DPS: Especificaciones deseables – 1

Objetivo

Que el lector de este artículo pueda discernir qué es un DPS Clase I, para qué sirve, dónde lo debe instalar, qué especificaciones son deseables, que exigir de un DPS, y principalmente cómo distinguir entre un DPS Clase I para protección contra corriente de Rayo y un DPS contra sobretensiones.

Clasificación

Según su aplicación, los Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS´s) ya sea para instalarlos en las redes de alimentación en baja tensión, como para instalarlos en las redes de telecomunicaciones, se subdividen en: a) Descargadores de Corriente de Rayo, con especificación de onda 10/350 µs y corriente de impulso de rayo en kA Iimp; y b) Descargadores de Sobretensión, con especificación de onda 8/20 µs y corriente nominal de descarga en kA In.

Norma Internacional IEC 61643-1

Los Dispositivos de Proteccion contra Rayos y Sobretensiones para baja tensión están regulados por la Norma Internacional IEC 61643-1 segunda edición 2005/03 “Surge protection Devices connected to low-voltage power distributions systems” Part 1 Performance requirements and testing methods”. Según esta norma los DPS se subdivien según el test de prueba en tres categorías: Clase I, Clase II, y Clase III. En este artículo nos referiremos a los dispositivos Clase I.

Según la Norma Internacional IEC 61643-1 segunda edicion 2005/03 al DPS Clase I se le practican las siguientes pruebas:

Impulso de corriente de rayo Iimp, definido como pico de corriente de rayo Ipeak, defiendo la carga Q, y la cantidad específica de energía W/R. La onda típica de prueba es la onda 10/350 µs, aplicada de acuerdo a la magnitud de resistencia especificada en el DPS, es decir si el DPS está dimensionado para 25 kA onda 10/350 µs por polo, entonces esa es la magnitud que se debe aplicar.

Aplicación de la prueba

En total se aplican 20 sobretensiones de la siguiente manera:

El DPS recibe en etapa de preacondicionamiento 15 sobretensiones del tipo de onda 8/20 µs con la magnitud en kA que indica el DPS, es decir, si el fabricante dimensionó la corriente nominal In en 40 kA 8/20 µs, entonces le aplican 15 veces esa corriente con el DPS energizado a su tensión nominal de operación Uc y la aplicación es consecutiva.

Luego el DPS es sometido a una prueba más severa, donde recibe 5 veces el impulso de prueba Ipeak, Iimp, 10/350µs, con la magnitud de corriente de impulso de rayo para la cual fué dimensionado el DPS; durante la prueba el DPS estará energizado a la tensión nominal de operación Uc y la aplicación es consecutiva, es decir simulando condiciones reales de operación.

¿Cuándo se precisa de un DPS Clase I?

Esta clasificación nos permite comprender su aplicación, es decir, donde debe ser instalado.

  • Si el objeto a proteger está alimentado por una red aérea de servicio de energía, se debe instalar un DPS Clase I aguas debajo del breaker totalizador general. Este DPS Clase I soportará las corrientes de rayo que puedan impactar de manera directa en la red de energía o que puedan impactar cerca de dicha red. Estas de fuentes de daño se denominan S3 y S4 y están determinadas de forma clara en la Norma Internacional IEC 62305-2. “Risk Management”.
  • Si el objeto a proteger posee un sistema de protección externa contra rayos se debe instalar un DPS Clase I aguas debajo del breaker totalizador general. Este DPS Clase I soportará las corrientes de rayo que puedan impactar de manera directa en la red de energía o que puedan impactar cerca de dicha red. Esta fuente de daño denominada S1 (Impacto directo en el edificio), y S2 (Impacto de rayo cercano al edificio), se explican de forma clara en la Norma Internacional IEC 62305-2 “Risk Management”. El beneficio que aportará este DPS es realmente impactante debido a que aproximadamente el 50% de la corriente de rayo ingresará al edificio por las acometidas de servicio, ésta gran cantidad de energía deberá ser derivada por el DPS de forma segura. Este dato de la distribución de la corriente de rayo aparece en la Norma Internacional IEC 62305-4 Anexo A.
  • Si existen equipos electrónicos dentro del edificio que puedan estar en contacto con personas. Éste es el componente de riesgo más importante, y se define en la Norma Internacional IEC 62305-2 como RA y RU, relacionado con la tensión de toque y de contacto.

