Protección contra sobretensiones – Parte I

Califica este artículo

Introducción

Las sobretensiones destruyen a menudo instalaciones y aparatos eléctricos y electrónicos. Los daños no solo se limitan a las instalaciones industriales y profesionales sino que también se extienden hasta los aparatos de uso diario en el hogar.
Sin medida de protección eficaz contra sobretensiones hay que calcular altos costos para reparación o nueva adquisición de los dispositivos afectados.

De esta manera es comprensible que las medidas de protección para evitar destrucciones debidas a sobretensiones resulten interesantes, tanto para el hogar como para el campo industrial o profesional. Un concepto de protección eficaz contra sobretensiones abarca los campos de la alimentación de corriente, instalaciones telefónicas, instalaciones de antenas, instalaciones de recepción así como la técnica de procesamiento de datos y de mando. Es importante que todos los conductores que están conectados en un aparato se conecten con un descargador de sobretensiones apropiado.

Considerando el valor total a proteger, la instalación de aparatos de protección adecuados se amortiza por regla general, al evitar tan solo una vez la destrucción de una instalación electrotécnica o de un aparato.
Los aparatos de protección contra sobretensiones actúan no obstante múltiples veces, siempre que los parámetros de potencia no sean sobrepasados, de manera que el usuario obtiene un aprovechamiento esencialmente superior.

Generalidades

Las sobretensiones transitorias se originan como consecuencia de descargas de rayos, maniobras de conmutación en circuitos eléctricos y descargas electrostáticas. La energía que aporta la descarga de un rayo no puede ser soportada por la más robusta construcción de una alimentación de baja tensión de un edificio ni por una instalación industrial, sin medidas de protección mediante descargadores de corrientes de rayo y descargadores de sobretensiones. Las sobretensiones actúan temporalmente en el lapso de millonésimas de segundo. A pesar de todo, estas tensiones, a menudo sumamente altas, destruyen circuitos electrónicos o el aislamiento entre las pistas de circuitos impresos.

Aunque un aparato eléctrico o electrónico haya aprobado el ensayo de resistencia a tensiones eléctricas, aún no está en condiciones para poder soportar, sin destrucción, todos las acciones ambientales en cuanto a la compatibilidad electromagnética.

Para evitar que las sobretensiones puedan destruir instalaciones eléctricas, todos las interfases en peligro como entrada de señales y alimentaciones de baja tensión tienen que conectarse con aparatos de protección contra sobretensiones.

Según el caso de aplicación, se disponen componentes como, descargadores de arco, descargadores gaseosos, varistores y diodos supresores de manera individual o combinados en un circuito, ya que los componentes se diferencian en los datos de derivación y limitación.
Con la denominación “círculo de protección eficaz” (fig. 1) se especifica una medida completa para protección contra sobretensiones.

El primer paso para elaborar un concepto de este tipo es la inclusión de todos los aparatos y zonas de la instalación a proteger. Luego se evalúa el nivel de protección necesario de todos los aparatos incluidos. Fundamentalmente se distinguen los distintos tipos de circuitos según los siguientes campos:

– Alimentación de corriente
– Técnica de medida, control y regulación (MCR)
– Instalaciones de procesamiento de datos
– Telecomunicación
– Equipos emisores-receptores.

La instalación o aparato a proteger tiene que incluirse dentro de un círculo de protección imaginario, tal como representa la figura. En todos los puntos de corte “línea – círculo de protección” tienen que instalarse aparatos de protección contra sobretensiones que correspondan a los datos nominales del tipo de circuito o a la interfase del aparato a proteger correspondiente. De esta manera, la zona interior del círculo de protección queda protegida de forma que no es posible un acoplamiento de sobretensiones desde el exterior.

Causas de sobretensiones

Las sobretensiones se originan, en la mayoría de los casos, a través de maniobras de conmutación en instalaciones eléctricas y por descarga electrostática.
Por lo demás, las descargas de rayos y con eso las destrucciones resultantes de instalaciones eléctricas y electrónicas debidas a interferencias electromagnéticas adoptan uno de los primeros puestos en las estadísticas de desperfectos de las compañías de seguros.
El acoplamiento de sobretensiones de un sistema a otro puede ser galvánico, inductivo o capacitivo.

Propagación de las sobretensiones

Acoplamiento galvánico: por medio de las impedancias comunes se acoplan sobretensiones galvánicamente desde una lugar hacia otro.
Las altas amplitudes de corrientes de rayo causan una sobretensión a través de la resistencia de tierra de una conexión equipotencial entre dos aparatos conectadas.
En los conductores que pasa una corriente de rayo se genera adicionalmente una sobretensión, que a causa de la gran velocidad de aumento de corriente se puede atribuir, según la ley UL = L .di/dt, esencialmente a la componente inductiva.

Acoplamiento inductivo: el acoplamiento inductivo en una línea tiene lugar a través del campo magnético según el principio del transformador. Una sobretensión provoca una corriente transitoria en un conductor con una alta velocidad de aumento de la di/dt. Al mismo tiempo, alrededor de este conductor se genera un campo magnético (función del primario de un transformador). En conductores aledaños que se encuentran en la zona activa del campo magnético, se induce una sobretensión (función del secundario de un transformador).

Acoplamiento capacitivo: el acoplamiento capacitivo tiene lugar, en principio, a través del campo eléctrico entre dos puntos con gran diferencia de potencial. Una parte o un aparato eléctricamente conductor [1] es puesto a un alto potencial debido a la descarga de un rayo, p.ej. la barra colectora de un pararrayos. Se genera un campo eléctrico entre [1] y otras partes con potencial inferior [2], p.ej. una línea de alimentación o de transmisión de señales dentro del edificio. La tensión entre [1] y [2] tiende a igualarse lo que conduce al transporte de una carga. Esto aporta un ascenso de tensión en la línea afectada [2] y en el aparato conectado a ésta.

Gentileza Phoenix Contact – Argentina