Un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC está diseñado para ofrecer protección a los sistemas y equipos alimentados por CC contra picos o subidas repentinas de tensión. Los SPD de CC suprimen o desvían las subidas de tensión, lo que evita daños a componentes electrónicos sensibles, fallos del sistema e incluso pérdida de datos.
Principio de funcionamiento
La selección, instalación y mantenimiento adecuados de los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC son necesarios para garantizar una protección contra sobretensiones En sistemas de CC. La eficacia del rendimiento de un protector contra sobretensiones de CC varía según factores como la capacidad de sobretensión, la tensión de sujeción, el tiempo de respuesta y la aplicación específica.
Puede desglosar el funcionamiento de un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC de la siguiente manera:
Detección de sobretensiones
Un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC detectará una sobretensión que supere su valor nominal en el sistema de CC. Este dispositivo generalmente monitorea el nivel de voltaje mediante el uso de circuitos especiales para detectar sobretensiones.
Sujeción de tensión
Los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC utilizan componentes como varistores de óxido metálico (MOV) o tubos de descarga de gas (GDT) para lograr la limitación de la tensión. Estos componentes presentan una alta resistencia a la tensión dentro de límites normales, lo que permite un flujo de corriente eléctrica normal.
Sin embargo, un aumento de voltaje más allá del umbral reduce significativamente la resistencia del componente, lo que crea una ruta de baja impedancia para la corriente de sobretensión. El umbral más allá del cual un voltaje se considera un aumento se denomina voltaje de sujeción o voltaje de paso.
Absorción de energía
Los componentes principales de un dispositivo de protección contra sobretensiones absorben el exceso de energía cuando una sobretensión se desvía a través del dispositivo. El diseño de los varistores de óxido metálico (MOV) es tal que se descomponen a altas tensiones y disipan la sobretensión en forma de calor.
Clasificación de los SPD de CC
Existen diferentes formas de clasificar los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC según su configuración y utilizar una base común. Un método común de clasificación de los DPS de CC se basa en su componente principal, como se indica a continuación:
SPD para automoción
Los dispositivos de protección contra sobretensiones en aplicaciones automotrices protegen los sistemas y componentes electrónicos de los vehículos contra transitorios y sobretensiones transitorias destructivas, que pueden surgir debido a interferencias electromagnéticas, descarga de carga y contragolpes inductivos.
SPD de CC con varistores de óxido metálico (MOV)
Los varistores de óxido metálico (MOV) son componentes comunes en los SPD de CC que ofrecen capacidades de fijación de voltaje y absorción de energía para proteger el equipo al desviar las sobretensiones. Existen varias clasificaciones de voltaje y configuraciones para los SPD de CC que utilizan varistores de óxido metálico de acuerdo con sus requisitos de CC.
SPD de CC con tubos de descarga de gas (GDT)
Los GDT también son componentes de protección contra sobretensiones que se utilizan en los DCSPD y ofrecen tiempos de respuesta rápidos y capacidades de manejo para sobretensiones de alta corriente. Estos DC SPD se utilizan en aplicaciones de CC que necesitan una protección contra sobretensiones robusta, como los sistemas de telecomunicaciones.
SPD de CC con diodos de avalancha de silicio (SAD)
Los SAD son dispositivos semiconductores diseñados para brindar protección contra transitorios de voltaje al proporcionar voltajes de sujeción bajos y tiempos de respuesta rápidos. Los SPD basados en SAD se utilizan en equipos electrónicos sensibles y sistemas de comunicación que requieren una sujeción de voltaje precisa y voltajes de paso bajos.
Dispositivo híbrido de protección contra sobretensiones
Estos dispositivos de protección contra sobretensiones combinan múltiples tecnologías como SAD, MOV y GDT para brindar un mejor rendimiento de protección contra transitorios. Aprovechan las fortalezas de los componentes individuales para brindar protección integral contra una amplia gama de transitorios y sobretensiones.
Protectores contra sobretensiones fotovoltaicas
Estos dispositivos de protección contra sobretensiones están diseñados específicamente para la protección de sistemas solares fotovoltaicos contra perturbaciones eléctricas. Su diseño es capaz de manejar las demandas excepcionales de las instalaciones solares alimentadas por CC y el funcionamiento confiable de los paneles fotovoltaicos.
Características del DC SPD
Al seleccionar un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC, es fundamental tener en cuenta sus características y los requisitos del sistema. Esto le permite asegurarse de que su elección sea la adecuada para la tarea, reduciendo así el riesgo de daños y tiempos de inactividad.
