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¿Qué que se debe analizar al comprar un supresor de transientes de sobrevoltaje?
Abr
Como hemos discutido en artículos anteriores un supresor de transientes de sobrevoltaje SPD, es un dispositivo que está diseñado para limitar los transientes de sobrevoltaje producidos tanto externa como internamente, con el objetivo de prevenir daños a la instalación eléctrica y/o a equipos.
No todos los dispositivos SPDs son iguales, y los diferentes fabricantes ofrecen diferentes opciones que pueden variar significativamente tanto en precio como en desempeño técnico.
[rml_read_more]Es por ello que se debe evaluar las características técnicas del SPD para definir la mejor opción para mi aplicación, y la mejor opción en una relación costo/beneficio.
Algunos de los factores que recomendamos evaluar con detenimiento antes de realizar una compra de un supresor de transientes de sobrevoltaje SPD son:
| • Corriente de Interrupción Disponible (AIC) (Siglas en Inglés para Available Interrupting Current) | • Índices de Corriente de Corto Circuito (SCCR) (Siglas en inglés para Short-Circuit Current Ratings) |
| • Capacidad de Corriente Transiente (kA) | • Voltaje de Activación (Clamping voltaje) |
| • Voltaje Residual (Let Through Voltage) | • Tiempo de respuesta |
| • Filtro Aumentado de Seguimiento de Onda | • Garantía, condiciones y reemplazo gratuito |
| • Tipo del Supresor de Transiente | • Cumplimiento de Normativa |
Seguidamente vamos a explicar brevemente en que consiste cada uno, y su importancia en la selección de un dispositivo de protección contra transientes:
Corriente de Interrupción Disponible (AIC)
AIC, evalúa la capacidad del SPD de mantener la integridad si se produce una condición de fallo aguas abajo del punto de conexión.
Algunos SPDs incorporan dispositivos de protección de sobre corriente internamente (tales como fusibles 200 KAIC). Para los SPD fabricados sin la protección de corriente de falla, esa protección debe proporcionarse.
Este valor es importante, porque limita o habilita la instalación de un SPD con conexión directa sin requerir un disyuntor o fusibles adicionales.
Índices de Corriente de Corto Circuito (SCCR)
El índice de corriente de corto circuito (SCCR), es la capacidad de corriente de falla que el SPD puede soportar con seguridad, en el punto de conexión, sin que se vea afectado de alguna forma.
El SCCR máximo de un supresor de transientes de sobrevoltaje SPD, debe ser siempre igual o mayor que la corriente de falla disponible en el punto de conexión eléctrico.
Este valor es necesario porque se debe conocer la corriente de falla disponible en el punto de conexión así como el índice de corriente de corto circuito del SPD a instalar, para determinar si se puede instalarlo de manera segura.
Es muy importante que el lector tenga claro que para la selección de un dispositivo de protección contra transientes de sobrevoltaje, SPD, hay que entender la diferencia entre AIC el SCCR y los KA de corriente transiente. Usualmente estos valores generan confusión y son mezclados indiscriminadamente, lo que puede ocasionar fallos en la operación y reducción en la eficacia del SPD.
Capacidad de Corriente Transiente (kA)
Como vimos en artículos anteriores, cuando un SPD detecta un transiente de sobrevoltaje, los MOVs se convertirán en conductores. Esto es necesario para mantener la alta corriente del impulso lejos de la carga y eventualmente desviarla a tierra. La cantidad nominal que el SPD puede desviar de forma segura, sin dañarse, es llamada capacidad de corriente de transiente del SPD. La capacidad de corriente transiente se mide generalmente en miles de amperios (kA) y puede ser encontrado en las fichas técnicas de los SPDs como la capacidad máxima por modo (L-N, L-T, N-T, L-L), por fase o como el total para todo el dispositivo (que usualmente lo que hacen algunos fabricantes es sumar la capacidad por fase).
En las especificaciones de un SPD esta capacidad de corriente puede mostrarse de dos formas como Iimp y como Imax.
Iimp (Corriente de Impulso de Rayo) es el valor máximo de una forma de onda de corriente de 10/350. Esta prueba se realiza aplicando la corriente máxima, y utilizando una forma de onda de larga duración (10/350 μs) que simula un rayo directo.
Imax (Corriente de descarga máxima) es el valor máximo de una forma de onda de 8/20. Una forma de onda de corta duración (8/20 μs) que representa un rayo indirecto o remoto o simula efectos de operaciones de conmutación e interferencias parasitarias.
La selección del SPD con la capacidad de corriente de transiente adecuada para la aplicación prevista, es clave para garantizar una vida útil más larga del SPD. Y además, hay que tener claro que este valor no implica un mayor o menor desempeño del SPD, es decir que no se va a mejorar el desempeño del SPD aumentando su tamaño, y más bien hay que buscar durante el diseño, un balance costo/beneficio entre capacidad de corriente transiente, ubicación y precio.
