Protecciones Contra Sobretensiones Transitorias: Normativa Aplicable

Propósito general de los DPS

Neutralizar los picos de sobretensiones en las líneas, causados por acople capacitivo, inductivo o resistivo desde una descarga atmosférica cercana, o por efecto de maniobras en la red eléctrica.

El DPS debe ser capaz de limitar cualquier sobrevoltaje a un nivel considerado seguro para el elemento más vulnerable de los que se intenta proteger.

La Norma IEEE C62.41.2 define las categorías de DPS según su ubicación.

La categorización según UL 1449 Tercera Edición es de Tipos 1 a 3 y se basa en la ubicación donde puede instalarse el equipo DPS de acuerdo a sus protecciones intrínsecas, corriente de cortocircuito (SCCR), y tipos de pruebas pasadas con éxito. Las categorías 4 y 5 refieren a componentes que se usan para construir DPS’s.

Figura 1
Figura 1.
Fuente: Advanced Protection Technologies

Funcionalidad de los DPS

El DPS debe conducir solo bajo ciertas condiciones. El Maximum continuos operating voltage (MCOV), es el umbral hasta el que el DPS se comporta como un circuito de alta impedancia, a partir de este valor, y en un lapso de tiempo muy breve, debe conducir la descarga, generalmente a tierra (GND). Una vez pasado este evento, el DPS debe volver a su estado pasivo de alta impedancia en forma automática.

Selección de MCOV para telecomunicaciones

Intuitivamente parece deseable que el MCOV sea lo más bajo posible, sin embargo se debe tener en cuenta las condiciones de operación de los equipos que deseamos proteger, esto conlleva entender cuáles son las tensiones de trabajo normales, cuáles las admisibles máximas y luego con esta información seleccionar el dispositivo de protección. Un MCOV muy bajo que sea innecesario para el equipo a proteger, solo redundará en un desgaste mayor del DPS en poco tiempo, con el consiguiente costo de reposición del mismo, o lo que es peor aún, quedar sin protección y no saberlo.

Daños causados por sobretensiones en equipos electrónicos

Vemos en esta tabla la importancia que tienen “pequeños eventos” en la operativa del equipamiento usado en sistemas informáticos y de telecomunicaciones.

Figura 2
Figura 2.
Fuente: Dranetz, Handbook for Power Quality

Prevenir no sólo los daños de hardware, sino los que refieren a los procesos debe ser el objetivo de todo administrador u operador de un Data Center o similar.

¿Se tienen en cuenta estas limitaciones en la sobretensión admisible a la hora de diseñar Datacenters, nodos de telecomunicaciones o sistemas de control industriales? La disponibilidad de los servicios que corren sobre el hardware del Datacenter está directamente relacionada con estos eventos, aunque no haya “secuelas” visibles o inmediatas en el equipamiento.

Daños prevenidos por los DPS’s

  • Destructivos: generalmente causados por rayos y descargas atmosféricas. Son instantáneos y fácilmente identificables en una inspección visual posterior al evento.
  • Degradación: Acumulación de pequeños transientes. Generalmente acortan la vida útil del equipamiento.
  • Disruptivos: Causan de forma intempestiva apagados o reset de los equipos.

Daños causados por los DPS’s

Sin la adecuada selección del dispositivo y de la calidad del mismo, es muy probable que en algún momento haya que lamentar daños debido a stress causado durante un evento de sobrevoltaje temporario (TOV).

En DPS’s construidos con varistores de metal-óxido (MOV) sin las adecuadas protecciones pueden verse en eventos de TOV, humo, llamas, fuego, incluso explosiones. El origen de estas situaciones es la ausencia de protecciones térmicas combinadas con los varistores, o la falta de coordinación entre ambos elementos.

Para evitar estas situaciones es conveniente usar DPS’s que estén certificados por UL 1449, y preferentemente como Tipo 1, con una corriente de cortocircuito de 200 KA.

Diseño de protecciones

Deben tenerse en cuenta los siguientes ítems:

  • El SPD seleccionado debe ser instalable en el lugar elegido, esto también implica que la conectorización debe ser la adecuada (por ejemplo servicios de datos con conectores RJ45, BNC, etc.)
  • Debe estar listado en UL para todos los modos de protección deseados.
  • Tiene que ser compatible y funcional en el sistema de GND-Neutro que tenga la instalación a proteger. El no cumplir con este requerimiento puede ocasionar el mal funcionamiento del equipo o su destrucción en determinadas situaciones.
  • Ser probado bajo las guías de IEEE Std. C62.1 y 62.45 o similares.
  • Cumplir con IEEE Std. C62.41.2 y C62.41.2
  • Debe ser compatible tanto con cargas lineales como no lineales (equipamiento crítico informático).
  • Debe ser capaz de proteger la entrada y el bypass de un sistema de alimentación ininterrumpido (UPS).
  • Debe tener alta confiabilidad y disponibilidad.