Especificaciones técnicas deseables

En este artículo trataremos las características más importantes, relacionadas con la función principal del DPS, el cual debe derivar de forma segura las corrientes de rayo sin producir daños o desconexión del servicio o del DPS.

Corriente de choque de rayo

Este parámetro nos permite medir el “tamaño” del DPS, deberá estar indicado en el rótulo del aparato y claramente debe decir cuánta corriente en onda 10/350µs puede soportar.

Para dimensionar un DPS Clase I, primero tenemos que conocer el nivel de protección que se desea implementar, éste nivel de protección se obtiene del Analisis de Riesgo, es decir, del resultado del estudio del riesgo que se recomienda bajo la Norma Internacional IEC 62305-2 “Risk Management”.

Existen 4 niveles de seguridad de acuerdo con el análisis del riesgo, definidos por los niveles de corriente de Rayo que el descargador debe soportar:

Nivel I : 200 kA 10/350µs
Nivel II : 150 kA 10/350µs
Nivel III : 100 kA 10/350µs
Nivel IV: 100 kA 10/350µs

Para calcular el tamaño del DPS se toma el 50% de la corriente de rayo y se divide por el número de fases de la acometida y esto nos dará el requerimiento que dimenciona el DPS.

Por ejemplo, si deseamos implementar un nivel de portección I, el cual debe ofrecer una efectividad del 98%, esto quiere decir que se debe instalar un DPS para 100 kA de onda 10/350 µs, o dicho de otra manera, de 25 kA por polo.

Corriente nominal de descarga

El mismo DPS Clase I puede ofrecer protección I + II, además puede proteger contra corriente de impulso de rayo del tipo de onda 10/350 µs y contra corriente nominal de descarga del tipo de onda 8/20 µs, In. Esta característica es muy útil, para el caso que se quiera proteger el equipo instalado que se encuentra cercano de la toma de energía.

Nivel de Protección

El Up o nivel de protección es el factor que caracteriza la capacidad del DPS para limitar las sobretensiones a un nivel residual. El nivel de protección debe adaptarse a la resistencia frente a perturbaciones de los aparatos y equipos que se pretenden proteger.

Capacidad de desconexión, capacidad de apagado de corrientes consecutivas

La capacidad de desconexión es el valor efectivo exento de influencias (valor prospectivo), de la corriente consecutiva de red que pueda ser apagada o extinguida automaticamente por el DPS, estando aplicada la tensión de dimensionado Uc. Esta capacidad se verifica en la prueba de IEC 61643-1 segunda edición 2005/03.

Podríamos ilustrarlo de la siguiente manera: El tamaño de un extintor de incendios dependerá de la cantidad y el tipo de fuego que deseamos apagar, de igual manera la capacidad de desconexión del DPS puede variar desde cero capacidad de extinción, (cero Amperios) hasta 50.000 A.

Esta característica es muy importante ya que si el DPS no posee capacidad de apagado esto producirá cortocircuito, y el cortocircuito a su vez originará problemas muy graves en las instalaciones eléctricas, e incluso la desconexión del DPS, dejando el sistema sin protección y con la posibilidad de pérdida del suministro de energia y suspensión de las operaciónes. ¡Deseamos proteger sin producir fallas!

Conclusión

Discernir y conocer bien las especificaciones deseables de un DPS es un asunto de gran responsabilidad. Nuestro próximo artículo se ocupará en las especificaciones de un DPS Clase II.

Bibliografia

Norma Internacional IEC 62305-4 Protection against lighting Part 4: Electrical and electronic systems within structures.
Hasse, P: Protección contra sobretensiones de instalaciones de baja tensión TÜV Verlag GmbH, Colonia, 1998
Hasse, P.; Noack, F.; Pospiech, J.; Zahlmann, P.: Cambio de generaciones en los descargadores de corriente de rayo para instalaciones de baja tensión.
etz, volumen 119, Nº 7-8, páginas 76-83
Norma Internacional IEC 61643-1 segunda edicion 2.005/03

Publicado Originalmente
REVISTA INGESOCIOS – Edición 34 (Septiembre – Octubre 2009)
REVISTA MUNDO ELECTRICO N° 77 (Octubre – Diciembre 2009)

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