Un dispositivo de protección contra sobretensiones es uno de los pocos componentes de un sistema eléctrico que debe permanecer inactivo durante años y, aun así, absorber un impulso de rayo en microsegundos. Eso hace que sea fácil omitirlo, fácil dimensionarlo por debajo de lo necesario y fácil instalarlo de una forma que parece correcta pero deja la carga expuesta.
Esta guía explica qué hace un SPD, en qué se diferencian las categorías de tipo 1, 2 y 3, dónde corresponde ubicar cada una y cómo coordinar la protección contra sobretensiones con un UPS y un estabilizador de tensión.
¿Qué es una sobretensión?
Una sobretensión es un aumento de tensión de corta duración por encima del nivel normal de funcionamiento. Puede deberse a una descarga de rayo, a la maniobra de una carga grande, a la conmutación de bancos de condensadores o al funcionamiento de un fallo eléctrico cercano. La duración puede ser de microsegundos en un impulso de rayo o de milisegundos en un transitorio de maniobra.
El mecanismo de daño depende de la carga. Un semiconductor puede fallar de inmediato ante una tensión de pico elevada. Una fuente de alimentación puede degradarse tras repetidas sobretensiones de menor magnitud. Un motor puede sufrir esfuerzo en el aislamiento. El SPD limita la tensión de pico y desvía la corriente de sobretensión hacia tierra; no elimina la sobretensión ni corrige una sobretensión sostenida.
Para problemas de tensión sostenidos, utilice un estabilizador de tensión o un regulador automático de tensión. Para un corte, utilice un UPS. El SPD es la capa de protección frente a transitorios.
¿Cómo funciona un SPD?
Un SPD es un componente dependiente de la tensión, normalmente un varistor de óxido metálico, un explosor de gas o una combinación de ambos. A la tensión normal presenta una impedancia elevada y apenas influye en el circuito. Cuando la tensión supera su umbral, la impedancia cae y el dispositivo desvía la corriente de sobretensión lejos de la carga.
Las características nominales clave son la tensión máxima de servicio continuo, la corriente nominal de descarga, la corriente máxima de descarga, el nivel de protección de tensión y la corriente nominal de cortocircuito. El nivel de protección de tensión es la tensión residual que ve la carga durante la sobretensión: cuanto más bajo sea, mejor para los equipos sensibles, pero el dispositivo debe seguir coordinado con la protección aguas arriba.
Un SPD tiene una vida útil limitada. Cada sobretensión consume parte de su capacidad. Un indicador de estado o un contacto remoto no es un lujo: es la única forma de saber si el dispositivo sigue protegiendo la carga.
Tipos de SPD 1, 2 y 3
La serie IEC 61643 define las categorías habituales de SPD. La clase de ensayo exacta y las características nominales exigidas dependen de la instalación y del código local.
| Tipo | Ubicación | Objeto del ensayo | Uso típico |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 | Entrada de servicio, aguas arriba del interruptor automático principal | Corriente directa de rayo | Edificios con sistema de protección contra rayos o acometida aérea |
| Tipo 2 | Cuadro de distribución | Corriente de sobretensión después de la primera etapa | Cuadros principales y secundarios |
| Tipo 3 | Cerca de la carga | Baja tensión residual | Equipos sensibles, cajas de bornes, paneles de control |
Un dispositivo de tipo 1 no es automáticamente mejor que uno de tipo 2. La elección correcta depende de si el sitio dispone de un sistema de protección contra rayos, de si la acometida es aérea o subterránea y de lo que exija el código local. En muchos proyectos se utilizan juntos un tipo 1 en la entrada y un tipo 2 en el cuadro de distribución.
¿Dónde corresponde instalar cada SPD?
La ubicación importa tanto como las características nominales. Un cable de conexión largo añade inductancia y eleva la tensión residual en la carga. El SPD debe instalarse con cables cortos y rectos y una conexión a tierra de baja impedancia.
| Ubicación | Dispositivo | Qué protege |
|---|---|---|
| Entrada de servicio | Tipo 1 o tipo 2 | La instalación y el cuadro principal |
| Cuadro de distribución principal | Tipo 2 | La subdistribución y los alimentadores |
| Cuadro de subdistribución | Tipo 2 o tipo 3 | Cargas locales y paneles de control |
| Entrada del UPS | Tipo 2 aguas arriba | El rectificador del UPS y la ruta de derivación |
| Salida del UPS / panel crítico | Tipo 3 | Servidores, PLC y electrónica sensible |
| Circuito de batería de CC | SPD apto para CC | El banco de baterías y el bus de CC |
La entrada y la salida del UPS suelen tratarse como zonas de protección independientes. Una sobretensión en la entrada puede dañar el rectificador; una sobretensión en la salida puede llegar a la carga incluso cuando el UPS funciona con batería. El diagrama unifilar debe mostrar ambas.
SPD, UPS y estabilizador: funciones distintas
Estos dispositivos suelen venderse juntos, pero hacen cosas distintas. La tabla siguiente es una referencia rápida para una reunión de proyecto.
| Dispositivo | Función principal | Responde a | No sustituye a |
|---|---|---|---|
| SPD | Limita la sobretensión transitoria | Sobretensiones por rayo y por maniobras | La regulación de tensión o el respaldo |
| Estabilizador / AVR | Corrige la tensión eficaz | Sobretensión y subtensión sostenidas | La protección contra sobretensiones o el respaldo |
| UPS | Acondiciona la energía y alimenta la carga | Corte, caída, deriva de frecuencia | La protección contra sobretensiones en la entrada de servicio |
| Generador | Genera energía para un corte prolongado | Corte prolongado | La protección durante el tiempo de transferencia |
Una arquitectura habitual es un SPD de tipo 1 en la entrada de servicio, un estabilizador servo para toda la instalación, un SPD de tipo 2 en la entrada del UPS y un SPD de tipo 3 en la carga crítica. La página de la solución de protección contra sobretensiones describe esta coordinación con más detalle.
