SPD Tipo 1 vs Tipo 2: diferencias y selección

• Por qué es importante comparar los SPD tipo 1 y tipo 2
• Clasificación IEC 61643-11: definición de los tipos 1 y 2
• Formas de onda de ensayo: explicación de 10/350 μs frente a 8/20 μs
• Ubicaciones de instalación en sistemas de distribución de baja tensión
• Nivel de protección (Up): qué significa y cómo compararlo
• Tabla comparativa de parámetros de SPD tipo 1 y tipo 2
• Protección en cascada: coordinación de los tipos 1 y 2
• Escenarios de aplicación: cuándo elegir cada tipo
• Aspectos que deben revisarse durante la selección
• Preguntas frecuentes
• Resumen

Seleccionar el dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) adecuado para alimentación de CA es fundamental para proteger los sistemas de distribución de baja tensión en entornos industriales. Esta guía compara los SPD tipo 1 y tipo 2 definidos por IEC 61643-11 y analiza sus formas de onda de ensayo, ubicaciones de instalación, niveles de protección y escenarios de aplicación para ayudar a los ingenieros a tomar decisiones de selección bien fundamentadas.

Por qué es importante comparar los SPD tipo 1 y tipo 2

En las instalaciones industriales, las sobretensiones transitorias provocadas por rayos y maniobras de conmutación pueden propagarse por las redes de baja tensión y afectar a equipos sensibles. Los SPD están diseñados para limitar estas tensiones transitorias y derivar la corriente de sobretensión lejos de las cargas protegidas. Sin embargo, no todos los SPD de CA se ensayan de la misma manera, y elegir un tipo inadecuado puede producir una protección insuficiente o un coste innecesario.

La norma IEC 61643-11 clasifica los SPD de alimentación de CA en diferentes clases de ensayo, entre las cuales los tipos 1 y 2 son los más utilizados en instalaciones industriales de baja tensión. Comprender sus diferencias, especialmente en cuanto a la energía de la forma de onda, la ubicación de instalación y el nivel de protección, es la base de una selección correcta. Este artículo también toma como referencia la gama de SPD para alimentación de CA que Cresin fabrica de acuerdo con IEC 61643-11.

Clasificación IEC 61643-11: definición de los tipos 1 y 2

Según IEC 61643-11, la clase de ensayo de un SPD describe la forma de onda normalizada de corriente de sobretensión frente a la cual se ha evaluado, y no simplemente su valor nominal de corriente. Esta clasificación orienta sobre la ubicación prevista del dispositivo dentro de una estructura de zonas de protección contra el rayo (LPZ).

SPD tipo 1 (ensayo de clase I) se ensaya con una forma de onda de corriente de impulso de 10/350 μs, que simula la parte de la corriente de rayo que puede entrar en la instalación eléctrica de un edificio después de un impacto directo sobre un sistema externo de protección contra el rayo. Los dispositivos tipo 1 suelen instalarse en el origen de la instalación, normalmente en el cuadro general, donde derivan parte de la corriente de rayo hacia el sistema de puesta a tierra.

SPD tipo 2 (ensayo de clase II) se ensaya con una corriente nominal de descarga (In) y una corriente máxima de descarga (Imax) utilizando una forma de onda de 8/20 μs. Esta forma de onda representa sobretensiones de menor duración asociadas a efectos indirectos del rayo y a transitorios de conmutación. Los SPD tipo 2 se instalan normalmente en cuadros secundarios o más cerca de los equipos finales, donde limitan aún más la energía residual después de la protección aguas arriba.

Nota: existe una tercera categoría, el tipo 3 (ensayo de clase III), que se prueba con una onda combinada de menor energía y está destinada a la protección próxima a tomas o equipos terminales. Puede complementar una cascada tipo 1/tipo 2, pero queda fuera del alcance de esta comparación.

Formas de onda de ensayo: explicación de 10/350 μs frente a 8/20 μs

La diferencia entre las formas de onda de 10/350 μs y 8/20 μs se analiza con frecuencia al comparar SPD tipo 1 y tipo 2 porque está directamente relacionada con la energía que el dispositivo debe soportar.

Una forma de onda de 10/350 μs alcanza el valor de cresta en aproximadamente 10 microsegundos y desciende hasta la mitad en unos 350 microsegundos. Su larga duración implica que la carga total y la energía específica transferidas son muy superiores a las de una onda más corta con la misma amplitud de cresta. Por esta razón, el ensayo de tipo 1 utiliza la corriente de impulso Iimp, caracterizada por la transferencia de carga Q y la energía específica W/R, en lugar de basarse únicamente en el valor de corriente de cresta utilizado en el ensayo de tipo 2.

