SPD: Dispositivo de Protección contra sobretensiones

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SPD: Dispositivo de Protección contra
sobretensiones
Elaborado Por: Departamento Técnico de Finder
Análisis Conceptual
Los SPD son dispositivos de protección contra sobretensiones, basados en componentes como varistores, centelladores y diodos (rápido),
los cuales poseen características no
lineales de impedancia, es decir, en
este caso no se aplica la ley de Ohm
V = ZI, donde Z (impedancia) es constante, ya que es el coeficiente angular
de una recta en relación a V (diferencia de potencial eléctrico) e I (corriente eléctrica, generada por V); hay que
tener en cuenta que Z es una constante de proporcionalidad entre V e I. Pero en casi todos los dipolos eléctricos
(solamente los resistores cumplen la
ley, sin tener en cuenta algunos otros
efectos) del mundo, no siguen tal ley,
es decir, los diodos, los platinos, varistores, lámparas, no la siguen.
En general, estos dispositivos siguen
una ley en que V = f (I), donde tenemos
V impedancia en función de I, (donde
la función no es sólo V = IR). Por ejemplo polinomios con exponentes diferentes de uno o cero: en un varistor la
ley de tensión en función de la corriente cuando es de baja impedancia es V
= CIβ donde C y β son constantes que
dependen de los componentes.
A pesar de ser muy complicado el
funcionamiento de dichos componentes, es muy interesante el hecho de
que tienen impedancias que varían
con el voltaje, ya que para cada tensión tienen impedancias muy distintas. Varistores y chispas son de baja
tensión y de alta impedancia (es decir, tienden a infinito, casi es una corriente de fuga); cuando las tensiones
aumentan un centellador tiene su gas
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interno conduciendo (campos eléctricos muy intensos tornan un gas no
conductor a un conductor en un medio que tiene excelente conductividad). Cuando un alto voltaje se aplica a estos componentes, la impedancia disminuye demasiado, pero la
pregunta sería ¿dónde se convierte la
energía eléctrica en energía térmica,
si la impedancia tiende a cero? Simplemente la mayoría de la energía se
disipa en las resistencias de la línea.
Como la resistencia en el componente no es nula, aparte de disipar un poco de energía, tiene una diferencia de
potencial entre sus terminales, que se
transmite a otros circuitos en paralelo,
y en función de lo que “sobra” de esta
sobretensión; en caso de que no exista otro SPD para eliminar la energía restante, nada sirve tener un Nivel I y II instalado si algún equipo sigue recibiendo
tensiones de 1200V máximo por un período de tiempo determinado; por ejemplo, varistores que se utilizan en dispositivos como en los temporizadores Finder, son para energías pequeñas, y
también dejan “pasar” menos tensión;
para varistores de potencia y centelladores, utilizados en SPD, las tensiones
y energías asociadas son mucho más
elevadas, por lo que se tienen mayores
caídas de tensión en estos componentes, que “pasan” más tensión y energía;
es por eso que tendremos distintas etapas de la eliminación de la sobretensión en los SPD, clasificadas como Nivel I, Nivel II y Nivel III.
Sobre los componentes, el centellador tiene una ventaja sobre el varistor: permite cierto aislamiento cuando se conecta en un circuito (como
un relé con contacto abierto sumergido en el aire), existe un gas que man-
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tiene la rigidez dieléctrica, en el varistor no tenemos esa rigidez dieléctrica cuando el producto no está activo (sin sobretensión), es por eso que
el varistor entra en acción mucho más
rápidamente, dejando que “menos”
sobretensión sea enviada a los circuitos más sensibles. El funcionamiento del SPD contra sobretensiones cobre el 95% de la sobretensión por lo
descripto anteriormente; el 100% se
completa por otros componentes como los sistemas de señalización mecánica y parte de los conectores, fusibles, gabinetes, cables, etc.
soportan nivel de sobretensión definido en la norma EN 61000-4-5 EMC).
Es importante aclarar, que no importa
si la utilización del SPD se da en industrias u hogares, ya que la caída del rayo será la misma en cualquiera de estos dos lugares, por lo tanto es erróneo
pensar que en una casa puede colocarse un equipo con menor Corriente
de Descarga Nominal pensando que
la instalación no lo requerirá. La definición del nivel de protección que se colocará es determinada por el usuario
final, donde se evaluará cuánto se desea proteger el establecimiento.
En general son necesarios los tres tipos de SPD, ya que cada uno elimina parte de la sobretensión, haciendo
que cuando la sobretensión llega a
los equipos, no les cause daños. Por
lo general en cada dispositivo también existe un varistor para eliminar
cualquier sobretensión (por ejemplo,
nuestros temporizadores Finder, que
Definiciones
 Tensión Nominal: Voltaje de opera-
ción del producto. Puede ser conectado entre fase y tierra en 230VAC.
 Tensión máxima de funcionamiento: es la tensión máxima a la que el
SPD no entra en acción, por encima
de esta tensión el producto entra en
acción, o sea, el varistor o el cente-
llador entra en la región de baja impedancia y el SPD entra en acción
por encima de 275 V AC o por encima de 350 VDC.
 Corriente de descarga nominal de
paquetes de onda de 8/20μs: Valor
pico de corriente que circula en el
SPD cuando éste es sometido a un
paquete de ondas de 8/20μs.
 Capacidad máxima de descarga
de paquetes de onda 8/20μs: Valor
pico de corriente que circula a través del SPD y que éste puede soportar de una sola vez sin daños,
también se encuentra en un paquete de ondas de 8/20μs.
 Nivel de protección (tensión residual): Máxima tensión entre los terminales del varistor cuando en el
circula corriente que supera los
5kA, e inferior o igual a la máxima
corriente permitida. Para los SPD
Finder tendrá una tensión de hasta
1200V, por lo que sabemos que en
5kA existen 900V, y en el máximo
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TN-S Conexionado Trifásico posterior a la protección
L1
TN-S Conexionado Monofásico
posterior a la protección
d
L1
L2
N
PE
L1
L2
L3
d
L2
L3
L3
d
el cual el dispositivo demora en responder cuando existe una tensión de
más de 275 VAC. Por ejemplo, el varistor necesita un tiempo para abandonar la región de alta impedancia e
ir a la región de baja impedancia; durante todo ese proceso, el equipo a
proteger recibe la sobretensión, pero como los equipos Finder son bastante rápidos, poca energía pasa para el sistema, pues el dispositivo actúa en el orden de los 10-9s.
Ejemplos de Conexiones:
N
d
que es 20kA será de 1,2kV.
 Tiempo de Respuesta: Tiempo en
EBB
PE
N
L1
L2
L3
PE
7P.25.8.275.1020
7P.24.8.275.1020
Instalación
EBB
TT o TN-S Conexionado Trifásico
águas arriba del diferencial
TT Conexionado Monofásico aguas
arriba del diferencial
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N
EBB
PE
L
PE
d
N
PE
EBB
L
PE
2 x 7P.21.8.275.1020
7P.22.8.275.1020
N
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N
L
L
d
La respuesta a esta pregunta está en
la resistencia de la propia instalación
(cableado), es decir, no debe conectarse varios tipos de SPD, clase I, II y
III cerca entre sí. Lo recomendable es
que entre los niveles I y II, las distancias sean de por lo menos 10 metros
y entre el nivel II y nivel III por lo menos de 5 metros.
PE
d
Un dato importante del producto
SPD es que el varistor (o centellador) cuando entra a la región activa
su resistencia disminuye significativamente por lo que disipará parte de
la energía, entonces de aquí surge la
pregunta: ¿dónde es disipada la otra
parte de la energía?
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N
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