¿Cómo se coordinan los SPD?
Coordinar significa seleccionar los dispositivos de modo que el SPD aguas abajo no absorba toda la sobretensión y el SPD aguas arriba no deje una tensión residual demasiado elevada para el dispositivo aguas abajo. Se utiliza la tabla de coordinación del fabricante o un método de cálculo.
Las comprobaciones prácticas son:
- El nivel de protección de tensión del dispositivo aguas arriba debe ser inferior a la tensión soportada del dispositivo aguas abajo.
- La longitud de cable entre etapas debe ser suficiente, o debe utilizarse una inductancia de desacoplo.
- El fusible o interruptor automático de respaldo debe seleccionarse para la corriente de cortocircuito del SPD.
- La conexión a tierra debe ser corta y común con el sistema de puesta a tierra del edificio.
No mezcle dispositivos de fabricantes distintos sin comprobar la coordinación. Dos SPD correctos por separado pueden seguir siendo una mala combinación.
Rayo, puesta a tierra y circuito de batería
Un sistema de protección contra rayos y un sistema de SPD están relacionados, pero son distintos. El sistema de protección contra rayos captura la descarga; el SPD limita la sobretensión que llega a la instalación eléctrica. Ambos necesitan una ruta de tierra de baja impedancia.
En un UPS, el circuito de batería de CC también puede transportar corriente de sobretensión. Puede ser necesario un SPD apto para CC en el armario de baterías, especialmente en un sitio con alto riesgo de rayos. Confirme la tensión nominal de CC y la polaridad; un SPD de CA no es apto para el bus de CC.
Las páginas de la gama de baterías VRLA y de la gama de baterías LiFePO4 describen las configuraciones de baterías. La gama de transformadores y reactancias es relevante cuando el proyecto necesita aislamiento o impedancia para la coordinación de sobretensiones.
Mantenimiento e inspección
Un SPD es un consumible. El indicador de estado debe comprobarse en cada visita de mantenimiento, y el cartucho o la unidad deben sustituirse cuando cambia el indicador. Un contacto remoto puede llevar el estado al BMS o al sistema de monitorización del UPS.
La inspección también debe comprobar los cables de conexión, la conexión a tierra y la protección de respaldo. Un cable flojo o una conexión a tierra corroída pueden elevar la tensión residual aunque el SPD esté en buen estado.
Lista de verificación del proyecto
Utilice esta lista cuando especifique la protección contra sobretensiones en un proyecto de UPS.
- Confirme si el sitio dispone de un sistema de protección contra rayos y si la acometida es aérea o subterránea.
- Seleccione el dispositivo de tipo 1 o tipo 2 para la entrada de servicio.
- Añada un dispositivo de tipo 2 en el cuadro de distribución que alimenta el UPS y las cargas críticas.
- Añada un dispositivo de tipo 3 en el panel crítico cuando la carga sea sensible.
- Compruebe el nivel de protección de tensión frente a la tensión soportada de la carga.
- Compruebe la corriente de cortocircuito nominal y el fusible de respaldo.
- Confirme la conexión a tierra y la longitud de los cables.
- Añada un SPD apto para CC en el banco de baterías cuando sea necesario.
- Registre el indicador de estado y el contacto remoto en el plan de mantenimiento.
- Incluya las ubicaciones de los SPD en el diagrama unifilar.
Para el lado del UPS, utilice la calculadora de dimensionamiento y el índice completo de modelos. Para un centro de datos, empiece por la guía de UPS para centro de datos; para una sala de servidores, utilice la guía para sala de servidores. Los sitios industriales pueden empezar por la página de UPS industrial o por la familia de productos de UPS industrial.
¿Qué mercados requieren atención especial?
Los rayos y la distribución aérea hacen que la protección contra sobretensiones sea más importante en algunos mercados que en otros. La guía para Sudáfrica, la guía para Filipinas y la guía para Bangladés describen las condiciones de suministro locales y la documentación que suelen solicitar los compradores.
Para sitios de telecomunicaciones, consulte la página de soluciones para telecomunicaciones; para salas de seguridad, consulte seguridad y videovigilancia; para edificios comerciales, consulte edificios comerciales. Estas páginas muestran dónde se sitúa el SPD respecto al UPS, el estabilizador y el cuadro de distribución.
¿Cómo especifico un SPD con un UPS?
Envíe el diagrama unifilar, la tensión de servicio, la capacidad del UPS, la configuración de baterías, la sensibilidad de la carga y el riesgo de rayos del sitio. El equipo de ingeniería podrá entonces proponer la disposición de tipos 1/2/3, el nivel de protección de tensión y la protección de respaldo.
Utilice la página de proveedor y cotización para la lista de verificación comercial, o la página de contacto para una revisión técnica. La página de certificaciones explica los documentos específicos de cada modelo, y la página de descargas enumera el paquete documental.
La protección contra sobretensiones no es un solo dispositivo. Es una capa coordinada que empieza en la entrada de servicio y termina en la carga. El UPS, el estabilizador y el SPD cumplen funciones distintas; el proyecto funciona cuando los límites entre esas funciones están dibujados en el diagrama unifilar.
