Guía de selección de dispositivos de protección contra sobretensiones: cómo elegir la protección adecuada

Un dispositivo de protección contra sobretensiones muestra su valor en el momento en que nadie lo nota. Las luces se mantienen encendidas, el panel de control sigue funcionando y el equipo conectado sigue operando. La falla que evita es invisible.

La protección contra sobretensiones es fácil de comprar tarde y difícil de evaluar temprano. Un dispositivo de protección contra sobretensiones es a menudo el último artículo confirmado en un proyecto eléctrico, y con frecuencia se reduce a una línea en la especificación: "agregar protección contra sobretensiones". Esa línea oculta la mayor parte de la información que realmente se necesita para la selección.

Esta guía de selección de dispositivos de protección contra sobretensiones recorre los parámetros del sistema eléctrico, la exposición a sobretensiones y las especificaciones de modelo que debe confirmar antes de comparar dispositivos. Cubre cómo funciona el dispositivo, cómo difieren los tipos comunes, qué clasificaciones importan y qué normas y documentación solicitar.

XiAn Wisdom Computer Info&tech Co., Ltd incluye los dispositivos de protección contra sobretensiones entre sus categorías declaradas de equipos industriales. La empresa afirma que los compradores deben confirmar los parámetros del sistema eléctrico y las normas aplicables para cada consulta, y que las especificaciones específicas del modelo deben verificarse con la documentación actual antes de realizar el pedido.

Comience con el sistema eléctrico. Anote los parámetros del panel que desea proteger antes de mirar cualquier dispositivo. Esa única hoja responde a la mayoría de las preguntas de esta guía.

Lo que realmente hace un dispositivo de protección contra sobretensiones

La sobretensión es la amenaza

Una sobretensión es un aumento corto y brusco de la tensión por encima del nivel de funcionamiento normal de un circuito. Puede provenir del exterior del edificio, como un rayo cerca del suministro entrante, o del interior, como motores, transformadores y interruptores que se encienden y se apagan.

El dispositivo de protección contra sobretensiones no está diseñado para detener la sobretensión. Está diseñado para limitarla. Cuando la tensión sube por encima del umbral de respuesta del dispositivo, el dispositivo conduce la energía excedente lejos del equipo conectado y permite que la tensión vuelva a un nivel seguro. Esa breve acción protege el equipo que de otro modo absorbería la sobretensión.

El punto práctico es el tiempo. Una sobretensión puede alcanzar miles de voltios en unos pocos microsegundos, lo que es más rápido de lo que cualquier fusible o interruptor puede reaccionar. La protección mecánica elimina las fallas en una fracción de segundo.

Un dispositivo de protección contra sobretensiones responde en nanosegundos. Esa velocidad es la razón por la que se necesita un dispositivo dedicado en primer lugar.

Dispositivos de Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3

Los dispositivos de protección contra sobretensiones se agrupan según su ubicación en la instalación y según el tipo de sobretensión contra la que se prueban. Los tres tipos comunes en las guías internacionales son el Tipo 1, el Tipo 2 y el Tipo 3.

Los dispositivos de Tipo 1 se instalan en el punto de entrada principal, donde la alimentación eléctrica entra en el edificio. Manejan la energía más alta, incluyendo las sobretensiones que provienen directamente de los rayos. Los dispositivos de Tipo 2 se instalan en los tableros de distribución y subdistribución, donde manejan la energía que ya ha sido reducida por el dispositivo de aguas arriba. Los dispositivos de Tipo 3 se instalan cerca del propio equipo sensible, como un panel de control, un controlador lógico programable o una unidad de accionamiento de máquina.

Un error común de selección es elegir un dispositivo de Tipo 3 y considerar que el trabajo está terminado. Eso deja el punto de entrada desprotegido. Otro error diferente es instalar solo un dispositivo de Tipo 1 y esperar que proteja una tarjeta de control sensible a varios metros de distancia. La distancia entre el dispositivo y el equipo es importante, razón por la cual la protección coordinada en más de un nivel es la recomendación normal.

