Las sobretensiones pueden destruir equipos eléctricos, causando costosos tiempos de inactividad y daños. Sin protección, las empresas corren el riesgo de perder sistemas críticos. ¿La solución? Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), diseñado para evitar que las sobretensiones eléctricas dañen su equipo.
Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) es una salvaguarda eléctrica esencial que limita la tensión transitoria y desvía las corrientes de sobretensión para proteger los sistemas conectados de daños.
Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (SPD's)
Los SPD's protegen los equipos eléctricos y electrónicos contra transitorios, originados por rayos, conmutación de transformadores, iluminación y motores.
Estos transitorios pueden causar el envejecimiento prematuro del equipo, tiempo de inactividad o la destrucción completa de componentes y materiales electrónicos.
Un protector contra sobretensiones es un dispositivo que protege el sistema eléctrico de su hogar en caso de una sobretensión, como la de un rayo. Cuando hay una variación en la corriente, el protector contra sobretensiones redirigirá la corriente a tierra o a un varistor de óxido metálico dentro del dispositivo en lugar de a través del cableado eléctrico principal.
Los SPD son críticos para aplicaciones industriales, comerciales y residenciales, ya que evitan fallas en los equipos, reparaciones costosas y tiempo de inactividad del sistema. Sin un SPD, los componentes electrónicos sensibles, los sistemas fotovoltaicos y las configuraciones de energía solar son vulnerables a los picos de voltaje.
Criterios de Selección
Los dispositivos de protección contra sobretensiones se clasifican según sus funciones:
Tipo 1
SPD que puede descargar corriente parcial de rayo con una forma de onda típica de 10/350 μs. Generalmente emplea tecnología de hueco de chispa. Esto, si es necesario, se instalará en el cuadro de distribución principal en el origen de la instalación eléctrica. Un SPD de Tipo 1 no ofrece por sí solo el nivel de protección requerido y debe utilizarse junto con dispositivos de Tipo 2 coordinados. Una instalación con un sistema de protección contra rayos requerirá un SPD de Tipo 1.
Tipo 2
SPD que puede evitar la propagación de sobretensiones en las instalaciones eléctricas y protege el equipo conectado a él. Generalmente emplea tecnología de varistor de óxido metálico (MOV) y se caracteriza por una onda de corriente de 8/20 μs. Este dispositivo normalmente estaría en los cuadros de subdistribución y en el cuadro de distribución principal si no hubiera necesidad de un dispositivo de tipo 1.
Tipo 3
Estos SPD tienen una baja capacidad de descarga. Por lo tanto, solo deben instalarse como complemento de los SPD de Tipo 2 y en las proximidades de cargas sensibles. Los SPD's de Tipo 3 se caracterizan por una combinación de ondas de voltaje (1,2/50 μs) y ondas de corriente (8/20 μs).
¿Cómo funcionan los protectores contra sobretensiones?
Los SPD contienen un varistor de óxido metálico (MOV), que actúa como un sensor. Cuando la corriente aumenta por encima de cierto nivel, reducirá la resistencia. Si el voltaje es demasiado bajo, aumentará la resistencia. El MOV mantiene la corriente constante y protege sus dispositivos.
Los MOV están compuestos de óxido metálico y dos semiconductores. El óxido metálico detecta la corriente eléctrica, mientras que los dos semiconductores aumentan o disminuyen la resistencia según sea necesario y desvían cualquier exceso de corriente a tierra.
Los SPD funcionan monitoreando los niveles de voltaje y respondiendo instantáneamente a las sobretensiones. Consisten en componentes no lineales que cambian entre estados de alta y baja impedancia según las fluctuaciones de voltaje.
- Condiciones normales: El SPD permanece en un estado de alta impedancia, lo que permite el flujo eléctrico normal sin interferencias.
- Evento de sobretensión: Cuando se produce un pico de voltaje, el SPD cambia rápidamente a un estado de baja impedancia, redirigiendo el exceso de corriente a tierra o de vuelta a su fuente.
- Proceso de reinicio: Después de que la sobretensión se desvía, el SPD regresa automáticamente a un estado de alta impedancia, lo que garantiza que se reanude el funcionamiento normal.
Terminología
Iimp – Corriente de impulso de forma de onda de 10/350 μs asociada con los SPD's de Tipo 1
In – Corriente de sobretensión de forma de onda de 8/20 μs asociada con los SPD's de Tipo 2
Up - El voltaje residual que se mide a través del terminal del SPD cuando se aplica In
Uc - El voltaje máximo que se puede aplicar continuamente al SPD sin que conduzca.
Pros y contras de los protectores contra sobretensiones
Si bien los protectores contra sobretensiones tienen muchos beneficios y capacidades, tienen limitaciones. A continuación se presentan algunos de los principales pros y contras de los protectores contra sobretensiones.
Protección para dispositivos y electrodomésticos:
En algunos casos, una sobretensión puede arruinar el cableado de electrodomésticos y dispositivos costosos. Reparar o reemplazar equipos eléctricos puede ser costoso e inconveniente. Si bien las sobretensiones no siempre pueden destruir su equipo, pueden ejercer presión sobre el cableado. Puede acortar la vida útil del dispositivo o electrodoméstico. Un protector contra sobretensiones es una forma sencilla de evitar daños.
