Dispositiu de protecció contra sobretensions: què és i com funciona?

---

Les sobretensions elèctriques danyen silenciosament els equips, escurcen la vida útil i provoquen temps d'inactivitat no planificats. Sovint veig que aquest risc s'està subestimant fins que comencen a aparèixer fallades en sistemes crítics.

Un dispositiu de protecció contra sobretensions Està dissenyat per protegir els equips elèctrics i electrònics d'esdeveniments de sobretensió transitòria desviant l'excés d'energia de manera segura a terra abans que es produeixin danys.

A les seccions següents, explicaré com funcionen els diferents tipus de dispositius de protecció contra sobretensions, on s'apliquen i com els enginyers han de seleccionar la solució adequada per als sistemes industrials.

---

Com funcionen els dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 1 i tipus 2?

Diferents esdeveniments de sobretensió requereixen diferents estratègies de protecció. Els dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 1 i tipus 2 funcionen conjuntament interceptant les sobretensions en múltiples punts del sistema elèctric, evitant que l'energia destructiva arribi a càrregues sensibles. Un dispositiu de protecció contra sobretensions funciona controlant els nivells de tensió i responent instantàniament quan la sobretensió transitòria supera un llindar definit. Aquestes sobretensions solen ser causades per llamps, operacions de commutació de serveis públics o grans càrregues inductives. La diferència clau entre els dispositius de tipus 1 i tipus 2 rau en on i com intercepten l'energia de sobretensió.

Un dispositiu de protecció contra sobretensions tipus 1 s'instal·la a l'entrada de servei, aigües amunt del quadre de distribució principal. Està dissenyat per gestionar sobretensions d'alta energia originades per llamps o xarxes de serveis públics. Aquests dispositius poden descarregar de manera segura el corrent parcial del llamp directament a terra sense dependre de la protecció aigües amunt.

En canvi, un dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 2 s'instal·la aigües avall, normalment dins dels panells de distribució. Mitiga les sobretensions residuals que passen per la capa de tipus 1 o que es generen internament per la commutació d'equips. En conjunt, aquest enfocament de protecció per capes redueix significativament l'estrès en l'electrònica aigües avall.

En entorns industrials reals, confiar en una sola capa de protecció rarament és suficient. La protecció coordinada de tipus 1 i tipus 2 garanteix que l'energia de sobretensió es redueixi progressivament, mantenint els nivells de tensió dins dels límits de tolerància de l'equip.

Com un dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 1 gestiona les sobretensions d'alta energia

Els dispositius de tipus 1 estan dissenyats per suportar corrents de sobretensió extremes i funcionar sense protecció de circuit aigües amunt.

• Instal·lat a les principals entrades de servei

• Dissenyat per a la descàrrega de corrent de llamp

• Sovint provat amb estàndards de forma d'ona de 10/350 μs

• Essencial per a instal·lacions en regions propenses a llamps

Això fa que dispositiu de protecció contra sobretensions tipus 1 solucions crítiques per a plantes industrials, centres de dades i projectes d'infraestructures amb línies elèctriques d'entrada exposades.

Com un dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 2 limita la sobretensió residual

Els dispositius de tipus 2 se centren en la limitació de voltatge en lloc del maneig del corrent brut.

• Instal·lat en subquadres de distribució

• Respon més ràpidament a transitoris de baixa energia

• Protegir els PLC, els accionaments i l'electrònica de control

• Reduir la tensió acumulativa d'aïllament

Un seleccionat correctament dispositiu de protecció contra sobretensions tipus 2 redueix dràsticament les taxes de fallada a llarg termini dels equips sensibles.

Per què és important la protecció coordinada

L'ús del tipus 1 o del tipus 2 sol crea buits de protecció.

• El tipus 1 sense el tipus 2 deixa la tensió residual sense comprovar

• El tipus 2 sense el tipus 1 corre el risc d'una sobrecàrrega catastròfica

• Els sistemes coordinats milloren el compliment de la normativa IEC

• Els intervals de manteniment s'allarguen

---

On s'apliquen els dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 1 i tipus 2?

Una col·locació incorrecta redueix l'eficàcia de la protecció. Els dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 1 i tipus 2 s'han d'aplicar en punts específics del sistema elèctric per controlar el flux d'energia de sobretensió de manera eficient.

L'aplicació és tan important com la selecció del dispositiu. Sovint veig que els dispositius de protecció contra sobretensions ben classificats tenen un rendiment inferior simplement perquè estan instal·lats a la ubicació equivocada. Els dispositius de tipus 1 i tipus 2 tenen funcions diferents dins de l'arquitectura elèctrica.

