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Cómo seleccionar el dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) adecuado para aplicaciones industriales y renovables
Actualizado: - Tiempo de lectura: ~18-22 min
Seleccionar el Dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) se encuentra entre las decisiones con mayor ROI en distribución de BT, FV/ESS, carga de VE y automatización industrial. Esta guía recopila basado en normas criterios (IEC/UL/NEC), normas de colocación y consejos sobre la lista de materiales tanto para CA y DC sistemas. Véase el tablas de referencia y fuentes al final.
1) Por qué la inversión en DOCUP se amortiza sola
Los tiempos de inactividad imprevistos suelen costar 1-5 millones USD/hora; los casos graves se acercan 300 000 USD/min. Las sobretensiones por rayos/interruptores son predecible y diseñableLos SPD coordinados bloquean los impulsos de alta energía y protegen los PLC/VFD/IT.
Las redes de detección de EE.UU. registran de decenas a cientos de millones de rayos al año; Florida suele estar a la cabeza en densidad, Texas en totales. Utilizar especificaciones geográficas (véase §8) para justificar una mayor densidad de rayos. Iimp/In valoraciones.
2) Panorama normativo (IEC / UL / NEC)
La norma IEC 61643 define el rendimiento y las formas de onda; la norma UL 1449 enumera la seguridad/cumplimiento para Norteamérica; el artículo 242 de la norma NEC 2023 exige el uso en varios contextos.
IEC 61643
Tipo 1: 10/350 μs (Iimp) - Tipo 2: 8/20 μs (In/Imax) - Tipo 3: Combinación (Uoc). FV/CC: IEC 61643-31 ≤1500 VDC.
UL 1449
Listado UL para SPDs conectados permanentemente; 4ª Ed. (2016) marcas refinadas.
NEC 2023
Artículo 242 rige la protección contra sobretensiones. Siga las normas de listado y colocación.
3) Descodificación del "tipo" de SPD frente a las formas de onda de prueba
Elija el tipo por exposición y jerarquía de placa; coordine la tensión residual (Arriba) en todas las etapas.
Tipo 1 (Clase I)
Prueba: 10/350 μs (Iimp). Instalar en entrada de servicio cuando LPS/sobrecarga.
Tipo 2 (Clase II)
Prueba: 8/20 μs (In/Imax). Protección de la red troncal de subplacas.
Tipo 3 (Clase III)
Prueba: Combinación (Uoc). Cerca de cargas sensibles (PLC, VFD, TI).
Híbrido Tipo 1+2 = alta energía + bajo residuo. Selectores: CA - DC
4) CA frente a CC (FV/ESS): misma física, diferentes limitaciones
Lado CA (IEC 61643-11 / UL 1449): elija Tipo 1/2/3 por exposición y jerarquía de placa, y luego tamaño Uc, In/Imax, Arriba. Lado CC (IEC 61643-31): Conjuntos fotovoltaicos de hasta 1500 VDC con diferentes comportamientos de temperatura, polaridad y corriente inversa frente a los dispositivos de CA.
En la moderna BOS, Cajas de conexiones fotovoltaicas a menudo integran Tipo 2 DC SPDLos fusibles gPV y los seccionadores de CC reducen el número de cajas y simplifican el trabajo de campo.
5) "Receta" de protección por capas
- Entrada de servicio / MSB: Tipo 1 (o 1+2) con suficiente Iimpel camino terrestre más corto y recto.
- Subdistribuidores: Tipo 2 dimensionados para el nivel de avería de la rama y las longitudes de los cables; coordinar Arriba con la etapa MSB.
- Puntos finales sensibles: Tipo 3 cerca de las entradas de dispositivos (PLC, VFD, servidores).
Esta cascada refleja los principios de selección/montaje de la norma IEC 60364-5-53 y las orientaciones habituales de los fabricantes.
6) Lista de control de nueve puntos para el tallaje
- Códigos/Lista: UL 1449 (EE.UU.), NEC 242.
