Una descarga atmosférica puede inducir transitorios de cientos de kV en las instalaciones cercanas, incluso sin impacto directo. Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) son la última barrera entre esas energías y los equipos electrónicos. Su efectividad depende críticamente de cómo se seleccionan, ubican y coordinan.
Contenido
01TL;DR
SPD: tres tipos, tres puntos de instalación, una sola oportunidad
IEC 62305-3 organiza la protección en zonas LPZ (Lightning Protection Zones). Cada frontera de zona requiere un SPD del tipo correcto para la energía que se espera en ese punto. Instalar solo un Tipo 2 en el tablero principal — el error más común — no protege contra corrientes de impacto directo. La coordinación en cascada Tipo 1 → Tipo 2 → Tipo 3 es la única estrategia completa.
- Tipo 1 (Clase I): en acometida, absorbe corriente de impacto Iimp (10/350 µs). Obligatorio si hay LPS externo
- Tipo 2 (Clase II): en tablero principal, absorbe sobretensiones residuales In (8/20 µs). El más común en BT
- Tipo 3 (Clase III): en tablero/rack de equipos sensibles, filtra tensión residual del Tipo 2
- La longitud de los cables de conexión al SPD es crítica: < 0.5 m total (suma de ida + retorno)
- Up (nivel de protección de tensión): debe ser ≤ 80% de la tensión soportada del equipo protegido (Uw)
02Origen y tipos de transitorios
Los transitorios de tensión en instalaciones eléctricas tienen dos orígenes: atmosférico (rayos) y de conmutación (maniobra de cargas inductivas, apertura de fusibles, arranque de motores). IEC 62305 se enfoca en el primero; la coordinación de aislamiento IEC 60664 cubre ambos.
Corriente de impulso (10/350 µs)
El rayo impacta directamente la estructura o el pararrayos externo (LPS). Corrientes hasta 200 kA cresta (LPL I). Forma de onda 10/350 µs — norma IEC 62305-1. Energía específica W/R muy alta. Solo SPD Tipo 1 puede manejar estas corrientes.
Sobretensión transitoria (8/20 µs)
Rayos que caen cerca inducen sobretensiones por acoplamiento electromagnético. También maniobras de cargas inductivas. Forma de onda 8/20 µs — norma IEC 61643. Energía mucho menor que 10/350 µs. SPD Tipo 2 adecuado para este origen.
03Zonas de protección contra rayos (LPZ)
IEC 62305-3 divide el volumen protegido en zonas LPZ. Cada zona tiene un nivel menor de severidad electromagnética. Los SPD se instalan en las fronteras entre zonas para limitar la energía que pasa de una zona a la siguiente.
04Los tres tipos de SPD (IEC 61643-11)
Tipo 1 — Clase I
Tecnología: descargador de chispa (spark gap), varistor de alta corriente, o combinado. Ensayado con impulso 10/350 µs. Parámetro clave: Iimp (corriente de impulso, kA cresta).
Tipo 2 — Clase II
Tecnología: varistor MOV (metal oxide varistor). Ensayado con impulso 8/20 µs. Parámetros: In (corriente nominal de descarga) e Imax (corriente máxima de descarga).
Tipo 3 — Clase III
Tecnología: diodo supresores TVS, varistores de baja capacidad, filtros LC. Ensayado con onda combinada 1.2/50 µs – 8/20 µs (Uoc = 6 kV, Isc = 3 kA). Para equipos sensibles.
05Parámetros clave de selección
Uc — Tensión máxima de operación continua [V RMS/DC]: tensión que el SPD puede soportar indefinidamente sin activarse. Debe ser ≥ 1.1 × Ufase (red en servicio). En redes TN-S: Uc ≥ 253 V AC.
Iimp (Tipo 1) [kA cresta]: corriente de impulso de la forma 10/350 µs. Se selecciona según el Nivel de Protección contra Rayos (LPL) del análisis de riesgo IEC 62305-2.
In / Imax (Tipo 2) [kA cresta]: corriente nominal / máxima de descarga con forma 8/20 µs. In = valor en ensayo de 15 impulsos sin degradación. Imax = valor único sin destrucción.
Isc — Corriente de cortocircuito esperada en el punto de instalación [kA]: el SPD debe soportar la corriente de cortocircuito de la red sin generar arco sostenido. Verificar con el SCPD (Dispositivo de Protección contra Cortocircuito) coordinado.
