En el mundo actual impulsado eléctricamente, proteger equipos sensibles de las sobretensiones dañinas no es solo recomendable: es esencial. Los Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (SPDs) son la primera línea de defensa contra estas sobretensiones transitorias causadas por rayos, conmutación de la red eléctrica o cambios de carga interna. Sin embargo, no todos los SPDs son iguales. Una pregunta común surge, especialmente con el aumento de aplicaciones de CC como la energía solar y el almacenamiento de baterías: ¿Se puede usar un SPD de CA en un circuito de CC de manera segura?
La respuesta corta es generalmente no. Aunque pueden parecer similares, los SPDs de CA y CC son fundamentalmente diferentes en su diseño y funcionamiento. Usar el tipo incorrecto puede resultar en protección inadecuada, fallas de dispositivos e incluso condiciones peligrosas como incendios.
En esencia, un SPD está diseñado para detectar sobretensiones transitorias (sobretensiones) y desviar la corriente excedente de manera segura a tierra, evitando que llegue y dañe los equipos downstream. Por lo general, utilizan componentes como Metal Oxide Varistors (MOVs) o Gas Discharge Tubes (GDTs), que actúan como interruptores controlados por tensión: alta impedancia durante el funcionamiento normal y baja impedancia durante un evento de sobretensión.
La energía de corriente alterna (CA), el estándar para la electricidad de red en hogares y negocios, se caracteriza por su forma de onda sinusoidal. El voltaje y la corriente cambian de dirección continuamente, pasando por cero voltios varias veces por segundo (por ejemplo, 100 o 120 veces por segundo para sistemas de 50Hz o 60Hz).
Cómo funcionan los SPD de CA: Los SPD de CA están diseñados específicamente para este entorno. Importante, los puntos de cruce por cero periódicos en la forma de onda de CA ayudan naturalmente a extinguir los arcos eléctricos que podrían formarse dentro de los componentes del SPD (como un GDT) después de que se ha desviado un evento de sobretensión. Los MOV utilizados en los SPD de CA están calificados según el voltaje RMS (Root Mean Square) del sistema de CA.
Aplicaciones típicas: Proteger las entradas de energía principal, los paneles de distribución en edificios residenciales y comerciales, y el equipo industrial alimentado por CA.
La energía de corriente continua (CC) fluye constantemente en una sola dirección. Los niveles de voltaje permanecen relativamente estables, sin los puntos de cruce por cero que se encuentran en la CA. Esto es común en sistemas como:
Instalaciones fotovoltaicas solares
Sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS)
Infraestructura de carga de vehículos eléctricos (EV) (en el lado de CC)
Sistemas de energía de telecomunicaciones
Circuitos de control de CC industriales
La naturaleza constante de la CC plantea un desafío significativo para la protección contra sobretensiones:
Dificultad para extinguir arcos: Sin un punto de cruce por cero, un arco establecido dentro de un SPD durante un evento de sobretensión puede no extinguirse por sí solo. El voltaje de CC continuo puede mantener el arco, permitiendo que la corriente fluya ininterrumpidamente a través del SPD.
Diseño de SPD de CC: Los SPD de CC deben diseñarse específicamente para manejar esto. A menudo requieren calificaciones de voltaje más altas en comparación con los SPD de CA para el mismo voltaje nominal del sistema. Los GDT pueden incorporar características especiales para extinguir arcos, o se pueden utilizar diseños híbridos que combinan MOV y GDT. Los MOV se califican según el voltaje continuo de CC (Máximo Voltaje de Operación Continua – MCOV o Uc).
