¿Qué ocurre dentro de un protector contra sobretensiones durante un rayo?
¿Qué sucede dentro de un dispositivo protector contra sobretensiones durante un rayo?
Durante un rayo, los dispositivos protectores contra sobretensiones (SPDs) desempeñan un papel crucial en la protección del equipo eléctrico de las sobretensiones transitorias (es decir, sobretensiones). A continuación, se presentan los principales procesos y mecanismos que ocurren dentro de un SPD durante estos eventos:
1. Detección y Respuesta de Sobretensión
Cuando una sobretensión causada por un rayo entra en el sistema de energía, el dispositivo protector contra sobretensiones detecta rápidamente esta tensión anormal. Por lo general, los SPDs tienen un voltaje umbral establecido; una vez que la tensión detectada supera este umbral, el protector activa su mecanismo de protección.
2. Absorción y Disipación de Energía
Los SPDs absorben y disipan la energía de la sobretensión para evitar que llegue al equipo eléctrico conectado. Los mecanismos comunes de absorción y disipación incluyen:
a. Varistores de Óxido Metálico (MOVs)
Principio de Funcionamiento: Los MOVs son materiales resistentes no lineales cuya resistencia cambia con la tensión aplicada. Bajo tensiones operativas normales, los MOVs exhiben alta resistencia; cuando la tensión supera cierto umbral, su resistencia disminuye bruscamente, permitiendo que pase la corriente.
Disipación de Energía: Los MOVs convierten la energía eléctrica excesiva en calor y la disipan. Aunque los MOVs tienen características de autorecuperación y pueden seguir funcionando después de múltiples pequeñas sobretensiones, pueden fallar después de grandes o frecuentes sobretensiones.
b. Tubos de Descarga de Gas (GDTs)
Principio de Funcionamiento: Los GDTs son tubos sellados llenos de gas inerte. Cuando la tensión entre ambos extremos supera cierto valor, el gas en el interior se ioniza, creando una vía conductora para la corriente.
Disipación de Energía: Los GDTs disipan la energía de la sobretensión a través del plasma creado por la ionización del gas y extinguen automáticamente el plasma una vez que la tensión vuelve a la normal, restaurando la aislación.
c. Diodos de Supresión de Voltaje Transitorio (TVS)
Principio de Funcionamiento: Los diodos TVS permanecen en un estado de alta resistencia bajo tensiones operativas normales. Cuando la tensión supera su tensión de ruptura, el diodo cambia rápidamente a un estado de baja resistencia, permitiendo que fluya la corriente.
Disipación de Energía: Los diodos TVS disipan la energía de la sobretensión a través del efecto avalancha en sus uniones PN internas y son adecuados para sobretensiones pequeñas de respuesta rápida.
3. Desvío de Energía y Conexión a Tierra
Los SPDs no solo absorben la energía de la sobretensión, sino que también desvían parte de ella hacia las líneas de tierra para reducir aún más el impacto en el equipo. Mecanismos específicos incluyen:
Circuitos de Desvío: Los SPDs están diseñados con circuitos de desvío especializados para guiar la sobretensión hacia las líneas de tierra, evitando que entre directamente en los dispositivos de carga.
Sistema de Conexión a Tierra: Un buen sistema de conexión a tierra es clave para garantizar el funcionamiento eficaz de los SPDs. El sistema de conexión a tierra debe proporcionar una vía de baja impedancia para disipar rápidamente la energía de la sobretensión en la tierra.
4. Recuperación Post-Sobretensión
Después del evento de sobretensión, el SPD necesita volver a su estado operativo normal. Los diferentes tipos de protectores tienen diferentes mecanismos de recuperación:
MOVs: Si la sobretensión no causa daños permanentes al MOV, éste volverá automáticamente a un estado de alta resistencia una vez que la tensión se normalice.
GDTs: Una vez que la tensión vuelve a la normal, el plasma en el interior del GDT se apaga automáticamente, restaurando el estado aislante.
Diodos TVS: Después de que la tensión se normalice, los diodos TVS también vuelven automáticamente a un estado de alta resistencia.
5. Modos de Fallo y Protección
Aunque los SPDs están diseñados para manejar sobretensiones, todavía pueden fallar en casos extremos. Para garantizar la seguridad, muchos SPDs incluyen características adicionales:
Dispositivos de Desconexión Térmica: Cuando un MOV u otro componente se sobrecalienta y falla, el dispositivo de desconexión térmica interrumpe el circuito para prevenir incendios y otros peligros.
Luces Indicadoras/Alarmas: Algunos SPDs vienen equipados con luces indicadoras o alarmas para notificar a los usuarios si el protector sigue funcionando correctamente.
Conclusión
Durante un rayo, los dispositivos protectores contra sobretensiones protegen el equipo eléctrico a través de los siguientes pasos:
Detección de Sobretensión: Identificar situaciones donde la tensión supera los rangos normales.
Absorción y Disipación de Energía: Utilizar componentes como MOVs, GDTs y diodos TVS para convertir la energía de la sobretensión en calor u otras formas de energía.
Desvío a Líneas de Tierra: Guiar la sobretensión hacia las líneas de tierra para minimizar el impacto en el equipo.
Vuelta al Estado Normal: Después de la sobretensión, el protector vuelve a su estado operativo normal.
Protección contra Fallos: Proporcionar medidas de seguridad adicionales en casos extremos para prevenir daños adicionales.
