Descargador de sobretensiones frente a disyuntor: funciones y aplicaciones

Un descargador de sobretensiones limita las sobretensiones transitorias; un disyuntor interrumpe la corriente excesiva. Esa es la diferencia fundamental en cualquier comparación entre un descargador de sobretensiones y un disyuntor. Ambos dispositivos responden a fallos distintos, se conectan de formas diferentes y ninguno sustituye al otro. Un sistema que sufre sobretensiones provocadas por rayos o por conmutación suele necesitar un descargador o un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), mientras que ese mismo sistema sigue necesitando un interruptor automático para la protección contra sobrecargas y cortocircuitos.

Esta guía compara las funciones de los descargadores de sobretensión y los interruptores automáticos, explica cómo se comporta cada uno de ellos durante una avería y muestra en qué casos ambos dispositivos funcionan conjuntamente en aplicaciones de redes eléctricas, edificios y energía solar. Está dirigida a ingenieros, fabricantes de cuadros eléctricos y compradores que necesitan establecer una distinción clara entre ambos productos a la hora de revisar un pliego de condiciones.

Comparación rápida entre un descargador de sobretensión y un disyuntor

Empieza por la avería en lugar de por el nombre del producto. Un descargador es un dispositivo limitador de tensión: conduce cuando la tensión supera su nivel de referencia y deja de conducir cuando la tensión vuelve a la normalidad. Un disyuntor es un dispositivo de interrupción de corriente: abre sus contactos cuando la corriente supera un umbral predeterminado. La tabla siguiente resume la comparación que se utiliza a lo largo de esta guía.

Se trata únicamente de una comparación conceptual; no es un esquema de cableado ni está a escala.

Función de un descargador de sobretensión: limitar la tensión, no interrumpir la corriente

Un descargador de sobretensiones está diseñado para limitar la tensión que se aplica al equipo protegido. Los varistores de óxido metálico (MOV) que se encuentran en el interior del descargador se comportan como un interruptor controlado por tensión: mantienen una alta resistencia a la tensión normal del sistema y se vuelven conductores cuando la tensión supera la tensión de referencia del descargador. Durante la conducción, el descargador descarga la corriente de sobretensión a tierra y limita la tensión; cuando pasa el transitorio, la conducción se detiene y el descargador vuelve a su estado de alta impedancia.

Dado que el descargador no debe permitir que circule una corriente de fallo continua tras la sobretensión, su diseño debe impedir que se produzca una corriente de seguimiento de potencia hacia tierra y debe soportar la tensión continua a frecuencia de red del sistema al que está conectado. Conceptos básicos sobre los descargadores de sobretensión de Eaton describen las mismas funciones: descargar o desviar la corriente de sobretensión, limitar la tensión, impedir la corriente residual y repetir la operación dentro de los valores nominales de la norma correspondiente. Por lo tanto, la selección de un descargador implica tener en cuenta la tensión máxima de funcionamiento continuo, la capacidad de soportar sobretensiones temporales (TOV), la capacidad de descarga y el nivel de aislamiento del equipo protegido.

El término “descargador de sobretensión” se utiliza en distintos rangos de tensión. En media y alta tensión, los descargadores se instalan en líneas aéreas, transformadores, aparamenta y subestaciones, y se clasifican y ensayan según normas como la IEC 60099 y la IEEE C62.11. En baja tensión, el dispositivo, de funcionamiento similar, se denomina normalmente «dispositivo de protección contra sobretensiones» (SPD) y se somete a ensayos según la serie IEC 61643 o la norma UL 1449. El principio de funcionamiento es el mismo: limitar la sobretensión sin interrumpir la corriente de carga.

Función de un disyuntor: interrupción de la corriente, no limitación de tensión

Un disyuntor supervisa la corriente que circula por el circuito que protege y se abre automáticamente cuando dicha corriente es excesiva. Cubre dos situaciones habituales: la sobrecarga, en la que la corriente se mantiene por encima del valor nominal durante el tiempo suficiente como para sobrecargar el circuito, y el cortocircuito, en el que una avería provoca que la corriente supere con creces el valor nominal y deba eliminarse rápidamente. Una vez subsanada la avería, el disyuntor suele poder volver a cerrarse, razón por la cual se prefiere frente a un fusible de un solo uso cuando es importante la continuidad del servicio.

Un disyuntor se conecta en serie, por lo que toda la corriente de carga pasa a través de él. Su funcionamiento es mecánico y requiere tiempo: un disyuntor miniatura (MCB) suele eliminar un fallo en un plazo de varios milisegundos a decenas de milisegundos, dependiendo de la intensidad del fallo y de su curva de disparo. Esa velocidad es adecuada para la protección contra sobrecorrientes, pero el interruptor no detecta los breves transitorios de tensión que dañan los componentes electrónicos. Un interruptor con una tensión nominal más alta o una curva de disparo más rápida no aporta capacidad de limitación de tensión.