- Tipo: 1 / 1+2 / 2 / 3 por exposición y nivel del consejo.
- Uc (MCOV): > tensión continua en el peor de los casos.
- Iimp / In / Imax: igualar la densidad de rayos y los puntos de entrada.
- Arriba: coordinación etapa por etapa.
- Poste y toma de tierra: Necesidades TN/TT/IT y N-PE.
- SCCR / Copia de seguridad OCPD: tablas de corrientes y proveedores de averías coincidentes.
- Medio ambiente: Altitud, IP/NEMA, longitud del cable.
- Mantenimiento: Módulos reemplazables, ventana de estado, alarma remota.
7) Dónde instalar los SPD en proyectos FV, ESS y VE
- Matrices fotovoltaicas: En cajas combinadoras y Entradas de CC del inversorLos recorridos largos o los terrenos expuestos pueden requerir ambos.
- ESS: Bus CC cerca de la batería/interfaz CC-CC, más lado CA en el PCS.
- Carga de vehículos eléctricos: Tipo 1 o 1+2 en el servicio (si es LPS/cabecera), Tipo 2 en la distribución, Tipo 3 cerca de los terminales.
Véase también: Cajas combinadoras FV - Fusibles gPV de alta tensión
8) Instantánea de datos: exposición a rayos y por qué cambia la lista de materiales
La exposición a los rayos no es uniforme. Los informes sobre rayos en EE.UU. citan habitualmente 90-240+ millones eventos anuales (en la nube + CG) dependiendo de la metodología. Texas suele liderar los recuentos totales, mientras que Florida suele liderar la densidad. En el caso de los parques eólicos y las infraestructuras de gran altura, los recuentos de golpes por emplazamiento pueden superar los miles.
Para la presupuestación, utilice mapas a nivel de condado de NOAA/NCEI o informes anuales de Vaisala/AEM para justificar Iimp/In elección y ubicación del emplazamiento.
9) Tablas de referencia rápida
Copie estas filas en sus hojas de especificaciones como punto de partida.
| Tipo de SPD | Prueba primaria | Calificaciones clave | Ubicación típica | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Tipo 1 | 10/350 μs (Iimp) | Uc, IimpArriba | Entrada de servicio / MSB | Corriente parcial directa del rayo |
| Tipo 2 | 8/20 μs (In/Imax) | Uc, In/ImaxArriba | Subdistribuidores | Protección de la red troncal |
| Tipo 3 | Combinación (Uoc) | Uc, Uoc, Up | Cerca de cargas sensibles | Abrazadera final, coordinar con Tipo 2 |
Imagen opcional: diagrama de formas de onda de prueba / línea de productos
Tabla B - Datos mínimos que debe especificar en cada DOCUP
| Parámetro | Por qué es importante | Escollos típicos |
|---|---|---|
| Uc (MCOV) | Debe superar la peor tensión continua del sistema | Elegir demasiado cerca del nominal → estrés térmico y fin de vida prematuro. |
| Iimp / In / Imax | Coincidir con el entorno de sobretensión previsto | Infravaloración a la entrada del servicio; uso indebido del Tipo 2 donde se necesita el Tipo 1. |
| Arriba | Determina la tensión residual en el aislamiento/la electrónica | No coordinar Arriba en todas las etapas → protección a igual nivel |
| SCCR / Copia de seguridad OCPD | Seguridad y selectividad | Desajuste con la corriente de fallo disponible; ignorando las tablas de dispositivos de reserva del proveedor. |
| Número de polos y toma de tierra | Conjunto de módulos de cambio TN/TT/IT y necesidades N-PE | Falta N-PE en TT; desconexión PEN en TN-C |
| Entorno y montaje | Temperatura, altitud, IP/NEMA; tendido de conductores | Longitudes de cable largas; las curvas pronunciadas aumentan la inductancia (elevan el terminal Arriba) |
10) Normas de puesta a tierra, cableado y longitud de los conductores
- Mantenga los conductores SPD a tierra y SPD a bus corto, recto, adyacente.
