También llamados Supresores de Sobre Voltaje Transitorio (TVSS por sus siglas en Inglés de Transient Voltage Surge Suppressor), o Dispositivo de Protección de Transitorios (SPD por sus siglas en Ingles de Surge Protector Device), son elementos de protección eléctrica muy importantes dentro de un sistema de alimentación eléctrica Alterna (C.A.) o Directa (C.D.).
Todas los sistemas electrónicos son sensitivos y vulnerables a los problemas eléctricos y la mayoría de los daños ocasionados a computadoras y cargas electrónicas sensitivas son debidos a estos Pulsos de Sobre Voltaje Transitorio.
Pero ¿Qué es lo que ocasiona estos Pulsos destructivos?
Veamos primero qué son:
Las fallas en la energía comercial se generan durante la transmisión y distribución de ésta, (en los cables, postes, o acometidas), y dentro de nuestros mismos edificios.
El viento, las aves, las tormentas eléctricas, accidentes, y errores humanos pueden ocasionar fallas o disturbios transitorios en las líneas eléctricas pudiendo provocar daño a equipo electrónico sensitivo. De igual manera, el cierre o apertura de contactores eléctricos, conmutación de circuitos, chispas eléctricas, maquinaria y equipo pesado, también pueden alterar la calidad de la energía dispuesta para cargas electrónicas sensitivas.
Uno de los fenómenos transitorios más severos que afectan a la electrónica son los llamados "picos de voltaje". Por ejemplo, el impacto de un rayo suele ser devastador.
Los "picos de Voltaje" son de gran magnitud pero de muy corta duración (mseg).
De ahí la necesidad de proteger los equipos electrónicos sensibles contra este tipo de fenómenos.
Cuando impacta un rayo, se genera una Zona de Incidencia, la cual se eleva a varios cientos de miles de voltios, con duración del orden de micro segundos, causando un daño a equipos desprotegidos.
Cabe mencionar que este tipo de fenómenos son los más destructivos en la naturaleza, por lo que, pese a contar con todo tipo de protecciones, lo único que podemos lograr es "minimizar" el daño.
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| Supresor de Picos en una instalación típica |
CÓMO FUNCIONA?
Se utilizan elementos semiconductores llamados varistores de oxido de metal (MOVs), y son elementos que en un estado estable su impedancia tiende a infinito, pero en un estado transitorio cuando detectan un sobre voltaje, su impedancia se reduce casi a Cero, desviando el exceso de voltaje a la conexión de tierra física.
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| Elemento Varistor de Oxido de Metal (MOV) |
Cuando un elemento de este tipo se ve ante un transitorio severo más allá de su capacidad de operación, éste se destruye, quedando quemado y siendo necesario su reemplazo para continuar con la protección.
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| Símbolo eléctrico |
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Tarjeta Electrónica dañada por actuación de los varistores. En este caso el "pico" fue devastador
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FACTORES A CONSIDERAR:
- Corriente de interrupción disponible (AIC) por las siglas en inglés "Available Interrupting Current".
- Capacidad de Corriente Transitoria (KA)
- Capacidad de Corriente de Corto Circuito (SCCR) "Short-Circuit Current Ratings".
- Voltaje de Enganche (Clamping Voltage).
- Voltaje Residual (Let Through Voltage).
- Tiempo de Respuesta.
- Opción de Seguimiento de Onda.
- Tipo o Categoría del Supresor.
- Normatividad.
- Garantía y soporte técnico.
- Instalación.
- Modos de operación.
Ahora, explicaremos cada uno de estos factores.
Corriente de interrupción disponible (AIC).- Se trata de la capacidad del interruptor o disyuntor que se instala antes del supresor, para condiciones de corto circuito. Esta capacidad debe de estar de acuerdo con la recomendación del fabricante y debe de ser capaz de sobre llevar la corriente de falla en el circuito proporcionando seguridad en la instalación. También sirve para abrir o cerrar el circuito en casos de mantenimiento. Algunos fabricantes ya traen incorporado fusibles para protección del circuito en casos de corrientes de corto circuito.
