Una sobretensión es una onda o impulso de tensión que se superpone a la tensión nominal de la red.
(ver Figura J2).
Este tipo de sobretensión se caracteriza por lo siguiente (ver Figura J4):
- El tiempo de subida (tf) se mide en μs.
- El gradiente S se mide en kA/μs.
Estos dos parámetros afectan al equipo y producen radiaciones electromagnéticas. Además, la duración de la sobretensión (T) produce un aumento de energía en los circuitos eléctricos que puede destruir el equipo.
Los cuatro tipos de sobretensiones
Existen cuatro tipos de sobretensiones que pueden afectar a las cargas y a las instalaciones eléctricas:
- Sobretensiones de origen atmosférico.
- Sobretensiones de funcionamiento o maniobra.
- Sobretensiones de transitorios de frecuencia industrial.
- Sobretensiones producidas por descargas electrostáticas.
Sobretensiones de origen atmosférico
El riesgo de las caídas de rayos: algunas cifras
Alrededor de la tierra se forman constantemente entre 2.000 y 5.000 tormentas. Estas tormentas van acompañadas de rayos, lo que constituye un riesgo grave tanto para las personas como para los equipos. Las caídas de rayos se producen a una velocidad de 30 a 100 caídas por segundo. Cada año, en la tierra caen alrededor de 3.000 millones de rayos.
- Todos los años, en todo el mundo, miles de personas sufren caídas de rayos e infinidad de animales mueren por este motivo.
- Los rayos también producen un gran número de incendios, la mayoría de los cuales se producen en granjas, de modo que destruyen edificios y los dejan inutilizables.
- Los rayos afectan también a los transformadores, a los dispositivos de medida, a los electrodomésticos y a todas las instalaciones eléctricas y electrónicas en el sector residencial e industrial.
- Los edificios altos son los que sufren más a menudo caídas de rayos.
- El coste de las reparaciones de los daños producidos por los rayos es muy alto.
- Es difícil evaluar las consecuencias de las interrupciones producidas en las redes informáticas y de telecomunicaciones, los defectos en los ciclos de los autómatas y los defectos en los sistemas de regulación.
Además, las pérdidas que se producen por las paradas de maquinarias pueden tener consecuencias financieras que superen el coste del equipamiento destruido por la caída de rayos.
Es importante definir la probabilidad de la protección adecuada a la hora de proteger un lugar.
Además, la corriente de un rayo es una corriente de impulso de alta frecuencia (HF) que alcanza aproximadamente un megahercio.
Los efectos de los rayos
La corriente de un rayo es por lo tanto una corriente eléctrica de alta frecuencia. Además de una inducción importante y efectos de sobretensión, produce los mismos efectos que cualquier otra corriente de baja frecuencia en un conductor:
- Efectos térmicos: fusión en los puntos de impacto del rayo y efecto Joule, debido a la circulación de la corriente, lo que produce incendios.
- Efectos electrodinámicos: cuando las corrientes de los rayos circulan en conductores paralelos, provocan fuerzas de atracción o repulsión entre los cables, lo que produce roturas o deformaciones mecánicas (cables aplastados).
-Efectos de combustión: los rayos pueden producir que el aire se expanda y se cree una sobrepresión que se dispersa en una distancia de varias decenas de metros. Un efecto de explosión rompe ventanas o divisiones que pueden proyectarse en animales o personas a varios metros de su posición original. Esta onda de choque al mismo tiempo se convierte en una onda de sonido: el trueno.
- Sobretensiones conducidas tras un impacto en las líneas telefónicas o en las líneas aéreas eléctricas.
- Sobretensiones inducidas por el efecto de radiación electromagnética del canal del rayo que actúa como antena en varios kilómetros y lo cruza una corriente de impulso considerable.
- El aumento del potencial de tierra por la circulación de la corriente del rayo por la tierra. Esto explica las caídas de rayos indirectas por tensión de paso y los defectos de los equipos.
Sobretensiones de funcionamiento o maniobra
Un cambio brusco en las condiciones de funcionamiento establecidas de una red eléctrica provoca los fenómenos transitorios. Se trata por lo general de ondas de sobretensión de oscilación amortiguadas o de alta frecuencia (ver Figura J2 pág. J3). Se dice que presentan un frente lento: su frecuencia varía de varias decenas a varios cientos de kilohercios. Las sobretensiones de funcionamiento o maniobra pueden estar producidas por lo siguiente:
- Sobretensiones de dispositivos de desconexión debido a la apertura de los dispositivos de protección (fusibles, interruptor automático), y la apertura o el cierre de los dispositivos de control (relés, contactores, etc.).
- Las sobretensiones de los circuitos inductivos debidas a arranques o paradas de motores, o la apertura de transformadores, como los centros de transformación de MT/BT. c Las sobretensiones de circuitos capacitivos debidas a la conexión de baterías de condensadores a la red.
- Todos los dispositivos que contienen una bobina, un condensador o un transformador en la entrada de alimentación: relés, contactores, televisores, impresoras, ordenadores, hornos eléctricos, filtros, etc.
Sobretensiones transitorias de frecuencia industrial (ver Figura J6)
Estas sobretensiones presentan las mismas frecuencias que la red (50, 60 o 400 Hz):
- Sobretensiones producidas por defectos de aislamiento de fase/masa o fase/tierra en una red con un neutro aislado, o por el defecto del conductor neutro. Cuando ocurre esto, los dispositivos de fase única recibirán una alimentación de 400 V en lugar de 230 V, o en una tensión media: Us × e = Us × 1,7.
- Sobretensiones debidas a un defecto en el cable. Por ejemplo, un cable de media tensión que cae en una línea de baja tensión.
- El arco de un spark-gap de protección de media o alta tensión produce un aumento del potencial de tierra durante la acción de los dispositivos de protección. Estos dispositivos de protección siguen ciclos de conmutación automática, lo que recreará un defecto si persiste.
Sobretensiones producidas por descargas electrostáticas
En un entorno seco, se acumulan cargas eléctricas y crean un campo electrostático muy fuerte. Por ejemplo, una persona que camine sobre moqueta con suelas aislantes se cargará eléctricamente con una tensión de varios kilovoltios. Si la persona camina cerca de una estructura conductora, desprenderá una descarga eléctrica de varios amperios en un periodo de tiempo de pocos nanosegundos. Si la estructura contiene elementos electrónicos sensibles, como un ordenador, se pueden destruir sus componentes o placas de circuitos.
Principales características de las sobretensiones
La Figura J7 que aparece a continuación resume las principales características de las sobretensiones.
Diferentes modos de propagación
Las sobretensiones en modo común se producen entre las partes activas y la tierra: fase/tierra o neutro/tierra (véase la Figura J8).
Resultan especialmente peligrosas para los dispositivos cuyas estructuras (masa)
se encuentren conectadas a tierra, debido al riesgo de defecto dieléctrico.
Modo diferencial
Las sobretensiones en modo diferencial circulan entre los conductores activos de fase/fase o fase/neutro (véase la Figura J9). Resultan especialmente peligrosas para los equipos electrónicos, los equipos informáticos sensibles, etc.
Fuente: Schneider Electric