Varias características definen la capacidad de rendimiento y la confiabilidad de los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC (SPD) en sistemas alimentados por CC. A continuación, se describen algunas de las características comunes de los SPD de CC:
Clasificación de voltaje
Los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC utilizan diferentes tensiones nominales que corresponden al sistema de alimentación de CC en particular que pretenden proteger. La selección de un protector contra sobretensiones de CC cuya tensión nominal coincida o supere la del sistema de CC es ideal para garantizar la eficacia del rendimiento.
Tensión de sujeción
La tensión de bloqueo de un protector contra sobretensiones CC se refiere a la tensión máxima permitida durante un evento de sobretensión. Cuando la tensión excede la tensión de bloqueo, el protector contra sobretensiones CC desvía y/o absorbe la tensión transitoria para proteger el equipo.
Es preferible tener SPD de CC con voltajes de sujeción más bajos, ya que limitan la cantidad de voltaje accesible al equipo. En consecuencia, ofrecen una mejor protección al equipo alimentado con CC.
Manejo de sobrecorrientes
La capacidad de manejo de sobrecorriente de un SPD de CC define la sobrecorriente máxima que puede desviar o absorber de manera segura sin sufrir daños. Los SPD de CC están diseñados para manejar sobrecorrientes específicas, una característica vital a la hora de seleccionar un SPD para su aplicación.
Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta de un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC determina la rapidez con la que se reacciona ante un evento de sobretensión. Los SPD de CC con un tiempo de respuesta rápido brindan una protección más veloz contra sobretensiones, iniciando antes la desviación de la corriente de sobretensión, lo que reduce la probabilidad de daños.
Comparación de SPD de CC y SPD de CA
La principal diferencia entre los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC y CA se basa en el sistema de energía que se utilice. Por lo tanto, existen ligeras diferencias entre los dos en lo que respecta a las tensiones nominales, las capacidades de gestión de sobretensiones, los tiempos de respuesta y los estándares.
Las siguientes afirmaciones resaltan algunas de las similitudes y diferencias entre los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de CC y CA:
Manejo de frecuencia
Los dispositivos de protección contra sobretensiones que se utilizan en sistemas de CC no tienen especificaciones de frecuencia gracias a la constancia de la tensión de CC. Por otro lado, los que se utilizan en sistemas de CA tienen diferentes necesidades de frecuencia que requieren un manejo diferente.
Sensibilidad a la polaridad
Los dispositivos de protección contra sobretensiones en sistemas de CC son sensibles a la polaridad y requieren una instalación con una alineación correcta de los terminales. Debido a que la dirección del voltaje cambia constantemente en los sistemas de CA, no tienen designaciones de terminales específicas.
Detección y fijación de sobretensiones
Dependiendo del diseño del sistema, los SPD de CC y CA contrarrestarán las sobretensiones absorbiéndolas o desviándolas hasta un nivel seguro. Sin embargo, las diferentes características de la tensión pueden dar lugar a un cambio en los mecanismos aplicados en la detección y el bloqueo.
Clasificaciones de voltaje
Encontrará dispositivos de protección contra sobretensiones de CC y CA con valores nominales de voltaje específicos para los sistemas en los que se utilizan. La mayoría de los sistemas de CC tienen valores nominales de voltaje más bajos que los sistemas de CA, que pueden llegar hasta los 400 V.
Tipo de voltaje
Es la diferencia fundamental entre los SPD de CC diseñados para sistemas de corriente continua y los SPD de CA para sistemas de corriente alterna.
Parámetros principales del SPD de CC
Los parámetros de un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC definen su rendimiento y su idoneidad para un sistema de CC particular frente a sobretensiones. Por lo tanto, es fundamental tener en cuenta cuidadosamente estos parámetros y el sistema previsto para su uso para lograr una adaptación eficaz.
Los principales parámetros previstos para los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC incluyen:
- Corriente de fuga: Cuando el dispositivo de protección contra sobretensiones de CC funciona con normalidad, la corriente de fuga describe la corriente mínima que fluye a través de él. Es preferible tener una corriente de fuga baja, ya que da como resultado una menor disipación de calor y pérdida de potencia.
- Voltaje máximo de funcionamiento continuo: Define el voltaje de CC más allá del cual se activa el dispositivo de protección contra sobretensiones en función del voltaje nominal del sistema.
- Corriente de descarga nominal: Describe el valor de corriente más alto que un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC puede descargar cuando ocurre un evento de sobretensión.
- Rango de temperatura de funcionamiento: Define las temperaturas dentro de las cuales el dispositivo de protección contra sobretensiones de CC puede funcionar de manera óptima. Este parámetro es específico de la aplicación, especialmente cuando el sistema de CC que necesita protección funciona en condiciones de temperatura extremas.
- Nivel de protección de voltaje: Representa el voltaje máximo a través de los terminales de un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC activado. Se logra cuando la corriente que pasa a través del dispositivo de protección contra sobretensiones coincide con la de la descarga nominal.
