Sistemas de Protección Eléctrica

Hoy en día, ninguna empresa se puede permitir que sus sistemas eléctricos y equipos electrónicos funcionen sin una adecuada protección eléctrica frente a potenciales peligros causados por sobretensiones transitorias, que son ocasionadas por descargas atmosféricas (rayos) o por problemas en el suministro eléctrico.

La red eléctrica no es 100% fiable: aunque las compañías eléctricas inviertan continuamente en la mejora de sus redes de distribución, hay factores externos (tormentas, inundaciones, accidentes, etc.) que influyen directamente en la calidad del suministro.

La protección eléctrica ofrece condiciones adecuadas de seguridad para las personas, la propiedad y los equipos, evitando al mismo tiempo costes reales por inactividad, caída del sistema IT, daños físicos al hardware, etc.

¿Qué Son y Qué Daños Producen las Sobretensiones Transitorias?

Las sobretensiones transitorias son un aumento de voltaje de muy corta duración, medido entre dos conductores o entre conductor y tierra.

Pueden deberse a descargas eléctricas atmosféricas o a procesos de conmutación o de averías (contacto a tierra o cortocircuito).

Aunque las sobretensiones han existido desde la misma creación de las redes eléctricas, actualmente la necesidad de protección es mucho mayor, ya que la tecnología ha evolucionado haciendo los componentes electrónicos cada vez más pequeños y sensibles a las perturbaciones electromagnéticas.

Evolución de los Componentes Electrónicos

 De las Válvulas a la Nanotecnología

La evolución de los componentes y los equipos electrónicos, junto con su mayor utilización, han hecho que los daños económicos causados por sobretensiones aumenten espectacularmente en las últimas décadas, ya que este pico de tensión atraviesa elementos cada vez más pequeños y sensibles.

El efecto de las corrientes conducidas o inducidas que se deben a descargas eléctricas atmosféricas (aunque se trate de rayos lejanos o entre nubes), o a causa de las conmutaciones de maquinarias más pesadas (que causan sobretensiones similares a las producidas por los rayos), puede tener un efecto devastador sobre los equipos electrónicos y las instalaciones eléctricas.

Las descargas atmosféricas producen picos de tensión en la señal muy intensos pero de muy corta duración. La corriente asociada al impacto directo de un rayo puede alcanzar más de 100kA, con lo que incluso sus efectos secundarios llevan asociadas corrientes capaces de causar grandes daños en las líneas y equipos en los que penetran.

La mayor parte de los sistemas eléctricos están dotados de medidas de seguridad para evitar cortocircuitos y descargas eléctricas a las personas. Los cuadros eléctricos suelen disponer de protecciones, como los interruptores automáticos, magnetotérmicos y diferenciales, que protegen la instalación contra deficiencias en la línea. Sin embargo, los elementos de protección convencionales no son capaces de evitar las consecuencias de las sobretensiones transitorias, ya que su activación es mucho más lenta que el pico de tensión que se produce.

Un caso particular es el de los SAI’s (Sistemas de Alimentación Ininterrumpida). Estos elementos aseguran la alimentación de los equipos que cuelgan de él a pesar de un fallo en el suministro eléctrico. La mayoría de estos equipos también incluyen la prestación de estabilizador de tensión, que asegura una alimentación estable ante variaciones de un ±15% de la tensión nominal. Sin embargo, son equipos que, ante variaciones transitorias de tensión, sufren muchos daños por ser elementos muy sofisticados con tecnología de microprocesador y, por lo tanto, muy sensibles a estas sobretensiones.

Los dispositivos de protección contra sobretensiones son complementarios a las protecciones citadas anteriormente. Permanecen inactivos con pequeñas deformaciones en la señal y con sobrecargas en la red. Sin embargo, responden en nanosegundos a los picos de tensiones transitorias y son capaces de conducir a tierra la corriente del rayo (principal o secundaria), salvaguardando los equipos conectados.

Consecuencias de las Sobretensiones

Las sobretensiones transitorias más comunes son las debidas a conmutaciones de maquinaria. Sin embargo las más destructivas son las ocasionadas por descargas atmosféricas.

Los efectos de estas sobretensiones van desde la simple interrupción momentánea del trabajo a la destrucción total de un equipo o instalación.

Las consecuencias más frecuentes de las sobretensiones son:

DISRUPCIÓN

Deben tenerse en cuenta los gastos por tiempos de inactividad y daños consecuenciales, en los siguientes casos:

Interrupción de las operaciones de sistemas

Pérdida y corrupción de datos

Parada de producción

Estado de inaccesibilidad (internet, teléfono, fax)

Fallos inexplicables en sistemas informáticos, etc.

DEGRADACIÓN

Una exposición a sobretensiones transitorias degradará, sin que el usuario lo perciba, los componentes electrónicos y los circuitos, reduciendo la vida efectiva de los equipos y aumentando las posibilidades de fallos.

