¿Cómo elegir la protección contra sobretensiones trifásica ideal?

Una vez perdí una placa CNC de 40.000 dólares por no comprar un controlador de velocidad de 200 dólares. Aquel error me enseñó a elegir el correcto.

Elijo un protector contra sobretensiones trifásico verificando su Uc, In, Imax, Iimp, Up, carcasa y certificaciones. La unidad debe coincidir con el voltaje de mi sistema, soportar la sobretensión máxima y ser compatible con mi panel eléctrico.

Sigue leyendo y te mostraré la lista de verificación exacta que le doy a cada comprador que me pide un presupuesto.

¿Qué es un protector contra sobretensiones trifásico?

Envío miles de estas cajas cada mes, pero la mayoría de los compradores aún me preguntan qué hay dentro.

Un protector contra sobretensiones trifásico es una caja metálica que contiene varistores de óxido metálico y tubos de gas. Desvía el exceso de voltaje a tierra para que la sobretensión no llegue a mis motores, variadores o PLC.

Cómo nombro las partes internas

Abro una de nuestras unidades Leikexing en mi mesa de trabajo. Verán tres o cuatro varistores conectados entre L1-L2, L2-L3, L3-L1 y cada línea a tierra. Un pequeño fusible térmico se encuentra en cada disco del varistor. Si el disco se sobrecalienta, el fusible se funde y salta una bandera roja. Esta bandera me da una señal visual rápida de si funciona o no cuando recorro el panel.

Por qué elijo el modo 3+1 para la mayoría de las plantas.

Mi cliente alemán utiliza redes TN-S de 400 V. Solicita la configuración 3+1: tres varistores para la protección entre fases y uno para la protección entre neutro y tierra. Esta configuración me proporciona la misma protección para fase y neutro. Si utilizara solo la configuración 3+1, una sobretensión entre neutro y tierra aún podría afectar a su PLC. El coste adicional de 8 dólares es menor que una hora de inactividad.

Cómo leo la etiqueta en diez segundos

Enseño a los compradores a leer la etiqueta al revés mientras el producto aún está en la caja. Busquen estos cinco números:

Si falta algún número, le pido al proveedor una hoja de prueba. Sin hoja, no hay compra.

¿Cómo funciona un dispositivo de protección contra sobretensiones trifásico?

Todavía recuerdo la primera vez que vi un pico de 40 kA en un osciloscopio. La línea de voltaje subía como un cohete.

Mi dispositivo de protección contra sobretensiones trifásico funciona como un interruptor rápido. Cuando la tensión de línea supera su nivel de limitación, la resistencia del varistor cae de megaohmios a ohmios en nanosegundos. Cortocircuita la sobretensión a tierra y se restablece cuando la tensión vuelve a la normalidad.

La curva de sujeción que dibujo para los compradores

Dibujo una línea sencilla en la pizarra. A la izquierda, 230 V RMS; a la derecha, 1 kV. Trazo una línea plana a 700 V. Esa línea plana representa la tensión de paso o tensión de salida. Cualquier valor superior a esa línea se quema en el varistor, no en el variador. Les digo a los compradores: «El variador solo detecta la tensión que está por debajo de esa línea plana».

Por qué la velocidad supera al tamaño.

Un varistor grande puede soportar más energía, pero también es más lento. Compruebo dos unidades simultáneamente: un disco de 40 mm y otro de 34 mm. La unidad más pequeña limita la tensión en 50 V menos debido a la menor longitud de sus terminales. Para servomotores, siempre elijo el disco más pequeño y rápido, aunque cueste un 5 % más. El ahorro en tiempo de inactividad se amortiza en una semana.

Donde coloco el vínculo con la tierra

Una vez visité una instalación en el Reino Unido donde los protectores contra sobretensiones (SPD) se disparaban constantemente. El instalador había conectado un cable de tierra de 10 m a la barra principal. La inductancia del cable añadía 600 V a la tensión de paso. Trasladé la toma de tierra del SPD a una barra de cobre de 50 mm² justo al lado del panel. La siguiente sobretensión no afectó a los variadores. La distancia a tierra es más importante que la marca.

