Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) protege los sistemas y equipos eléctricos contra sobretensiones limitando los voltajes transitorios y desviando las sobretensiones.
Voltaje de funcionamiento continuo máximo (UC)
Corriente de impulso del rayo (Iimp)
Corriente nominal de descarga (I)
Nivel de protección de voltaje (Arriba)
Capacidad de resistencia a cortocircuitos (Isccr)
Capacidad de interrupción libre en Uc (Ifi)
Sobretensión transitoria (TOV)
Estos parámetros determinan el rendimiento del SPD bajo diferentes condiciones de falla y deben combinarse cuidadosamente con el voltaje del sistema, el punto de instalación y el entorno de sobretensión esperado.
Los SPD generalmente se clasifican según principios de funcionamiento internos y métodos de prueba estándar.
Los dos tipos principales de SPD son:
Componentes limitadores de voltaje
Componentes de conmutación de voltaje
La mayoría de los SPD modernos incorporan ambos tipos de componentes para combinar las ventajas de cada uno y reducir sus respectivas debilidades.
Los componentes limitadores de voltaje incluyen:
Varistores de óxido metálico (MOV)
Diodos de supresión de voltaje transitorio (TVS)
Los componentes de conmutación de voltaje incluyen:
Tubos de descarga de gas (GDT)
Chispas
Estos componentes difieren en la velocidad de respuesta, la capacidad de manejo de energía y las características de envejecimiento.
Según ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 y clasificación VDE, existen tres tipos de SPD estándar según su forma de onda probada y nivel de aplicación.
Probado con corriente de descarga de impulso Iimp (normalmente 10/350 µs)
También probado con impulsos de corriente de 8/20 µs
Diseñado para instalación en la entrada de servicio.
Protege contra corrientes directas de rayos y sobretensiones de alta energía.
Probado con corriente de descarga nominal en (8/20 µs)
Opcionalmente probado con corriente de descarga máxima Imax (8/20 µs)
Nota: No se recomienda Imax como base para la selección de SPD
Para SPD con componentes de conmutación de tensión, también probados con impulsos de tensión de 1,2/50 µs.
Instalado en subtableros de distribución o entradas de equipos.
Protege contra sobretensiones de conmutación y rayos indirectos.
Probado con un generador de ondas combinado:
Tensión de circuito abierto Uoc (1,2/50 µs)
Corriente de cortocircuito Icw (8/20 µs)
Impedancia de salida nominal: 2 Ω
Instalado cerca de equipos terminales sensibles para una buena protección.
Los SPD se utilizan en una amplia gama de sistemas de CA y CC, y cada uno tiene requisitos de selección y diseño específicos.
En los sistemas de distribución de CA, los SPD se utilizan principalmente para proteger equipos y redes eléctricas de sobretensiones transitorias causadas por rayos, conmutación de servicios públicos y eventos de eliminación de fallas.
SPD tipo 1: Instalado en los tableros de distribución principales para manejar sobretensiones de alta energía
SPD tipo 2: Instalado aguas abajo para protección local
Los SPD para CA deben coincidir con el voltaje nominal del sistema y Uc y, al mismo tiempo, ofrecer suficiente capacidad de resistencia a cortocircuitos (Isccr).
Los componentes internos típicos incluyen:
MOV para respuesta rápida y fijación de voltaje
GDT para manejo de alta energía y aislamiento de fugas
La combinación de ambos garantiza una rápida supresión y longevidad.
Sistemas DC como:
Estaciones base de telecomunicaciones
Armarios de control industriales
Almacenamiento de batería
carga de vehículos eléctricos
Autobuses solares de CC
…requieren SPD diseñados específicamente para voltaje directo continuo, que carece de cruce por cero y puede sostener arcos.
SPD de CC:
Normalmente utiliza MOV de alto voltaje.
Debe soportar voltaje CC alto y estable sin sobrecalentamiento
Instalado en paneles de CC, entradas de inversores o bancos de baterías.
Ayude a evitar el tiempo de inactividad del sistema debido a sobretensiones o ruido de conmutación
Los sistemas fotovoltaicos implican altos voltajes de CC (hasta 1500 VCC), grandes superficies de matriz y exposición frecuente a sobretensiones debido al montaje en el techo o en el campo.
Los SPD específicos para fotovoltaica deben cumplir con:
Están desplegados en:
lado CC: Entre el conjunto fotovoltaico y el inversor
Entrada del inversor: Para protección interna del bus de CC
Lado de CA: Entre el inversor y la interfaz de red
Los requisitos incluyen:
MCOV alto (Uc)
Nivel de protección bajo (Arriba)
Larga vida útil
Resistencia a la intemperie y a los rayos UV (para cajas de CC para exteriores)
Los SPD fotovoltaicos bien ubicados reducen los costos de reemplazo de equipos y mejoran la confiabilidad del sistema y el retorno de la inversión.
Característica del SPD tipo 1
Simula la caída de un rayo directo
Probado con forma de onda de 10/350 µs
Representa la capacidad del SPD para manejar un único aumento extremo.
Adecuado para entradas de edificios o pararrayos aguas abajo
Característica del SPD tipo 2
Simula múltiples sobretensiones de menor energía provenientes de conmutación o rayos indirectos.
Probado con forma de onda de 8/20 µs
Refleja la resistencia a sobretensiones a largo plazo
Adecuado para cuadros de distribución y protección a nivel de equipos.
En resumen:
Iimp = Resistencia máxima para eventos raros y de alta energía
imax = Resistencia repetitiva para transitorios frecuentes de baja energía
Ambos son esenciales para construir una estrategia de protección de SPD de múltiples niveles.
Los dispositivos de protección contra sobretensiones son esenciales para los sistemas de energía modernos, ya que garantizan la seguridad del equipo y la continuidad de la energía. Su clasificación en Tipo 1, 2 y 3, junto con la comprensión de parámetros técnicos como Uc, Up, Iimp e Imax, es vital para una selección e implementación adecuadas.
Ya sea para proteger sistemas de CA, automatización de CC o energía solar fotovoltaica, seleccionar el SPD correcto con las clasificaciones adecuadas ayuda a reducir los daños, reducir los costos de operación y mantenimiento y extender la vida útil del sistema.
Un plan SPD bien diseñado es una pequeña inversión que protege su infraestructura a gran escala de daños irreversibles.
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