Una forma de onda de 8/20 μs alcanza el valor de cresta en unos 8 microsegundos y desciende hasta la mitad en aproximadamente 20 microsegundos. Aunque la corriente de cresta de un ensayo tipo 2 puede ser numéricamente similar o incluso superior al valor Iimp de un tipo 1, la energía total es considerablemente menor debido a su duración mucho más corta. Al comparar especificaciones, los ingenieros deben considerar la forma de onda utilizada y no comparar de forma aislada las cifras de corriente de cresta.

Esta diferencia de energía influye en la selección de componentes. Un SPD tipo 1 suele utilizar componentes capaces de absorber mayor energía, como vías de chispas o combinaciones de varistores MOV de alta energía, mientras que un SPD tipo 2 normalmente utiliza varistores de óxido metálico optimizados para un formato compacto adecuado para cuadros secundarios.

Ubicaciones de instalación en sistemas de distribución de baja tensión

La ubicación de un SPD tipo 1 o tipo 2 está estrechamente relacionada con su clase de ensayo. El concepto de zonas de protección contra el rayo (LPZ), definido en IEC 62305, proporciona un marco para situar SPD en los límites de las zonas y reducir progresivamente el nivel de amenaza al acercarse a los equipos sensibles.

Un SPD tipo 1 se instala normalmente en el límite entre el entorno exterior (LPZ 0) y la instalación interior (LPZ 1), es decir, en el cuadro general o en el punto de entrada de la alimentación. En este punto puede entrar parte de la corriente de rayo, y el SPD deriva la mayor parte de esa energía hacia el sistema de puesta a tierra.

Un SPD tipo 2 suele instalarse en el límite entre LPZ 1 y LPZ 2, por ejemplo, en cuadros secundarios que alimentan circuitos de carga. En esta etapa, la protección aguas arriba ya ha atenuado parcialmente la sobretensión y el dispositivo tipo 2 limita aún más la tensión residual. En muchas instalaciones industriales, la combinación de un tipo 1 en el origen y un tipo 2 en cuadros secundarios proporciona un esquema coordinado de varias etapas.

La eficacia de un SPD también depende de la longitud de los conductores de conexión y de su coordinación con los dispositivos adyacentes. Una longitud excesiva puede introducir una caída de tensión inductiva adicional durante la sobretensión y reducir el nivel de protección que realmente recibe la carga. Esta consideración se aplica tanto a instalaciones tipo 1 como tipo 2.

Nivel de protección (Up): qué significa y cómo compararlo

El nivel de protección Up representa la tensión residual entre los terminales del SPD cuando el dispositivo conduce la corriente nominal de descarga. En general, un Up más bajo significa que llega menos tensión al equipo protegido. Para una protección eficaz, Up debe ser inferior a la tensión soportada al impulso Uw del equipo, con un margen de seguridad adecuado.

Debido a que los SPD tipo 1 deben soportar impulsos de 10/350 μs con mayor energía, pueden presentar un Up relativamente más alto a la corriente de impulso nominal que un tipo 2 ensayado con 8/20 μs. Por ello, un tipo 1 por sí solo puede no ofrecer suficiente protección para equipos sensibles y suele complementarse con un tipo 2 aguas abajo para conseguir una tensión residual menor. Al comparar fichas técnicas, Up debe evaluarse junto con la corriente y la forma de onda de ensayo correspondientes.

Otro parámetro importante es la tensión máxima de funcionamiento continuo Uc, es decir, la tensión permanente que el SPD puede soportar sin entrar en conducción. Seleccionar una Uc adecuada para la tensión nominal del sistema ayuda a garantizar la fiabilidad a largo plazo. Por ejemplo, en un sistema TN-S de 230/400 V, suele seleccionarse una Uc de 385 V o superior para SPD de CA tipo 2 como la serie CSMS-B40, disponible para sistemas de CA de 385 V, 420 V o 440 V.

Tabla comparativa de parámetros de SPD tipo 1 y tipo 2

La tabla siguiente resume las principales diferencias entre los SPD de alimentación de CA tipo 1 y tipo 2 según IEC 61643-11 y ofrece una referencia práctica para la selección.

Protección en cascada: coordinación de los tipos 1 y 2

En muchas instalaciones industriales, una sola etapa de SPD no cubre eficazmente todos los niveles de amenaza. Una arquitectura en cascada —tipo 1 en el cuadro general y uno o más tipo 2 en cuadros secundarios— permite que cada etapa gestione la energía correspondiente a su ubicación y reduzca progresivamente la tensión residual que llega a los equipos finales.

