Definido como una variación de alto voltaje, muy rápida y a corto plazo por encima del 110 % del nominal, un sobrevoltaje se produce con mayor frecuencia por rayos, conmutación de línea o condensador, o la desconexión de cargas pesadas. También a veces denominadas voltajes transitorios, estas perturbaciones eléctricas aleatorias, de alta energía, ocurren por solo 1 a 10 microsegundos, como se ilustra en la Figura 14. Como tal, el sobrevoltaje no debe confundirse con eventos de mayor duración, como inflamaciones o sobrevoltajes temporales.
Mire este video de Electrical Safety Foundation International (ESFI) sobre cómo los dispositivos de protección contra sobrevoltaje protegen los dispositivos electrónicos de su hogar.
El sobrevoltaje puede destruir componentes electrónicos y provocar errores de procesamiento de datos, pérdida de datos, daños en el equipo e interferencia electromagnética. Antes de culpar a su empresa de servicios públicos, debe saber que hasta el 80 por ciento de los sobrevoltajes de energía ocurren en el lado del cliente del medidor eléctrico. Cuando los dispositivos eléctricos de alta potencia dentro de una instalación, como elevadores, aires acondicionados, refrigeradores, bombas, compresores y motores, se encienden y apagan, o funcionan en ciclos, pueden generar sobrevoltajes internos.
Debido a que los componentes electrónicos modernos consisten en microprocesadores que dependen de señales digitales, incluso las distorsiones leves en las líneas de señal o potencia pueden interrumpir la secuencia de señal sensible. A medida que los componentes electrónicos se han vuelto más pequeños y más potentes, también se han vuelto más sensibles. De hecho, casi todos los dispositivos electrónicos ahora cuentan con una alta densidad de circuitos con microchips que contienen miles de transistores en un solo chip. Por estas razones, la protección contra sobrevoltaje representa la tecnología estándar para reforzar la confiabilidad y el tiempo de actividad de los microprocesadores.
La protección integrada contra sobrevoltaje es el método de instalación más efectivo para paneles y tableros de distribución, ya que proporciona una serie de beneficios clave sobre aplicaciones de montaje externo. Estos incluyen:
1. Rendimiento mejorado: la integración del dispositivo de protección contra sobrevoltaje en el equipo de distribución eléctrica elimina la longitud del cable de instalación, mejorando así significativamente el rendimiento a través de valores de paso mucho más bajos.
2. Facilidad de instalación: el supresor de sobrevoltaje que se instala y prueba en fábrica ahorra tiempo y dinero para el especificador, a la vez que reduce las reclamaciones y los problemas futuros tanto para el ingeniero como para el cliente.
3. Reducción del espacio en la pared: la integración del dispositivo de protección contra sobrevoltaje elimina dos o tres pies de espacio en la pared requerido por un supresor montado externamente.
4. Fuente única de reclamos de garantía: si ocurre un problema, el cliente elimina los posibles conflictos entre diferentes fabricantes.
5. Costos de instalación reducidos: eliminación de los cargos del contratista para montar dispositivos de protección contra sobrevoltaje.
Eaton ofrece un protector contra sobrevoltajes integrado de mercado secundario que se puede reacondicionar en una ranura de interruptor de marco FD existente. El RSPF es la única unidad de sobrevoltaje integrada de reacondicionamiento en la industria de sobrevoltaje comercial que se adapta a un interruptor de marco FD.
Los protectores contra sobrevoltajes (o supresores) proporcionan justamente eso: una línea de defensa contra los sobrevoltajes, que son tensiones altas a corto plazo por encima del 110 por ciento del nominal. A menudo, se asocian con rayos y conmutación de servicios públicos, pero, de hecho, el 80 % de los sobrevoltajes se originan dentro de una instalación. Esto ocurre debido a la conmutación eléctrica u otras perturbaciones creadas por varios dispositivos dentro del edificio. Independientemente de la fuente, el aumento de voltaje debido a los sobrevoltajes puede dañar los componentes de los sistemas eléctricos, como computadoras, redes y equipos de control de procesos.
