Las sobretensiones transitorias son picos de tensión de microsegundos a milisegundos que llegan por rayos (directos o inducidos en las líneas) o se generan dentro de la planta al maniobrar interruptores, bancos de condensadores y motores. Dañan tarjetas electrónicas, variadores y aislamientos, a veces de forma acumulativa. Se controlan con un sistema por zonas: descargadores en media tensión, DPS coordinados en los tableros de baja tensión y una puesta a tierra y equipotencialización que les permitan actuar. En Colombia el RETIE exige DPS en toda subestación y una evaluación de riesgo para el resto.
Qué es una sobretensión transitoria
Una sobretensión transitoria es un aumento de la tensión muy breve, desde microsegundos hasta algunos milisegundos, que puede alcanzar varias veces la tensión normal. Se diferencia de una sobretensión sostenida (una tensión alta durante minutos u horas) y de una sobretensión temporal a frecuencia de red, como la que aparece en las fases sanas durante una falla a tierra en un sistema con neutro aislado.
Los transitorios hacen daño de dos maneras: de golpe, perforando un aislamiento o un semiconductor, o poco a poco, degradando componentes electrónicos que fallan semanas después sin causa aparente. La segunda es la más costosa porque nadie la asocia con su origen.
De dónde vienen
| Origen | Cómo llega o se produce | Equipos más afectados |
|---|---|---|
| Rayo directo o cercano a la línea de media tensión | Viaja por la línea hasta la subestación de la planta | Transformador, celdas, cables |
| Rayo cercano a la planta | Induce tensiones en cables largos, acometidas y redes de control y comunicaciones | Electrónica, PLC, comunicaciones, instrumentación |
| Maniobra de bancos de condensadores | Transitorio oscilatorio al conectar cada paso, propio o del operador | Variadores, fuentes, UPS |
| Apertura de interruptores de motores y transformadores | Sobretensiones de maniobra, en especial con interruptores de vacío y cargas inductivas | Devanados de motores de media tensión, transformadores secos |
| Fallas a tierra y arcos intermitentes | Sobretensiones en las fases sanas, mayores en sistemas con neutro aislado | Aislamiento de cables y motores |
| Conmutación de cargas en baja tensión | Transitorios pequeños pero muy frecuentes | Electrónica sensible |
Cómo se protege una planta
La protección contra transitorios es un sistema, no un dispositivo. Tiene tres partes que dependen una de otra.
1. Descargadores en media tensión
El descargador de sobretensiones de óxido metálico se conecta entre fase y tierra, junto al equipo que protege. En la planta, los puntos principales son los bornes de alta tensión del transformador y las transiciones de línea aérea a cable. Solo protege bien si está cerca del equipo: el cable entre ambos agrega tensión inductiva durante el impulso.
2. DPS coordinados en baja tensión
En baja tensión, los dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS, o SPD por su sigla en inglés; en México, supresores) se instalan por zonas:
- En el tablero general, un DPS de mayor capacidad de descarga para las corrientes que vienen de fuera.
- En los tableros secundarios que alimentan equipos sensibles, DPS que reducen lo que dejó pasar el primero.
- Junto a la electrónica crítica, una protección fina cuando hace falta.
IEC 61643-11 define las clases de ensayo de los DPS de baja tensión (I, II y III, o tipos 1, 2 y 3). Las etapas deben coordinarse por energía, no solo por corriente, para que cada una actúe en su papel. Las líneas de control, instrumentación y comunicaciones que entran a los tableros también necesitan su propia protección.
3. Puesta a tierra y equipotencialización
Un DPS desvía la corriente del transitorio a tierra. Si la conexión a tierra es larga, si las tierras de la planta no están unidas o si la resistencia es alta, la tensión que «ve» el equipo sigue siendo peligrosa. La equipotencialización de todas las tierras (potencia, electrónica, apantallamiento) es tan importante como el DPS. Vea puesta a tierra industrial.