Capacidad de Corriente Transitoria (KA).- Es la cantidad de corriente nominal que el TVSS puede desviar de forma segura sin dañarse. Usualmente se miden en miles de amperes o Kilo Amperes (KA). Los fabricantes ponen este dato en las fichas técnicas de sus productos. Hay que estar atentos a este dato, ya que será el que determine la capacidad del TVSS. Cada supresor deberá especificar su capacidad KA entre fases o el total del equipo (suma de las capacidades por fase). A mayor capacidad, la vida útil del supresor será mayor.
Se debe tomar en cuenta que la unidad de medida de un supresor se da en KILO-AMPERES (KA) y no en JOULES, que es un término usado comercialmente únicamente. Así que te recomiendo basar la capacidad del supresor en KA.
Es importante tomar en cuenta que este valor se puede mostrar también en dos formas:
- Limp: Se utiliza cuando se aplica una forma de onda del tipo 10/350 de larga duración que simula un rayo (Corriente de impulso de rayo).
- Imax: Se utiliza cuando se aplica una forma de onda del tipo 8/20 de corta duración que simula un rayo indirecto o remoto (corriente de descarga máxima) o simula disturbios eléctricos o interferencias parásitas.
Capacidad de Corriente de Corto Circuito (SCCR).- Es la capacidad de corriente de corto circuito que el supresor puede soportar, en el punto de conexión, sin que le cause daño. Este valor deberá ser igual o mayor que la corriente de falla en el punto de la conexión. Esto garantizará la instalación y operación del supresor de forma segura y prolongará su vida útil.
Voltaje de Enganche.- Es el valor del voltaje en el cual el supresor comienza a "suprimir" o a limitar el exceso de voltaje hacia la carga. Este valor lo determina cada fabricante, y deberá ser un valor que no limite la tensión nominal de operación de la carga. De ahí que se deberá tomar en cuenta a la hora de seleccionar el equipo, el valor del voltaje de operación de la carga (208, 220, 400, 440, 480 VCA).
Voltaje Residual.- Es la cantidad de voltaje transitorio que el supresor "deja pasar" a la carga después de haber actuado. Se trata de un parámetro importante que está regulado por pruebas y estándares tales como ANSI /IEEE C62.41.1 2002, ANSI/IEEE C62.41.2 2002, ANSI/IEEE C62.45 2002, de tal forma que exista uniformidad a la hora de realizar un comparativo entre distintos fabricantes.
Tiempo de Respuesta.- Es el valor del tiempo en el cual el supresor comienza a actuar. Este valor está dado en pico segundos o nano segundos, y todos o casi todos los fabricantes tienen tiempos de respuesta muy bajos y suficientes para actuar de forma segura y no permitir daño a la carga. Por lo tanto no es un valor muy crítico a considerar, sin embargo siempre deberá tomarse en cuenta.
Un valor en el orden de micro segundos sería muy malo. Hay que considerar también que la resistencia del cableado y su longitud pueden afectar este valor, por lo que existe una recomendación en cuanto a la instalación y cableado del supresor que explicaremos más adelante.
Opción de Seguimiento de Onda.- Esta es una característica opcional de los supresores que algunos fabricantes integran como parte de su oferta. Además de integrar elementos MOVs, los supresores de este tipo integran Filtrado Capacitivo y su principal ventaja es que reaccionan más rápido ante voltajes transitorios de baja magnitud y alta frecuencia. Su protección "monitorea" la forma de onda en una especia de "envolvente de la señal alterna" y responde ante cualquier transitorio de baja intensidad. Este tipo de supresores ya es muy común y es altamente recomendable.
