En esta entrada se explica que son, como se eligen y conectan los diferentes sistemas de protección eléctrica frente a sobretensiones, los cuales son obligatorios en la mayoría de instalaciones eléctricas, tanto del ámbito residencial como industrial. Los sistemas pararrayos no se abordan en esta publicación.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
- Tipos y funcionalidades
- Esquemas de conexionado
- Equipos con protección integrada
- Selección del dispositivo
- Caso práctico
TIPOS Y FUNCIONALIDADES
Las sobretensiones pueden ser permanentes, es decir, aumentos leves de voltaje (∼ +10%) pero sostenidos en el tiempo producidos normalmente por averías en la red de distribución, o transitorias, causadas usualmente por rayos, que causan picos altos de tensión e intensidad pero de corta duración. Existen varias protecciones viables frente a estas incidencias dependiendo del tipo de sobretensión y de instalación que se quiera proteger:
| ID | Solución | Tipo de instalación | ST Permanentes | ST Transitorias |
|---|---|---|---|---|
| [1] | Interruptor combinado | Residencial | ☑ Sí | ☑ Sí |
| [2] | Descargador o protector a PT | Industrial | ☒ No | ☑ Sí |
| [3] | Relé de control | Industrial | ☑ Sí | ☒ No |
| [4] | Relé + Protector | Industrial | ☑ Sí | ☑ Sí |
[1] Los interruptores combinados se usan de IGA (interruptor general de alimentación) e integran la protección frente sobrecargas, cortocircuitos, sobretensiones transitorias y sobretensiones permanentes en un único dispositivo. En el caso de sobretensión transitoria, se deriva a tierra la corriente para evitar que llegue a los circuitos y equipos aguas abajo, en el resto de casos actúa como un interruptor normal y corta el circuito.
[2] El protector o descargador es un elemento conectado a tierra que sirve para desviar las sobretensiones transitorias al terreno, debe someterse a mantenimiento periódicamente, de manera similar a un fusible. Dado que solo se acciona cuando la tensión es muy elevada, no puede ser utilizado frente a sobretensiones permanentes.
[3] El relé de control monitoriza las sobretensiones y, en el caso de superarse los límites establecidos (∼ +7-15%) durante un determinado periodo de tiempo, provoca el accionamiento del interruptor general mediante una bobina de disparo o sistema similar. No son aptos para proteger frente a rayos. Algunos de estos dispositivos también pueden programarse para actuar en el caso de detectar tensiones demasiado bajas.
[4] Por último, están los equipos de protección que integran el relé de control y el protector en una única envolvente. Aunque son poco habituales permiten ahorrar en costes de suministro y montaje, así como reducir el espacio ocupado en el cuadro de protecciones.
ESQUEMAS DE CONEXIONADO
A continuación se explican y exponen los esquemas de conexionado de estos dispositivos. Cabe advertir que los diagramas son genéricos y que por lo tanto pueden variar dependiendo del fabricante y modelo del dispositivo, a veces se requieren de conexiones y accesorios adicionales para su montaje que no se han representado:
[1] El interruptor combinado corta el circuito que protege en caso de sobreintensidad o sobretensión permanente, por lo que tiene entrada y salida de las fases y neutro, así como salida de cable de protección a la red de tierras para desviar las sobretensiones transitorias. El bloque que protege frente sobretensiones está acoplado al interruptor, por lo que no es necesario cablear ambos entre sí.
[2] El descargador de sobretensión está conectado a las fases y al neutro justo aguas abajo del IGA así como a la puesta a tierra. Al superarse los límites de tensión del dispositivo la corriente es derivada a la red de tierras del emplazamiento, evitando su transmisión al esto de circuitos y equipos aguas abajo.
Debe someterse a mantenimiento tras actuar una o varias veces según recomiende su fabricante, esto aplica a cualquier dispositivo de protección frente sobretensiones transitorias. Los cables del protector tienen que estar protegidos por un interruptor o fusibles si la intensidad del IGA es mayor que la recomendada en las fichas del fabricante para la protección del dispositivo, aunque su instalación se recomienda en cualquier caso.
[3] El relé de control cuenta con una conexión directa al neutro y a una o varias de las fases para evaluar la tensión del suministro más una salida para activar la bobina asociada al interruptor en caso de detectar una sobretensión que supere los límites que tenga de fábrica o se le hayan programado. Debe conectarse aguas abajo del descargador frente sobretensiones.
[4] En el caso de aparatos combinados se disponen de las conexiones con las fases y el neutro, la derivación a tierra para disipar las sobretensiones transitorias y la salida del relé a la bobina de disparo del interruptor, que se activa si se produce una sobretensión permanente.