Dónde pertenece la protección

La decisión de la ubicación sigue al equipo. Un panel principal protege el cableado del edificio y las cargas más grandes. Un dispositivo de tablero de distribución protege los circuitos ramales que alimentan una zona de producción. Un dispositivo cerca de la máquina protege la electrónica que es más fácil de dañar.

La distancia entre los niveles de protección es parte de la coordinación. Si un dispositivo de Tipo 2 está demasiado lejos del equipo que protege, los conductores de conexión agregan inductancia que reduce la eficacia del dispositivo. La guía general es mantener los conductores de conexión lo más cortos posible y proteger el equipo sensible cerca del punto de conexión.

Una planta de empaquetado ejemplifica este punto. El gerente de operaciones había instalado un solo dispositivo de protección contra sobretensiones en el tablero principal y asumió que toda la instalación estaba cubierta. Una sobretensión de conmutación de un gran accionamiento en la misma línea todavía alcanzó la tarjeta de control PLC que controlaba la línea, y la tarjeta falló durante un turno nocturno.

El dispositivo del tablero principal había manejado el gran evento. El evento pequeño y cercano nunca estuvo dentro de su alcance. Un segundo dispositivo instalado junto al panel de control lo habría capturado.

El punto no es que el dispositivo del tablero principal estuviera mal. Sino que la protección es un sistema y cada nivel tiene una función. La selección debe nombrar cada nivel y el equipo que cada nivel protege.

Defina primero el sistema y el riesgo

Parámetros del sistema eléctrico

La primera información que se debe recopilar se refiere a la propia fuente de alimentación eléctrica. Un dispositivo de protección contra sobretensiones se elige para adaptarse al sistema, no al revés.

Confirme el voltaje y la frecuencia del sistema. Confirme si el sistema es monofásico o trifásico. Confirme la disposición de puesta a tierra, como TN - S, TN - C - S o TT, porque los modos de protección del dispositivo dependen de ello. Confirme el tipo de conexión a la red, porque un dispositivo que funciona en una configuración puede no ser adecuado para otra.

Cada uno de estos valores es un filtro. Un dispositivo calificado para un sistema monofásico de 230 V no es automáticamente adecuado para un sistema trifásico de 400 V, incluso si la conexión parece similar. Las especificaciones del dispositivo de protección contra sobretensiones deben coincidir con la alimentación real.

Exposición a sobretensiones

La segunda parte del riesgo es la probabilidad y la gravedad de las sobretensiones en el lugar. Esto no es una ciencia precisa, pero es una evaluación honesta. Los factores relevantes son conocidos y vale la pena registrarlos.

Considere la densidad de rayos de la región, que describe con qué frecuencia se producen tormentas eléctricas en un área determinada. Considere si el suministro llega por líneas aéreas o por cable subterráneo, porque las líneas aéreas están más expuestas. Considere el equipo dentro del edificio, porque los motores, los controladores y los tableros de maniobra crean sobretensiones internas cada vez que se conmutan. Considere si hay un sistema de protección contra rayos externo, porque ese sistema dirige la corriente de rayos y cambia la exposición a sobretensiones en el punto de entrada.

Una instalación en una región con frecuentes tormentas eléctricas, alimentada por una línea aérea, con grandes controladores que se encienden y se apagan periódicamente, tiene un perfil de exposición diferente a una instalación en una región tranquila con un suministro enterrado. El perfil de exposición indica si un solo dispositivo es suficiente o si una protección coordinada es justificada.

Equipo a proteger

La tercera parte del riesgo es el valor y la sensibilidad del equipo. Anote lo que la instalación no podría permitirse perder.

Nombre los sistemas de control, los controladores lógicos programables, las unidades de control, los instrumentos y las redes de comunicación. Nombre las líneas de producción que se detienen cuando una sola tarjeta falla. Nombre el tiempo de entrega de reemplazo de cada artículo. Esta lista convierte la discusión de una instrucción general en un plan de protección específico.