Las diferentes aplicaciones requieren distintos diseños de interruptores: un interruptor magnético-termostático (MCB) para circuitos finales, un interruptor de caja moldeada (MCCB) para corrientes más elevadas e interruptores homologados para corriente continua cuando la alimentación es de este tipo, como en los sistemas solares. El principio general es el mismo: hay que elegir la intensidad nominal, la característica de disparo y la capacidad de corte en función del circuito, y no en función de las puntas de tensión.

Diferencias funcionales clave

Hay tres diferencias que cobran especial importancia a la hora de comparar ambos dispositivos: el fallo que detectan, la velocidad y la naturaleza de su respuesta, y lo que ocurre en el sistema a continuación.

• Cantidad medida diferente. El descargador reacciona ante la tensión; el interruptor reacciona ante la corriente. Una sobretensión provocada por un rayo puede elevar la tensión sin generar inmediatamente una sobrecorriente que el interruptor esté diseñado para detectar. Por el contrario, una sobrecarga puede persistir a una tensión normal, algo que el descargador ignora por su diseño.
• Un principio de funcionamiento diferente. El descargador conduce la corriente momentáneamente y luego vuelve a su estado aislante, por lo que el circuito protegido sigue funcionando con normalidad. El interruptor abre una separación física e interrumpe el circuito, por lo que el flujo de energía se detiene hasta que el interruptor se vuelve a cerrar y se resuelve la avería.
• Comportamiento diferente al final de la vida. Un descargador que se somete repetidamente a una sobrecarga puede deteriorarse y llegar a fallar, provocando un cortocircuito; para aislarlo se utiliza un seccionador interno o externo. Un interruptor que elimina una falla sigue siendo reutilizable, aunque se debe comprobar su funcionamiento tras una interrupción significativa.

Por qué un dispositivo no puede sustituir al otro

Resulta tentador considerar la “protección” como una única función, pero los dos dispositivos cubren fallos distintos. Un disyuntor no puede limitar una sobretensión repentina: su tiempo de respuesta se mide en milisegundos, mucho más lento que el tiempo de subida de un transitorio de rayo, que se mide en microsegundos, y no cuenta con ningún elemento de referencia de tensión que le permita conducir solo por encima de una tensión determinada. Si una sobretensión alcanza un equipo sensible, el disyuntor no evitará los daños por sobretensión, aunque posteriormente se dispare debido a la corriente resultante.

Un descargador de sobretensiones tampoco es adecuado como protector de carga. No mide la corriente de carga y carece de mecanismo para desconectar un circuito sobrecargado o en cortocircuito. Dejar la protección contra sobrecorrientes en manos de un descargador dejaría el cableado y los equipos expuestos a tensiones térmicas y magnéticas durante una avería.

Algunos productos combinan una función de SPD y una función de desconexión en una misma carcasa, por ejemplo, un SPD enchufable con un MCB integrado o un interruptor de protección contra sobretensiones. El dispositivo combinado puede ser una forma práctica de cumplir ambos requisitos, pero solo dentro de sus valores nominales declarados y de la coordinación probada. Un producto combinado no exime de cumplir con las obligaciones específicas de cada función. Las normas detalladas para elegir el dispositivo de respaldo del SPD se recogen en la guía del sitio web sobre Selección de fusibles de reserva o disyuntores SPD.

Aplicaciones: dónde encaja cada dispositivo

En la práctica, ambos dispositivos suelen proyectarse conjuntamente, de modo que el descargador o SPD protege contra las sobretensiones y el interruptor o fusible protege contra las sobrecorrientes.

Instalaciones industriales y de servicios públicos de media tensión

Los descargadores de sobretensión se instalan cerca de los transformadores, en las entradas de las líneas, en los postes de subida donde una línea aérea pasa a ser un cable, y en los puntos abiertos donde, de otro modo, podría producirse una duplicación de la tensión. El disyuntor asociado protege la línea y el transformador de la corriente de fallo y permite la conmutación. El descargador limita la sobretensión provocada por un rayo o por la conmutación que somete a tensión al aislamiento; el interruptor se encarga de la corriente de fallo que se produce tras un fallo del aislamiento o una avería del sistema.

Edificación y distribución de baja tensión

En la entrada de servicio o en un cuadro de distribución, se conecta en paralelo un SPD de tipo 1 o tipo 2 antes de las cargas, y los MCB protegen los circuitos de salida. El SPD limita las sobretensiones que llegan por la red de suministro; cada disyuntor modular protege su propio circuito contra sobrecargas y cortocircuitos. Cuando el SPD llega al final de su vida útil, su seccionador o un dispositivo de protección situado aguas arriba lo separa del barramento bajo tensión, de modo que un módulo averiado no provoque un fallo permanente. Nuestro gama de dispositivos de protección contra sobretensiones abarca los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de CA de tipo 1 y tipo 2 utilizados para esta función.

