Ubicación del SPD a nivel residencial (NEC 230.67)

En el equipo de acometida o en el panel de distribución” aguas abajo” (punto de vista mercado Costa Rica)

Origen de las sobretensiones transitorias

Las sobretensiones transitorias (“picos”) que ocurren en sistemas CA de baja tensión e impactan a un sistema de distribución desde fuera de una instalación eléctrica, se originan principalmente en 2 fuentes. Estas 2 fuentes son el tema atmosférico (rayos) y por conmutación. Otros picos que ocurren con mayor frecuencia son dentro de las instalaciones eléctricas, en la mayoría de los casos, se originan en fuentes internas. Para esta guía, se denominan picos generados, de la siguiente manera:

~ Transitorios atmosféricos (rayos). Las sobretensiones eléctricas son el resultado de golpes directos de rayo hacia el sistema de distribución, hacia la estructura de interés y estructuras cercanas, o hacia el suelo. Los rayos lejanos también pueden inducir picos de tensión en los circuitos de una instalación eléctrica.

~ Picos por conmutación externos. Los transitorios por conmutación se producen por la conexión y desconexión de cargas eléctricas y el funcionamiento mecánico (apertura y cierre) de los equipos eléctricos del sistema de potencia (interruptores automáticos (“circuit breaker”), reconectadores (“re-closers”), etc.) ubicados en todo el sistema de distribución de energía. Estas operaciones pueden ocurrir como resultado de operaciones o condiciones normales (cambios de circuito) y anormales (despeje de una falla por fusibles limitadores). Las sobretensiones transitorias por conmutación son el resultado de acciones intencionadas en el sistema eléctrico (en el lado de línea del equipo de acometida), como la conmutación de carga o entrada de bancos de capacitores. También pueden ser el resultado de eventos no intencionados, como fallos en el sistema eléctrico y las acciones correctivas posteriores.

~ Sobretensiones transitorias generadas internamente. Sobretensiones transitorias producidas por fuentes internas al sistema eléctrico (en el lado de carga del equipo de acometida) debido a actividad de conmutación de carga (entrada de motores o compresores) o descargas de dispositivos inductivos (bobinas) o dispositivos de arco (máquinas de soldar) y fallas de arco o despejes de fallas de un fusible o interruptor automático (cortocircuitos), ya sea por actividad normal, anormal, intencional o no intencionada.

Aproximadamente el 80% de las sobretensiones transitorias registradas se deben a transitorios de conmutación internos causados por el encendido y apagado de motores, compresores, bombas, electrodomésticos (licuadoras, batidoras, extractores de jugo, etc.) u otras cargas. Las sobretensiones transitorias generadas externamente, debidas a rayos inducidos, conmutaciones en la red eléctrica o provenientes de edificios adyacentes, representan el resto de las sobretensiones registradas.

¿Cómo opera un SPD?

El objetivo de su diseño es desviar la mayor cantidad posible de corrientes transitorias de la carga.
Esto se logra derivando la energía hacia Tierra a través de una ruta de baja impedancia (es decir, el SPD). En conclusión, cuando el SPD está instalado lo más cercano a la fuente transitoria desvía la mayor parte de la ene¡gía a Tierra. Esto ayudará a proporcionar el camino de menor impedancia que se pueda establecer de manera práctica para la conexión a tierra del SPD. De ahí que un SPD debe instalarse lo mas cerca posible de un panel o tablero de distribución, sin empalmes, con el fin de sea atractivo desde el punto de vista de la impedancia para la corriente transitoria.

¿Por qué es importante la instalación (tiene efecto sobre el desempeño del SPD)?

La longitud del cableado de instalación reduce el rendimiento de cualquier supresor de sobretensiones. Como regla general (por ensayos), se puede asumir que cada pulgada de longitud del cableado de instalación añade entre 15 y 2 5 V. Dado que las sobretensiones se producen a altas frecuencias (aproximadamente 100 kHz), la longitud del cable desde el bus de barra (de un panel de distribución, por ejemplo) hasta los elementos de supresión crea impedancia en la trayectoria de la sobretensión. Como dicen los expertos: «Independientemente del SPD que compre, los requisitos de instalación y la inspección son el factor más importante para la especificación de sobretensión».

Los valores de tensión de paso publicados corresponden únicamente al SPD. Estos valores no incluyen la longitud del cableado de instalación (que depende del contratista eléctrico que instale el SPD).

Por ejemplo, considere un SPD con un VPR (“Voltage Protection Rating”) 400 V (según la forma de onda de prueba IEEE Cat. Cl). Conectado a un panel de distribución con tan solo 14 pulgadas de cable #14 AWG, se añaden aproximadamente 300 V a la tensión residual. La tensión residual real total en el bus de barra es, por lo tanto, de 700 V.

VPR (“Voltage Protection Rating”): La tensión límite medida después de un evento de sobretensión.
La VPR se determina promediando las tensiones límite medidas de un modo específico y seleccionando el siguiente valor más alto de una lista de valores preferidos. La VPR es evaluada por el certificador y se publica como parte de la certificación del SPD.

Abajo se muestra un ensayo de laboratorio real donde se muestra como la tens1on residual va aumentando al usar sobretensiones similares a las del estándar de prueba UL1449 (1,2 x 50 J.JS V y 8 x 20 μsA).

Ejemplo residencial típico:

Considere un SPD (VPRLN: 600V) instalado en el interruptor automático principal (equipo de acometida) con una tensión nominal de 120/240 V; instalado a una distancia de 15 metros (590 pulgadas) hasta el centro de carga residencial (panel de distribución) con cable #1/0 AWG, se añaden aproximadamente 12,98kV (22V/pulg. aprox.) a la tensión residual. La tensión residual real en el bus de barra del centro de carga es, por lo tanto, de 13,58kV. Tornando en cuenta que el 80% de las sobretensiones transitorias son internas, podríamos concluir que un SPD instalado en el equipo de acometida no ofrece una protección adecuada contra estos “picos” generados internamente por cargas como motores, compresores, bombas de agua, máquinas de soldar, electrodomésticos (licuadoras, batidoras, extractores de jugo, etc.) u otras cargas.

Como conclusión, se puede indicar que un SPD instalado, dentro o adyacente al centro de carga seria mas efectivo versus uno instalado en el equipo de acometida a 15 metros de distancia. Adicionalmente, también funcionaria desviando las corrientes transitorias generadas por eventos atmosféricos y conmutación externa.

Fuentes:
IEEE Std C62.72-2016, IEEE Guide forthe Application of Su¡ge-Protective De vices for Use on the Load Side of Service Equipment in Low-Voltage (1000 V or Less, 50 Hz or 60 Hz) AC Power Circuits.
Eaton’s Guide to Su¡ge Suppression. Application notes, Publication No. 5A01005003E / Z25885, February 2022
Surges-and-their-origin.pdf
What Are Surges I NEMA Surge protection lnstitute