¿Cómo elegir el dispositivo de protección contra sobretensiones monofásico adecuado?

¿Cómo elegir el dispositivo de protección contra sobretensiones monofásico adecuado?

Quemé dos cafeteras y un controlador CNC de 3.800 dólares antes de admitir que no tenía ni idea de lo que era una sobretensión.

Para elegir un protector contra sobretensiones monofásico, me baso en tres parámetros: corriente máxima de sobretensión (kA), nivel de protección de voltaje (VPR) y capacidad de cortocircuito (SCCR). Si estos parámetros coinciden con el tamaño del interruptor y la sensibilidad de la carga, el dispositivo tendrá una vida útil mayor que la del equipo que protege.

Sigue leyendo si quieres el mismo filtro de tres minutos que yo uso para no volver a perder el tiempo con la hoja de datos equivocada.

¿Comprende la energía monofásica?

Antes pensaba que "monofásico" significaba un solo cable, hasta que se me fundió un fusible y vi dos cables más la toma de tierra en el panel.

La alimentación monofásica es el servicio de dos conductores de 230 V o 120 V que abastece a hogares y pequeños comercios. Un conductor de fase, un neutro y una onda sinusoidal repetitiva proporcionan toda la energía necesaria para luces, ordenadores portátiles y tornos.

Por qué importa la forma de la onda

La onda sinusoidal alcanza un pico de 325 V en un sistema de 230 V. Una sobretensión se superpone a ese pico y puede llegar a 600 V en microsegundos. Si su protector contra sobretensiones (SPD) está clasificado para 275 V RMS, se activará prematuramente y recortará la parte superior de la onda. Si elige un modelo de 420 V por ser más económico, la sobretensión llegará directamente a su variador de frecuencia (VFD). Siempre llevo un osciloscopio de bolsillo en mi caja de herramientas; con solo observar la onda recortada, sé si elegí la clase de voltaje correcta.

Tabla 1: Tensiones monofásicas comunes frente a la clase de tensión SPD recomendada

¿Qué es un sistema de protección contra sobretensiones monofásico?

Le dije a mi comprador que un protector contra sobretensiones no era más que una regleta sofisticada; él me envió la factura de reparación de una cortadora láser.

Un dispositivo de protección contra sobretensiones monofásico es una unidad compacta que se instala junto al panel de disyuntores. En su interior, los varistores de óxido metálico (MOV) o los tubos de gas desvían el exceso de corriente a tierra en menos de 25 nanosegundos, manteniendo las cargas por debajo de su tensión de resistencia.

Partes que puedes ver

Al abrir la carcasa de plástico, encontrarás tres discos con forma de moneda. Esos son los varistores (MOV). Junto a cada disco hay un fusible térmico; si el varistor se sobrecalienta, el fusible se funde y el LED verde se apaga. Una vez, al abrir una unidad defectuosa, vi que el cable del fusible había desaparecido y el varistor se había ennegrecido. Esa comprobación visual me evitó tener que reinstalar un protector averiado.

Tabla 2: Partes internas y qué las mata

¿Cómo funciona un dispositivo de protección contra sobretensiones monofásico (SPD monofásico)?

Observé un pico de 40 kA en mi registrador de datos; el voltaje en la toma de corriente solo aumentó 90 V en lugar de 1200 V.

El dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) se ubica entre la línea y el neutro, y entre la línea y la tierra. Cuando se produce una sobretensión, sus componentes internos cambian a un estado de baja impedancia en nanosegundos. La corriente de la sobretensión viaja a través del SPD, no a través de la impresora, y la tensión de sujeción se mantiene por debajo del umbral de daño de la carga sensible.

La curva de sujeción

Cada varistor tiene una curva que muestra la relación voltaje-corriente. A 1 mA, el varistor comienza a conducir; a 1 kA, el voltaje aumenta un 50 %. Superpongo esa curva sobre la especificación de resistencia de mi CNC. Si la CNC falla a 800 V y el varistor alcanza los 820 V a 3 kA, cambio a un varistor de mayor capacidad o añado una segunda etapa. Nunca me fío solo del catálogo; trazo las dos curvas y busco la discrepancia.

¿Principio de funcionamiento de un protector contra sobretensiones monofásico?