Tipo o Categoría del Supresor.-
- Categoría A: Son los más lejanos a la subestación eléctrica o acometida principal. Son de baja capacidad de descarga, y suelen usarse en el mismo punto de conexión de la carga a proteger. Podemos encontrarlos en forma de toma eléctrica NEMA 5-20R o en barra multi contacto, por ejemplo.
- Categoria B: Son los supresores que se instalan de manera permanente dentro o fuera de un tablero de distribución de energía, y pueden haber varios dentro de una misma instalación eléctrica. Por lo general se instalan para proteger líneas de producción, sistemas UPSs, PLCs, equipo médico, y/o electrónico sensible. Son muy importantes ya que protegerán de los transitorios externos e internos en un inmueble.
- Categoría C: Son supresores de cablead fijo que se instalan en el sitio de la subestación eléctrica o acometida principal, del lado del secundario del transformador, o en Planta de Emergencia. Son equipos muy robustos y de mayor capacidad de corriente.
Se recomienda la instalación de las tres categorías.
Ver la norma IEEE C62.41 y UL 1449 que hablan al respecto.
Normatividad.- La normatividad le garantiza al usuario seguridad en la operación del equipo y de la instalación eléctrica. A demás de que proporciona información comparativa entre fabricantes.
IEEE C62-41 (antes 587) y UL 1449 3a Edición.
Garantía y Soporte técnico.- Como en todo, antes de comprar e invertir, debemos estar seguros de contar con centros de atención y servicio del equipo, con la finalidad de encontrar asesoría y garantía en la marca que adquirimos.
Cuando un supresor falla, se requiere reemplazar inmediatamente. Pero la falla puede ser debida a un fenómeno transitorio muy severo más allá de la propia capacidad del equipo; esto significa que el equipo ha sido rebasado en su capacidad y ha operado en sus límites causándose daño. No necesariamente es una falla por error de diseño, y no procede como "garantía", más bien hay que evaluar su capacidad y su instalación para estar seguros de no rebasar sus limites en determinadas circunstancias.
Existen supresores del tipo modular en el cual sólo se reemplaza el módulo que ha fallado o la fase que ha sido afectada, son más caros pero no se requiere reemplazar todo el equipo.
Instalación.- Una mala instalación del supresor puede ocasionar que simplemente no funcione.
Se deben tomar en cuenta las consideraciones propias de la categoría escogida, calibres de conductores, interruptores de seguridad y distancia a la carga a proteger.
Un supresor debe estar instalado lo más cercano a la carga a proteger, dentro o junto al tablero eléctrico de la carga crítica, sin exceso de cableado (máximo 1.2mts) con conexiones sólidas evitando arrollamientos de cable y con una conexión a tierra física normativa. Nota Importante: El supresor no protegerá si no se cuenta con un adecuado sistema de tierra física.
Modos de Operación.- El supresor de picos deberá proteger y suprimir los transitorios que ocurran entre fases, entre fase y neutro, entre fases y tierra y entre tierra y neutro. Los supresores más caros son aquellos que ofrecen una protección completa en todos los modos posibles. De ahí que las conexiones necesarias sean las tres fases, el neutro y la tierra física.
En algunos casos, no se cuenta con sistemas eléctricos trifásicos, pero se podrá conectar el supresor en una o en dos fases y dejar libre la tercer fase del equipo sin conectarse, sin problemas.
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| Los Varistores se colocan de tal forma que se puedan minimizar los fenómenos transitorios de modo común y modo diferencial. |
La propagación del transitorio en modo diferencial o simétrica, es en la cual la perturbación se da entre los conductores Línea a Línea, y/ Línea a Neutro.
Un supresor que cumpla con todos los modos de protección será mejor.
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| Imagen representativa de un disturbio eléctrico de sobre voltaje (transitorio). |
Respecto de la capacidad en (KA) de un supresor: Un valor alto en KA no aumenta el desempeño, sólo aumenta la vida útil del supresor.
Recomiendo usar los KA como unidad de medida del TVSS, y no usar los JOULES.
Enlaces de interés:
https://apcschneider.blogspot.com/