Dispositivo Protector contra Sobretensiones
El dispositivo protector contra sobretensiones (DPS), también conocido como limitador de sobretensiones o descargador de sobretensiones, es un dispositivo de protección diseñado para proteger equipos eléctricos y electrónicos de daños causados por picos de voltaje o sobretensiones repentinas en la corriente eléctrica.
Los DPS funcionan desviando los picos de voltaje a tierra, evitando que lleguen a los equipos conectados. Estos dispositivos contienen componentes electrónicos sensibles a los cambios de voltaje, como varistores, diodos supresores de avalancha o descargadores de gas.
Se pueden producir 2 tipos de sobretensiones:
● Transitorias: son de corta duración, del orden de μs, y se producen como consecuencia de conmutaciones o maniobras en la red, como por ejemplo conexiones de cargas inductivas. También pueden ser originadas por el impacto de un rayo.
● Permanentes o temporales: se deben a la rotura del neutro o a errores de conexión. Son de menor valor que las anteriores, pero provocan una descompensación en la línea, lo que produce en los receptores una sobretensión que da lugar a la reducción de la vida útil, destrucción inmediata e incluso al riesgo de incendio.
Cuando se rompe el neutro de una red trifásica aparece una sobretensión en la fase con menor consumo en ese momento, lo que se traduce en una onda de mayor amplitud.
Índice
- Protección contra Sobretensiones Transitorias y Permanentes
- Constitución del Dispositivo de Protección contra Sobretensiones Transitorias
- Función del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
- Tipos de DPS Transitorias según su Construcción
- Tipos de Formas de Onda de las Sobretensiones Transitorias
- Tipos de DPS según su Capacidad de Absorción de Energía
- Parámetros del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
- Selección del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
- Constitución del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Permanentes
- Función del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Permanentes
- Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias y Permanentes
Protección contra Sobretensiones Transitorias y Permanentes
Los dispositivos de protección de sobretensiones más utilizados están diseñados para las sobretensiones transitorias.
Para proteger a sobretensiones permanentes, se deben instalar limitadores específicos contra estas sobretensiones.
No obstante, actualmente se comercializan limitadores que combinan ambas funciones de protección contra sobretensiones transitorias y permanentes.
El REBT en su artículo 16 indica que “Los sistemas de protección para las instalaciones interiores o receptoras para BT impedirán los efectos de las sobreintensidades y sobretensiones”.
De acuerdo a este artículo, podemos decir que se deberían instalar dispositivos de protección contra sobretensiones en todas las instalaciones. No obstante, vamos a puntualizar lo que indica la ITC-BT-23 del REBT a este respecto:
● DPS transitorias: la guía técnica de la ITC-BT-23 establece criterios claros para determinar cuándo es obligatoria o cuándo es aconsejable la instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias. Estos criterios se basan en diversos factores, como el tipo de instalación, su ubicación y el nivel de riesgo de sobretensiones transitorias.
● DPS permanentes: a diferencia de las DPS transitorias, la guía técnica de la ITC-BT-23 no proporciona indicaciones específicas sobre la instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones permanentes. Esto se debe a que las sobretensiones permanentes son eventos relativamente poco frecuentes en la vida útil de una instalación eléctrica. Sin embargo, cuando ocurren, pueden tener consecuencias devastadoras para los equipos eléctricos conectados.
En conclusión, como las sobretensiones transitorias son muy frecuentes, sería aconsejable instalar DPS transitorias en todas las instalaciones eléctricas.
Además, la instalación de DPS permanentes también se consideraría una medida de protección muy recomendable en el caso de instalaciones que alberguen equipos eléctricos de alto valor.
Constitución del Dispositivo de Protección contra Sobretensiones Transitorias
La constitución del limitador depende de la tecnología aplicada en su construcción. En cualquier caso, cualquier dispositivo protector contra sobretensiones transitorias ofrece una muy alta resistencia en estado normal, aunque esta baja rápidamente a medida que la tensión aumenta.
Básicamente, estos dispositivos de protección contra sobretensiones se componen de:
– Carcasa: protege los componentes internos del DPS de factores ambientales como el polvo, la humedad y los impactos.
– Circuito de protección: contiene los componentes electrónicos que detectan los picos de voltaje conectando las fases a tierra. Al desviar corriente a tierra se disminuye la tensión que llega a los receptores conectados.
