La creciente complejidad y densidad de las instalaciones eléctricas modernas exige estrategias rigurosas de protección contra sobretensiones transitorias. La aparición de dispositivos electrónicos sensibles y los riesgos asociados a las descargas atmosféricas y maniobras en la red hacen que la elección y coordinación de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS) sea un tema central para […]

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La creciente complejidad y densidad de las instalaciones eléctricas modernas exige estrategias rigurosas de protección contra sobretensiones transitorias. La aparición de dispositivos electrónicos sensibles y los riesgos asociados a las descargas atmosféricas y maniobras en la red hacen que la elección y coordinación de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS) sea un tema central para la continuidad operativa y la integridad de los sistemas.

En este artículo se abordan en profundidad los criterios técnicos y normativos para la selección y coordinación de DPS, destacando metodologías, puntos críticos de evaluación, parámetros normativos y procedimientos para sistemas coordinados de protección. La finalidad es respaldar la toma de decisiones técnicas para la especificación, instalación y mantenimiento de DPS en distintos escenarios de riesgo eléctrico.

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Criterios Normativos

Todo DPS debe cumplir requisitos definidos en normas aplicables, como IEC 61643-1 e IEC 61643-11, y especificarse conforme a los siguientes parámetros esenciales:

  • Nivel de protección (Up): El valor de Up del DPS debe ser compatible con el nivel de soportabilidad de los equipos según su categoría de instalación. Se recomienda que Up sea inferior a la soportabilidad de impulso de los dispositivos en la instalación.
  • Tensión máxima de operación continua (Uc): Uc debe ser superior a la tensión nominal máxima del circuito donde se instalará el DPS.
  • Soportabilidad a sobretensiones temporales (TOV): El DPS debe soportar sobretensiones temporales típicas de la instalación.
  • Corriente nominal de descarga (In) y corriente de impulso (Iimp/Imax): Define la capacidad de conducción del DPS frente a sobretensiones de alta energía y debe ser compatible con el riesgo de sobretensión de la instalación, por ejemplo descargas atmosféricas directas o indirectas.
  • Soportabilidad a la corriente de cortocircuito: El DPS debe poseer resistencia adecuada a la corriente de falla disponible en el punto de instalación.

Adaptación a la Ubicación y Parámetros de la Instalación

La selección del DPS también debe realizarse considerando la posición en la instalación, como la entrada de la estructura, cuadros de distribución y proximidad a cargas críticas, así como la corriente máxima esperada para cada punto. En lugares expuestos a descargas atmosféricas directas, son obligatorios DPS con mayor capacidad de conducción de corriente de impulso, mientras que en cuadros internos pueden utilizarse DPS de menor capacidad como complemento de la estrategia de coordinación.

Instalar DPS en serie (en cascada) o en múltiples puntos de la instalación requiere una coordinación cuidadosa para asegurar la división eficaz de la energía de las sobretensiones, evitando la sobrecarga individual de dispositivos y garantizando protección en todas las zonas de la estructura (Zonas de Protección contra Sobretensiones – ZPR).

Prácticas de Coordinación

  1. Coordinación energética: Los DPS instalados en cascada deben tener sus capacidades energéticas dimensionadas y coordinadas conforme a IEC 61643-12 o IEC 61643-22, garantizando que, en caso de una sobretensión de gran magnitud, el DPS aguas arriba absorba la mayor parte de la energía y proteja los DPS aguas abajo.
  2. Proximidad a los equipos: Cuanto más cerca esté el DPS del equipo protegido, más efectiva será la reducción de la tensión residual en el punto de interés.
  3. Sección y longitud de conductores: Las interconexiones de los DPS deben realizarse conforme a los valores mínimos establecidos en norma para la sección y con la menor longitud posible, minimizando el aumento de impedancia y la elevación de Up.
  4. Coordinación por zonas: Se recomienda instalar sistemas coordinados de DPS en la entrada de los conductores (frontera ZPR 1), en puntos intermedios y en las proximidades de los equipos internos.

Procedimiento para la Instalación de un Sistema Coordinado de DPS

  • Instalar el DPS primario en la entrada de la estructura respetando los parámetros de capacidad de conducción de corriente de descarga atmosférica y Up compatible con el sistema.
  • Determinar la soportabilidad a impulso del sistema interno, de modo que el Up de los DPS posteriores sea inferior a este valor.
  • Dimensionar DPS secundarios para absorber eventuales componentes residuales, ubicándolos lo más cerca posible de las cargas sensibles.