Voltaje de Activación (Clamping voltaje)
El voltaje de activación (clamping), en el voltaje al que un SPD comienza a operar limitando el sobrevoltaje transitorio. Los límites del voltaje de activación son fijos, un nivel de voltaje fijo por encima del pico positivo del seno de la forma de onda de voltaje y otro por debajo del pico negativo de la onda sinusoidal de voltaje, como se muestra en la figura #1. Este nivel de voltaje de activación es establecido por el fabricante del SPD para dar suficiente «espacio libre» para asegurar que el SPD tolerará las fluctuaciones normales en el voltaje, y no interactuará con el voltaje a 60Hz.
Es importante entender este concepto, debido a que una vez que un transiente de sobrevoltaje alcanza el nivel preestablecido del voltaje de activación, es cuando el SPD se activa, comienza a operar y comienza a suprimir el voltaje transiente.
Voltaje Residual (Let Through Voltage)
Voltaje residual (let through voltaje), es el parámetro más importante para seleccionar un SPD. se refiere a la cantidad de sobrevoltaje transiente que pasa a la carga, luego de haber pasado por un supresor de transientes de sobrevoltaje.
Es importante tener claro que los supresores de transientes de sobrevoltaje, proporcionan protección contra transientes de sobrevoltaje, limitando el voltaje transiente que podría llegar a destruir el equipo sensible. Sin embargo siempre va a quedar un voltaje residual que puede llegar al equipo y aún causar daño.
La cantidad de voltaje residual que todavía puede llegar al equipo sensible, puede variar por muchos factores, sin embargo uno importante va a ser la calidad de diseño y fabricación del dispositivo de protección de transientes.
La ANSI / IEEE desarrolló una serie de pruebas precisamente para medir este valor residual o valor de corte del voltaje del supresor de transientes. Estos estándares definen tanto los métodos y equipamiento para realizar las pruebas, como la caracterización de los resultados obtenidos. A saber son la ANSI/IEEE C62.41.1-2002, ANSI/IEEE C62.41.2-2002 y la ANSI/IEEE C62.45-2002. Los fabricantes deberían proveer esta información en sus hojas de datos o como documentos adicionales, para que el usuario pueda comparar los resultados obtenidos y por consiguiente el desempeño de los supresores de transientes.
Al evaluar estas tablas de resultados, hay que tener cuidado en verificar el cumplimiento tanto en la forma de realizar la prueba, como en la de reportar los resultados, es decir que se indique claramente el cumplimiento de los tres estándares, ya que algunos fabricantes realizan las pruebas a su conveniencia y publicar los resultados de igual forma. Los estándares garantizan uniformidad, para poder comparar equitativamente.
Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta es otra característica que a menudo se encuentra en las especificaciones técnicas de los fabricantes de supresores de transientes de sobrevoltaje. Sin embargo, ni NEMA ni IEEE lo utilizan como una especificación para los SPD. Todos los SPDs tienen suficiente tiempo de respuesta para activarse y poder cortar los transientes de sobrevoltaje.
El tiempo de respuesta de un MOV ó un SAD es de pico o nanosegunos, por eso se utilizan para la protección de transientes, como lo vimos en el artículo #4, sin embargo hay que tener presente que el tiempo de respuesta del SPD es mayor que el de sus componentes. Este tiempo de respuesta se ve afectado por el cableado y la conexión interna.
En general el tiempo de respuesta no es un criterio muy certero para utilizar cuando se especifica/evalúa un SPD, sin embargo, cuando el fabricante ofrece tiempos de respuesta arriba de 1nS, podría ser que sea un SPD de bajo costo, y por consiguiente los otros factores como el voltaje de corte deben analizarse con mayor detalle.
Filtro Aumentado de Seguimiento de Onda
Este parámetro es otro muy importante, especialmente al diseñar escudos de protección.
Como discutimos en artículos anteriores la gran mayoría de los SPDs están construidos con Varistores de Óxid o de Metal (MOVs), como principal componente de supresión. Sin embargo para una protección mejorada y mejor desempeño se utilizan los SPDs con diseño híbrido. Estos SPDs híbridos, tienen MOVs combinados con filtrado capacitivo, y tienen las ventajas de que reaccionan más rápido a los transientes de sobrevoltaje, incluyendo y en especial los de baja magnitud. Debido a que los capacitores se activan instantáneamente ante cualquier variación alta de la frecuencia, y de forma independiente de la magnitud del transiente, los hace ideales para protección contra los transientes de baja magnitud y alta frecuencia, que usualmente son los más recurrentes y comunes en una instalación eléctrica.
Esta combinación se le conoce como filtrado aumentado de seguimiento de onda o filtro de respuesta a alta frecuencia.