Componentes primarios en un SPD de CC
Los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC emplean varios componentes electrónicos para mitigar las sobretensiones de alto voltaje. Estos componentes se pueden clasificar en diferentes tipos, algunos de los cuales utilizan una combinación de tecnologías para aprovechar sus ventajas.
Algunos de los componentes principales utilizados en los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC incluyen:
- Tubo de descarga de gas (GDT)
Consiste en dos placas negativas frías encerradas en un tubo de vidrio o cerámica y separadas por un gas inerte, generalmente argón. Utiliza un agente de activación auxiliar para aumentar la probabilidad de activación de la descarga y está disponible en configuraciones de dos y tres polos.
- Diodo de supresión de voltaje transitorio (TVS)
Son diodos especiales que operan en la zona de ruptura denominada inversa. Su tensión de sujeción es reducida y su respuesta rápida permiten su uso en circuitos de protección multinivel como capa final.
- Varistor de óxido metálico (MOV)
El MOV es un semiconductor que utiliza óxido de zinc como óxido metálico y presenta una resistencia no lineal. Las fluctuaciones de voltaje reflejan un cambio en el valor de la resistencia con un principio de funcionamiento similar al de múltiples uniones PN conectadas en serie y en paralelo.
- Espacio entre chispas
Generalmente consiste en un par de varillas metálicas expuestas al aire con una distancia de separación, con una varilla conectada a la línea de fase neutra o de energía. La otra se conecta a un terminal de tierra y una sobretensión rompe la separación desviando la sobretensión.
- Bobina de estrangulamiento
Utiliza un núcleo de ferrita que comprende un par de bobinas devanadas simétricamente con un tamaño y un número de vueltas idénticos, lo que da como resultado un dispositivo con cuatro terminales. Mitiga principalmente la inductancia sustancial de la señal de modo común con un impacto mínimo en la inductancia de fuga de la señal de modo diferencial.
Ventajas de utilizar un protector contra sobretensiones DC
Al emplear SPD de CC, se pueden mitigar de manera efectiva las vulnerabilidades de los sistemas alimentados por CC a las sobretensiones, lo que promueve la protección del equipo, la confiabilidad del sistema y la seguridad operativa general.
A continuación se analiza un resumen de los beneficios de utilizar un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC:
i. Protección del equipo: Este es el principal beneficio de configurar su sistema de CC con un dispositivo de protección contra sobretensiones. Desvía o suprime las sobretensiones excesivas, lo que protege al equipo contra daños.
ii. Mayor vida útil del equipo: La prevención de los efectos dañinos de las sobretensiones mediante los SPD de CC permite que el equipo funcione durante más tiempo. De lo contrario, el equipo desprotegido sucumbe fácilmente a las sobretensiones, lo que provoca daños o afectaciones en el rendimiento.
iii. Garantía de seguridad: Cuando se producen sobretensiones, se plantean riesgos de seguridad, especialmente en entornos industriales que utilizan fuentes de CC con alta energía. Al absorber o redirigir la energía de las sobretensiones, estos dispositivos reducen el potencial de fallas eléctricas, incendios u otros riesgos de seguridad.
iv. Confiabilidad del sistema: Los dispositivos de protección contra sobretensiones contribuyen a mejorar la confiabilidad del sistema de CC en su función de protección. Reducen el riesgo de falla del equipo, lo que ayuda a mantener un funcionamiento continuo y minimizar las interrupciones.
Factores a tener en cuenta al seleccionar un SPD
Al elegir un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC, asegúrese de que sea compatible con su sistema y le ofrezca la protección deseada. De esta manera, se beneficiará de su función de minimizar los posibles riesgos asociados con los transitorios de tensión.
Algunos factores clave a tener en cuenta incluyen:
- Calificación actual: La corriente nominal del protector contra sobretensiones de CC debe ser capaz de soportar la corriente máxima de funcionamiento del sistema. De esta manera, la carga resultante del sistema no se sobrecalienta y termina en una falla.
- Reputación del fabricante: Investigue al fabricante y evalúe su reputación y confiabilidad en la producción de SPD de alta calidad y la prestación de una excelente atención al cliente.
- Tiempo de respuesta: El tiempo de respuesta de un dispositivo de protección contra sobretensiones indica su velocidad de reacción ante un evento de sobretensión. Es necesario un tiempo de respuesta breve para abordar rápidamente los transitorios y compensar cualquier daño inminente.
- Cumplimiento de normas: Verifique que el dispositivo de protección contra sobretensiones de CC cumpla con los estándares de la industria necesarios. Estos estándares garantizan que el dispositivo de protección contra sobretensiones que está comprando cumpla con los criterios de rendimiento.
- Capacidad de sobrecorriente: Evalúe la capacidad de corriente de sobretensión esperada del SPD de CC para asegurarse de que pueda manejar sobretensiones de manera eficaz sin verse abrumado.