– Terminales de conexión: permiten la conexión del DPS a la red eléctrica y a la toma de tierra.
– Indicadores de estado: algunos DPS cuentan con indicadores luminosos o LED que muestran el estado de funcionamiento del dispositivo, como si está activo, si ha detectado una sobretensión o si se debe reemplazar.
Función del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
El dispositivo protector contra sobretensiones transitorias protege los equipos electrónicos conectados a la instalación, absorbiendo las sobretensiones transitorias de la línea de alimentación, para reducirlas a valores que no sean peligrosos.
El dispositivo protector contra sobretensiones transitorias, a diferencia del de sobretensiones permanentes, no corta la instalación. Su función principal es atenuar los picos de voltaje de corta duración a tierra, protegiendo así los equipos eléctricos y electrónicos conectados.
De este modo, cuando se produzca la sobretensión transitoria, en la salida del limitador aparecerá una tensión máxima de protección (Up) que no deberá dañar el circuito situado a continuación.
En la siguiente gráfica se muestra la señal eléctrica afectada con una sobretensión transitoria sin dispositivo protector de sobretensiones:
En esta otra gráfica se muestra la señal eléctrica afectada con una sobretensión transitoria con dispositivo protector de sobretensiones:
La conexión del DPS se realiza en paralelo con la línea en un extremo y con tierra en el otro. Además, el DPS se instala aguas abajo del elemento de protección (fusible o interruptor automático) para que quede protegido de sobrecargas o cortocircuitos.
El DPS funciona de esta manera:
– Para tensiones normales en la línea: en modo normal la resistencia que ofrece es muy elevada, no afectando para nada a la instalación. Proporciona una resistencia aproximada de 1 MΩ, siendo la corriente a través de él muy débil, de aproximadamente < 0,8 mA.
– Para sobretensiones en la línea: si por cualquier motivo, la línea se ve sometida a una sobretensión, el limitador baja su resistencia bruscamente, siendo prácticamente nula. La intensidad a través de él comienza a circular permitiendo el paso de esta corriente a tierra. Así, mantiene la tensión residual de la línea dentro de unos límites aceptables.
Tipos de DPS Transitorias según su Construcción
Una protección contra sobretensiones efectiva se caracteriza por su capacidad para mantener un nivel de tensión mínimo en los bornes del equipo que se desea proteger, evitando descensos bruscos que podrían provocar microcortes en la alimentación eléctrica.
Además, debe contar con una alta capacidad de disipación de energía para absorber los picos de tensión. También con un tiempo de respuesta extremadamente rápido para actuar de manera instantánea ante las sobretensiones.
Si bien ningún componente por sí solo posee todas estas características ideales, la combinación de diferentes tecnologías permite agrupar las ventajas de cada una y, en algunos casos, contrarrestar sus desventajas.
Es por ello que algunos fabricantes han desarrollado sistemas de protección coordinados, combinando diferentes tipos de dispositivos para lograr una protección integral contra sobretensiones.
Los dispositivos de protección contra sobretensiones se pueden clasificar en función de la tecnología utilizada en su construcción, siendo los más utilizados los siguientes:
Descargadores Abiertos
Los descargadores abiertos se distinguen notablemente por su característica de utilizar el aire ambiental como dieléctrico, lo que significa que emplean el aire como medio aislante entre sus electrodos.
A diferencia de otros tipos de descargadores que encierran el aire en un espacio confinado para su funcionamiento, estos descargadores permiten que el aire circule libremente en su entorno.
Debido a esta peculiaridad, no es posible determinar con exactitud la tensión de encendido del descargador abierto. Esto se debe a factores como la humedad y la presencia de impurezas en el aire, que influyen en sus propiedades aislantes.
En general, los descargadores abiertos solo se emplean en instalaciones donde se permite una tensión residual relativamente alta, como por ejemplo, en sistemas de pararrayos.
Se colocan estratégicamente en la cabecera de la instalación eléctrica para actuar como barrera protectora frente a una posible caída directa de un rayo. Entran en acción cuando la sobretensión supera o alcanza un valor de tensión de cebado de unos 4 kV. Sin embargo, es importante destacar que estos dispositivos no reaccionan ante sobretensiones de menor intensidad.