UL 1449 Cuarta Edición

UL 1449 Standard for Surge Protective Devices es el estándar más usado y exigente para validar, ensayar y certificar protecciones contra sobretensiones transitorias.

La Tercera Edición data de 2006 y es la que se encontraba vigente hasta comienzos de 2015, por lo que es la que tenemos más presente y a la que nos habíamos acostumbrado.

De la Segunda Edición a la Tercera hubo cambios importantes, no solo de terminología, sino también de parámetros y exigencias de ensayo para certificación.

Principales cambios de UL 14449 2° A 3°

Nombre: Se deja de usar el término TVSS (Transiet Voltage Surge Suppressors) y pasan a denominarse SPD (Surge Protective Device), o en español DPS (Dispositivo de protección contra sobretensiones). Esto hace una especie de homologación de terminología con la norma IEC.

Clasificación:

Tipo 1: Conectado en forma permanente, a partir del lado secundario del transformador de la instalación. Debe poder instalarse sin una protección externa de sobrecorriente (de ahí los elevados Icu necesarios en los dispositivos).

Tipo 2: Conectado en forma permanente, del lado de las cargas, incluidos los ubicados en los paneles de distribución.

Tipo 3: Usados directamente en los terminales (point of use), es decir, conectado a cargas tales como PBX, PC’c, equipos de telefonía, routers, etc.

Pruebas de funcionamiento

Se sigue usando la onda del tipo 8/20 µs.

En segunda edición se utilizaban 6KV y 500 A, en Tercera son 6KV y 3000 A. Éste parámetro pasa a llamarse VPR, Voltage Protection Ratings, antes se conocía como SVR (Suppressed voltage ratings).

In, Corriente Nominal, conocido como Nominal Discharge Current. Fue un parámetro tomado de IEC 61643 y agregado a los estándares UL.

Prueba de ciclo de vida

Se entendió que no era suficiente que el producto aprobara una prueba determinada, sino que había que repetir la prueba en ciertas condiciones para ver si era capaz de cumplir su función luego de varios ciclos.

Se determina si pasa esta prueba realizando 15 impulsos 8/20 µs, y la prueba se realiza con tres muestras del producto, las mismas que se utilizaron para testear el VPR.

  • Los Tipo 1 se certifican con corrientes de prueba de 20KA o 10 KA (lo que haya soportado el equipo).
  • Los Tipo 2 con 20 KA, 10 KA, 5KA o 3 KA.
  • Tipo 3, 3KA.

IMPORTANTE: No alcanza con que un fabricante le diga que está certificado como Tipo 1 o Tipo 2, además debe tomar en cuenta a qué corriente aprobó la prueba.

MCOV, Maximun Continuous Operating Voltage Rating. Se indica en Volt para los Tipo 1 y Tipo 2 SCCR, Short Circuit current rating, corriente de cortocircuito, se indica en KA para Tipo 1 y Tipo 2.

Principales cambios de UL 1449 3° A 4° edición

La definición del alcance sigue siendo la misma: Productos terminados del tipo cerrado y para montaje en gabinetes (open- type) que funcionan en frecuencias de 50 o 60 HZ, y con tensiones no superiores a 1000 VAC o 1500 VDC, incluidas las aplicaciones fotovoltaicas (PV SPDs).

VPR: Se siguen usando 6KV/ 3KA para determinar los valores de voltaje resultante.

Modo: Indica tal como anteriormente a que conexión eléctrica corresponde la protección (LL, LN, LG, etc.).

Sistemas fotovoltaicos

Aquí se encuentra el cambio más grande. En Tercera edición los PV SPD eran marcados como “For Use un Photovoltaic Systems Only”. En Cuarta Edición se marcan como PVSPD.

Además, se especifican parámetros como Vpvdc, VPR por modo, Corriente de drenaje (Leakage current, Iq), y los ya conocidos SCCR y Load Current Rating (en caso que aplique).

Lo que NO certifica UL

Se debe tener presente que UL no verifica:

  • Los efectos del supresor en las cargas conectadas.
  • La distorsión armónica originada en la fuente.
  • Si el nivel de supresión es adecuado para la ubicación donde se instala el equipo.
  • La instalación, selectividad, y coordinación de protecciones.
  • El tipo de instalación realizada y la calidad de los materiales (que pueden ser certificados por UL bajo otras normas, pero no en ésta).

En resumen, usted necesita asesoramiento de ingeniería para su proyecto de protección, aunque compre productos certificados; de lo contrario puede que solo invierta dinero en equipos y no en soluciones.

Referencias

  1. IEEE-1100, Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment.
  2. IEEE C62.41 Recommender Practice on Surge Voltages.
  3. Marking and Application Guide, Lightning Protection, Underwriters Laboratories, July.
  4. www.ul.com
  5. www.productspec.ul.com
  6. www.aptsurge.com

Autor: Nicolas Pintos
Correo: nicolas.pintos@npconsulting.com.uy

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