Aplicaciones solares y de corriente continua

Los sistemas fotovoltaicos añaden una dimensión de corriente continua (CC) a esta misma división de tareas. Un SPD de CC protege el inversor y el cableado del campo fotovoltaico contra las sobretensiones provocadas por los rayos en el lado de CC, mientras que los disyuntores magnéticos (MCB) o fusibles fotovoltaicos homologados para CC protegen las cadenas y la entrada del inversor contra las sobrecorrientes. En el lado de CA del inversor, un SPD de CA y un disyuntor de CA proporcionan las funciones equivalentes. La diferencia entre la protección contra sobretensiones de CA y de CC no es un simple detalle de nomenclatura: la tensión, la corriente de descarga y las condiciones de fallo difieren, por lo que debe seleccionarse la familia de SPD adecuada. Consulte la guía para Elección entre SPD de CA y SPD de CC y la visión general de Cómo elegir un disyuntor solar para conocer los detalles específicos de la aplicación.

Cómo elegir y combinar ambos dispositivos

Dado que ambas funciones son complementarias, una especificación completa establece ambas selecciones y confirma que pueden coexistir.

• Selecciona el dispositivo de protección contra sobrecorriente para el circuito. Determina la tensión del sistema (CA o CC), la corriente de carga, la corriente de cortocircuito prevista y las restricciones de cableado; a continuación, elige la clase del interruptor o del fusible, la intensidad nominal, la característica de disparo y la capacidad de corte. Nunca elijas un interruptor basándote únicamente en el valor de la corriente de sobretensión indicado en un SPD.
• Selecciona el descargador o el SPD adecuado para la protección contra sobretensiones. Comprueba la tensión máxima de funcionamiento continuo del sistema, la exposición prevista a sobretensiones, el nivel de protección necesario y la ubicación. Lee los parámetros técnicos del SPD, como Uc, Up, In e Imax, antes de comparar modelos; la guía para Especificaciones de Iimp, In, Imax y Up explica qué significa cada valor.
• Comprueba la coordinación. Las instrucciones del fabricante del SPD suelen indicar la protección de sobrecorriente de respaldo permitida y las condiciones de cortocircuito que el SPD puede soportar. Sigue esa combinación en lugar de inventarte una. Cuando no se requiera un dispositivo de respaldo independiente, comprueba que el SPD cuente con un seccionador interno probado para la aplicación.
• Comprueba las condiciones de instalación. Mantenga los cables de conexión del descargador o del SPD lo más cortos posible, ya que la inductancia de los cables aumenta el nivel efectivo de protección. Compruebe la puesta a tierra y las secciones de los conductores según las instrucciones de instalación y la normativa aplicable.

Descargador de sobretensiones frente a disyuntor: preguntas frecuentes

¿Puede un disyuntor proteger los equipos contra las sobretensiones provocadas por los rayos?

No. Un disyuntor interrumpe la sobrecorriente, pero no limita las sobretensiones transitorias. Las sobretensiones provocadas por los rayos pueden dañar los equipos incluso cuando el disyuntor permanece cerrado, o bien el disyuntor puede dispararse solo después de que la corriente dañina ya haya circulado.

¿Puede un descargador de sobretensiones sustituir a un disyuntor?

No. Un descargador no dispone de ningún mecanismo para desconectar un circuito sobrecargado o en cortocircuito. La protección contra sobrecorrientes debe correr a cargo de un interruptor automático o un fusible adecuado para el circuito, y no se puede asignar esa función a un descargador.

¿Es necesario instalar los descargadores de sobretensión y los interruptores automáticos juntos?

La mayoría de los sistemas necesitan ambas funciones, pero a menudo se instalan en puntos diferentes: el descargador o SPD en la entrada de alimentación o en el equipo que se desea proteger, y los interruptores en serie con cada circuito protegido. La necesidad de un interruptor de respaldo independiente para la derivación del SPD depende del diseño del SPD y de sus instrucciones, tal y como se explica en la guía de protección de respaldo para SPD de este sitio web.

¿Son lo mismo los términos “pararrayos”, “dispositivo de protección contra sobretensiones” y “pararrayos”?

Estos términos se solapan, pero no son idénticos. “Descargador de sobretensiones” es el término habitual en media y alta tensión; “SPD” es el término estándar para los dispositivos de baja tensión; y “pararrayos” hace hincapié en su función de protección contra los rayos. Las diferencias en la terminología y el contexto de las características técnicas se explican en la comparación de pararrayos frente a protectores contra sobretensiones.

Especifica ambas funciones por separado

La cuestión de si es mejor un descargador de sobretensiones o un interruptor automático tiene una respuesta práctica: hay que identificar la falla que debe gestionar cada dispositivo. El descargador de sobretensiones (SPD) limita las sobretensiones transitorias; el interruptor automático interrumpe las corrientes de sobrecarga y de cortocircuito. Una especificación sólida debe incluir ambos, confirmar la disposición del SPD de respaldo y del seccionador, y establecer cómo se detectará y sustituirá un componente de protección averiado.

En el caso de un proyecto de GA&DA, Facilite al equipo técnico la tensión de su sistema, si se trata de una aplicación de CA o CC, los datos sobre la corriente de fallo y los equipos que deben protegerse. para solicitar la documentación correspondiente sobre el SPD y el disyuntor, así como los requisitos de coordinación.