Aplicación de protectores contra sobretensiones industriales trifásicos

El mes pasado entré en una planta de procesamiento de alimentos francesa. Todos los motores de las cintas transportadoras estaban averiados después de una tormenta. No habían instalado los protectores contra sobretensiones (SPD) en el alimentador del centro de control de motores (MCC).

Instalo dispositivos de protección contra sobretensiones trifásicos en los alimentadores principales, los subpaneles y en la máquina. La unidad principal consume el 80 % de la energía, la del subpanel el 15 %, y la unidad local protege el PLC. Esta configuración en cascada mantiene mi línea operativa las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Las tres capas que dibujo para cada proyecto

El costo total de una línea de 500 kW es inferior a $400. Un variador de frecuencia averiado cuesta $3200. El retorno de la inversión es de 8:1 incluso si solo se produce una sobretensión al año.

Por qué nunca mezclo SPD y VFD en una misma caja.

El calor es el principal problema. Un variador de frecuencia (VFD) funciona a 60 °C en su interior. Un protector contra sobretensiones (SPD) reduce su capacidad un 1 % por cada grado Celsius por encima de los 40 °C. Si instalo el SPD dentro de la caja del VFD, su capacidad de 40 kA se reduce a 25 kA. Lo instalo en la pared exterior izquierda, con un espacio libre de aire de 200 mm. La unidad se mantiene fría y aún así cumplo con la protección IP54 con una pequeña cubierta.

Cómo gestiono la energía solar en la misma planta.

La misma instalación francesa cuenta con un sistema solar fotovoltaico de 200 kW en el tejado. El inversor se conecta a la misma placa principal. Las cadenas solares pueden generar sobretensiones. Instalo un protector contra sobretensiones de CC en el combinador de cadenas y un protector contra sobretensiones de CA en la salida del inversor. Ambas unidades comparten la misma barra de tierra que el protector principal. Una toma de tierra, una pinza amperimétrica, sin problemas.

Principio de funcionamiento del protector contra sobretensiones trifásico

Me encanta destrozar un disco varistor con un martillo después de que haya cumplido su función. En su interior se ve arena cerámica negra. Esa arena es la protagonista.

Mi dispositivo de protección contra sobretensiones trifásico funciona mediante división de voltaje. Con un voltaje normal de 400 V, el varistor actúa como un interruptor abierto. Cuando una sobretensión eleva cualquier línea por encima de 700 V, el varistor limita y divide la energía de la sobretensión entre los circuitos línea-tierra y línea-neutro. Tras la sobretensión, vuelve a su estado de alta resistencia y espera la siguiente sobretensión.

La cronología en nanosegundos que imprimo para los compradores

Pego esta hoja en el interior de la puerta del panel. A los electricistas les encanta porque así pueden ver por qué no saltó la alarma: la unidad se reinició, por lo que la sobretensión fue breve.

Por qué elijo un Uc de 275 V para sistemas de 230 V.

Un sistema de 230 V puede alcanzar los 253 V en un día soleado. Si elijo una Uc de 275 V, tengo un margen de 22 V. Una Uc de 320 V me daría un margen de 67 V, pero la tensión de paso aumenta 120 V. Prefiero un margen más ajustado para obtener una tensión de sujeción más baja. En diez años, no hemos tenido ningún disparo falso en unidades de 275 V. La teoría está bien, pero los datos de campo son más fiables.

Cómo pruebo un lote antes de que salga de mi fábrica.

Construí un laboratorio de sobretensiones de 60 kA y 8/20 µs en Wenzhou. Cada lote se somete a una prueba de muestra. Someto la unidad a una sobretensión de 60 kA tres veces y luego mido la señal de salida. Si la señal de salida varía más del 10 %, rechazo el lote. Los compradores reciben el informe de prueba por correo electrónico incluso antes de que el contenedor salga del muelle. Ese informe es mi garantía de calidad.