Para que la cascada funcione correctamente, la coordinación entre etapas es esencial. Si los SPD aguas arriba y aguas abajo no están coordinados, el dispositivo aguas abajo puede conducir más corriente de la prevista y desgastarse prematuramente. La coordinación depende de Up y Uc de cada dispositivo, de la longitud del cable entre etapas y de las características de la sobretensión. Con frecuencia se utilizan elementos de desacoplamiento o una longitud de cable suficiente —habitualmente del orden de 10 metros, según los dispositivos— para favorecer un reparto adecuado de la energía.

Cuando se requieren ambas funciones en una misma ubicación, los dispositivos combinados tipo 1+2, ensayados conforme a los requisitos de clase I y clase II, pueden simplificar la especificación. Estos dispositivos incluyen una clasificación Iimp y valores In/Imax, por lo que pueden utilizarse como protección en el origen o como etapa de alta capacidad en un cuadro secundario, según el diseño del sistema.

Escenarios de aplicación: cuándo elegir cada tipo

La elección entre tipo 1, tipo 2 o una combinación depende de las características concretas de la instalación. Los siguientes escenarios industriales muestran cómo abordar la selección.

Escenario A — Instalación con sistema externo de protección contra el rayo. Cuando un edificio dispone de un sistema externo de protección contra el rayo en una zona con actividad significativa, suele recomendarse un SPD tipo 1 en el cuadro general para gestionar la parte de la corriente de rayo que puede entrar por la acometida. Una etapa tipo 2 aguas abajo en los cuadros secundarios refuerza la protección de las cargas sensibles.

Escenario B — Planta industrial sin sistema externo de protección contra el rayo. Cuando las principales fuentes de sobretensión son los efectos indirectos del rayo y los transitorios de conmutación, los SPD tipo 2 en cuadros secundarios suelen constituir el núcleo del esquema de protección. La necesidad de un tipo 1 en la entrada debe determinarse mediante una evaluación de riesgos conforme a IEC 62305.

Escenario C — Sala con equipos sensibles. En instalaciones con equipos de baja tensión soportada al impulso, como servidores o controladores de precisión, suele utilizarse una cascada de varias etapas —tipo 1 en el origen, tipo 2 en distribución secundaria y, en algunos casos, tipo 3 cerca del equipo— para conseguir un Up bajo en los terminales del equipo.

Para proyectos que requieren evaluar conjuntamente el tipo de SPD, Uc, Up y la configuración de polos según el sistema de puesta a tierra, el equipo técnico de Cresin ofrece asistencia de selección. Puede contactarnos para recibir recomendaciones adaptadas a una instalación concreta o consultar las soluciones de protección contra sobretensiones para distribución eléctrica como configuraciones de referencia.

Aspectos que deben revisarse durante la selección

Al comparar opciones de SPD tipo 1 y tipo 2, conviene revisar varios aspectos.

• Comparar la corriente de cresta sin considerar la forma de onda. Un Imax de 40 kA con onda 8/20 μs y un Iimp de 25 kA con onda 10/350 μs no son directamente equivalentes porque su contenido energético es muy diferente. La selección debe basarse en la clase de ensayo correspondiente y no únicamente en la corriente de cresta.
• Ignorar la relación entre Up y Uw del equipo. Up debe evaluarse al nivel de corriente correspondiente a la exposición de la instalación y coordinarse con la tensión soportada al impulso del equipo.
• Longitud de conductores y prácticas de cableado. Una longitud excesiva de los conductores de conexión puede añadir una tensión inductiva durante la sobretensión y elevar el nivel de protección efectivo en los terminales de la carga.
• Coordinación de la protección de respaldo. Los SPD necesitan una protección adecuada contra sobrecorriente aguas arriba —un desconectador de respaldo específico o un fusible/disyuntor correctamente seleccionado— para desconectar el dispositivo de forma segura al final de su vida útil. Consulte las directrices IEEE sobre protección contra sobretensiones y las secciones aplicables de IEC 61643-11.

Resumen

Los SPD de alimentación de CA tipo 1 y tipo 2 cumplen funciones complementarias en los sistemas industriales de distribución de baja tensión. Los dispositivos tipo 1, ensayados con la corriente de impulso de 10/350 μs definida en IEC 61643-11, se destinan al origen de la instalación, donde puede entrar parte de la corriente de rayo. Los dispositivos tipo 2, ensayados con una onda de 8/20 μs, se instalan en cuadros secundarios para limitar la tensión residual que alcanza los equipos. La elección entre ambos y la necesidad de una cascada dependen de la exposición al rayo, la presencia de un sistema externo de protección, la tensión soportada al impulso de los equipos y una evaluación de riesgos específica del emplazamiento.

Al evaluar conjuntamente la forma de onda de ensayo, la ubicación, el nivel de protección Up y el escenario de aplicación —en lugar de basarse en un único parámetro— los ingenieros pueden seleccionar un SPD de CA de acuerdo con IEC 61643-11 y con las necesidades reales de protección de la instalación.