- Tensión nominal: El voltaje máximo de funcionamiento de su sistema de CC determina el voltaje nominal de su protector contra sobretensiones de CC. Debe ser igual o superior a este valor para brindar una protección eficaz contra sobretensiones.
Instalación de un protector contra sobretensiones CC
La instalación de un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC debe realizarse con cuidado para evitar un rendimiento ineficaz e incluso daños. Al realizar la instalación, tenga en cuenta el modelo, las características del sistema y las normativas locales.
A continuación se presentan algunas de las consideraciones clave para el proceso de instalación:
- Seleccione una ubicación adecuada, manteniéndola lo más cerca posible del equipo que se va a proteger. También debe ser de fácil acceso para permitir el acceso durante el mantenimiento y la inspección.
- Siga las instrucciones proporcionadas por el fabricante para montar el dispositivo de protección contra sobretensiones de CC. Fíjelo firmemente sobre una superficie adecuada utilizando los herrajes y los espacios libres adecuados para una adecuada disipación del calor y ventilación.
- Conecte el dispositivo de protección contra sobretensiones de CC al sistema de alimentación según las instrucciones utilizando cables o conductores estándar. Estos deben ser seguros, tener terminaciones adecuadas y ser capaces de soportar la corriente máxima esperada.
- Configure un sistema de conexión a tierra que sea confiable y de baja resistencia para ayudar en la desviación segura de corrientes de sobretensión por parte del SPD de CC.
Prueba de un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC
Al probar un dispositivo de protección contra sobretensiones de CC, se verifica su funcionalidad y se garantiza que puede ofrecer protección eficaz al equipo contra sobretensiones. Al realizar la prueba, compare los resultados de la prueba con las características de respuesta específicas proporcionadas a las que debe adherirse el dispositivo de protección contra sobretensiones.
Las pruebas más utilizadas incluyen:
- Prueba de resistencia de aislamiento: Aquí se desconecta el SPD de la fuente de CC y se mide la resistencia entre los terminales del dispositivo y de tierra. Esto garantiza que no haya vías de fuga o fallas.
- Prueba de caída de voltaje: Esta prueba garantiza que la caída de tensión se encuentre dentro de los límites especificados. Se conecta el dispositivo a una fuente de CC antes de aplicar la tensión nominal y medirla.
- Prueba de sobretensión: Aquí, se simulan sobretensiones transitorias aplicando impulsos de sobretensión al dispositivo de protección contra sobretensiones. A continuación, se examinan las formas de onda comparándolas con las especificaciones de prueba.
Normas utilizadas para los SPD de CC
Las normas que determinan la calidad, la fiabilidad y la seguridad de los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC son las siguientes:
- Normas americanas/IEEE45: Proporciona una perspectiva sobre el rendimiento de las pruebas de sobretensión de los dispositivos de protección contra sobretensiones en un sistema de CC.
- CEI61643-11: Analiza los métodos de prueba y los requisitos específicos de los SPD de CC conectados a sistemas de bajo voltaje.
- CEI61643-21: Ofrece una guía para los métodos de prueba específicos de los SPD de CC utilizados en redes de señalización y telecomunicaciones.
- CEI61643-22: Describe la selección y aplicación de SPD de CC utilizados en redes de telecomunicaciones y transmisión.
- Laboratorios de suscriptores(UL) 1449: Describe los procedimientos de seguridad y rendimiento para los SPD de CC.
Aplicaciones del DC SPD
El papel de los SPD de CC en la protección de equipos contra sobretensiones se ejemplifica en diferentes aplicaciones como se indica a continuación:
i. Centros de Datos: Los SPD de CC son fundamentales para prevenir la pérdida de datos y daños en dispositivos de almacenamiento, equipos de red y servidores.
ii. Sistemas de control industrial: Se utiliza en dispositivos de control que utilizan alimentación de CC, como sensores, controladores lógicos programables (PLC) y controladores de motor.
iii. Energía renovable: La generación de energía eólica y las instalaciones fotovoltaicas para energía solar utilizan SPD de CC para proteger dispositivos electrónicos sensibles como los inversores.
iv. Sistemas de almacenamiento: Los SPD de CC en sistemas de almacenamiento que utilizan energía de baterías protegen los bancos de baterías, los sistemas de monitoreo y los equipos de conversión de energía.
v. Telecomunicaciones: Los SPD de CC se incorporan en instalaciones de comunicación y centros de datos para proteger equipos críticos como líneas de transmisión de datos y fuentes de alimentación.
vi. Sistemas de transporte: Los vehículos eléctricos, tranvías y trenes y las subestaciones eléctricas utilizan SPD de CC en estaciones de carga, unidades de control electrónico y sistemas de distribución de energía.
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