Para lograr una protección integral de la instalación, es necesario complementar el uso de descargadores abiertos con otras estrategias, como la cascada o coordinación de limitadores. La cascada implica la instalación de descargadores de diferentes niveles de protección en distintos puntos de la instalación, creando una barrera escalonada contra las sobretensiones.
Descargadores de Gas
Estos dispositivos de protección contra sobretensiones se componen de un contenedor cilíndrico, generalmente de cerámica o vidrio.
En su interior, este contenedor alberga 2 electrodos, así como un gas a alta presión que actúa como medio de ionización para facilitar la protección contra las sobretensiones.
Cuando la tensión es suficiente el gas (argón o neón) se ioniza y permite el paso de grandes corrientes de fuga a tierra. Una vez que la sobretensión desaparece, el gas se desioniza y el descargador vuelve a su estado normal.
Si bien el disparo del descargador es un proceso rápido y efectivo para derivar la mayor parte de la energía de una sobretensión a tierra, el pico de tensión residual que queda después de este proceso puede ser aún demasiado alto para ser tolerado por equipos electrónicos sensibles.
Es por ello que, en la mayoría de las instalaciones, complementan los descargadores de gas con otros dispositivos de protección contra sobretensiones, como los varistores.
Estos últimos actúan como una segunda línea de defensa, absorbiendo el pico de tensión residual y reduciéndolo a un nivel seguro para los equipos electrónicos.
Varistores
Los varistores son componentes valiosos y efectivos para la protección contra sobretensiones, aunque nunca deben instalarse en la cabecera de la instalación.
Su uso ideal se encuentra en la protección de equipos electrónicos específicos, donde pueden absorber picos de voltaje y proteger los circuitos delicados.
Para garantizar una protección completa, siempre deben utilizarse en coordinación con otro limitador de sobretensión, como un descargador de gas.
Los varistores se componen de 2 placas metálicas separadas por una capa de óxido metálico, principalmente carburo de silicio o de zinc.
En condiciones normales, cuando se coloca un varistor entre conductores activos, se comporta como un circuito abierto. Sin embargo, ante una sobretensión, su comportamiento cambia radicalmente, siendo su respuesta extremadamente rápida.
En el instante de su conducción, el varistor limita la tensión a un nivel muy bajo, protegiendo los equipos electrónicos conectados. La tensión residual dependerá de las características del varistor utilizado y de la intensidad de la perturbación.
Además, los varistores son capaces de soportar sobretensiones de pico muy elevadas (15-20 kV) durante microsegundos. No obstante, si se ven sometidos a valores bajos de tensión durante un período prolongado (unos pocos segundos), se destruirán.
Tipos de Formas de Onda de las Sobretensiones Transitorias
Las diferentes formas de onda de las sobretensiones transitorias, medidas en microsegundos (µs), son un factor esencial a considerar al seleccionar un DPS adecuado. Una onda de sobretensión se caracteriza por la rapidez con la que crece la onda, el valor máximo que alcanza la perturbación y por la duración de la onda.
La norma IEC 61000-4-5, especifica la forma de onda de sobretensión mediante 2 valores de tiempo. El primer valor el tiempo que tarda la onda en alcanzar el 90% de su valor máximo y, el segundo valor, el tiempo que tarda la onda en disminuir hasta el 50% del valor máximo.
Los tipos de formas de onda que se consideran son los siguientes: 10/350 µs, 8/20 µs y 1,2/50 µs.
Forma de Onda 10/350 µs
La forma de onda 10/350 µs, denominada forma de onda del rayo directo, simula una descarga atmosférica directa, con un tiempo de subida de 10 µs y un tiempo de bajada de 350 µs. Las sobretensiones con esta forma de onda pueden alcanzar valores típicos entre 100 kV y 200 kV. Se puede observar la forma de onda en la siguiente figura:
Forma de Onda 8/20 µs
La forma de onda 8/20 µs, denominada forma de onda del rayo por inducción, simula una descarga atmosférica indirecta o una maniobra en la red de distribución, con un tiempo de subida de 8 µs y un tiempo de bajada de 20 µs. Las sobretensiones con esta forma de onda pueden alcanzar valores típicos entre 20 kV y 40 kV. La forma de onda se muestra en la siguiente figura:
Forma de Onda 1,2/50 µs
La forma de onda 1,2/50 µs simula una sobretensión por maniobras de conmutación en la red eléctrica, con un tiempo de subida de 1,2 µs y un tiempo de bajada de 50 µs. Las sobretensiones con esta forma de onda pueden alcanzar valores típicos entre 10 kV y 50 kV, aunque en algunas condiciones extremas pueden ser mayores. En la siguiente figura se observa la forma de onda:
Tipos de DPS según su Capacidad de Absorción de Energía
Según la norma UNE-EN 61643-11 existen 3 tipos de protectores de sobretensión transitoria denominados: Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3, cada uno con diferente capacidad de absorción de energía.
Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias de Tipo 1
Son la primera línea de defensa contra sobretensiones de alta energía, como las causadas por rayos o maniobras en la red eléctrica de alta tensión (forma de onda 10/350 µs).
Se instalan en el origen de la instalación, en la centralización de contadores en los edificios o en los cuadros generales en los suministros alimentados directamente desde acometidas eléctricas, como consumidores industriales.
Al limitador de sobretensión de tipo 1 también se le denomina limitador basto, ya que presenta una capacidad de absorción de energía muy alta-alta. Tienen una rapidez de respuesta media-alta.
Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias de Tipo 2
Se instalan en un nivel secundario de protección, generalmente en cuadros secundarios o cerca de los equipos que se desea proteger. Complementan la protección ofrecida por los DPS tipo 1.
Están diseñados para soportar sobretensiones por descargas atmosféricas indirectas o por maniobras en la red de distribución (forma de onda 8/20 μs).
Al limitador de sobretensión de tipo 2 también se le denomina limitador medio, con capacidad de absorción de energía media-alta. Tienen una rapidez de respuesta media-alta.
Proporcionan protección adicional contra sobretensiones inducidas que pueden dañar equipos electrónicos sensibles incluso si la instalación cuenta con un limitador de tipo 1.
Se utilizan comúnmente en la protección de cuadros eléctricos secundarios, motores eléctricos, instalaciones de alumbrado exterior, instalaciones fotovoltaicas, etc.
Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias de Tipo 3
Son la última línea de defensa contra sobretensiones de baja energía, generalmente instalados cerca de los equipos que se desea proteger. Complementan la protección ofrecida por los DPS tipo 1 y tipo 2.
Están diseñados para soportar sobretensiones que se originan por maniobras en la red de distribución o dentro de la misma instalación eléctrica, como las causadas por encendidos y apagados de equipos o descargas electrostáticas (forma de onda 1,2/50 μs).
Al limitador de sobretensión de tipo 3 también se le denomina limitador fino, con capacidad de absorción de energía baja. Tienen una rapidez de respuesta muy alta.
Proporcionan protección adicional contra sobretensiones inducidas que pueden dañar equipos electrónicos muy sensibles incluso si la instalación cuenta con un limitador de tipo 2.
Se utilizan comúnmente en la protección de equipos electrónicos de oficina (ordenadores, impresoras, routers, etc.), equipos de control industrial (controladores lógicos programables PLC, sistemas de control de supervisión y adquisición de datos SCADA, etc.), equipos médicos (monitores de signos vitales, bombas de infusión, etc.) o electrodomésticos de última generación (televisores de plasma, refrigeradores inteligentes, lavadoras y secadoras inteligentes, etc.).
Parámetros del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
La elección de un dispositivo protector contra sobretensiones transitorias adecuado para una instalación eléctrica específica requiere considerar diversos parámetros técnicos:
Tensión de Protección Up
La tensión de protección Up de un dispositivo protector contra sobretensiones transitorias es el valor de la tensión en bornes del limitador cuando se produce una descarga, expresada en kV.
Este parámetro caracteriza la capacidad del dispositivo para limitar el voltaje máximo que llega a los equipos eléctricos y electrónicos conectados.
Esta tensión debe ser inferior a la tensión soportada a impulsos por el receptor a proteger (ver categorías de receptores en tabla 1, más adelante).
Un valor de Up más bajo indica una mejor protección contra sobretensiones, ya que limita el voltaje máximo que puede llegar a los equipos.
Tensión Máxima de Servicio Permanente Uc
La tensión máxima admisible Uc indica el valor máximo de tensión de red de forma permanente o continua que puede aplicarse en bornes del limitador. Si el voltaje de la red supera este valor el DPS puede sufrir daños permanentes y perder su capacidad de protección. Se expresa en V.