EQUIPOS CON PROTECCIÓN INTEGRADA
Existen algunos equipos que ya incorporan estas protecciones de fábrica, haciendo innecesario instalarlas en el cuadro. Un caso habitual de esto son los inversores de corriente para instalaciones fotovoltaicas, que de serie suelen equipar la protección frente sobretensiones permanentes & transitorias en corriente alterna y frente sobretensiones transitorias en corriente continua, no siendo necesario instalar dispositivos adicionales.
También puede ocurrir que una instalación se ejecute conectada a una red interior existente, en este caso, si el cuadro principal del que se derivan los nuevos circuitos ya cuenta con estas protecciones, no será obligatorio instalarlas de nuevo. No obstante, es recomendable poner al menos un descargador cerca de las nuevas cargas si estas se ubican en el exterior y la distancia hasta el cuadro principal es elevada.
SELECCIÓN DEL DISPOSITIVO
Dependiendo del tipo de protección elegida y circunstancias del proyecto habrá que considerar unos determinados parámetros u otros para elegir el modelo de dispositivo más adecuado para la instalación:
[1] Interruptores combinados: debido a que desempeñan también la función de IGA se eligen en función de la intensidad nominal de la instalación y la intensidad máxima admisible del circuito, es decir, la intensidad del dispositivo debe encontrarse entre ambas. Esta solución casi siempre se emplea en las cabeceras de los cuadros de viviendas o pequeños locales (hasta ∼ 44 [kW] / 63 [A]) por lo que las características de la protección acoplada frente sobretensiones vienen ajustadas de fábrica para cumplir la normativa de estos emplazamientos:
ITRABAJO ≤ IINTERRUPTOR ≤ IADMISIBLE CIRCUITO
[2] Relés de control: todos los modelos son muy similares entre sí, pero es conveniente consultar en la normativa que regule la instalación a ejecutar si es necesario proteger la instalación frente bajas tensiones (e.g. grupos electrógenos), dado que no todos los relés tienen esa capacidad.
Los relés más costosos permiten unos rangos de ajuste de disparo amplios tanto en tensión como en tiempo, también suelen incorporar una pantalla para monitorizar la tensión y disponer de varias salidas que permiten controlar más de un interruptor de corte u otros dispositivos.
[3] Protector o descargador: hay tres tipos dependiendo de la ubicación del dispositivo. Cerca del contador de compañía (CPM/CGP/CT) deben ser tipo 1, en la cabecera de cuadros de instalaciones interiores tipo 2 y para la protección de equipos sensibles en red interior tipo 3. Existen clases combinadas 1+2 y 2+3 para cubrir tipologías intermedias.
Esto también determina la sección mínima del cable de protección, que deberá ser de al menos 2,5 / 4,0 / 16,0 [mm2] para los tipos 3 / 2 / 1 respectivamente. Se recomienda que este conductor tenga la sección máxima que admita el dispositivo pero no superior a la del cable de protección del circuito que proteja, es decir:
SMÍNIMA NORMATIVA ≤ SPT DISPOSITIVO ≤ SCABLE PT CIRCUITO
La sección de los cables conectados a las fases y al neutro se determinan en función de la sección obtenida para el cable de protección aplicando inversamente la tabla 2 de la ITC-BT-18 del REBT sobre puestas a tierra. Cabe aclarar que esta sección estará limitada por la máxima que admitan las bornas del descargador.
La corriente nominal de descarga de la protección debe ser igual o mayor al poder de corte del interruptor al que esté asociado y cumplir con los mínimos según el tipo exigidos por la Norma IEC 63052 que regula esta clase de dispositivos; las distribuidoras también suelen tener requisitos adicionales en centralizaciones de contadores.
[4] Dispositivos combinados: deben cumplir los criterios de selección de los protectores y relés anteriormente explicados. Esto a veces puede ser complicado de lograr al estar ambos unificados en un único dispositivo y haber pocos modelos disponibles en el mercado, además de tener opciones de regulación limitadas o nulas.
CASO PRÁCTICO
Se desean elegir las protecciones frente a sobretensiones de una nueva nave industrial, la cual cuenta con un suministro en baja tensión de 100 [kW] de i-DE y tres cuadros de protecciones en red interior: el principal (CGM&P / IGA de 160 [A]), el cuadro de la instalación fotovoltaica para autoconsumo (CFV / junto al CGM&P) y el cuadro de la estación de recarga para coches eléctricos (CVE / en el parking exterior).
Se ha estimado una intensidad de cortocircuito de 20 [kA] en el origen de la instalación y de 15 [kA] en los cuadros secundarios. La sección de la derivación individual es de 4×95+1×50 [mm2] (3F/N/T) y la de alimentación de la estación de recarga de 4×50+1×25 [mm2] (3F/N/T).
