PROTECCIÓN SECUNDARIA

La protección secundaria de los equipos o sistemas se encarga de la protección a nivel de la alimentación, por tanto se encarga de limitar las tensiones y corrientes. Su misión consiste en reducir los efectos eléctricos y magnéticos que la corriente de descarga de los rayos pueda producir de forma indirecta en los equipos electrónicos y sistemas de comunicaciones. No son tan obvios como los efectos directos, pero pueden producir efectos muy perjudiciales si no se han tenido en cuenta las debidas protecciones.

La técnica de absorción de sobretensiones se ocupa de las posibilidades de reducir éstas a valores que no sean peligrosos para el equipo electrónico o instalación eléctrica. Los limitadores de sobretensión se instalan donde se espera que pueda llegar un impulso perturbador de sobretensión. De este modo, a la salida del limitador se tiene una tensión máxima que no interfiere el circuito situado a continuación. Así, los limitadores dispuestos en circuitos protectores a nivel secundario y terciario limitan las sobretensiones y pueden utilizarse como dianas para ser perforados en casos extremos.

Esencialmente los descargadores se dividen en dos grupos:

Limitadores o descargadores de sobretensión

Consideraciones a tener en cuenta para evaluar cualquier tipo de limitador:

  1. Tener en cuenta sobre todo las características siguientes: energía, temperatura, dimensiones, tiempos de respuesta, corrientes de fuga y capacidad del limitador.
  2. Las tensiones disponibles: Es importante disponer de la tensión limitadora los más cercana posible a la deseada.
  3. El coste por Joule
  4. La fiabilidad. Funcionamiento a la máxima temperatura, desgaste,...
  5. El limitador no debe interferir con el funcionamiento normal del equipo.
  6. Durante su funcionamiento dinámico debe limitar instantáneamente la sobretensión a un nivel de seguridad.
  7. Como no contribuye al funcionamiento del sistema, debe tener un costo bajo, relativo al costo global del sistema.

Para la evaluación de las condiciones transitorias y las permanentes tener en cuenta:

  1. Debe definirse o estimarse la forma de onda del transitorio en cuanto a su impedancia de fuente y al pico de tensión o intensidad. La forma de onda del pico de tensión o intensidad puede describirse con las formas estándar asociadas al tipo de sobretensión esperado.
  2. Debe determinarse la máxima potencia a disipar: un factor que influye en la potencia disipable en un limitador es la frecuencia de repetición de los picos: a mayor frecuencia de repetición, es necesaria una mayor potencia.
  3. Una característica importante de un limitador es su rapidez de respuesta en la supresión de sobretensiones, lo cual incluye el tiempo de respuesta y la tensión de limitación.
  4. Determinar la tensión de limitación del supresor.

No existe un limitador que cumpla todos los requerimientos anteriores a la vez. Afortunadamente los equipos no necesitarán limitadores que cumpla a la vez todos los requerimientos anteriores perfectamente. Se debe de alcanzar un compromiso entre el costo y el nivel de protección. En los circuitos de protección contra sobretensiones se disponen diferentes limitadores en conexión serie entre sí o en paralelo o en una combinación determinada, de manera que el comportamiento limitador del circuito se acerque lo máximo posible a la curva idealizada. A todos estos limitadores les es común que su resistencia no es lineal y que según el grado de tensión perturbadora, pase del margen de alta resistencia al de baja resistencia.

Los tipos de limitadores de sobretensiones más habituales son los que se describen a continuación: Descargador abierto, de contorneo-deslizante y de gas. Varistor de óxido de zinc. Diodos supresores.

Descargador abierto.

Los descargadores abiertos se usan en protecciones secundarias. En ellos el aire ambiente se usa como dieléctrico. La tensión de encendido del descargador no puede definirse exactamente pues depende de la humedad o de las impurezas del aire. Generalmente los descargadores abiertos sólo se utilizan en las instalaciones en las que se permite una tensión residual relativamente alta, por ejemplo en instalaciones de pararrayos. Después del paso del transitorio de sobretensión, la conducción cesa y el aislamiento original se reinstaura.