Incluso si no se destruye nada de inmediato, con el tiempo el aumento de la tensión puede causar la falla prematura de componentes costosos. Es importante tener en cuenta que la protección contra sobrevoltaje no mantendrá su equipo operativo durante un apagón, pero los sobrevoltajes perjudiciales ocurren con mucha más frecuencia que los cortes de energía. Un sistema de energía de respaldo correctamente diseñado siempre debe incorporar un enfoque en cascada para aplicar protección contra sobrevoltaje (es decir, un enfoque de dos capas) que trabaje junto con un UPS. La primera unidad de sobrevoltaje (SPD corriente arriba) mitiga el impacto de la energía de sobrevoltaje, mientras que la segunda unidad (el UPS) reduce cualquier energía de sobrevoltaje restante a un nivel irrecuperable.
Un UPS ofrece protección de segundo nivel contra sobrevoltajes; nunca debe considerarse un dispositivo de protección contra sobrevoltaje principal. También regula continuamente el voltaje entrante y proporciona una batería interna que permite que el equipo conectado continúe funcionando incluso si se corta la fuente de alimentación. Para que sus dispositivos electrónicos continúen funcionando incluso si no hay energía disponible, necesita un UPS y, a menudo, un generador de respaldo.
Listado UL
Cualquier dispositivo de protección contra sobrevoltaje (surge protective device, SPD) que compre debe estar certificado por The Underwriters Laboratories (UL). Esta etiqueta garantiza que el dispositivo no solo haya aprobado los estrictos requisitos de seguridad de UL, sino que haya sido fabricado por una empresa certificada por UL. La etiqueta de listado UL permite a los contratistas y electricistas instalar dispositivos de protección contra sobrevoltaje sin preocuparse por desviarse del Código Eléctrico Nacional (National Electric Code, NEC) o afectar el listado del panel o tablero de distribución.
Tipo 1 frente a Tipo 2
Los dispositivos de protección contra sobrevoltaje están clasificados como Tipo 1 o Tipo 2. La diferencia básica es que los dispositivos Tipo 1 se instalan antes que el dispositivo principal en el centro de carga, mientras que los Tipo 2 se implementan después del equipo principal. Un SPD Tipo 1 se conecta permanentemente en cualquier ubicación entre el secundario del transformador de servicio público y la desconexión de sobrecorriente primaria de la entrada de servicio. Los SPD con clasificación Tipo 1 también pueden instalarse en cualquier lugar del lado de la carga de la entrada de servicio o en el sistema eléctrico de bajo voltaje sin necesidad de un fusible o interruptor dedicado.
Por el contrario, un dispositivo de protección contra sobrevoltaje Tipo 2 es un dispositivo conectado permanentemente en el lado de carga de la desconexión de sobrecorriente primaria de la entrada de servicio. Los SPD Tipo 2 pueden o no requerir el uso de un fusible o interruptor dedicado.
También es importante tener en cuenta que los dispositivos Tipo 1 son de doble clasificación para aplicaciones Tipo 2, lo que proporciona las clasificaciones más altas disponibles para la instalación en la entrada de servicio.
MCOV
Un MOV tiene un voltaje de funcionamiento continuo máximo (maximum continuous operating voltage, MCOV), también conocido como “voltaje umbral”; es el voltaje al que comienza a caer la resistencia MOV. El MCOV está dimensionado para ser ligeramente más alto que el voltaje del sistema para que la unidad pueda funcionar normalmente sin derivar energía a tierra. Bajo una condición de sobrevoltaje, la resistencia del MOV cae rápidamente y se convierte en la ruta de menor resistencia. La conducción comienza cuando el voltaje a través de un MOV alcanza el MCOV. A medida que aumenta el voltaje, la resistencia del MOV disminuye drásticamente, y finalmente se aproxima a cero. Un dispositivo de supresión de transitorios correctamente diseñado desviará la corriente transitoria a través de sí misma y lejos de cargas sensibles, dividiéndose uniformemente entre los MOV L-N y L-G debido a la coincidencia de MOV y el mismo MCOV. (Por ejemplo, 100 kA por modo = 200 kA por fase). Cuando el voltaje aplicado vuelve a la normalidad, la resistencia MOV aumenta y el circuito regresa a su estado original.
