¿Cómo proteger los equipos de los rayos y sobretensiones?

Por Javier Amador Sala
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¿Sabías que Cuba es uno de los territorios más afectados por rayos en el mundo, dada la gran actividad eléctrica que caracteriza a las tormentas que ocurren en la isla?

Según explicó el presidente de la Sociedad Cubana de Geología, Dr. Manuel Antonio Iturralde Vinent, en un artículo publicado en el periódico Juventud Rebelde, «las descargas eléctricas, o fulguraciones, están asociadas a las tormentas locales severas, cuando de manera combinada ocurren intensas lluvias, caída de granizos, tornados, trombas marinas y ráfagas de viento destructivas, aunque ocasionalmente se pueden producir de manera aislada en días claros, conocidas como centellas».

En nuestro país, las tormentas eléctricas son la causa más habitual de sobretensiones en las redes eléctricas, causando la destrucción de equipos conectados a la misma. Pero, ¿qué podemos hacer ante esta realidad para proteger nuestra instalación? ¿Cuán efectivas son las medidas que podamos tomar? En este artículo intentaremos darles respuesta a esas preguntas.

¿Qué son las sobretensiones?

Lo primero es definir que existen dos tipos de sobretensiones (o surge, por sus siglas en inglés): las transitorias y las permanentes, y que ambas se refieren al aumento de las tensiones (voltaje) por encima de los valores nominales de la red. En el caso de Cuba, según el Reglamento Electrotécnico Cubano en su Edición 2.0 del 2017, estos son de 108~132 Volts entre Vivo y Neutro y de 216~264 Volts entre Vivos para Sistemas Monofásicos de Tres Hilos 120/240 Volts, aunque estos valores pueden variar en dependencia del servicio y la zona en que la se encuentre su vivienda o negocio.

Sobretensiones Transitorias

Las sobretensiones transitorias son picos de tensión que pueden alcanzar valores de decenas de kilovoltios, y cuya duración es del orden de microsegundos. En otras palabras, son altos voltajes que ocurren en un instante, pero que, a pesar de su corta duración, el fuerte contenido energético puede causar graves problemas a los equipos conectados a las líneas, desde su envejecimiento prematuro a su destrucción, provocando interrupciones de servicio y pérdidas económicas.

Las causas de este tipo de sobretensiones son, principalmente, el impacto directo de descargas atmosféricas sobre el tendido eléctrico, o la inducción de campos electromagnéticos asociados a tales descargas sobre los conductores metálicos. Las líneas exteriores, así como las de mayor longitud, son las más expuestas a estos campos, por lo que a menudo reciben inducciones elevadas.

También, es habitual que fenómenos no relacionados con las condiciones atmosféricas, como la conmutación de centros de transformación o la desconexión de motores u otros equipos, provoquen picos de tensión en líneas colindantes.

Es válido aclarar que las sobretensiones transitorias no se producen únicamente en las líneas de distribución eléctrica, sino que también son habituales en cualquier línea formada por conductores metálicos, como las de telefonía, televisión, comunicación, medición y datos.

Sobretensiones Permanentes

Por otro lado, las sobretensiones permanentes son el aumento de tensión por encima del 10% del valor nominal (120/240V Volts) durante un período indeterminado. Estas son altos voltajes que pudieran durar minutos, horas y hasta días, en los cuales el aumento de la tensión (Voltaje) llega a ser perjudicial, pues alimentar los equipos con una tensión superior a aquella para la que han sido diseñados puede generar sobrecalentamientos y reducción de la vida útil de los mismos, incendios, destrucción del equipo y hasta interrupción de servicios. De este tipo de sobretensiones hablaremos en futuros artículos.

Entonces, ¿Por qué proteger contra las sobretensiones?

La protección contra el rayo y las sobretensiones, además de garantizar la seguridad de personas, bienes y equipos, asegura la continuidad de servicio de las instalaciones y responde a criterios de eficiencia energética.

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Circuito electrónico de una PC dañado por el impacto de un rayo.