Un siguiente paso útil es registrar los parámetros del sistema eléctrico, la exposición a sobretensiones y la lista de equipos en una hoja. Cuando más tarde solicite información del producto, esa hoja permite al proveedor confirmar qué categoría de dispositivo de protección contra sobretensiones y documentación se aplica a su instalación en lugar de adivinar.

Confirme las especificaciones del dispositivo de protección contra sobretensiones

Las especificaciones del dispositivo de protección contra sobretensiones que hay que confirmar son una lista corta, y cada artículo tiene un significado claro. Confírmelas con la hoja de datos actual del modelo exacto que está evaluando.

Clasificación de protección de voltaje

La clasificación de protección de voltaje, a menudo abreviada como Up, describe el voltaje que el equipo conectado puede esperar ver cuando el dispositivo está en funcionamiento. Un valor más bajo significa que el dispositivo limita la sobretensión a un nivel más bajo, lo cual es generalmente mejor para el equipo sensible.

El valor debe estar por debajo de la capacidad de resistencia del equipo que protege. Si el equipo solo puede tolerar un sobrevoltaje limitado, se debe elegir la clasificación del dispositivo de modo que el equipo protegido nunca vea más que ese nivel. Confirme la capacidad de resistencia del equipo en su propia documentación y confirme la clasificación del dispositivo en su hoja de datos.

Capacidad de corriente de sobretensión

La capacidad de corriente de sobretensión describe cuánta corriente de sobretensión puede manejar el dispositivo sin fallar. Por lo general, se expresa como una corriente de impulso máxima para dispositivos Tipo 1 y como una corriente de descarga nominal para dispositivos Tipo 2.

La clasificación es una capacidad, no una promesa. Un dispositivo de tamaño insuficiente para la exposición puede fallar durante un evento importante, lo que elimina la protección en el momento en que se necesita. El enfoque correcto es hacer coincidir la capacidad nominal de sobretensión con la exposición del sitio identificada anteriormente.

Tensión máxima de funcionamiento continua

La tensión máxima de funcionamiento continua, abreviada como Uc, es la tensión más alta que el dispositivo puede soportar continuamente en condiciones normales de funcionamiento. Este valor debe ser compatible con la tensión del sistema y cualquier fluctuación de tensión esperada.

Esta es la especificación que se omite con más frecuencia, y omitirla tiene un costo. Si la clasificación de voltaje continuo es demasiado baja para la fuente de alimentación, el dispositivo puede funcionar constantemente y fallar prematuramente. Si se establece sin margen para la variación de voltaje, el dispositivo puede no sobrevivir a condiciones normales.

El ejemplo es un comprador en una planta con una fuente de alimentación nominal de 230 V que se desvió a 245 V bajo carga ligera. La hoja de datos enumeraba el voltaje de funcionamiento continuo como 240 V. El dispositivo se instaló, funcionó continuamente al límite de su clasificación y falló en menos de un año, llevando consigo el circuito protegido. La comprobación que habría prevenido la falla era leer el valor de Uc en relación con el voltaje de alimentación medido y elegir un dispositivo con un margen adecuado.

Modos de protección

La última especificación para confirmar es el modo de protección, que describe qué combinaciones de conductores protege el dispositivo. Los modos comunes incluyen línea a neutro, línea a tierra y neutro a tierra.

Un dispositivo que protege todos los modos relevantes ofrece una cobertura completa. Un dispositivo que protege menos modos deja un camino para que los sobretensiones lleguen al equipo. Confirme los modos con la disposición de puesta a tierra registrada anteriormente, porque la configuración correcta de los modos depende de la configuración del sistema.

Ajustar el dispositivo a la instalación

Selección de tipo por ubicación

La ubicación del dispositivo en la instalación determina el tipo. El punto de entrada es el lugar natural para un dispositivo de Tipo 1. Los tableros de distribución son el lugar natural para los dispositivos de Tipo 2. El equipo sensible es el lugar natural para un dispositivo de Tipo 3.