| Característica | SPD de CA | SPD de CC |
| Tipo de Voltaje | Diseñado para Corriente Alterna | Diseñado para Corriente Continua |
| Extinción de Arcos | Facilitado por los puntos de cruce por cero de la forma de onda de CA | Desafiante; Requiere características de diseño específicas |
| Calificación de Componentes | Calificado según el voltaje RMS/Peak de CA (MCOV) | Calificado según el voltaje continuo de CC (MCOV/Uc) |
| Manejo de Forma de Onda | Maneja cambios sinusoidales | Maneja el estrés de voltaje constante |
| Uso Típico | Energía principal, distribución de CA en edificios | Fotovoltaica solar, sistemas de baterías, telecomunicaciones de CC, circuitos de CC de VE |
| Riesgo de Modo de Falla | (Si se aplica CC) Riesgo de arco sostenido, incendio | (Si se aplica CA) Ajuste incorrecto, posible falla |
Aplicar un SPD de CA a un circuito de CC es peligroso por varias razones clave:
Fallo al extinguir arcos: Este es el peligro más crítico. Si una sobretensión provoca un arco dentro del SPD de CA (especialmente uno basado en GDT o durante un fallo de MOV), el voltaje de CC continuo puede evitar que el arco se despeje.
Sobre calentamiento y riesgo de incendio: El arco sostenido permite que la corriente fluya continuamente a través del componente del SPD. Esto genera una cantidad significativa de calor, lo que conduce a un sobrecalentamiento rápido, falla del componente (a menudo una ruptura catastrófica de los MOV), humo y, potencialmente, a un incendio.
Protección inadecuada: Incluso si no falla de manera catastrófica de inmediato, el voltaje de ajuste del SPD de CA puede no ser adecuado para el sistema de CC, o puede degradarse rápidamente bajo el estrés continuo de CC, dejando su valioso equipo sin protección contra futuras sobretensiones.
Degradación de componentes: Los MOV diseñados para el estrés de voltaje de CA se comportan de manera diferente bajo un sesgo de CC continuo y pueden fallar prematuramente.
En resumen: Usar un SPD de CA en un circuito de CC crea un riesgo serio para la seguridad y ofrece una protección poco confiable.
Esto es menos común y generalmente no recomendado a menos que el SPD esté explícitamente certificado y calificado por el fabricante para uso en ambos CA y CC a los voltajes específicos del sistema. Un SPD de CC puede tener diferentes características de ajuste o mecanismos de desgaste cuando está sujeto a una forma de onda de CA, lo que podría llevar a una protección inadecuada o una vida útil reducida. Siempre siga estrictamente las especificaciones técnicas y las pautas de aplicación del fabricante.
Elegir el SPD correcto es crucial para un funcionamiento efectivo y seguro:
Identificar el tipo de sistema: ¿El circuito es de CA o de CC? Esta es la primera y más importante distinción.
Determinar los voltajes: Tome nota del voltaje nominal de funcionamiento (por ejemplo, 230Vac, 400Vac, 600Vdc, 1000Vdc) y del Voltaje de Operación Continua Máximo (MCOV / Uc) requerido para el SPD. La calificación MCOV/Uc del SPD debe ser mayor que el voltaje de funcionamiento continuo del sistema.
Considerar la aplicación y la ubicación: ¿Es para la entrada de servicio principal (requiriendo Tipo 1 o Tipo 2), un subpanel (Tipo 2) o un equipo específico (Tipo 3)? ¿Es para una aplicación específica como Solar PV (requiriendo calificaciones y normas específicas de CC como IEC 61643-31 o UL 1449 PV)?
Verificar las calificaciones de sobretensión: Mire los parámetros como la Corriente de Descarga Nominal (In), la Corriente de Descarga Máxima (Imax) o la Corriente de Impulso (Iimp para Tipo 1) para asegurarse de que el SPD pueda manejar los niveles de sobretensión esperados para su ubicación.
Verificar el Nivel de Protección contra Voltaje (Up): Esto indica el voltaje residual que se deja pasar durante una sobretensión. Un voltaje Up más bajo generalmente significa una mejor protección, pero debe coordinarse con el voltaje de resistencia del equipo que se protege.
Consultar normas y especificaciones técnicas: Siempre asegúrese de que el SPD cumpla con las normas de seguridad relevantes (por ejemplo, la serie IEC 61643, UL 1449) y lea cuidadosamente la especificación técnica del fabricante para obtener calificaciones y restricciones de aplicación específicas.
Elegir el SPD correcto no tiene por qué ser complicado. En Tongou, ofrecemos una amplia gama de dispositivos de protección contra sobretensiones de alta calidad diseñados y probados para aplicaciones específicas.
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