El filtrado aumentado de seguimiento de onda, está diseñado para direccionar inmediatamente los transientes de sobrevoltaje oscilatorios (y los de alta frecuencia y corta duración). La circuitería de seguimiento de onda sinusoidal no funciona con “límites inferior y superior”, como opera normalmente un SPD y como se muestra en la figura #1. Se comporta como una envolvente de protección de la forma de onda.
Los SPDs con «filtro aumentado de seguimiento de onda» son dispositivos que proveen una envolvente a la onda de voltaje, y cuya función principal es atenuar los transientes de sobrevoltaje de alta frecuencia, en lugar de filtrar o eliminar. Este “filtro” tampoco debe confundirse con un filtro EMI / RFI., como cuando se hace referencia por algunos fabricantes al UL 1283. Sin entrar en mucho detalle, hay que notar que estándar UL 1283, en su alcance, punto 1.4, señala claramente: “Estos requisitos no cubren supresores de sobretensión transitoria voltaje.” Por tal motivo el filtro según UL 1283 no debe considerarse un plus al seleccionar un SPD.
La diferencia del filtro “normal superior/inferior” y el filtro de seguimiento de onda, se muestra en la siguiente imagen.
En pruebas y mediciones realizadas, es altamente recomendable instalar SPDs con este filtrado, ya que cerca del 80% de los transientes que se registran son oscilatorios amortiguados, de baja magnitud y alta frecuencia, y el filtrado a demostrado resultados muy favorables en la supresión de estos eventos.
Tipo del Supresor de Transiente
Hay tres diferentes tipos de SPDs, de acuerdo al estándar UL 1449 3era edición.
Tipo 1. Los SPDs con cable para conexión y conectados de forma permanente, para ser instalados entre el secundario del transformador y el lado de línea del dispositivo de protección contra sobrecorriente del tablero o centro de carga principal, así como también para ser instalado del lado de la carga. Los SPD de tipo 1 deben estar listados sin requerir el uso de un dispositivo externo de protección contra sobrecorriente, para su instalación.
Tipo 2. SPDs conectados de forma permanente y con cable para la conexión, para ser instalados en el lado de carga del dispositivo de protección contra sobrecorriente del tablero o centro de carga principal. Estos SPDs también se pueden instalar en el del tablero o centro de carga principal, pero deben instalarse en el lado de carga del dispositivo principal de protección contra sobrecorriente de servicio. Los SPD de tipo 2 pueden o no requerir un dispositivo de protección de sobrecorriente, debe revisarse su registro para comprobarlo.
Tipo 3. Estos SPDs se denominan «SPDs de punto de utilización”. Estos SPDs tienen una baja capacidad de descarga. Por lo tanto, deben instalarse obligatoriamente como complemento del SPD Tipo 2 y en las proximidades de cargas sensibles. Típicamente, estos SPDs son regletas de protección conectadas por cable, SPD de conexión directa o receptores tipo SPD
El tipo de supresor es importante al hacer el diseño de protección, para garantizar que se pueda utilizar en el punto de instalación que requiero proteger, considerando un escudo de protección en cascada, que veremos en detalle en un artículo posterior.
Cumplimiento de Normativa
Como revisamos anteriormente, la normativa es importante para garantizar la seguridad del dispositivo y de mi instalación eléctrica, por un lado, y por el otro para poder comparar y verificar el desempeño del SPD que está en evaluación.
De ahí que las normativas más importantes son:
El fabricante debe presentar información detallada de cada una de estas normas en su información técnica, para garantizar la seguridad del SPD y su eficacia de protección.
Garantía, condiciones y reemplazo gratuito.
Hace muchos años se hablaba de que el SPD podía fallar y era normal que lo hiciera, “sacrificándose” para proteger los equipos sensibles.
Sin embargo esto no es una afirmación correcta, porque una vez que el SPD falla, queda desprotegido el equipo sensible de un nuevo evento transiente. Los transientes de sobrevoltaje pueden llegar en cualquier momento y sin ningún aviso previo, ese es su comportamiento normal, como discutimos ampliamente en artículos anteriores.
En la actualidad las garantías de los supresores de transientes, implican el reemplazo gratuito del dispositivo SPD en caso de falla. Como es obvio suponer, no es negocio para los fabricantes cambiar los SPDs constantemente, esto ha llevado a que los SPDs con este tipo de garantía, se fabriquen más robustos y con mejor manejo de energía, lo que permite que operen bajo diferentes condiciones de calidad de suministro, cumpliendo su función y sin dañarse, garantizando y aumentando la confiabilidad de protección, de los equipos críticos / sensibles.
Entre mayor sea esta garantía, mayor será la confiabilidad que el usuario podrá tener del SPD.
En el siguiente link puede ver nuestro artículo anterior referente a tecnología IOT y M2M