El plan de instalación del dispositivo de protección contra sobretensiones debe nombrar cada ubicación y cada tipo antes de comprar cualquier dispositivo. Cuando se escribe el plan, la cantidad de dispositivos, las clasificaciones y el cableado se convierten en una especificación en lugar de una esperanza.

Instalación y cableado

La calidad de la instalación cambia el rendimiento del dispositivo más de lo que la mayoría de los compradores espera. Los conductores de conexión deben mantenerse lo más cortos posible, porque los cables largos aumentan la impedancia que reduce el efecto de limitación. El dispositivo debe conectarse de modo que el equipo protegido quede en el lado de la carga.

La conexión a tierra también es importante. Un dispositivo de protección contra sobretensiones dirige la energía de la sobretensión hacia la tierra, por lo que la conexión a tierra debe ser sólida y continua. Confirme los requisitos de conexión a tierra en la documentación del dispositivo y en la norma de instalación aplicable antes de realizar el cableado del panel.

Coordinación entre niveles

Cuando se instala más de un dispositivo, los niveles deben coordinarse. El dispositivo de aguas arriba maneja la gran cantidad de energía, y los dispositivos de aguas abajo manejan las sobretensiones reducidas cerca del equipo. Si los niveles no están coordinados, el dispositivo de aguas abajo puede absorber más energía de la que está diseñado para soportar y fallar.

La coordinación generalmente se logra siguiendo las instrucciones del fabricante en cuanto a la distancia y la selección de dispositivos. Confirme que los dispositivos elegidos se indiquen como compatibles y que las distancias de cableado coincidan con la documentación. La selección solo está completa cuando los niveles funcionan como un conjunto.

Confirme las normas y los requisitos del mercado de destino

Normas de dispositivos de protección contra sobretensiones

Las normas de dispositivos de protección contra sobretensiones establecen el método de prueba y el sistema de clasificación del cual provienen las clasificaciones del dispositivo. Cuando una hoja de datos indica una clasificación, la norma a la que se sometió a prueba define lo que significa esa clasificación.

La guía internacional la proporcionan organismos normativos como la IEC, que publica la serie IEC 61643 para dispositivos de protección contra sobretensiones. Otros mercados utilizan normas nacionales relacionadas que comparten la misma base técnica. Las clases de prueba, los números de tipo y las clasificaciones declaradas dependen todas de la norma.

Indique la norma, la versión del documento y las condiciones de prueba siempre que registre una clasificación. Dos dispositivos pueden tener un número que parezca similar y significar cosas diferentes si se sometieron a prueba a ediciones o condiciones diferentes.

Certificación y documentación

El último paso es solicitar la documentación que haga verificable la selección. Pida la hoja de datos actual del modelo exacto, el informe de prueba o el certificado que respalde las clasificaciones declaradas y las instrucciones de instalación.

Confirme que el dispositivo cumpla con los requisitos del mercado de destino. Un producto eléctrico vendido en un mercado puede necesitar cumplir con un régimen de seguridad y cumplimiento diferente en otro. La empresa afirma que se deben confirmar los requisitos del mercado de destino antes de compromisos comerciales, y que se debe confirmar la documentación aplicable para el modelo seleccionado.

El ejemplo es un equipo de proyecto de sala de control. El equipo había elegido dispositivos en papel, pero la revisión de aceptación encontró que la clasificación declarada de corriente de sobretensión no tenía un informe de prueba detrás, y el dibujo de instalación no coincidía con la guía de cableado.

El equipo solicitó la documentación faltante antes de la instalación, confirmó las clasificaciones con el informe de prueba y corrigió el dibujo. La revisión tomó un día. El rehacer el trabajo que se evitó habría tomado más tiempo y habría detenido un calendario de puesta en marcha.

La documentación no es un extra administrativo. Es la única forma de saber que el dispositivo que seleccionó es el dispositivo que protege el equipo.

Compare la información documentada del modelo de manera equitativa

Qué confirmar para cada modelo

Cuando hay varios dispositivos candidatos en la mesa, compárelos en la misma lista de elementos. Comparar la información documentada del modelo de manera equitativa es la única forma confiable de determinar qué dispositivo se adapta a la instalación.