Corriente nominal de cortocircuito
La corriente nominal de cortocircuito (short circuit current rating, SCCR) es la corriente de falla simétrica más alta al voltaje nominal que el equipo tiene capacidad nominal para soportar de manera segura (200 kA). Cada sistema eléctrico tiene una corriente de cortocircuito disponible. Esta es la cantidad de corriente que puede suministrar el sistema en el punto de instalación en una situación de cortocircuito. Las corrientes de cortocircuito disponibles típicas para los siguientes tipos de dispositivos son:
Corriente de sobrevoltaje pico: kA nominal
La corriente de sobrevoltaje pico es la corriente máxima indicada que un dispositivo podría mitigar sin sufrir daños irreversibles. La calificación kA es un valor que puede estar relacionado con la expectativa de vida del protector contra sobrevoltajes. Aumentar la capacidad nominal de kA del supresor de sobrevoltaje no aumenta significativamente el rendimiento de protección del dispositivo contra sobrevoltaje. Una buena analogía para esto es la banda de rodamiento de un neumático: a medida que se utilizan los neumáticos, la banda de rodamiento se desgasta hasta que el neumático ha alcanzado su fin de vida útil. Los dispositivos contra sobrevoltaje que podrían estar sujetos a niveles más altos de sobrevoltaje deben dimensionarse para clasificaciones de kA más grandes. La calificación kA se determina por la cantidad de MOV en el SPD. Aumentar el número de MOV en el protector contra sobrevoltajes aumenta el número de posibles rutas a tierra.
En las instalaciones de fabricación actuales, las fallas a tierra pueden causar estragos en los equipos de producción y procesos, lo que lleva a muchas organizaciones a implementar un sistema de puesta a tierra de alta resistencia (high-resistance grounding, HRG). Estos sistemas, que se conectan entre el neutro del secundario del transformador y la conexión a tierra, limitan efectivamente la corriente de falla a 10 A o menos, lo que permite que el sistema continúe funcionando normalmente, incluso bajo la condición de falla a tierra.
En los sistemas eléctricos actuales, con muchos sistemas de conexión a tierra diferentes y varios voltajes, determinar qué configuración de voltaje SPD especificar puede ser confuso. A continuación, se presentan varias pautas a seguir al especificar SPD:
Estándar (Fecha de revisión actual) |
Propósito del estándar/comentarios |
| UL 1449 (1987): supresores de sobrevoltaje transitorio (TVSS) | 1. Prueba de seguridad (construida con componentes aprobados de manera segura). 2. Voltaje nominal suprimido (voltaje de paso que usa la onda de prueba IEEE C62.41 C1). UL no prueba otras formas de onda recomendadas por el IEEE, como la onda de anillo C3 y B3. |
| UL 1449 (2.° edición, 1996) | 1. Pruebas de seguridad adicionales. Prueba de otros estándares utilizados para mejorar la seguridad de los productos. 2. Prueba de sobrevoltaje. Voltaje de paso probado a corriente más baja que la 1.° edición. 10 kA (IEEE Cat. C3) se usó por primera vez; sin embargo, solo se usó para ver si los productos fallan de manera segura |
| UL 1449 (2.° edición, 2007) | 1. Nuevos y estrictos requisitos de seguridad. Las nuevas pruebas someten a las unidades TVSS a condiciones de sobrevoltaje de CA prolongadas para garantizar modos de falla seguros 2. La etiqueta UL cambia a la redacción de capacidad de corriente de corto circuito. 3. Nuevas pruebas a 10, 100, |
| UL 1449 (3.° edición, 2009) | 1. El TVSS ahora se denominará SPD (dispositivos de protección contra sobrevoltaje). 2. UL 1449 ahora es ANSI/UL 1449. 3. Adición de cuatro tipos de SPD para cubrir los supresores de sobrevoltaje, TVSS, tiras de sobrevoltaje y SPD de componentes |
| UL 1283 (1996): filtros de interferencia electromagnética | Este estándar de seguridad cubre filtros EMI conectados a circuitos de 600 V o inferiores. El estándar UL 1283 es un estándar de seguridad y no incluye pruebas de rendimiento como MIL-STD-220A de pérdida de inserción o Cat. Pruebas de voltaje de paso de onda de anillo B3. |
| UL 497, 497A, 497B | Estándar de seguridad para protectores de línea telefónica primaria, bucles de señal aislados y protección contra sobrevoltaje utilizados en líneas de comunicación/datos. No se realizaron pruebas de rendimiento para las líneas de datos/comunicación. |
| IEEE C62.41.1 (2002) | Guía del IEEE sobre el entorno de sobrevoltaje en circuitos de alimentación de CA de bajo voltaje. Esta es una guía que describe el ambiente de sobrevoltaje, corriente de sobrevoltaje y sobrevoltajes temporales (temporary overvoltages, TOV) en circuitos de alimentación de CA de bajo voltaje [hasta 1000 V de raíz cuadrada media (Rms)]. |