Conviene que el fabricante del DPS proporcione información suficiente para permitir la correcta coordinación entre dispositivos de diferentes características.

Múltiples factores determinan el estrés al que estará sometido un DPS durante su vida útil. Entre ellos destacan la densidad de descargas atmosféricas en la región, la ubicación en la instalación, el tipo de sistema de puesta a tierra, la topología del circuito y el régimen operativo del sistema protegido.

Cuantificación Estadística y Evaluación Técnica

  1. Estimar, mediante métodos estadísticos y registros históricos, el nivel probable de solicitaciones por sobretensiones, incluyendo número anual de incidencias, energía media y picos.
  2. Analizar factores de reparto de corriente entre distintos DPS coordinados. Debe considerarse que el camino de menor impedancia conducirá la mayor fracción de la energía de la sobretensión.
  3. Seleccionar características nominales de Iimp, Imax, In y Uc adecuadas, teniendo en cuenta el estrés máximo previsto y las condiciones específicas del lugar.
  4. Considerar factores ambientales, temperatura ambiente y envejecimiento acelerado debido a regímenes severos de operación.

Una coordinación ineficiente puede provocar una transferencia indebida de energía a DPS de menor capacidad, perjudicando la selectividad y reduciendo la vida útil de los equipos.

Principales Condiciones Técnicas

En la selección del DPS en cada punto del sistema, se recomienda verificar las siguientes condiciones:

  • Nivel de protección (Up): Compatibilidad con la categoría de los equipos protegidos.
  • Tensión máxima de operación continua (Uc): Superior a la tensión máxima en régimen permanente.
  • Corriente de descarga e impulso (In, Iimp, Imax): Capacidad compatible con la energía de las sobretensiones incidentes.
  • Capacidad de soportar cortocircuitos: Adecuada al poder de interrupción del sistema electroenergético en el punto de instalación.

Ejemplo de Flujo para Selección y Coordinación

  1. Evaluación del riesgo y determinación de la necesidad de DPS primarios y secundarios.
  2. Definición de los valores de Up y Uc para cada ubicación.
  3. Especificación de las capacidades de corriente conforme al análisis de riesgo eléctrico.
  4. Verificación de las exigencias de coordinación cuando exista cascada de DPS.
  5. Ajuste de secciones de conductores y de la disposición física de los DPS conforme al proyecto ejecutivo.

Buenas Prácticas de Instalación

  • Garantizar que el DPS esté físicamente lo más cerca posible del punto de protección, minimizando trayectos de conexión.
  • Utilizar secciones mínimas de conductores adecuadas para la conexión de los DPS, conforme a la tabla normativa.
  • Si es necesario, proteger el DPS contra sobrecorrientes con dispositivos dedicados, garantizando una integración armónica con el sistema de protección.
  • Observar el tipo de sistema de puesta a tierra y ajustar la topología de protección de acuerdo con las exigencias técnicas y de seguridad.

Mantenimiento y Verificación

  • Inspeccionar regularmente el estado de los DPS, sustituyendo unidades que hayan sufrido degradación significativa.
  • Monitorizar indicadores integrados de estado y registrar intervenciones de mantenimiento preventivo y correctivo.
  • Realizar ensayos, cuando sea requerido, para comprobar la capacidad de respuesta de los dispositivos tras sobretensiones severas.

La gestión rigurosa de la coordinación y selección de DPS es un factor clave en la resiliencia de los sistemas eléctricos frente a eventos transitorios de alta energía. La correcta especificación, basada en evaluación técnica, parámetros normativos y respectiva coordinación energética, asegura una protección robusta para equipos y procesos, reduciendo costes con mantenimientos correctivos y paradas no programadas. La valorización de las prácticas descritas en este artículo contribuye a instalaciones más seguras, duraderas y adaptadas a regímenes operativos exigentes. Se recomienda que cada proyecto sea evaluado de forma singular, considerando particularidades técnicas y de riesgo, y que exista integración entre especificación, instalación y mantenimiento del sistema coordinado de DPS como parte del ciclo de gestión de activos eléctricos.