Los dispositivos de protección contra sobretensiones tienen limitaciones de voltaje:
No todos los protectores contra sobretensiones pueden manejar voltajes más altos. Los básicos pueden manejar ligeras fluctuaciones. Demasiada exposición a altos voltajes puede hacer que el protector contra sobretensiones falle. Hay protectores contra sobretensiones de mayor voltaje disponibles, pero pueden ser más caros.
Categorías o tipos de SPD
Los SPD se clasifican en dos tipos principales: componentes de limitación de voltaje y de conmutación de voltaje. La mayoría de los SPD modernos utilizan un enfoque híbrido que combina ambos métodos.
1. Componentes de limitación de voltaje
Estos componentes ajustan su impedancia en función de los niveles de voltaje, limitando las sobretensiones antes de que puedan alcanzar niveles peligrosos. Los ejemplos incluyen:
- Varistores de óxido metálico (MOV) – Comunes en los protectores contra sobretensiones solares y los SPD de CC.
- Diodos de supresión de voltaje transitorio (TVS) – Ofrecen tiempos de respuesta rápidos, pero tienen una capacidad limitada de manejo de sobretensiones.
2. Componentes de conmutación de voltaje
Estos componentes permanecen no conductores hasta que se excede un umbral de voltaje específico, momento en el que se encienden rápidamente y conducen la sobretensión a tierra. Los ejemplos incluyen:
- Tubos de descarga de gas (GDT) – Utilizados en aplicaciones de protección contra sobretensiones de alta energía.
- Huecos de chispa – Proporcionan protección confiable contra sobretensiones y rayos de CC.
Los diseños híbridos equilibran las ventajas de ambos tipos de componentes, ofreciendo una protección contra sobretensiones eficiente y confiable.
Mantenimiento
La mayoría de los SPD tienen una ventana de indicación de que están operativos. Si el indicador es verde, están proporcionando protección. Si son rojos, han llegado al 'fin de su vida útil' y deberán ser reemplazados. A menudo hay un cartucho reemplazable que simplemente se puede retirar y reemplazar con un nuevo dispositivo operativo.
Factores a considerar al elegir dispositivos de protección contra sobretensiones
Para elegir un dispositivo de protección contra sobretensiones, primero verifique la frecuencia con la que se producen las sobretensiones en su propiedad. Si experimenta mal tiempo con frecuencia o utiliza equipos propensos a las sobretensiones, un SPD para toda la casa puede ser beneficioso.
A continuación, considere el tipo de equipo y electrodomésticos que utilizará. Si tiene muchos electrodomésticos, maquinaria o tecnología costosos, invertir en un SPD para toda la casa puede valer la pena. El costo del SPD y la instalación será mucho menos costoso que reparar o reemplazar equipos valiosos.
¿Cómo comparar diferentes SPD?
Para evaluar diferentes SPD, considere los siguientes factores de rendimiento:
1. Tiempo de respuesta
La velocidad a la que un SPD reacciona a una sobretensión es fundamental.
Los diodos TVS tienen los tiempos de respuesta más rápidos.
Los MOV ofrecen un buen equilibrio entre velocidad y durabilidad.
2. Corriente de seguimiento
La corriente de seguimiento se produce cuando un SPD de conmutación de voltaje no regresa a su estado de alta impedancia después de una sobretensión.
Los sistemas de CA manejan esto de forma natural debido a los cruces por cero en la forma de onda de CA.
Los sistemas de CC, como las configuraciones de energía solar, requieren dispositivos de protección contra sobretensiones de CC especializados.
3. Voltaje de paso
Este es el voltaje que llega al equipo conectado durante una sobretensión.
Los diodos TVS proporcionan el voltaje de paso más bajo.
Los MOV ofrecen una protección moderada al tiempo que equilibran otros factores de rendimiento.
Cada tipo tiene compensaciones, lo que convierte a los SPD híbridos en la opción preferida para la mayoría de las aplicaciones.
Características de rendimiento del dispositivo de protección contra sobretensiones
Al seleccionar un SPD, las métricas de rendimiento clave garantizan la fiabilidad y la compatibilidad con los sistemas eléctricos:
- Tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV): La tensión más alta que el SPD puede soportar mientras funciona normalmente. Normalmente un 25% más alta que la tensión nominal del sistema.
- Clasificación de protección de voltaje (VPR) o nivel de protección de voltaje (Up): Indica el voltaje de paso durante una sobretensión. Los valores más bajos indican una mejor protección.
- Clasificación de corriente de descarga nominal (In): Mide la capacidad del SPD para soportar eventos de sobretensión repetidos. Los valores más altos indican una mayor durabilidad.
- Estado de indicación: Los indicadores visuales o remotos muestran el estado operativo del SPD. Pueden ser mecánicos, basados en LED o monitoreados de forma remota.
- Capacidad de corriente de sobretensión: Representa la energía máxima de sobretensión que el SPD puede manejar. No está estandarizado, por lo que las especificaciones varían según el fabricante. Un SPD fotovoltaico o protector contra sobretensiones solar correctamente clasificado garantiza una protección a largo plazo para la energía solar y los sistemas eléctricos.
Conclusión
En general, un dispositivo de protección contra sobretensiones SPD es una inversión que vale la pena, especialmente para aquellos que son propensos a las sobretensiones. Si tiene equipos sensibles y costosos, un protector para toda la casa ofrecerá la mejor protección y le ahorrará a largo plazo.
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