Por ejemplo, en una red a 230/400 V, la máxima tensión permanente puede llegar a un 10% por encima de la nominal Un (230 · 1,1 = 253 V). La tensión máxima en régimen constante que debería soportar sería, por tanto, de 253 V. Entonces, la Uc del DPS seleccionado debe ser superior a 253 V.
Corriente de Impulso Iimp
La corriente de impulso Iimp es la corriente de descarga máxima que un dispositivo protector contra sobretensiones puede manejar durante una sola sobretensión transitoria sin sufrir daños. Esta corriente se mide generalmente con una forma de onda de 10/350 µs, que representa el tipo de sobretensión más severo, como una descarga directa de rayo.
● Aplicación en DPS: el valor Iimp es específico para los DPS de Tipo 1, diseñados para soportar los efectos directos de rayos. Estos dispositivos son instalados típicamente en las entradas de edificios para desviar la alta energía de una descarga de rayo directamente a tierra.
● Importancia: un valor más alto de Iimp indica una mayor capacidad del DPS para resistir y desviar corrientes de muy alta energía, protegiendo mejor la instalación eléctrica.
● Normativa: según la UNE-HD 60364-5-534, la intensidad de impulso Iimp de los DPS de Tipo 1 no debe ser inferior a 12,5 kA. Esto asegura que el DPS puede manejar las exigencias de una descarga de rayo directa.
Corriente Máxima de Descarga Imáx
La corriente máxima de descarga Imáx es la corriente máxima que un DPS puede manejar durante una sobretensión transitoria sin sufrir daños, medida con una forma de onda de 8/20 µs.
● Aplicación en DPS: este valor es específico para los DPS de Tipo 2, que se utilizan para proteger instalaciones contra sobretensiones transitorias comunes, como rayos indirectos y picos de tensión causados por maniobras de conmutación.
● Importancia: la corriente Imáx representa la capacidad del DPS para proteger contra eventos de sobretensión menos severos pero más frecuentes en comparación con los DPS de Tipo 1.
● Normativa: la normativa no siempre especifica un valor mínimo para Imáx, pero se espera que los dispositivos tengan un valor significativamente alto para asegurar una protección adecuada. Por ejemplo, en aplicaciones comerciales, un Imáx comúnmente aceptado es de al menos 40 kA.
Corriente Nominal de Descarga In
La intensidad nominal de descarga In es la corriente que un DPS puede soportar repetidamente durante su vida útil sin deteriorarse significativamente. Se mide utilizando una forma de onda de 8/20 µs, similar a la utilizada para medir Imax.
● Aplicación en DPS: este parámetro es crítico para evaluar la durabilidad y fiabilidad del DPS bajo condiciones normales de operación, donde las sobretensiones transitorias pueden ocurrir con frecuencia.
● Importancia: la corriente In proporciona una medida de la capacidad del DPS para soportar repetidas sobretensiones sin fallo, asegurando una protección continua y efectiva a lo largo del tiempo.
● Normativa: según la UNE-HD 60364-5-534, la intensidad nominal de descarga In no debe ser inferior a 5 kA entre fase y neutro para asegurar una protección duradera y fiable.
Símbolo del DPS
El símbolo del dispositivo protector contra sobretensiones es el siguiente:
Selección del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
Los dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias que se comercializan son: bipolares (2 polos) tripolares (3 polos) y tetrapolares (4 polos).
A continuación, se muestra el aspecto real de un dispositivo protector contra sobretensiones transitorias, trifásico, tipo 2, de la marca “Chint”. Se pueden observar sus principales parámetros.
La selección del DPS adecuado depende de varios factores, incluyendo la forma de onda de las sobretensiones transitorias más probables en la ubicación de la instalación, el nivel de protección requerido y las características de los equipos a proteger.
El limitador debe reducir la sobretensión transitoria a un valor de tensión inferior al máximo que cualquier equipo puede llegar a soportar. Para conseguir dicho objetivo puede ser necesaria la instalación de más de un limitador.
Criterios de Selección del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
Para seleccionar el DPS adecuado en una instalación eléctrica se debería tener en cuenta 2 criterios:
– La ubicación geográfica: la ubicación geográfica de la instalación incluye, tanto si es zona susceptible a descargas de rayo como si la red de distribución es aérea o subterránea.
Las áreas con mayor riesgo de descargas atmosféricas requerirán un DPS con mayor capacidad de descarga. Así, cuando el local o edificio disponga de protección externa contra el rayo (pararrayos, puntas Franklin, jaulas de Faraday) o esté ubicado cercano a la instalación, será necesario instalar en el origen de la instalación un limitador de Tipo l.