- 01Evaluación del riesgoRayos según NTC 4552-2 o IEC 62305-2 y sobretensiones de maniobra
- 02Media tensiónDescargadores junto al transformador y en transiciones aéreo-cable
- 03Tablero generalDPS en el origen de la red interna, conexión corta
- 04Tableros secundariosDPS coordinados por energía con el primero
- 05Equipos y señalesProtección fina en electrónica, control y comunicaciones
Lo que exige el RETIE en Colombia
El RETIE (Resolución 40117 de 2024) establece que toda subestación (transformador) y toda transición de línea aérea a cable aislado de media, alta o extra alta tensión deben disponer de DPS. En los demás equipos y en las redes de baja tensión o de uso final, la necesidad de DPS depende de una evaluación técnica objetiva del nivel de riesgo por sobretensiones transitorias, que hace el responsable del diseño.
El reglamento también fija criterios de instalación: dar preferencia al origen de la red interna, conexiones lo más cortas posible (en el montaje típico de baja tensión, el reglamento pide que la distancia indicada en su figura no supere, en lo posible, 50 cm), instalación en modo común en los tableros principales y coordinación por energía cuando hay varias etapas. Las instalaciones deben contar además con una evaluación del nivel de riesgo frente a rayos según NTC 4552-2 o IEC 62305-2. Vea apantallamiento contra descargas atmosféricas.
En España, la protección contra sobretensiones de las instalaciones interiores la trata la ITC-BT-23 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión.
Sobretensiones de maniobra: las que se olvidan
En plantas con motores de media tensión maniobrados por interruptores o contactores de vacío, la apertura de corrientes inductivas puede producir sobretensiones de maniobra repetidas sobre los devanados. Se controlan con descargadores en los bornes del motor, condensadores de protección o circuitos RC, según el estudio. La conexión de bancos de condensadores genera transitorios que disparan variadores; vea variador que se dispara.
Señales de que su planta tiene un problema
- Tarjetas electrónicas, fuentes o variadores que fallan con más frecuencia de lo normal, sobre todo en temporada de lluvias.
- Fallas que coinciden con tormentas o con maniobras de bancos.
- DPS con indicador de fin de vida activado y nadie que lo revise.
- Fallas de aislamiento en motores de media tensión sin sobrecarga previa.
Cómo le ayudamos
Nuestro equipo evalúa la protección contra sobretensiones de su planta: revisamos el riesgo, la ubicación y la coordinación de descargadores y DPS, y la puesta a tierra que los hace funcionar, y diseñamos las correcciones. La ingeniería la hacemos de forma remota con sus planos; en Colombia también medimos la puesta a tierra y probamos los descargadores en sitio. Conozca nuestro servicio de ingeniería primaria y escríbanos.
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Referencias
- Ministerio de Minas y Energía de Colombia, Resolución 40117 de 2024 (RETIE), numeral 3.3.3.1 y artículo 3.13.1.
- IEC 61643-11, Low-voltage surge protective devices – Part 11: Requirements and test methods.
- IEC 60099-4, Surge arresters – Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems.
- IEC 62305-2 y NTC 4552-2, protección contra rayos: evaluación del riesgo.
- IEC 62305-4, protección contra rayos: sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras.
Preguntas frecuentes
¿Qué causa las sobretensiones transitorias en una planta?
Los rayos que caen sobre las líneas o cerca de ellas, y las maniobras dentro de la propia red: conexión de bancos de condensadores, apertura de interruptores que alimentan motores o transformadores y fallas a tierra. Las de origen interno son más frecuentes y menos visibles que las de rayo.
¿Dónde se instalan los DPS en una planta industrial?
En el origen de la instalación, normalmente el tablero general de baja tensión, y luego en los tableros que alimentan equipos sensibles, coordinados por energía para que cada etapa reduzca la sobretensión que deja pasar la anterior. En media tensión se instalan descargadores junto a los bornes del transformador y en las transiciones de línea aérea a cable.
¿Es obligatorio instalar DPS en Colombia?
El RETIE exige DPS en toda subestación (transformador) y en toda transición de línea aérea a cable aislado de media, alta o extra alta tensión. Para los demás equipos y para las redes de baja tensión y de uso final, la necesidad la define una evaluación técnica del nivel de riesgo por sobretensiones que hace el responsable del diseño.