Ventajas:

Inconvenientes:

Descargador abierto de contorneo deslizante

Para la red existen los descargadores abiertos o de contorneo-deslizante con electrodos de cobre-wolframio separados por un plástico muy especial que gasea cuando el arco voltaico se encuentra muy cercano al mismo provocando una cierta corriente de aire que empuja al arco voltaico hacia fuera provocando el apagado de la repetición de la red. Al cesar el impulso perturbador el arco voltaico se extingue y la acción aislante del descargador queda de nuevo restablecida. Tiene una tensión de encendido relativamente alta de unos 2 o 3 kV y depende significativamente del impulso perturbador.

Ventajas:

Inconvenientes:

Descargador de gas.

Un descargador de gas, por su parte, está formado por un tubo de cerámica o de cristal en el que se encuentran dos electrodos. La cámara del tubo está llena de gas noble (generalmente argón o neón) y se encuentra a una determinada presión. La composición del gas noble permite un mecanismo de encendido, se inicia un proceso de ionización por el cual la resistencia de la descarga de gas pasa de alta a baja. Después del encendido, cuando se tiene energía suficiente en el impulso de encendido, tiene lugar la descarga total. La posibilidad de que el gas permanezca ionizado depende de la tensión de servicio del sistema y de la corriente de seguimiento. La corriente de seguimiento en los descargadores de gas es la intensidad que circula a través de suyo mientras está descargando y ésta se origina cuando la distancia de descarga en el descargador de gas es de baja resistencia y la corriente de la red normal pasa a través del descargador de gas, o bien, aumenta su valor, debido a que el descargador de gas ha pasado a tener una resistencia más baja que la impedancia de la carga. Si el descargador de gas no puede interrumpir independientemente la corriente de la red, debe insertarse un fusible entre el descargador de gas y la red o bien un varistor en serie.

Ventajas:

Inconvenientes:

Varistores:

Los varistores son resistencias no lineales cuyo valor desciende con la tensión en sus extremos. Son limitadores bipolares y existen dos tipos: los de carburo de silicio y los de óxido de zinc.

Varistores de oxido de zinc

Estos tienen mejores características de intensidad-tensión que los varistores de carburo de silicio. Un varistor de óxido de zinc se compone de granos de ZnO cimentados en otros granos de óxido metálicos. El óxido de zinc es un semiconductor de tipo N, que limita con los demás óxidos metálicos de tipo P. El comportamiento eléctrico del varistor de óxido de zinc queda, pues, limitado por el número de contactos PN, dispuestos en paralelo y en serie. Al sobrepasar las tensiones de conducción en los límites de los granos individuales, el varistor pasa a ser conductor. Su tiempo de respuesta es más rápido que el de un descargador de gas, pero más lento que el de un diodo supresor de silicio.

Ventajas:

Inconvenientes:

Varistor de carburo de silicio

Ventajas:

Inconvenientes:

 

Diodo supresor de silicio.

Los diodos supresores de silicio son uniones PN caracterizadas por su aguda característica de avalancha, por su alta capacidad de supresión de sobretensiones, por su extremadamente rápida respuesta y por su baja resistencia de conducción. Las corrientes de derivación de estos componentes pueden ser como máximo de varias centenas de amperios.

Ventajas:

Inconvenientes:

 

Diodo supresor de selenio.

Se están dejando de usar debido a las mejores características que tiene el diodo supresor de silicio. Solo se utiliza para muy escasas aplicaciones.

Ventajas.

Inconvenientes.

Diodo zener.

El diodo zener fue concebido como componente regulador de tensión. Pero aunque tiene ciertas aptitudes como supresor de transitorios, no es conveniente usarlo como tal, aunque en algunas aplicaciones no críticas pueda suplir en según que circunstancias a algún limitador, pero siempre con la seguridad de que su respuesta será bastante peor.

Ya que el diodo supresor tiene mucha mayor capacidad para absorber las sobretensiones que un diodo zener, por lo que será preferible el diodo supresor que el zener, si bien aumentando la potencia del zener obtenemos mayor capacidad de supresión aunque no llegaremos a las características del diodo supresor

Ventajas:

Inconvenientes:

No se puede poner cualquier limitador en cualquier punto de una instalación o sistema. Hay que seleccionar el componente adecuado para cada instalación.