06Coordinación en cascada: la regla de 10 m y el inductor de desacoplamiento
Un SPD Tipo 2 instalado directamente junto a un Tipo 1 sin separación eléctrica no funciona correctamente — ambos intentan conducir simultáneamente y el Tipo 2 puede absorber corriente de impacto para la que no fue diseñado. IEC 62305-4 exige coordinación:
07Instalación: el problema de la inductancia de conexión
Un SPD con Up = 1.5 kV no protegerá el equipo si sus cables de conexión tienen mucha inductancia. Durante el impulso de corriente, la caída de tensión en los cables (U = L × dI/dt) puede sumar varios kilovoltios adicionales al nivel Up declarado, superando fácilmente el Uw del equipo.
→ El Up declarado de 1.5 kV pasa a ser efectivo de 7.5 kV — ¡inútil para proteger equipos sensibles!
- Cable de conexión: máximo 0.5 m total (ida + retorno desde los bornes del SPD hasta el bus o equipo). En tableros compactos esto requiere planificación física al diseñar el tablero.
- Usar sección mínima recomendada: Tipo 1: ≥ 16 mm² Cu; Tipo 2: ≥ 4 mm² Cu; Tipo 3: según capacidad del equipo.
- No retorcer los cables de conexión ni crear lazos — cada vuelta extra agrega inductancia.
- Conectar la tierra del SPD directamente al bus de tierra del tablero — no mediante extensiones en daisy-chain con otros SPD.
08Tabla de selección práctica por aplicación
| Aplicación | Tipo mínimo | Parámetros mínimos | Up máx. | Norma |
|---|---|---|---|---|
| Acometida con LPS externo (pararrayos) | Tipo 1 | Iimp ≥ 12.5 kA | 2.5 kV | IEC 62305-3 |
| Acometida sin LPS, zona de riesgo medio | Tipo 2 | Imax ≥ 40 kA | 1.5 kV | IEC 61643 |
| Tablero secundario / distribución | Tipo 2 | In ≥ 5 kA | 1.5 kV | IEC 61643 |
| PLC / variador de velocidad (sensible) | Tipo 2+3 | In ≥ 5 kA + Up ≤ 1.5 kV | 1.0 kV | IEC 61643 |
| PC / servidores / UPS | Tipo 3 | Uoc ≥ 6 kV (ensayo) | 1.5 kV | IEC 61643 |
| Sistema fotovoltaico (string DC) | Tipo 2 DC | Imax ≥ 20 kA, Uc ≥ 1.5 × Voc | — | IEC 61643-31 |
| Línea de datos / señal analógica | Tipo 3 señal | IEC 61643-21 (Cat D1) | ≤ 200 V | IEC 61643-21 |
Conclusiones
La protección contra sobretensiones es un sistema, no un dispositivo. Un solo SPD Tipo 2 en el tablero principal protege contra sobretensiones de conmutación pero no contra la corriente de impacto de un rayo directo. La estrategia completa requiere identificar las zonas LPZ según IEC 62305-3, instalar el tipo correcto de SPD en cada frontera de zona, y coordinar la cascada con separación eléctrica adecuada (distancia o inductor). La instalación física — con cables cortísimos — es tan importante como la selección del dispositivo.
- Tipo 1 obligatorio en acometida cuando hay LPS externo (pararrayos) instalado — absorbe Iimp 10/350 µs
- Tipo 2 en tablero principal: parámetro clave es Imax, no solo In — usar ≥ 40 kA para acometidas BT
- Tipo 3 a máximo 5 m del equipo sensible — sin él, el residual del Tipo 2 puede dañar PLCs y variadores
- Cables de conexión ≤ 0.5 m total — la inductancia de cables largos anula el Up declarado
- Up ≤ 0.8 × Uw del equipo protegido — verificar la categoría de sobretensión del equipo (Cat II o III según IEC 60664)
Referencias
- IEC 62305-3:2010 — Protection against lightning – Part 3: Physical damage to structures and life hazard. IEC.
- IEC 62305-4:2010 — Protection against lightning – Part 4: Electrical and electronic systems within structures. IEC.
- IEC 61643-11:2011+AMD1:2017 — Low-voltage surge protective devices – Part 11: SPDs connected to low-voltage power systems. IEC.
- IEC 61643-21:2000+AMD1:2008 — Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks. IEC.
- IEC 61643-31:2018 — Surge protective devices connected to photovoltaic systems. IEC.
- Dehn + Söhne. (2022). Lightning Protection Guide. 4th ed. Schirmitz: Dehn SE.