El tipo de red de distribución eléctrica, aérea o subterránea, también es un factor a considerar al seleccionar un DPS. Las redes aéreas son más propensas a sobretensiones causadas por descargas atmosféricas, mientras que las redes subterráneas son menos propensas.
– La instalación de receptores sensibles: son equipos electrónicos que son más susceptibles a daños por sobretensiones transitorias. Algunos ejemplos de receptores sensibles incluyen equipos informáticos, televisores, equipos de audio y electrodomésticos.
Un caso especial lo encontramos en equipos repetidores de TV, que exigen un nivel de protección contra sobretensiones excepcionalmente alto.
Es muy difícil que un solo limitador pueda garantizar la protección total de los receptores. Por este motivo se pueden combinar más de 2 limitadores, colocándose en la instalación interior limitadores de Tipo 2 o de Tipo 3.
La ITC-BT-23 trata de la protección de las instalaciones eléctricas interiores contra las sobretensiones transitorias. Sin embargo, no trata la protección contra sobretensiones permanentes o temporales debidas, por ejemplo, a la rotura o desconexión del neutro.
La ITC-BT-23 y su guía técnica indica que hay instalaciones y situaciones en las que es obligatorio o recomendable la protección frente a sobretensiones, definiendo 2 situaciones: natural o controlada.
Situación Natural
La situación natural se da cuando NO es preciso la protección suplementaria contra sobretensiones transitorias. Se trata de instalaciones donde se prevé un bajo riesgo de sobretensiones, debido a que está alimentada por una red subterránea en su totalidad.
En este caso, no se requiere ninguna protección suplementaria, considerándose suficiente la resistencia a las sobretensiones de los equipos que se indica en la siguiente tabla 1.
No obstante, la ITC-BT-23 indica que se pueden utilizar equipos y materiales que tengan una tensión soportada a impulsos inferior a la indicada en la tabla 1, si el riesgo es aceptable.
Situación Controlada
La situación controlada se da cuando SÍ es preciso la protección suplementaria contra sobretensiones transitorias en el origen de la instalación. Son instalaciones que se alimentan por, o incluyen, una línea aérea con conductores desnudos o aislados. El DPS se situará en el origen de la instalación, aguas arriba del cuadro de distribución. Deberán ser de Tipo 1.
También es una situación controlada aquella situación natural en que es conveniente incluir dispositivos de protección para una mayor seguridad. Según la Norma UNE EN 62305-2, se consideran situaciones controladas si un fallo por sobretensión puede afectar a:
− La vida humana: servicios de seguridad, centros de emergencias, equipo médico en hospitales, etc.
− La vida de los animales: explotaciones ganaderas, piscifactorías, etc.
− Los servicios públicos: pérdida de servicios para el público, centros informáticos, sistemas de telecomunicación, etc.
− Las instalaciones de los locales de pública concurrencia cubiertos por la ITC-BT-28.
− La actividad agrícola o industrial en función del impacto económico que pudieran implicar las sobretensiones (continuidad del servicio, destrucción de equipos, etc.).
Estrategia en la Instalación de los DPS
El objetivo a conseguir es que la actuación del dispositivo de protección reduzca la sobretensión transitoria a un valor de tensión inferior a la soportada por el equipo protegido, de acuerdo con la categoría definida en la Tabla 1 anterior (apartado de situación controlada).
Para alcanzar este objetivo puede ser necesario utilizar más de un dispositivo de protección. De acuerdo a la ITC-BT-23 y a la guía técnica:
1º) Si se ha de instalar un limitador en el origen de la instalación, aguas arriba del cuadro de distribución, este será de Tipo 1.
2º) Si fuera necesario instalar varios limitadores en cascada (por ejemplo, uno general o de cabecera y otros en determinados circuitos de salida), se deberá consultar la información de utilización facilitada por el fabricante para conseguir la adecuada coordinación.
3º) En general, se puede lograr la protección de la instalación mediante un dispositivo Tipo 2. Se instalará lo más cerca posible del origen de la instalación interior, en el cuadro de distribución principal. La distancia recomendada es de al menos 10 metros de cable respecto al DPS Tipo 1.
