Un rayo no tiene que impactar directamente en tu instalación para causar daños graves. Basta con que caiga a varios kilómetros de distancia. O con que la red conmute una carga inductiva en el momento equivocado.
Qué es un transitorio eléctrico y por qué importa
Un transitorio eléctrico es una perturbación de muy corta duración —del orden de microsegundos a milisegundos— que produce una sobretensión o sobrecorriente en la red. Su duración es breve, pero su energía puede ser devastadora para la electrónica de potencia.
Existen dos grandes fuentes de transitorios:
- Origen atmosférico (rayos): La descarga de un rayo genera una onda electromagnética que se propaga por las líneas eléctricas, de comunicación y de tierra. No es necesario un impacto directo: una descarga en las proximidades puede inducir, por acoplamiento magnético, tensiones de varios kilovoltios en los conductores de una instalación. La norma IEC 62305 establece los fundamentos para la protección frente a este fenómeno.
- Maniobras de red: La conexión y desconexión de grandes cargas inductivas —motores, transformadores, condensadores de compensación— genera transitorios de conmutación. También los producen los propios convertidores de electrónica de potencia al realizar sus ciclos de conmutación. En instalaciones industriales, estas perturbaciones son cotidianas y acumulativas.
¿Qué equipos son vulnerables?
La electrónica de potencia moderna trabaja con semiconductores de alta velocidad y reducida tolerancia a sobretensiones. Inversores fotovoltaicos, variadores de frecuencia, cargadores de vehículo eléctrico, SAIs, rectificadores industriales y PLCs son especialmente sensibles porque:
- Sus IGBTs y MOSFETs tienen tensiones de ruptura estrechas, típicamente entre 600 V y 1.700 V según la aplicación.
- Los condensadores de bus DC acumulan energía que puede quedar expuesta ante un transitorio de entrada.
- Los circuitos de control y comunicación integrados en el mismo equipo son aún más delicados que la parte de potencia.
Un transitorio que supere, aunque sea de forma puntual, la tensión de avalancha del semiconductor lo daña de forma permanente o reduce su vida útil de manera significativa.
¿Cómo se analiza un transitorio?
El análisis de transitorios requiere instrumentación adecuada y metodología. Los pasos fundamentales son:
- Medición con analizador de calidad de red: Equipos como los de la familia de Schneider Electric, permiten registrar eventos de corta duración, incluyendo transitorios, huecos de tensión y armónicos. La captura debe realizarse durante un periodo representativo de la actividad de la instalación.
- Caracterización de la onda: Se determinan la amplitud de pico (en kV), el tiempo de frente (en µs) y la energía del transitorio (en J). La onda de referencia más utilizada en ensayos de inmunidad es la 1,2/50 µs para tensión y 8/20 µs para corriente, según IEC 61000-4-5.
- Identificación del origen: Distinguir si el transitorio viene de la red exterior o es generado internamente por la propia instalación determina la estrategia de protección.
- Evaluación de la coordinación de protecciones: No basta con instalar un dispositivo de protección contra sobretensiones (DPS). Es necesario verificar que los niveles de protección encajan con la tensión soportada de los equipos a proteger, siguiendo la coordinación establecida en IEC 60364-5-53 y el REBT.
Protección en tres niveles
La protección frente a transitorios se organiza en una arquitectura por niveles, de mayor a menor energía:
- Nivel I (Clase I / Tipo 1): Se instala en la cabecera de la instalación, junto al punto de entrada de la acometida. Su función es derivar a tierra las corrientes de rayo de alta energía.
- Nivel II (Clase II / Tipo 2): Se instala en el cuadro de distribución general. Limita las sobretensiones que no han sido absorbidas por el nivel I y las generadas por las maniobras internas de la red.
- Nivel III (Clase III / Tipo 3): Se instala en cuadros secundarios o directamente en los puntos de consumo críticos. Proporciona una protección fina para equipos de electrónica sensible.
Nota: La distancia entre niveles y el cableado de conexión a tierra son críticos: una longitud de cable excesiva o una resistencia de tierra elevada pueden anular la efectividad del sistema.
Errores frecuentes en la protección de instalaciones industriales
- DPS instalados sin coordinación entre niveles: Un tipo 2 solo, sin tipo 1, puede quedar destruido ante un evento de alta energía.
- Tierra de protección con impedancia elevada: La eficacia de cualquier DPS depende directamente de la calidad del sistema de puesta a tierra.
- DPS envejecidos sin sustitución: Los varistores MOV se degradan con cada evento. Sin revisiones periódicas, un DPS puede estar presente físicamente pero sin capacidad de protección real.
- Protección solo en la acometida: Los variadores de frecuencia conectados mediante cables largos pueden recibir transitorios generados internamente que nunca pasan por la cabecera.
Los transitorios eléctricos no avisan. Actúan en microsegundos y dejan equipos destruidos. La tendencia hacia más inversores, variadores y cargadores en las instalaciones hace que el análisis y la protección frente a transitorios sea hoy una necesidad, no una opción.
Sierra Electricidad – Soluciones en sistemas eléctricos. Calatayud y Zaragoza. Tel: 976 88 29 16