4 señales de que debería reemplazar su protector contra sobretensiones trifásico

El año pasado visité una panadería en el Reino Unido. La ventana del sistema SPD estaba apagada, pero el gerente de planta dijo: "Sigue iluminada en verde, así que debe estar bien". Dos semanas después, el PLC del horno se estropeó.

Reemplazo mi protector contra sobretensiones trifásico cuando la ventana está roja, el fusible térmico está abierto, el varistor está agrietado o la hoja de prueba muestra una deriva ascendente superior al 10 %. Cualquiera de estas señales indica que la unidad no podrá bloquear la siguiente sobretensión.

La comprobación visual de un segundo que enseño

Les pido a todos los electricistas de turno que hagan lo siguiente: abrir el panel, mirar la ventana del SPD y cerrar el panel. Si la ventana no está en verde, anotan el número de etiqueta del SPD en la pizarra. Envío las unidades de repuesto al almacén de la obra. El cambio lleva cinco minutos y no se necesitan herramientas. Lo hacemos como si cambiáramos una bombilla.

Cómo utilizo un amperímetro de pinza para detectar desgaste oculto

A veces, la ventana sigue verde, pero el varistor está desgastado. Conecto el cable de tierra y aplico un pico de tensión a la línea con un comprobador de aislamiento de 500 V. Si la corriente de tierra es inferior a 0,5 mA, el varistor aún funciona correctamente. Si es superior a 2 mA, significa que ha empezado a tener fugas. Anoto el valor y reemplazo la unidad en la siguiente parada programada. Esta prueba lleva dos minutos y evita una llamada de emergencia a las 2 de la madrugada.

La etiqueta de fecha que pego en cada unidad

Imprimo una pequeña etiqueta con la fecha de instalación y un código QR. El código enlaza con una hoja de cálculo de Google. La hoja muestra la fecha de instalación, la fecha de la última prueba y la fecha de vencimiento. Cuando la unidad cumple cinco años, mi sistema me envía un correo electrónico. Le escribo al comprador: «Su SPD tiene cinco años. El precio sigue siendo de 85 dólares. ¿Le gustaría que añada dos unidades a su próximo pedido?». La mayoría de los compradores responden «Sí» en menos de diez segundos.

¿Cómo elegir los protectores contra sobretensiones trifásicos ideales?

Recibo este correo electrónico casi a diario: «Jason, dame tu mejor precio». Le respondo con seis preguntas. Cuando el comprador contesta, le envío un presupuesto de una sola línea. El trato se cierra en una hora.

Elijo el protector contra sobretensiones trifásico ideal comparando cinco parámetros con mi sistema: voltaje, corriente de cortocircuito, sobretensión prevista, grado de protección IP y lista de certificados. Luego, solicito al proveedor una hoja de pruebas y una garantía de cinco años. Si recibo ambos documentos en un día, realizo la compra.

La guía rápida de 5 pasos que envío a los compradores

Copio estas cinco líneas en el correo electrónico. El proveedor responde: «Sí, cumplimos con todos los requisitos», o bien edita una línea. Sin rodeos ni folletos en PDF.

Por qué nunca busco el precio más bajo

Calculo el coste total de propiedad: precio + flete + aranceles + coste de una parada de producción. En Alemania, una hora de parada en la línea de producción automotriz cuesta 40 000 €. Un SPD de 65 € que falla me cuesta 615 veces su precio. Pago 85 € por una unidad con certificado TUV y stock local. Los 20 € adicionales son mi seguro.

Cómo consigo un acuerdo de precio por dos años

Le digo al comprador: “Haga dos pedidos en un solo contenedor. Mantengo el precio durante 24 meses”. El comprador ahorra 2000 dólares en flete y se protege del aumento de precio del cobre. Cargo 500 piezas en nuestro almacén de Wenzhou con su etiqueta. Cuando me llama, envío en 48 horas. Ambos duermen tranquilos.

Conclusión

Perdí dinero con las sobretensiones, así que escribí esta lista de verificación. Úsala, elige el SPD adecuado y evita el próximo problema antes de que te afecte. Escríbeme a caroline@leikexing.com y te enviaré una muestra gratuita hoy mismo.