Guía de selección de SPD para cuadros de control industrial

GUÍA TÉCNICA | SEGURIDAD ELÉCTRICA

Guía práctica para seleccionar un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) para un cuadro de control industrial según la tensión del sistema, el esquema de puesta a tierra, la ubicación de instalación, el tipo de SPD, Uc, Up, In, Imax, la protección de respaldo y los requisitos de supervisión.

Los cuadros de control industrial requieren una protección coordinada contra sobretensiones para proteger PLC, variadores, fuentes de alimentación y equipos de comunicación sensibles.

Los cuadros de control industrial contienen componentes sensibles y de alto valor, como controladores lógicos programables (PLC), variadores de frecuencia (VFD), módulos de comunicación, sensores, fuentes de alimentación industriales y dispositivos de supervisión. Estos componentes pueden quedar expuestos a sobretensiones transitorias causadas por rayos indirectos, maniobras de la red eléctrica, funcionamiento de motores, contactores, relés y otras cargas inductivas.

Un sistema correctamente seleccionado de protección contra sobretensiones para automatización industrial ayuda a desviar la corriente de sobretensión hacia la red de puesta a tierra de protección y de conexión equipotencial, al tiempo que limita la tensión aplicada a los equipos aguas abajo. El SPD debe seleccionarse como parte del diseño general de protección eléctrica y no como un accesorio aislado.

La selección implica mucho más que hacer coincidir la tensión nominal del sistema. Los ingenieros también deben considerar la ubicación de instalación, el esquema de puesta a tierra, la clasificación del SPD, la tensión máxima de funcionamiento continuo, el nivel de protección de tensión, la capacidad de corriente de descarga, la protección de respaldo, la longitud del cableado y la coordinación con los dispositivos de protección aguas arriba y aguas abajo.

Por qué los cuadros de control industrial necesitan protección contra sobretensiones

Los sistemas de automatización dependen de una alimentación estable, comunicaciones continuas y señales de control precisas. Incluso un transitorio breve puede interferir con las entradas del PLC, dañar una fuente de alimentación de control, provocar errores de comunicación o reducir la vida útil de los componentes electrónicos.

Los interruptores automáticos y los fusibles están destinados principalmente a proteger contra sobrecorrientes y cortocircuitos. No sustituyen a un SPD, porque las sobretensiones transitorias aumentan y disminuyen mucho más rápido de lo que actúa una protección convencional contra sobrecorrientes.

Durante una sobretensión, el SPD pasa de un estado de alta impedancia a un estado conductor, lo que ayuda a desviar la corriente de impulso y a limitar la sobretensión aguas abajo.

Proceso de selección de un SPD para un cuadro de control industrial

Los principios generales de selección, funcionamiento, ubicación y coordinación de los SPD se describen en la norma IEC 61643-12:2020. El diseño final también debe cumplir la normativa eléctrica local aplicable, las especificaciones del proyecto y la documentación técnica del fabricante.

Proceso de selección de un SPD para un cuadro de control industrial

1. Confirmar la tensión del sistema eléctrico

Comience por confirmar el sistema eléctrico real conectado al cuadro de control. Registre la tensión nominal entre fases, la tensión fase-neutro, la frecuencia del sistema, si la alimentación es monofásica o trifásica y si existe conductor neutro.

La tensión máxima de funcionamiento continuo Uc del SPD debe ser adecuada para la tensión aplicada continuamente en cada modo de protección. Una Uc inadecuada puede provocar degradación prematura, funcionamiento no deseado o protección insuficiente.

Para seguir un proceso de preselección más amplio, consulte la Guía de selección de SPD de CRESIN.

2. Identificar el esquema de puesta a tierra

El esquema de puesta a tierra afecta a la configuración del SPD y a los modos de protección necesarios. Entre los sistemas de baja tensión habituales se encuentran TN-S, TN-C, TN-C-S, TT e IT.

Un sistema trifásico no utiliza automáticamente la misma configuración de SPD en todos los proyectos. El diseñador debe considerar si existe conductor neutro, cómo están dispuestos el neutro y la tierra de protección, y si se requiere protección entre L-PE, L-N y N-PE.

Los requisitos de los esquemas de puesta a tierra, los conductores de protección y los conductores de conexión equipotencial de protección se abordan en la norma IEC 60364-5-54:2011+A1:2021.

3. Seleccionar el tipo de SPD correcto

La clasificación del SPD está determinada principalmente por la ubicación de instalación y la carga de sobretensión prevista en ese punto.

Ubicación coordinada habitual de los SPD desde la entrada de servicio hasta los equipos terminales sensibles.

En muchos cuadros internos, un SPD tipo 2 es la principal etapa de protección local. Sin embargo, normalmente debe coordinarse con la protección instalada en los niveles de distribución principal y secundaria. Consulte la solución CRESIN de protección contra sobretensiones para distribución eléctrica para ver un ejemplo de aplicación por niveles.

4. Comprobar Uc y Up

Uc es la tensión eficaz máxima que puede aplicarse continuamente al SPD en las condiciones especificadas. Debe admitir la tensión normal del sistema y las variaciones previstas, manteniendo al mismo tiempo la compatibilidad con el nivel de protección requerido.

Up es el nivel de protección de tensión medido en condiciones de ensayo especificadas. La Up seleccionada debe ser inferior a la capacidad de soportar impulsos del equipo protegido. La tensión efectiva en el equipo puede ser superior a la Up declarada del SPD, porque los conductores de conexión añaden tensión inductiva durante la sobretensión.

5. Evaluar In e Imax

In, la corriente nominal de descarga de un SPD tipo 2, indica su comportamiento frente a corrientes de descarga repetitivas con la forma de onda de ensayo especificada de 8/20 µs.

