficos), provocan que la corriente se inicie y se detenga debido al cambio repentino, así como a la sobrecarga de los circuitos, el desgaste de la línea eléctrica o los malos contactos provocados por las fluctuaciones de tensión.

Las picos de alta tensión pueden provocar múltiples riesgos: deterioro del rendimiento de los equipos ligeros, pérdida de datos o sobrecalentamiento de los componentes, o daños graves directamente en la placa de circuitos, lo que puede dar lugar a un riesgo de incendio.

Debido a la naturaleza repentina e impredecible de las sobretensiones, el uso de dispositivos de protección contra sobretensiones, un cableado eléctrico normalizado y la inspección periódica del sistema eléctrico son medidas fundamentales para garantizar la seguridad de los equipos.

¿Cómo funcionan los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD)?

La función principal de un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) es proteger los equipos de los circuitos desviando o limitando el exceso de tensión hacia tierra o a un nivel seguro.

Su funcionamiento se basa en componentes no lineales (por ejemplo, varistores de óxido metálico [MOV], tubos de descarga de gas [GDT], diodos de supresión de tensiones transitorias [TVS], etc.).

Estos componentes ajustan dinámicamente su estado de impedancia en respuesta a los cambios de tensión:

• A tensiones normales, el SPD se encuentra en un estado de alta impedancia (similar a un circuito abierto) y no tiene ningún efecto sobre el sistema.
• Cuando la tensión supera el umbral de seguridad (por ejemplo, en caso de caída de rayo o sobretensión), la impedancia del SPD desciende a un estado de baja impedancia en nanosegundos, formando una vía conductora que dirige la mayor parte de la corriente transitoria a tierra o a un circuito de seguridad, al tiempo que limita la sobretensión a un rango tolerable para el equipo
• Una vez finalizada la sobretensión, el SPD vuelve automáticamente a un estado de alta impedancia para mantener el suministro eléctrico normal del sistema.

Conceptos básicos sobre los dispositivos de protección contra sobretensiones: componentes clave de los SPD

• Varistor de óxido metálico (MOV): Reacciona ante cambios bruscos de tensión gracias a un material semiconductor cerámico; conduce y desvía la corriente a alta tensión, y se utiliza ampliamente para la protección primaria de circuitos de baja tensión.

• Tubo de descarga de gas (GDT): Gracias a las características de la descarga de ionización con gas inerte, puede soportar impactos de muy alta energía; se utiliza habitualmente en la protección contra rayos como primer nivel de descarga de corriente.

• Diodo de supresión de tensiones transitorias (TVS): Velocidad de respuesta extremadamente rápida (a nivel de picosegundos), adecuada para equipos electrónicos de precisión; la protección definitiva.

Tipos de SPD

Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) son esenciales para proteger los sistemas eléctricos frente a las sobretensiones. Existen tres tipos principales de SPD, cada uno de ellos diseñado para ofrecer un nivel diferente de protección contra sobretensiones.

SPD de tipo 1: Defensa contra los rayos

Los SPD de tipo 1 se instalan en el cuadro eléctrico principal de un edificio para bloquear los impactos directos de rayos (sobretensión de 10/350 μs) con corrientes de sobretensión de hasta 200 kA. Son fundamentales en zonas propensas a los rayos y se utilizan junto con pararrayos externos para transferir la energía de forma segura.

SPD de tipo 2: Protección contra sobretensiones para el día a día

Los dispositivos SPD de tipo 2 se instalan en subcuadros o armarios para gestionar las sobretensiones residuales provocadas por descargas atmosféricas indirectas o por problemas internos, como el arranque de motores.

En el caso de los cuadros de distribución de CA que requieren protección de tipo 2, el Serie OMYT40 SPD de CA tipo 2 Se puede revisar como parte de la selección del modelo tras confirmar la configuración de los polos y la tensión del sistema.

Gracias al uso de varistores de óxido metálico (MOV), limitan la tensión a un nivel seguro y son ideales para hogares y empresas que sufren picos de tensión moderados.

