Cinco métodos de protección de los protectores contra sobretensiones
Métodos para la protección contra sobretensiones
1. Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) conectados en paralelo a través de las líneas eléctricas.
En condiciones normales, los varistores del protector contra sobretensiones permanecen en un estado de alta impedancia. Cuando la red eléctrica es alcanzada por un rayo o experimenta sobretensiones transitorias debido a operaciones de conmutación, el protector responde en nanosegundos, lo que provoca que los varistores cambien a un estado de baja impedancia, limitando rápidamente la sobretensión a un nivel seguro. Si se producen sobretensiones prolongadas, el varistor se degrada y se calienta, activando un mecanismo de desconexión térmica para prevenir incendios y proteger los equipos.
2. Protectores contra sobretensiones de tipo filtro en serie conectados en línea con circuitos de alimentación.
Estos protectores proporcionan energía limpia y segura para equipos electrónicos sensibles. Las sobretensiones causadas por rayos no solo transportan una gran cantidad de energía, sino también tasas de aumento de voltaje y corriente extremadamente pronunciadas. Si bien los protectores contra sobretensiones en paralelo pueden suprimir la amplitud de las sobretensiones, no pueden aplanar sus frentes de onda abruptos. Los protectores contra sobretensiones en serie con filtro, conectados en línea con los circuitos de alimentación, utilizan varistores de óxido metálico (MOV1, MOV2) para limitar las sobretensiones en nanosegundos. Además, un filtro LC reduce la pendiente de las tasas de aumento de voltaje y corriente de la sobretensión casi 1000 veces y reduce el voltaje residual cinco veces, protegiendo así los dispositivos sensibles.
3. Instalación de varistores limitadores de tensión entre fases y líneas para limitar las sobretensiones transitorias.
Este método funciona bien para iluminación, ascensores, aires acondicionados y motores, que tienen mayor capacidad de soportar sobretensiones. Sin embargo, es menos eficaz para la electrónica compacta moderna con alta integración. Por ejemplo, en sistemas monofásicos de 220 V CA, los varistores se instalan normalmente entre el neutro y tierra para absorber los picos de descarga inducidos por rayos. La eficacia de la protección depende totalmente de la selección y fiabilidad del varistor.
La tensión de sujeción se establece en función de la tensión máxima de la red (310 V), teniendo en cuenta:
- Fluctuaciones de la red del 20%,
- Tolerancia de componentes del 10%,
- 15% de factores de fiabilidad (envejecimiento, humedad, calor).
Por lo tanto, los niveles de sujeción típicos oscilan entre 470 V y 510 V. Las sobretensiones inferiores a 470 V no se ven afectadas.
Si bien los equipos eléctricos estándar (por ejemplo, motores, iluminación) pueden soportar 1500 V CA (2500 V de pico), la electrónica moderna funciona a ±5 V a ±15 V, con tolerancias máximas inferiores a 50 V. Los picos de alta frecuencia inferiores a 470 V pueden acoplarse a través de capacitancias parásitas en transformadores y fuentes de alimentación, dañando los circuitos integrados. Además, debido a la tensión residual del varistor y la inductancia de los cables, las sobretensiones fuertes pueden elevar los niveles de limitación a 800 V-1000 V, poniendo aún más en peligro los componentes electrónicos.
4. Mejora de la protección con transformadores de ultraaislamiento (método de aislamiento)
Se inserta un transformador de aislamiento blindado entre la fuente de alimentación y la carga para bloquear el ruido de alta frecuencia y, al mismo tiempo, permitir una correcta conexión a tierra del secundario. La interferencia de modo común, relativa a tierra, se acopla a través de la capacitancia entre los devanados. Un blindaje conectado a tierra entre los devanados primario y secundario desvía esta interferencia, reduciendo el ruido de salida.
5. Método de absorción
Los componentes absorbentes suprimen las sobretensiones cambiando de alta a baja impedancia cuando se superan los voltajes umbral. Los dispositivos comunes incluyen:
- Varistores – Capacidad limitada para manejar corriente.
- Tubos de descarga de gas (GDT)– Respuesta lenta.
- Diodos TVS / Tubos de descarga de estado sólido – Más rápido, pero con desventajas en la absorción de energía.