Imax indica la corriente máxima de descarga que el SPD tipo 2 puede soportar una vez en las condiciones de ensayo especificadas.

Un valor Imax mayor no demuestra por sí solo que un SPD sea mejor para un proyecto. Uc, Up, In, Imax, el modo de protección, la configuración del sistema, la ubicación de instalación y la protección de respaldo deben evaluarse conjuntamente.

6. Confirmar el número de polos y la configuración de los modos de protección

La tabla es una referencia de preselección y no sustituye la revisión del diagrama unifilar del proyecto ni las instrucciones de instalación del SPD seleccionado.

7. Verificar la protección de respaldo contra sobrecorriente

Un SPD puede requerir un fusible aguas arriba, un MCB, un MCCB o un dispositivo específico de protección de respaldo para SPD. La selección depende de la protección de respaldo máxima permitida por el SPD, del dispositivo de protección existente aguas arriba y de la corriente de cortocircuito prevista en el punto de instalación.

No seleccione el dispositivo de respaldo únicamente a partir de la corriente de carga del cuadro de control. Verifique la información de coordinación en la ficha técnica del SPD.

8. Comprobar los requisitos de supervisión y mantenimiento

Para líneas de producción críticas e instalaciones remotas, resultan útiles la indicación visual de estado, los módulos reemplazables, los contactos de señalización remota y la integración con el sistema de alarmas. Estas funciones ayudan al personal de mantenimiento a identificar un módulo degradado antes de que se produzca una avería relacionada con una sobretensión.

Prácticas de instalación que afectan al rendimiento de la protección

Mantener los conductores cortos y directos

Los conductores entre las fases, el neutro, el SPD y la barra de tierra de protección deben ser lo más cortos y directos posible. Los conductores largos, los bucles de cable y las curvas cerradas aumentan la tensión inductiva durante una sobretensión y pueden reducir la protección efectiva de los equipos aguas abajo.

Comparación conceptual entre conductores de SPD largos y con bucles, y conexiones cortas y directas a la barra de tierra de protección.

En la sección de recursos de CRESIN encontrará planos adicionales de productos y sistemas, incluidos los diagramas de cableado de protectores contra sobretensiones .

Proporcionar una conexión equipotencial eficaz

La envolvente del cuadro, el conductor de protección, la estructura de montaje y las demás partes conductoras expuestas deben conectarse a la red equipotencial requerida. Una conexión deficiente puede crear diferencias de potencial peligrosas incluso cuando se ha instalado un SPD.

Coordinar los SPD aguas arriba y aguas abajo

Una disposición coordinada habitual puede utilizar protección tipo 1 o tipo 1+2 en el cuadro principal de entrada, protección tipo 2 en el nivel de distribución secundaria o del cuadro de control, y protección tipo 3 cerca de equipos especialmente sensibles. La coordinación debe considerar la distancia del cable, los niveles de protección, la capacidad de corriente de descarga y las recomendaciones del fabricante.

SPD CRESIN CSMS-B40 tipo 2 para cuadros de control industrial

Dispositivo de protección contra sobretensiones CRESIN CSMS-B40 tipo 2 para distribución de energía en CA y aplicaciones de cuadros de control industrial.

El CRESIN CSMS-B40 es un SPD de potencia en CA tipo 2 destinado a la distribución de baja tensión y a aplicaciones de control industrial. Las variantes disponibles deben seleccionarse según la tensión real del sistema, el modo de protección y el número de polos.

Para obtener información sobre las capacidades internas de verificación de CRESIN, visite el laboratorio de ensayos de SPD.

Verifique las características nominales, las evidencias de ensayo, la información de cableado y la redacción de conformidad antes de publicar o aprobar el proyecto.

Lista de comprobación para seleccionar un SPD de cuadro de control industrial

Preguntas frecuentes

¿Es adecuado un SPD tipo 2 para un cuadro de control con PLC?

Un SPD tipo 2 se utiliza habitualmente en cuadros de control con PLC y cuadros de distribución internos para limitar las sobretensiones inducidas por rayos y los transitorios de conmutación. Cuando la instalación pueda estar expuesta a corriente de rayo, también puede ser necesaria una protección adecuada tipo 1 o tipo 1+2 aguas arriba.

¿Cómo elijo entre 3P, 4P y 3P+N?

La elección depende del número de conductores, el esquema de puesta a tierra, los modos de protección necesarios y la arquitectura del producto. Revise el diagrama unifilar y las instrucciones exactas de cableado del fabricante, en lugar de seleccionar únicamente por la expresión «trifásico».

¿Qué parámetro es más importante: Uc, Up, In o Imax?

Ninguno debe utilizarse de forma aislada. Uc determina la idoneidad para la tensión de funcionamiento continuo, Up describe la limitación de tensión, In indica el comportamiento repetitivo de la corriente de descarga de un SPD tipo 2 e Imax indica la capacidad máxima de corriente de descarga tipo 2 en las condiciones de ensayo especificadas.

¿Un SPD necesita un fusible o un interruptor automático independiente?

Depende del SPD y del dispositivo de protección aguas arriba. Compruebe la protección de respaldo máxima permitida, la corriente de cortocircuito disponible y las instrucciones de coordinación del fabricante para el modelo exacto.

¿Puede un SPD evitar por completo las averías de los equipos?

Ningún dispositivo puede garantizar que un equipo nunca falle. Un SPD correctamente seleccionado e instalado ayuda a reducir el riesgo relacionado con las sobretensiones, pero la protección efectiva también depende de la puesta a tierra, la conexión equipotencial, el tendido de cables, la protección contra sobrecorrientes y la coordinación entre las etapas de protección.