Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD): cómo funcionan

Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) ayudan a proteger los equipos eléctricos limitando las sobretensiones transitorias que pueden dañar o destruir componentes sensibles. Desvían las corrientes de sobretensión lejos de las cargas críticas para evitar interrupciones y paradas. Este artículo ofrece una visión general de cómo funcionan los SPD para proteger los sistemas de distribución eléctrica y los equipos conectados.

Fuentes y efectos de las sobretensiones  

Las sobretensiones transitorias pueden tener origen natural o artificial. Los rayos son una causa natural común de sobretensiones. Las maniobras de conmutación, las fluctuaciones de la red eléctrica y las perturbaciones EMI/RFI procedentes de equipos cercanos son fuentes típicas de sobretensiones artificiales.  

Las sobretensiones introducen energía que puede sobrecargar los circuitos y degradar los equipos con el tiempo. Con frecuencia alcanzan una magnitud lo bastante elevada como para causar daños inmediatos, como arcos en los contactos, perforación del aislamiento y fallos de chips. Sus efectos tienden a ser acumulativos y reducen la vida útil total mediante un deterioro gradual, incluso si no se produce de inmediato un daño catastrófico.

 Principios de funcionamiento del DPS

Los elementos básicos de un SPD incluyen:

•Explosores: dos electrodos separados que crean un entrehierro. Durante el funcionamiento normal, el entrehierro impide el paso de corriente. Cuando la tensión aumenta lo suficiente para ionizar el entrehierro, se produce una descarga que desvía la corriente de sobretensión a tierra. Los explosores se utilizan a menudo para manejar sobretensiones de gran energía.

•Varistores: resistencias cerámicas de óxido metálico que presentan una resistencia variable en función de la tensión aplicada. A la tensión normal, la resistencia es alta. A medida que aumenta la tensión, la resistencia disminuye sustancialmente para crear un camino de baja impedancia hacia tierra. Los varistores son eficaces, pero pueden degradarse con el tiempo por la exposición a la energía de las sobretensiones.

•Diodos de avalancha: diodos de silicio que alcanzan la ruptura por avalancha a un umbral de tensión determinado, limitando eficazmente la sobretensión y derivando el exceso de corriente a tierra. Ofrecen una respuesta rápida, pero una capacidad limitada de manejo de energía.

•Tubos de descarga de gas: contienen un gas inerte que se ioniza a un nivel de tensión seleccionado para desviar las corrientes de sobretensión. Tienen una gran capacidad de corriente de sobretensión, pero una respuesta más lenta que los varistores o los diodos de avalancha.

Los componentes se disponen de forma que proporcionan un camino desde cada fase hasta tierra. Los SPD monitorizan la tensión en estos caminos y se activan cuando detectan una sobretensión peligrosa para desviar la energía lejos del equipo conectado. Se rearman automáticamente una vez que la tensión vuelve a un nivel normal.

Clasificación y aplicaciones de los SPD

Los SPD se clasifican por su capacidad máxima de corriente de sobretensión y su nivel de protección de tensión (VPL), para adaptarse a distintas aplicaciones. Los SPD de tipo 1 se instalan en las acometidas de servicio para gestionar sobretensiones de alta energía. Los SPD de tipo 2 se utilizan a menudo más aguas abajo para proteger los equipos de distribución y los circuitos derivados críticos. Los SPD de tipo 3 protegen la electrónica sensible y presentan los valores más bajos de VPL y de corriente de sobretensión.

Los SPD correctamente seleccionados e instalados ayudan a proteger sistemas eléctricos completos y las cargas conectadas frente a los efectos dañinos de las sobretensiones y los transitorios de la red. Mejoran la calidad y la fiabilidad del suministro, a la vez que reducen los costes del ciclo de vida maximizando la vida útil de los equipos y minimizando los tiempos de parada. Los SPD deben adecuarse cuidadosamente a las tensiones de servicio y a los niveles de sobretensión de cada aplicación para garantizar una protección óptima.