4º) En función del dispositivo instalado en cabecera y de las distancias entre éste y los equipos a proteger, puede ser necesario instalar dispositivos de protección adicionales para proteger equipos sensibles. Éstos podrán ser de Tipo 2 o de Tipo 3.
5º) En instalaciones de grandes longitudes, y que dispongan o permitan la instalación de cuadros secundarios, es conveniente la instalación de limitadores de tipo 2 adicionales cada 10 m aproximadamente (UNE-CLC TS 61643-12).
En instalaciones de viviendas, el limitador se conecta entre el IGA y el interruptor diferencial. Se coloca tras el IGA porque, en cualquier tipo de instalación donde se instalen limitadores contra sobretensiones, éstos deben estar protegidos siempre contra sobreintensidades mediante magnetotérmicos (o fusibles).
Ejercicio Resuelto de Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias
A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto para la selección e instalación adecuada de los dispositivos de protección contra sobretensiones en una instalación industrial:
Uso Obligatorio de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones Transitorias
La guía de la ITC-BT-23 indica en qué instalaciones o situaciones debe ser obligatoria la instalación de los limitadores de tensión. Se muestran en la siguiente tabla A:
Uso Aconsejable de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones Transitorias
La guía de la ITC-BT-23 indica en qué instalaciones o situaciones puede ser aconsejable la instalación de los limitadores de tensión. Se muestran en la siguiente tabla B:
* Cuando una instalación pueda estar considerada en ambas tablas, se aplicará la tabla A.
* Para instalaciones en viviendas con un único diferencial, el limitador de tensión debe instalarse aguas arriba del interruptor diferencial (entre el interruptor general y el propio interruptor diferencial). En los demás casos, el limitador podrá instalarse tanto aguas arriba (entre el interruptor general y el propio diferencial) como aguas abajo del interruptor diferencial. Si se instala aguas abajo del diferencial, éste deberá ser selectivo de tipo S (o retardado).
Conexión a Tierra de los Dispositivos de Protección contra Sobretensiones Transitorias
La guía de la ITC-BT-23 indica que el conductor que une el limitador de tensión con la instalación de tierra del edificio tendrá una sección mínima de cobre, en toda su longitud, según la siguiente tabla:
Dispositivos de Protección contra Sobretensiones Transitorias según la Compañía de Suministro
En el caso de Iberdrola, en su manual MT 2.80.12 (edición Mayo 2019) de “especificaciones particulares para instalaciones de enlace” se indica:
Si así lo requiere la instalación, de acuerdo a la ITC-BT-23 y GUÍA–BT-23, se podrá instalar en la centralización de contadores (CC), una unidad de protección contra sobretensiones transitorias. Se conectará en el origen del embarrado general, inmediatamente a la salida del interruptor de corte omnipolar de la CC.
El elemento de protección a sobretensiones se protegerá mediante fusibles de cuchilla de tamaño “00” de una In ≤ 125 A clase gL/gG. El cable para la conexión de la protección será de 16 mm². La longitud de este cableado (por fase) hasta su toma de tierra, será lo más corto posible (longitud recomendada, hasta 0,5 m).
En el cuadro de dispositivos generales e individuales de mando y protección (CGMP) del interior de la vivienda o local, se instalará un dispositivo protector contra sobretensiones transitorias, según ITC-BT-23 y GUÍA-BT-23, si fuese necesario.
Constitución del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Permanentes
Cualquier dispositivo protector contra sobretensiones permanentes va asociado a un interruptor automático que cortará el circuito cuando reciba la orden de este.
Básicamente, estos dispositivos de protección contra sobretensiones se componen de:
● Carcasa: resguarda los componentes internos del DPS de la entrada de polvo, humedad e impactos físicos, garantizando el correcto funcionamiento y la larga vida útil del dispositivo.
● Bobina de detección: actúa como un sensor de tensión. Está conectado entre fase y neutro, y su reactancia inductiva genera una corriente que varía en función de la tensión presente.
● Circuito de control: monitorea la corriente generada por la bobina. Si la tensión entre fase y neutro supera un valor umbral predefinido (considerado como un nivel peligroso), el circuito de control activa el disparo del IGA.
● Interruptor automático asociado (IGA): corta el suministro de energía eléctrica a la instalación en caso de una sobretensión permanente.