DAÑOS

Las sobretensiones transitorias de gran magnitud pueden dañar componentes, placas de circuitos, etc., llegando incluso a quemarlas. Además pueden provocar la destrucción del equipo y la instalación eléctrica, así como también pueden ser el foco de un incendio. Afectan en mayor grado a equipos electrónicos, informáticos y de telecomunicaciones.

Todos estos efectos conllevan pérdidas económicas por la reposición de los elementos dañados, así como el coste indirecto de la ruptura de los procesos productivos, sin mencionar el riesgo en la seguridad de las personas.

Sistemas de Protección Contra el Rayo y las Sobretensiones

Tanto en el ámbito profesional como en el privado continúa aumentando nuestra dependencia de los aparatos eléctricos y electrónicos.

Muchas empresas, bancos, hospitales o cuerpos de bomberos necesitan medios de transmisión con un funcionamiento seguro, que  permita el intercambio de información en tiempo real.

Las descargas atmosféricas suponen una amenaza latente para estas instalaciones, a las que se suman los riesgos de sobretensión por descargas de rayos  remotas, o averías en las instalaciones de las empresas de suministro eléctrico.

También durante las tormentas se liberan grandes cantidades de energía en poco tiempo. Estos picos de tensión pueden penetrar en un edificio a través de todo tipo de conexiones conductoras de electricidad y provocar daños importantes.

Consecuencias Económicas de los Daños por Rayos y Sobretensiones

Las pérdidas económicas a causa de rayos y sobretensiones pueden considerarse por sí solas si no hay reclamaciones legales o de las compañías aseguradoras respecto a la protección de las personas.

Éstas son algunas de las consecuencias que sufren las empresas por la falta de un sistema de protección adecuado:

  • Averías en ordenadores y servidores
  • Averías en el sistema de telefonía
  • Averías en los sistemas de detección y aviso de incendios
  • Averías en los sistemas de vigilancia (alarmas antirrobos)
  • Averías en ascensores y accionamientos de puertas y persianas
  • Avería en el sistema de calefacción
  • Averías en sistemas electrónicos de audio y vídeo
  • Averías en electrodomésticos

Lo que supone:

  • Gastos por tiempo de inactividad
  • Pérdida de datos
  • Parada de producción
  • Estado de inaccesibilidad (internet, teléfono, etc.)
  • Gastos de reparación
  • Gastos por avería o falsa alarma de las instalaciones antirrobo y antiincendio.

Selección de dispositivos de protección contra sobretensiones adecuados

Para que los componentes soporten las cargas a las que se exponen durante el uso, deben ser homologados según la correspondiente norma de producto para la protección contra rayos externa o interna.

Un sistema de protección contra rayos y sobretensiones se compone de varios subsistemas coordinados entre sí. En principio, el sistema de protección contra rayos y sobretensiones se compone de un sistema de protección interior y otro exterior. 

Los dispositivos de protección deben seleccionarse en función de las diferentes especificaciones referentes al:

  1. Lugar de instalación
  2. Nivel de protección
  3. Intensidad de la corriente máxima

Actualmente no sólo existe una amplia gama de sistemas de tecnología y de transmisión de datos sino que también tienen una enorme importancia.

Una cantidad cada vez mayor de datos se almacenan de forma electrónica, y tienen que estar disponibles continuamente y en el menor tiempo posible.

La protección de estos sistemas contra las sobretensiones peligrosas ha adquirido una importancia enorme.

Para impedir la avería o la destrucción de las instalaciones se deben implementar medidas de protección adecuadas.

Dada la gran cantidad de sistemas de información, telecomunicación y medición que su utilizan en la actualidad, se deben tener en cuenta los siguientes factores a la hora de seleccionar la protección más adecuada:

  • El sistema de conexión del dispositivo de protección deberá servir para el equipo que se deba proteger.
  • Se deberán considerar parámetros como el nivel de señal más elevado, la frecuencia más elevada, el nivel de protección máximo y el entorno de instalación.
  • El dispositivo de protección deberá tener poca influencia, como en lo que respecta a la atenuación y reflexión sobre el tramo de transmisión.

Dispositivos de Protección Contra Sobretensiones para Tecnología de Redes

Existen 3 grupos de dispositivos de protección para líneas de datos e identificación. Estos son:

  • Protección básica
  • Protección combinada
  • Protección fina

Protección básica

Son descargadores de corriente capaces de descargar las corrientes del rayo y de las sobretensiones directas. 

El circuito protector de un nivel incluye un descargador de gas.

El lugar indicado para su instalación es la acometida de las líneas en el edificio.

Protección combinada

Sirven para limitar las sobretensiones transitorias por medio de descargadores de gas y diodos TransZorb desacoplados con resistencias.