| IEEE C62.41.2 (2002) | Práctica recomendada por el IEEE sobre la caracterización de sobrevoltajes en circuitos de alimentación de CA de bajo voltaje. Este documento define las ondas de prueba para los SPD. |
| IEEE C62.45 (2002) | Guía sobre pruebas de sobrevoltaje para equipos de bajo voltaje (ANSI). Este documento describe la metodología de prueba para los SPD de prueba. |
| Libro esmeralda del IEEE | Manual de referencia para la operación de cargas electrónicas (incluye conexión a tierra, requisitos de alimentación, etc.). |
| NEMAT LS-1 | Guía del Comité Técnico NEMA para la especificación de dispositivos de protección contra sobrevoltaje, incluidos los parámetros físicos y operativos. |
| NECT | Artículos 245, 680 y 800 del Código Eléctrico Nacional |
| NFPAT 780 | Recomendaciones del código de protección contra rayos para el uso de dispositivos de protección contra sobrevoltaje en la entrada de servicio de una instalación. |
Los dispositivos TVSS se clasifican según la “corriente de sobrevoltaje” máxima de la unidad medida por fase. La corriente de sobrevoltaje por fase (expresada como kA/fase) es la cantidad máxima de corriente de sobrevoltaje que se puede derivar (a través de cada fase del dispositivo) sin fallar y se basa en la forma de onda de prueba de 8 x 20 microsegundos estándar del IEEE.
La capacidad nominal por fase es la capacidad total de corriente de sobrevoltaje conectada a un conductor de fase determinado. Por ejemplo, en un sistema en estrella, los modos L-N y L-G se suman, ya que la corriente de sobrevoltaje puede fluir en cualquier trayectoria paralela. Si el dispositivo solo tiene un modo (p. ej., L-G), entonces la clasificación “por fase” es igual a la clasificación “por modo” porque no hay protección en el modo L-N.
Nota: El modo N-G no se incluye en el cálculo de corriente de sobrevoltaje por fase.
Un dispositivo de protección contra sobrevoltaje (surge protective device, SPD) y un TVSS son el mismo dispositivo; ambos reducen la magnitud de los voltajes transitorios. La única diferencia es que Underwriters Laboratories (UL) utiliza el término TVSS, mientras que NEMA, IEC e IEEE se refieren al dispositivo como un SPD.
Sin embargo, los SPD son diferentes de los supresores de sobrevoltaje, que se utilizan principalmente a lo largo de las líneas de transmisión y corriente arriba de la entrada de servicio de una instalación.
Los dispositivos de protección contra sobrevoltaje ofrecen las siguientes ventajas sobre los supresores de sobrevoltaje:
Independientemente del dispositivo de protección contra sobrevoltaje que seleccione, los requisitos de instalación y la inspección son los factores más importantes de la especificación. Sin embargo, también es importante considerar la capacidad de voltaje de paso y corriente de sobrevoltaje.
El voltaje de paso es la cantidad de voltaje que no es suprimido por el protector contra sobrevoltajes y que pasa a través de la carga. Es una medición del rendimiento de la capacidad de un supresor de sobrevoltaje para atenuar un sobrevoltaje definido. Formas de onda de prueba especificadas definidas por IEEE C62.41 para la entrada de servicio y las ubicaciones derivadas. Un fabricante de dispositivos de protección contra sobrevoltaje debe ser capaz de proporcionar pruebas de voltaje de paso bajo las formas de onda clave. Las clasificaciones de voltaje de paso publicadas son solo para el dispositivo/módulo y no incluyen la longitud del cable de instalación, que depende del electricista que instale la unidad.
La capacidad de corriente de sobrevoltaje, por otro lado, depende de la aplicación específica y de la cantidad de protección requerida. La consideración incluye la ubicación geográfica de la instalación, su susceptibilidad a los transitorios y cuán crítico es el equipo conectado para la organización.
La longitud del cable de instalación (cableado) reduce el rendimiento de cualquier supresor de sobrevoltaje. Como regla general, suponga que cada pulgada de longitud del cable de instalación agregará entre 15 V y 25 V de voltaje de paso. Debido a que los sobrevoltajes ocurren en frecuencias altas, la longitud del cable desde la barra colectora hasta los elementos de supresión crea impedancia en la ruta de sobrevoltaje.
El voltaje de paso real para el sistema se mide en la barra colectora y se basa en dos factores: la clasificación del dispositivo y la calidad de la instalación.
Enviar correo electrónico