Confirme lo siguiente para cada candidato:

• El tipo de dispositivo y la ubicación de instalación para la que está destinado.

• El voltaje del sistema, la frecuencia y la configuración de fase para la que está calificado.

• La disposición de puesta a tierra y los modos de protección que ofrece.

• La clasificación de protección contra sobretensiones y la capacidad de resistencia del equipo.

• La capacidad de corriente de sobretensión y la norma de prueba según la cual se midió.

• El voltaje máximo de funcionamiento continuo y el margen de variación de suministro.

• Las normas de dispositivos de protección contra sobretensiones según las cuales se probó y la versión del documento.

• El método de conexión, la guía de longitud del conductor y los requisitos de puesta a tierra.

• El informe de prueba o certificado que respalde las clasificaciones declaradas.

• Las instrucciones de instalación y la documentación del mercado de destino.

Coloque a los candidatos en fila

Registre a cada candidato en una tabla con una columna por dispositivo. Donde una celda está vacía, la información faltante es un punto de decisión, no una brecha menor. Pida la hoja de datos o el informe de prueba faltantes antes de realizar una comparación más detallada.

Un dispositivo no es necesariamente mejor porque muestra una clasificación de corriente de sobretensión más alta. La clasificación no significa nada hasta que el estándar de prueba, las condiciones de funcionamiento y la ubicación de instalación sean las mismas para todos los candidatos. La comparación debe realizarse en bases idénticas.

La discusión comercial debe estar vinculada a la selección documentada. Cuando solicite una cotización, pida que el precio, el tiempo de entrega y las condiciones se ajusten al modelo específico y a la instalación confirmada. Pida que la documentación aplicable se confirme por escrito y mantenga los detalles comerciales separados de las afirmaciones de marketing no verificadas.

Conclusión: una lista de comprobación para la selección de dispositivos de protección contra sobretensiones

Esta guía de selección de dispositivos de protección contra sobretensiones finaliza con una lista de comprobación corta y verificable. Revísala una vez para la instalación y una vez para cada dispositivo candidato.

1. Escribe la tensión del sistema, la frecuencia, la fase y la disposición de puesta a tierra.

2. Describe la exposición a sobretensiones de la región, del suministro y del equipo.

3. Enumera el equipo que debe protegerse y su capacidad de resistencia.

4. Decide dónde debe ubicarse la protección y qué tipo de protección corresponde a cada nivel.

5. Confirma la clasificación de protección de tensión para cada dispositivo.

6. Confirma la capacidad de corriente de sobretensión en función de la exposición.

7. Confirma la tensión de funcionamiento continua máxima en función del suministro.

8. Confirma los modos de protección en función de la disposición de puesta a tierra.

9. Indica las normas de los dispositivos de protección contra sobretensiones y las versiones de los documentos para cada clasificación.

   【

10. Solicite la hoja de datos, el informe de prueba, las instrucciones de instalación y la documentación del mercado de destino para el modelo seleccionado.

Ese último elemento es el que hace que los demás sean reales. Las clasificaciones son tan confiables como la documentación que las respalda, y la documentación es lo que le permite confirmar el dispositivo antes de su instalación.

Los ejemplos de esta guía son escenarios ilustrativos, no estudios de casos de clientes documentados. Las clasificaciones, normas, certificaciones y disponibilidad específicas del modelo deben confirmarse con la documentación aprobada actual para el producto exacto antes de tomar cualquier decisión de compra.

La protección contra sobretensiones es un elemento pequeño en un proyecto eléctrico y un elemento importante en el equipo que protege. Confirme el sistema eléctrico, la exposición y la información del modelo documentada, y la elección se convierte en una verificación en lugar de una suposición. Cuando esté listo, solicite información del producto para la categoría de dispositivos de protección contra sobretensiones y confirme qué normas y documentación se aplican a su instalación antes de comparar modelos o solicitar una cotización.