Función del Dispositivo Protector contra Sobretensiones Permanentes
En el caso de instalarse un dispositivo protector contra sobretensiones permanentes o temporales en un cuadro, será conforme a la Norma UNE-EN 50550, según GUÍA-BT-23.
Además, será recomendable que disponga de reconexión automática al restablecerse las condiciones normales, para mantener la continuidad del servicio.
Este dispositivo de protección dispone de una bobina que controla la tensión provocando el disparo del interruptor automático asociado (IGA) en caso de sobretensión permanente. Dispara si la tensión entre fase y neutro es superior a los valores peligrosos.
A continuación, se muestra el aspecto real de un dispositivo protector contra sobretensiones permanentes monofásico, de la marca “Chint”. Se observa la bobina de disparo asociada al interruptor automático.
En los siguientes esquemas se observa la conexión de dispositivos de protección permanente a un IGA monofásico y a un IGA trifásico.
La bobina del DPS monitorea permanentemente la tensión entre cualquiera de las fases y el neutro, detectando cualquier aumento de esta. En el caso de exceder alguna de estas tensiones del 10% de su valor nominal (generalmente 230 V), el IGA asociado recibirá la señal de activación de la bobina para desconectar la línea de alimentación.
Rotura del Neutro en Redes Trifásicas
En redes trifásicas con conductor neutro (conectado a tierra), este conductor desempeña 2 funciones fundamentales:
1º) Referencia de potencial: el neutro actúa como referencia de potencial para las 3 fases, proporcionando un valor de tensión estable al que se comparan las tensiones de fase.
2º) Camino de retorno de corriente: el neutro también sirve como camino de retorno para la corriente eléctrica cuando existen desequilibrios entre las corrientes de las 3 fases.
Si el conductor neutro se rompe o interrumpe, pierde su función de referencia y se convierte en un "neutro flotante". Esto significa que adquiere un potencial diferente al de tierra, generando una sobretensión permanente en una o más fases.
Las tensiones entre las fases se mantendrán sin alteración. Sin embargo, el nuevo potencial del neutro flotante provocará diferentes valores de tensión entre las fases y el neutro. Por ejemplo, si la tensión normal entre fase y neutro VL-N es de 230 V, al romperse el neutro podrían aparecer nuevas tensiones como VL1-N = 300 V, VL2-N = 275 V y VL3-N = 175 V.
Tiempo de Disparo del DPS Permanente
La norma EN 50550 establece la implementación de un sistema de disparo progresivo tensión/tiempo en los DPS permanentes, es decir, que a mayor tensión menor tiempo de respuesta. Esto significa que el dispositivo reaccionará más rápidamente a sobretensiones más elevadas, mientras que para sobretensiones de menor magnitud, el tiempo de respuesta será más prolongado.
El disparo progresivo tensión/tiempo previene de actuaciones indeseadas, evitando disparos innecesarios del limitador de sobretensión, lo que también prolonga su vida útil.
Para tensión nominal VL-N = 230 V, la norma indica los siguientes valores tensión/tiempo:
| Tensión VL-N | Tiempo mínimo | Tiempo máximo |
| 275 V | 3 s | 15 s |
| 300 V | 1 s | 5 s |
| 350 V | 0,25 s | 0,75 |
| 400 V | 0,07 s | 0,2 |
Podemos observar en la gráfica el disparo progresivo tensión/tiempo. Por ejemplo, cuando la tensión entre fase y neutro alcanza el valor VL-N = 275 V, el DPS permanente tarda un tiempo en activar la apertura del interruptor automático entre 3 y 15 segundos. Sin embargo, si la tensión aumenta hasta el valor VL-N = 350 V, el tiempo de apertura baja hasta el rango entre 0,25 y 0,75 segundos.
Dispositivo Protector contra Sobretensiones Transitorias y Permanentes
Si se desea proteger contra sobretensiones transitorias y contra sobretensiones permanentes o temporales, instalaremos un dispositivo combinado protector contra sobretensiones transitorias y permanentes (DPS combinado).
Con el DPS combinado se consigue una protección completa contra ambos tipos de sobretensiones, asegurando la seguridad de los equipos eléctricos conectados.
A continuación, se muestra el aspecto real de un dispositivo protector contra sobretensiones transitorias y permanentes monofásico, de la marca “Chint”. Se observa un limitador de sobretensiones transitorias Tipo 2 y la bobina de disparo del limitador de sobretensiones permanentes asociada al interruptor automático.
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