Pueden instalarse o bien como protección básica en la zona de acometida del edificio, o bien como protección fina directamente delante del equipo terminal.

Protección fina

Los dispositivos de protección fina reducen los impulsos de sobretensión mediante diodos TransZorb. La puesta a tierra de estos dispositivos se realiza por medio de descargadores de gas de alto rendimiento.

Para que se produzca el descoplamiento entre las protecciones fina y básica, es necesario que la línea entre ambos dispositivos tenga, como mínimo, cinco metros de longitud.

Los dispositivos de protección fina deberán instalarse siempre directamente en los aparatos que haya que proteger.

Descargadores: Protección Contra Sobretensiones

Estos dispositivos protegen las instalaciones de baja tensión y los sistemas consumidores contra sobretensiones de todo tipo y se pueden suministrar en versiones de uno a cuatro polos.

Si se utilizan varistores de alta potencia se consigue un tiempo de respuesta extraordinariamente rápido y un reducido nivel de protección, sin que se generen corrientes consecutivas.

El dispositivo lleva un seccionador interno que supervisa el descargador en estados de falta de seguridad y riesgo de incendio por sobrecarga, y lo desconecta de la red en caso necesario.

Protección Fina de Red con Montaje en Serie 

Las barreras pararrayos del tipo VF son equipos de protección fina utilizados para sistemas monofásicos de tecnología energética.

Además de su bajo nivel de protección, estos aparatos presentan una indicación visual con la que avisan de los posibles defectos en caso de fallo de la protección contra sobretensiones. 

Barreras Pararrayos: Protección MSR Para Sistemas Multipar (Verificable)

Las barreras pararrayos ofrecen, además de una elevada capacidad de carga de corriente, un reducido ancho de montaje de tan solo 8 mm.

Una conexión por separado del apantallamiento permite conectar este a la compensación de potencial en ambos extremos, lo que optimiza el efecto de apantallamiento contra los acoplamientos de tipo capacitivo e inductivo.

Según la versión, los equipos permiten trabajar con una corriente nominal hasta 10 A, por lo que son ideales para el uso en aplicaciones especiales como por ejemplo, juntas rotativas o sistemas de calefacción en instalaciones de energía eólica.

Permiten la comprobación del estado operativo mediante Lifecontrol.

Vías de Chispas de Separación y de Protección

Están diseñadas para separar eléctricamente las partes de una instalación eléctrica que no deban estar conectadas entre sí por razones de funcionamiento.

En caso de que a consecuencia de un impacto de rayo se produzca un incremento de potencial en una de las secciones de la instalación eléctrica, la vía de chispas de separación garantiza la conductividad y la conexión equipotencial.

Las vías de chispas de separación o de protección tienen, como su propio nombre indica, una vía de chispas. Pasa de estado aislante a estado conductor cuando a causa de una sobretensión se enciende en ella un arco voltaico.

Una vía de chispas de separación se diferencia de una vía de chispas de protección por la finalidad. Las vías de chispas de separación aíslan diferentes potenciales de tierra, mientras que las vías de chispas de protección solamente se utilizan con los soportes de líneas aéreas sobre tejados.

Se utilizan en zonas con peligro de explosión, para el puenteado indirecto de bridas y prensa estopas aislante, por ejemplo, instalaciones con protección catódica contra la corrosión (PCC).

Protección para Alumbrado Público por LED

Este aparato protege las instalaciones de iluminación de cualquier tipo de sobretensión. Gracias a la limitación de tensión con el varistor de óxido de cinc de alto rendimiento se consiguen numerosas ventajas.

Tiempo de respuesta extraordinariamente reducido, elevado nivel de protección y alta capacidad de derivación de corriente a lo largo de una prolongada vida útil.

Se puede instalar en la caja de conexión para instalación en mástil o en lámparas LED.

Conclusiones

Las compañías están cada día más expuestas a sufrir daños por sobretensiones transitorias dada la sensibilidad de los componentes de los equipos electrónicos.

Invertir en una protección eléctrica adecuada resulta más económico que afrontar las consecuencias económicas de los daños por rayos y sobretensiones: averías, daño en los equipos electrónicos, pérdida de datos, tiempo de inactividad y daños consecuenciales, reclamaciones legales de las compañías aseguradoras con respecto a la protección de las personas, etc.

Los daños por sobretensiones transitorias  pueden ser originados por impactos directos o indirectos de rayos, como también por averías en el sistema de suministro.

Para la planificación y la instalación de sistemas de protección eléctrica deben seleccionarse los sistemas acorde con cada aplicación, para una utilización coordinada.

Para que los componentes soporten las cargas a las que se exponen durante el uso y así lograr una protección eléctrica contra sobretensiones transitorias segura, éstos deben ser homologados según la correspondiente norma de producto para la protección contra rayos externa e interna.

PROINEX TEAM