PASO 1 – Protección frente sobretensiones del suministro (CPM/CGP).
Los modelos de CGP y CPM están normalizados por la empresa distribuidora y normalmente no contienen espacio para la protección frente sobretensiones y tampoco suele exigirse su instalación en la normativa específica de la compañía ni en la carta de condiciones.
El único caso donde es habitual que se pida su montaje es en las centralizaciones de contadores, a la salida del interruptor general de maniobra (IGM) y solo frente a las de tipo transitorio. Este suministro es individual y de la empresa i-DE, cuyos armarios aprobados para suministros en BT no permiten la instalación de esta protección.
Por lo tanto, dado que el ni Reglamento electrotécnico para baja tensión ni la normativa específica de i-DE contemplan su montaje, se ha decidido no proteger frente sobretensiones la acometida. En el caso de requerirse instalar esta protección, esta debería ser tipo 1.
PASO 2 – Protección frente sobretensiones del cuadro principal (CGM&P).
Las redes interiores tienen que estar protegidas frente sobretensiones transitorias y permanentes de acuerdo a lo indicado en la ITC-BT-23 del REBT y deben ser tipo 2 dada su ubicación. Por lo tanto, en base a esto y las características del suministro, se proponen las siguientes protecciones ligadas al IGA del CGM&P:
- Relé de control con una regulación de disparo del +15% (límite habitual para redes en BT).
- Descargador sobretensiones tipo 2 de acuerdo a la Norma IEC 63052 (corriente de descarga ≥ 20 [kA]).
- Los cables del descargador serán de 5×35 [mm2], sección límite del modelo propuesto (ver ficha abajo).
- Para el modelo elegido se debe proteger el descargador con un interruptor de 80 [A] o fusibles de 160 [A].
PASO 3 – Protección frente sobretensiones del cuadro de la fotovoltaica (CFV).
La ITC-BT-40 del REBT sobre instalaciones generadoras de BT indica lo siguiente sobre las protecciones frente sobretensiones en su punto 7: «Las protecciones mínimas a disponer serán las siguientes: … -) De sobretensión, conectado entre una fase y neutro, y cuya actuación debe producirse en un tiempo inferior a 0,5 segundos, a partir de que la tensión llegue al 110% de su valor asignado«.
Habitualmente los inversores de corriente de las instalaciones de autoconsumo fotovoltaico integran las protecciones eléctricas frente sobretensiones transitorias en la parte de CC y en la de CA la protección frente transitorias y permanentes.
Teniendo en cuenta esto y que el punto de conexión suele ser aguas abajo del IGA del CGM&P, es decir, bajo sus protecciones frente sobretensiones, el CFV no tendrá que equiparse con dispositivos adicionales. Cabe aclarar que en las series de paneles (strings) no debería haber riesgo de sobretensiones permanentes si estas se han dimensionado adecuadamente.
PASO 4 – Protección frente sobretensiones del cuadro de la estación (CVE).
La ITC-BT-52 del REBT sobre instalaciones de recarga indica lo siguiente sobre las protecciones frente sobretensiones en su Punto 6: «Todos los circuitos deben estar protegidos contra sobretensiones temporales y transitorias. Los dispositivos de protección contra sobretensiones temporales estarán previstos para una máxima sobretensión entre fase y neutro hasta 440 [V]. Los dispositivos de protección contra sobretensiones temporales deben ser adecuados a la máxima sobretensión entre fase y neutro prevista«.
El CVE también se deriva del CGM&P, por lo que a priori no debería requerir de protecciones frente sobretensiones propias, no obstante, dado que está muy alejado de este y a la intemperie, se instalarán las siguientes protecciones ligadas al IGA del CVE para cumplir con lo indicado en la normativa y reforzar la seguridad de la instalación:
- Relé de control con una regulación de disparo del +15% (límite habitual para los equipos de recarga).
- Descargador sobretensiones tipo 2 de acuerdo a la Norma IEC 63052 (corriente de descarga ≥ 15 [kA]).
- Los cables del descargador serán de 4×35+25 [mm2], sección de las fases limitadas por el modelo elegido.
- Para el modelo elegido (ver ficha abajo) se recomienda proteger el descargador con fusibles de 80 [A].
PASO 5 – Protección frente sobretensiones de otros equipos.
En el caso de haber equipos en la nave que por su sensibilidad o importante se deseen proteger, deberán instalarse descargadores tipo 3 al inicio de los circuitos que los alimenten o en su defecto junto a los equipos si estos están situados muy lejos del CGM&P. Salvo casos puntuales no se requieren por regla general relés adicionales frente sobretensiones permanentes.