- Evite bucles o adornos bonitos en los cables que aumenten la inductancia en el momento de la sobretensión.
- Utilice las especificaciones de par de apriete del proveedor; las terminaciones sueltas se calientan bajo sobretensiones repetitivas.
- En los sistemas TT, asegúrese de que los módulos N-PE y la conexión son adecuados para que las corrientes retornen por el camino previsto.
Referencia global de las normas de erección: IEC 60364-5-53.
11) Colocaciones activadas por el NEC (EE.UU.)
En 2023 NEC (NFPA 70) refuerza el uso de SPD en varios contextos (por ejemplo, protección integral en viviendas, controladores de bombas contra incendios). Artículo 242 cubre la protección contra sobretensiones para instalaciones ≤1000 V; igualar siempre UL 1449 listado y lugar de instalación.
Referencia: NFPA 70 (NEC) - Explicación de la norma UL 1449
12) Ejemplos prácticos: selección rápida de calificaciones
A. Planta industrial, servicio aéreo, sin LPS, 400/230 VAC TN-S
- MSB: Tipo 1 (o 1+2) con Iimp ≈ 12,5-25 kA/polo típico; Uc ≥ 275 VCA (L-N) para sistemas de 230 V; Arriba ≤ 1,5 kV.
- Sub-DBs: Tipo 2 en En 20-40 kA, Imax 40-80 kA por riesgo de placa.
- Criterios de valoración: Tipo 3 en VFDs/PLCs/cargas TI.
B. Matriz FV de 1000 VCC (cadenas largas, montaje en suelo)
- Caja combinadora: Tipo 2 DC SPD según la norma IEC 61643-31; Uc ≥ Vstring(max at Tmin); coordenada Arriba con inversor.
- Entrada CC del inversor: Añade una segunda etapa de CC si las distancias de los cables son grandes o el terreno está muy expuesto.
C. Plaza de recarga de VE (comercial)
- Servicio: Tipo 1 o 1+2 donde existe LPS/sobrecarga.
- Distribución: Tipo 2 grupos de cargadores de alimentación; Tipo 3 cerca de las entradas del cargador (si es compatible).
13) FAQ (respuestas a nivel de ingeniería)
¿Necesito siempre el tipo 1 en la entrada de servicio?
Si dispone de un LPS externo o de un servicio aéreo, el Tipo 1 (o 1+2) es el enfoque estándar para gestionar la corriente de rayo directa parcial. Los edificios con alimentación subterránea a veces justifican un Tipo 2 robusto, pero evalúe el riesgo (densidad de rayos, rutas de entrada) y el código local.
¿En qué se diferencian las denominaciones UL e IEC?
UL 1449 es una norma de listado/seguridad; IEC 61643 define los ensayos de rendimiento y los tipos. Muchas hojas de datos muestran ambas. La 4.ª edición de la norma UL 1449 (2016) estandarizó marcas y requisitos más recientes.
¿Qué cifras debo optimizar?
En orden: Uc (derecha, no baja) → Iimp/In/Imax (suficiente) → Arriba (tan bajo como lo permita la coordinación) → SCCR/reserva → características de mantenimiento.
¿Y si hoy sólo puedo permitirme una etapa?
Ponga el presupuesto en el entrada de servicio (Tipo 1 o 1+2), añadiendo después el Tipo 2/3. Esto impide que la energía catastrófica penetre profundamente en la instalación.
¿Cómo cambia la geografía mis especificaciones?
Los corredores de alta densidad (por ejemplo, Costa del Golfo, Florida Central) justifican una mayor Iimp/In y más fuerte Arriba objetivos. Utilizar los mapas NCEI/Vaisala/AEM para cuantificar las densidades de los destellos de referencia para las discusiones sobre AHJ o seguros.
Créditos y fuentes
- IEC 61643-11 / 61643-31 (oficial): Tienda web de la CEI
- UL 1449 4ª Ed: Intertek - Schneider PDF
- NEC 2023 (artículo 242): NFPA