Antes pensaba que el concepto de "principio de funcionamiento" era pura palabrería de marketing, hasta que descubrí una chispa que saltaba a través de un bloque de terminales.

Su funcionamiento se basa en un simple colapso de impedancia. Bajo tensión normal, el protector contra sobretensiones (SPD) se comporta como un circuito abierto. Cuando la sobretensión añade energía adicional, los molares del varistor se rompen, provocando un cortocircuito y canalizando la energía a tierra. Una vez finalizada la sobretensión, el varistor se reinicia y queda a la espera de la siguiente.

Distribución de energía dentro de la unidad

Una sobretensión de 20 kA no afecta a un solo MOV. La unidad utiliza tres MOV en paralelo, por lo que cada disco consume aproximadamente un tercio de la corriente. Si un MOV se desgasta más rápido, su resistencia disminuye, consume más corriente, se calienta y el fusible térmico lo desactiva. Esta desactivación evita que los otros dos se desgasten. Siempre verifico los códigos de fecha; los MOV del mismo lote se desgastan al mismo ritmo, por lo que mis kits de repuesto tienen la misma fecha de fabricación.

¿Cómo instalar un protector contra sobretensiones monofásico?

Una vez conecté un SPD al revés; el LED se quedó verde, pero la protección desapareció como por arte de magia.

Apague el interruptor principal. Conecte el cable del dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) al lado de carga del interruptor, el neutro a la barra de neutro y la tierra a la barra de tierra. Mantenga los cables a menos de 30 cm, únalos retorciéndolos y apriételos a 2 Nm. Cierre el panel, encienda el dispositivo y verifique que el LED verde permanezca encendido.

Realizo una prueba de longitud de cable en cada trabajo.

Utilizo un generador de señales de 1 MHz y conecto un cable de 10 cm a los terminales del SPD. La caída de tensión se duplica al añadir otros 10 cm. Esta prueba me demuestra que 30 cm es el límite máximo; cada centímetro adicional incrementa la tensión de paso en aproximadamente 40 V. Si el panel está muy concurrido, monto el SPD en la puerta y utilizo cable de cobre trenzado; su forma plana reduce la inductancia a la mitad.

¿Aplicación de protectores contra sobretensiones monofásicos en pequeñas empresas?

La panadería de mi cliente perdió tres hornos en una sola tormenta; el representante de la aseguradora lo atribuyó a la "mala suerte" hasta que le mostramos el dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) derretido que habíamos instalado al día siguiente.

Los protectores contra sobretensiones monofásicos protegen las cajas registradoras, las máquinas de café espresso, las fresadoras CNC y los sistemas de videovigilancia en pequeños comercios. Se instalan en un rack de 1U o se pueden colgar en un riel DIN junto al contador. Una unidad de 20 kA mantiene en funcionamiento toda la línea de producción de pan durante la temporada de tormentas.

Truco de agrupación de carga que utilizo

Enumero todos los dispositivos de menos de 16 A y los etiqueto como "sensibles" o "resistentes". Las cargas sensibles, como los PLC, comparten un SPD con un VPR de 550 V. Las cargas resistentes, como los calentadores, se ubican detrás de un segundo SPD con un VPR de 650 V. Esta división reduce el costo, ya que el modelo de 650 V es un 30 % más económico. Mi hoja de cálculo muestra al propietario un ahorro de $210 y un menor tiempo de entrega desde nuestra fábrica en Wenzhou.

¿Instrucciones de instalación a seguir?

Una vez, tomé atajos y usé cables de 50 cm porque el riel DIN se veía mejor; el inspector me obligó a quitarlo.

Siga estas cuatro reglas: mantenga los cables por debajo de 30 cm, utilice cobre de 16 mm², añada un interruptor de 32 A aguas arriba y monte el dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) después del contador pero antes del interruptor diferencial (RCD). Respete la normativa local: en Alemania utilice VDE 0100-443, en el Reino Unido siga BS 7671 534.

Tabla 3: Lista de verificación rápida que entrego a mi equipo.

Conclusión

Elige los números, corta los cables, aprieta los tornillos y tu protector contra sobretensiones monofásico se apagará para que tus máquinas no lo hagan.

Envíame un correo electrónico a caroline@leikexing.com para obtener un presupuesto de una página y te enviaremos tu pedido personalizado desde Wenzhou en 15 días.