SPD de tipo 3: Seguridad a nivel de dispositivo

Los dispositivos SPD de tipo 3 se encuentran en las inmediaciones de equipos electrónicos (ordenadores, dispositivos médicos) y pueden neutralizar pequeños transitorios de alta frecuencia que atraviesan las protecciones de tipo 1 y 2. Normalmente se integran en regletas de enchufes para proteger contra la pérdida de datos, los incendios y los daños en los equipos.

¿Cómo funciona la protección contra sobretensiones en aplicaciones reales?

El dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), como componente fundamental de protección de los sistemas eléctricos modernos, mitiga eficazmente los daños que sufren los equipos eléctricos a causa de las sobretensiones transitorias (TOV) mediante un mecanismo de descarga de energía en varios niveles y de limitación de tensión.

Estos dispositivos funcionan desviando el exceso de tensión a tierra, lo que garantiza la seguridad de nuestros aparatos electrónicos y electrodomésticos.

Uso residencial

En el hogar, los SPD se sitúan entre los costosos aparatos electrónicos y una red eléctrica impredecible. Un hogar medio estadounidense cuenta con aparatos electrónicos por valor de unos $15 000, desde televisores inteligentes y consolas de videojuegos hasta frigoríficos y sistemas de climatización. Sin protección, una sola sobretensión puede dejar inservibles estas inversiones en milisegundos.

Un protector contra sobretensiones para toda la vivienda, instalado en el cuadro eléctrico, ofrece una protección integral para todo tu sistema eléctrico.

A diferencia de las tiras protectoras para el punto de uso, que solo protegen los aparatos que están enchufados directamente, los SPD montados en cuadro protegen todos los aparatos conectados a la instalación eléctrica de tu hogar. Este enfoque de varias capas crea una fortaleza alrededor de los equipos electrónicos, lo que puede suponer un ahorro de miles de dólares en costes de sustitución, al tiempo que prolonga la vida útil de tus equipos.

Comercial e industrial

Para las empresas, la protección contra sobretensiones no solo sirve para proteger los equipos, sino también para mantener las fuentes de ingresos y la continuidad de las operaciones.

Según un estudio del sector realizado por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, las plantas de fabricación que se vean obligadas a interrumpir su actividad durante tan solo una hora debido a daños en los equipos causados por picos de tensión podrían sufrir pérdidas de más de $100 000.

Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) industriales avanzados utilizan una tecnología sofisticada, calibrada específicamente para entornos de alto riesgo en los que no se puede permitir ningún fallo del equipo. Estos sistemas robustos protegen contra amenazas externas, como los rayos, y contra sobretensiones internas generadas por el intenso ciclo mecánico de los interruptores.

La rentabilidad de la inversión queda patente si se tiene en cuenta que un solo controlador de fabricación protegido puede evitar paradas en la línea de producción que duren días o semanas.

Supervisión e integración del IoT

La proliferación de dispositivos del Internet de las cosas (IoT) ha generado nuevas vulnerabilidades en nuestra red eléctrica. Estos sistemas sensibles suelen funcionar con márgenes de potencia mínimos, lo que los hace especialmente vulnerables incluso a pequeñas fluctuaciones de tensión que los dispositivos tradicionales podrían soportar sin problemas.

Los SPD inteligentes modernos han ido más allá de la protección pasiva para convertirse en elementos activos del sistema. Proporcionan información en tiempo real sobre su estado, predicen posibles fallos antes de que se produzcan y se integran con los sistemas de gestión de edificios.

Algunos modelos avanzados pueden incluso realizar pruebas periódicas y avisar a los equipos de mantenimiento cuando es necesario sustituirlos, mucho antes de que la protección se vea comprometida.

Este enfoque proactivo convierte la protección contra sobretensiones de una simple política en un activo estratégico. En el caso de instalaciones críticas, como centros de datos u hospitales, que deben funcionar de forma ininterrumpida, estos sistemas inteligentes garantizan que la protección siga siendo fiable y verificable en todo momento.

La promesa es sencilla, pero contundente: sin sorpresas, sin fallos inesperados y sin renunciar a la protección.

Elige el SPD adecuado según las distintas normas

A la hora de elegir el protector contra sobretensiones (SPD) adecuado, hay que tener en cuenta diferentes normas.