Els dispositius de tipus 1 s'apliquen on el sistema elèctric interactua amb xarxes externes. Això inclou entrades de servei alimentades per serveis públics, connexions de línies aèries i instal·lacions amb sistemes externs de protecció contra llamps. La seva funció és aturar les grans sobretensions abans que es propaguin més a la instal·lació.

Els dispositius de tipus 2 s'apliquen més a prop de càrregues sensibles. Protegeixen els sistemes d'automatització, els accionaments de motors, els panells d'instrumentació i els equips informàtics de les sobretensions de commutació generades internament i les sobretensions residuals.

Per a instal·lacions industrials que busquen una protecció fiable i conforme, combinar un dispositiu de protecció contra sobretensions tipus 1 a l'entrada de servei amb protecció de tipus 2 aigües avall és una pràctica d'enginyeria àmpliament acceptada.

Aplicacions típiques de dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 1

• Quadres principals de baixa tensió

• Instal·lacions amb sistemes de protecció contra llamps externs

• Plantes industrials que utilitzen línies elèctriques aèries

• Instal·lacions d'energies renovables

Aquestes ubicacions experimenten la major exposició a sobretensions energètiques.

Aplicacions típiques de dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 2

• Panells de control i MCC

• Automatització i armaris PLC

• Edificis comercials amb electrònica sensible

• Quadres de subdistribució industrials

Aquí, un dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 2 se centra en limitar els pics de voltatge que danyen els components electrònics amb el pas del temps.

Taula de comparació d'aplicacions

---

Com triar el tipus de dispositiu de protecció contra sobretensions adequat?

L'elecció del tipus de dispositiu de protecció contra sobretensions incorrecte comporta una falsa seguretat. La selecció adequada depèn de la topologia del sistema, el nivell d'exposició a sobretensions i la sensibilitat de l'equip.

La selecció d'un dispositiu de protecció contra sobretensions no s'ha de basar mai només en el corrent nominal. Recomano començar amb una avaluació a nivell de sistema. Identificar les característiques de l'alimentació entrant, la qualitat de la connexió a terra i la criticitat de les càrregues protegides.

Les instal·lacions exposades a llamps o abastides per línies aèries requereixen un sistema robust dispositiu de protecció contra sobretensions tipus 1 a l'entrada de servei. Aquests dispositius han de complir amb les normes IEC 61643 i suportar corrents de descàrrega elevats sense fallades.

Per a la protecció interna, una coordinació dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 2 s'ha de seleccionar en funció de la tensió nominal, el nivell de protecció (Up) i el temps de resposta. Els valors Up més baixos generalment ofereixen una millor protecció per a l'electrònica sensible.

Igualment importants són la distància de coordinació, la longitud del cablejat i la resistència de terra. Una mala connexió a terra pot reduir significativament l'eficàcia del SPD, independentment de la classificació del dispositiu.

Criteris clau de selecció tècnica

• Tensió nominal del sistema (Uc)

• Corrent de descàrrega nominal (In / Imax)

• Nivell de protecció de tensió (Up)

• Entorn d'instal·lació

• Compliment amb les normes IEC

Errors comuns de selecció

• Ús de dispositius de tipus 2 sense protecció aigües amunt

• Sobredimensionant les classificacions actuals ignorant els valors Up

• Ignorant la qualitat del sistema de posada a terra

• Instal·lació de descàrregues solars massa lluny de les càrregues protegides

Lògica de selecció recomanada

• Exposició a sobretensions externes → Tipus 1 requerit

• Electrònica sensible → Tipus 2 requerit

• Sistemes industrials → Protecció coordinada

• Temps de funcionament crític → Capes SPD redundants

---

Conclusió

Un seleccionat correctament dispositiu de protecció contra sobretensions Una estratègia que combini la protecció de tipus 1 i tipus 2 és essencial per salvaguardar els sistemes industrials i garantir la fiabilitat operativa a llarg termini.

---

Preguntes freqüents

Quina és la principal diferència entre els dispositius de protecció contra sobretensions de tipus 1 i de tipus 2?

Els dispositius de tipus 1 gestionen les sobretensions de llamps d'alta energia a les entrades de servei, mentre que els dispositius de tipus 2 limiten la sobretensió residual dins dels sistemes de distribució.

Pot un dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 2 substituir un dispositiu de tipus 1?

No. Els dispositius de tipus 2 no estan dissenyats per suportar el corrent continu dels llamps i s'han de coordinar amb la protecció de tipus 1.

On s'ha d'instal·lar un dispositiu de protecció contra sobretensions de tipus 1?

S'ha d'instal·lar a l'entrada de servei principal, aigües amunt del quadre de distribució primari.

Quants dispositius de protecció contra sobretensions es necessiten en un sistema industrial?

La majoria de sistemes industrials requereixen com a mínim dues capes: Tipus 1 a l'entrada i Tipus 2 a prop d'equips sensibles.