Proteger contra sobretensiones alarga la vida útil de los equipos en más de un 20%, lo que permite reducir notablemente el volumen de residuos electrónicos. Asimismo, reduce el consumo eléctrico de las instalaciones y todo ello se traduce en ahorro económico y sostenibilidad medioambiental.

¿Qué es un SPD?

Un DPS (Dispositivo de Protección contra Sobretensiones, SPD, por sus siglas en inglés) o supresor de tensión, es un dispositivo diseñado para proteger equipos eléctricos de picos de tensión (altos voltajes); intentado regular el voltaje que se aplica a un dispositivo eléctrico, desviando los voltajes superiores hasta alcanzar un umbral seguro.

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Regleta sin protección contra sobretensiones, izquierda. Regleta con protección contra sobretensiones de Clase 3, derecha.

Es importante tener presente que existen diferentes clases de SPD, y cada uno puede manejar hasta cierta cantidad de energía de acuerdo a sus características de fabricación. Cada tipo de SPD se instala en un lugar específico de la instalación y es el encargado de suprimir cierta parte del exceso de energía.

Para entender mejor cómo funciona un SPD, hagamos una analogía con un Tsunami. Imaginemos que el pico de tensión provocado por un rayo sea equivalente a una ola de 10 m de altura (10 000 V). El SPD de Clase 1 instalado funcionaría como una compuerta contra la que va impactar la ola de 10 m; sin embargo, parte de la ola logra sobrepasar la altura de la primera compuerta, quedando aún una ola de 1 metro de altura. Lo que ocurre entre un rayo y un SPD de Clase 1 es similar; este protector no es suficiente para detener esta cantidad de energía, pues siempre una parte del excedente logra pasar dicha barrera con voltajes aún muy altos para cualquier electrodoméstico o equipo comercial. Aquí es donde entran en juego los SPD de Clase 2; estos funcionan como una segunda barrera, capaz de reducir esa ola de 1 m (1000 V, en el caso del SPD) a un nivel más seguro para los equipos que, en algunos casos, también incorporan una protección adicional dentro de su electrónica interna, que es capaz de manejar la tensión excedente que pudiese quedar. Por último, los SPD de Clase 3 se emplean para protección muy fina de equipos sensibles, como los equipos de comunicaciones y otros con electrónica muy avanzada.

Así mismo, existen SPD específicos para líneas de teléfonos ADSL, RDSI y PP, para redes Ethernet CAT.5, CAT.6 y POE, para medición y control y para equipos de radiofrecuencia de señales coaxiales y CCTV.

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Algunos tipos de SPD para paneles eléctricos.

Así mismo existen SPD específicos para líneas de teléfonos ADSL, RDSI y PP, para redes Ethernet CAT.5, CAT.6 y POE, para medición y control y para equipos de radiofrecuencia de señales coaxiales y CCTV.

Consideraciones acerca de los SPD

Es importante saber que existen muchos tipos de SPD con diferentes aplicaciones, y cada uno de ellos posee características especiales que deben ser tomadas en cuenta a la hora de valorar su adquisición. Siempre recomendamos consultar la opinión de un especialista con conocimiento y experiencia en el tema, que le oriente acerca del tipo de protección contra sobretensiones transitorias que requiere su casa, edificio o negocio, así como sus características, limitaciones, y en qué lugar y cómo deben ser instaladas para mayor seguridad. Cada fabricante ofrece diferentes tipos de soluciones que le proporcionan diferentes garantías que, aunque en Cuba no apliquen, sí le dan una medida de la confiabilidad de estos sistemas. En particular, recomendamos las soluciones de Schneider Electric, General Electric, Leviton, EATON y Siemens, pues poseen una variedad de productos muy completos, capaces de ofrecer protección a toda la casa o negocio.

Es importante resaltar que un sistema de tierra correctamente distribuido a lo largo de la instalación eléctrica, es un elemento fundamental para un mayor grado de protección de sus equipos; por lo que le aconsejamos consulte a su electricista acerca de este tema, del que estaremos hablando en próximos artículos.