1. UL 1449 (norma estadounidense)

La norma UL 1449 clasifica los SPD en los tipos 1, 2 y 3, que se corresponden con diferentes situaciones:

• Tipo 1: Se instala en las entradas de los edificios para proteger contra corrientes con una forma de onda de 10/350 μs provocadas por descargas directas de rayos (por ejemplo, en las entradas a los cuadros eléctricos);
• Tipo 2: Se utiliza en cuadros de distribución principales para proteger contra corrientes con forma de onda de 8/20 μs provocadas por descargas atmosféricas indirectas, con una corriente nominal de descarga (In) típica de 20 kA;
• Tipo 3: protección de dispositivos finales (por ejemplo, tomas de corriente) con un tiempo de respuesta más rápido, adecuada para instrumentos de precisión.

Parámetros clave

• VPR (valor nominal de protección contra sobretensiones): p. ej., 330 V, indica que la sobretensión está limitada a menos de 330 V.

2. IEC 61643 (norma internacional)

• Clase I: Resistente a los impactos directos de rayos (forma de onda de 10/350 μs), Iimp ≥ 5 kA, aplicable a situaciones de alto riesgo, como las plantas de energía fotovoltaica¹⁷;
• Clase II: Resistencia a los rayos inducidos (forma de onda de 8/20 μs), In ≥ 20 kA, para la derivación del edificio cajas de distribución;
• Clase III: protección de precisión (onda compuesta de 1,2/50 μs + 8/20 μs), para terminales como los equipos médicos.

Diferencias clave

• Las normas de la IEC se centran más en la tensión Up (tensión residual), y se recomienda que los equipos industriales tengan una tensión Up inferior a 1,5 kV;
• Las corrientes de ensayo de UL e IEC son diferentes (por ejemplo, la Clase I de la IEC se corresponde con el Tipo 1 de UL, pero los requisitos relativos a la forma de onda difieren considerablemente).

3. BS 7671 (Norma Británica)

• Edificios rurales o de gran altura: se requiere un SPD de clase I (Iimp ≥ 25 kA) para soportar una alta probabilidad de impacto de rayos;
• Edificios comerciales urbanos: el requisito mínimo es un SPD de clase II (In ≥ 20 kA/fase).

Aspectos de la implementación

Coordinación en cascada: Clase I para las cajas de distribución principales, Clase II para las cajas de distribución secundarias y Clase III para los terminales.

Conclusión

En esta era de dependencia de los dispositivos electrónicos, las sobretensiones se han convertido en una amenaza invisible para la seguridad de los equipos. Es más sensato comprender cómo se producen las sobretensiones y tomar medidas preventivas que tener que solucionarlas a posteriori.

Si instalas una protección adecuada contra sobretensiones, revisas periódicamente tu instalación eléctrica y te familiarizas con los indicios de sobretensión, podrás reducir de forma eficaz el riesgo de que se produzcan daños en los equipos.

Estos conocimientos te ayudarán a proteger mejor tus equipos electrónicos de los efectos perjudiciales de las sobretensiones.

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Consultar a profesionales cualificados a la hora de planificar una instalación eléctrica puede ayudar a elegir los mejores dispositivos. Colaborar con un proveedor de confianza puede marcar la diferencia.

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Preguntas frecuentes

¿Pueden los protectores contra sobretensiones proteger contra los rayos?

Un protector contra sobretensiones no puede proteger por completo los equipos de los impactos directos de los rayos, pero sí puede ofrecer una capa adicional de protección frente a los daños causados por los impactos indirectos de los rayos.

¿Cuándo hay que cambiar un protector contra sobretensiones?

Es necesario sustituir un protector contra sobretensiones si su circuito de protección está dañado (por ejemplo, si se activa la función de apagado automático o si se apaga la luz indicadora).

¿Cuál es la diferencia entre una subida de tensión y un corte de luz?

Una sobretensión es un pico breve en la tensión eléctrica, mientras que un corte de suministro eléctrico es una pérdida total del suministro eléctrico. Ambos presentan riesgos distintos y requieren respuestas diferentes.

¿Cómo seleccionar los SPD en las zonas costeras?

La elección de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) resistentes a la corrosión por niebla salina (con carcasas con clasificación IP66 o superior) puede prolongar la vida útil del SPD hasta un 30% en comparación con los modelos convencionales.