Calculadora de supresores de sobretensión para protección de equipos

La protección de equipos electrónicos ante sobretensiones es crítica para la continuidad operativa y la seguridad industrial. Calcular el supresor de sobretensión adecuado requiere precisión, conocimiento normativo y herramientas especializadas.

Este artículo te guía paso a paso en el cálculo y selección de supresores de sobretensión según IEEE e IEC. Encontrarás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente para optimizar tu protección.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de supresores de sobretensión para protección de equipos – IEEE, IEC

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¿Qué supresor necesito para un equipo de 230 V, 10 kA, categoría II según IEC 61643?
Calcular el valor de energía máxima para un SPD en un tablero de 480 V trifásico, 20 kA.
¿Qué nivel de protección ofrece un SPD de 40 kA, 275 V, clase I según IEC?
¿Cuál es el voltaje de protección residual para un SPD de 15 kA, 120 V, clase II?

Tabla de valores comunes para la Calculadora de supresores de sobretensión para protección de equipos – IEEE, IEC

Norma	Clase/Categoría	Tensión Nominal (V)	Corriente Máxima (kA)	Voltaje de Protección Residual (Up, V)	Ubicación Típica	Aplicación
IEC 61643-11	Clase I	230/400	25-100	1,5-2,5	Entrada principal	Protección primaria
IEC 61643-11	Clase II	230/400	5-40	1,0-1,8	Tablero secundario	Protección secundaria
IEC 61643-11	Clase III	230/400	1-5	0,8-1,5	Equipos sensibles	Protección fina
IEEE C62.41	Cat. A	120/240	3-10	0,7-1,5	Tomacorrientes	Electrónica
IEEE C62.41	Cat. B	120/240	10-20	1,0-2,0	Distribución interna	Iluminación
IEEE C62.41	Cat. C	120/240	20-40	1,5-2,5	Entrada servicio	Protección general
IEC 61643-11	Clase I+II	400/690	50-100	2,0-3,0	Industria pesada	Protección combinada
IEC 61643-11	Clase II+III	230/400	5-20	0,8-1,2	Oficinas	Protección sensible
IEEE C62.41	Cat. D	120/240	1-3	0,5-1,0	Equipos críticos	Protección especial
IEC 61643-11	Clase I	480	40-100	2,5-3,5	Subestaciones	Alta energía

Fórmulas para la Calculadora de supresores de sobretensión para protección de equipos – IEEE, IEC

El cálculo y selección de supresores de sobretensión (SPD, por sus siglas en inglés) requiere considerar varios parámetros eléctricos y normativos. A continuación, se presentan las fórmulas fundamentales y la explicación detallada de cada variable involucrada.

1. Corriente máxima de descarga (I_max)

I_max = Valor máximo de corriente de impulso que el SPD puede soportar sin fallar.

Variable: I_max (kA)
Valores comunes: 5, 10, 20, 40, 60, 100 kA
Norma: IEC 61643-11, IEEE C62.41

2. Tensión nominal de operación continua (U_c)

U_c = Tensión máxima que puede aplicarse permanentemente al SPD sin que se active.

Variable: U_c (V)
Valores comunes: 120, 230, 277, 400, 480, 690 V

3. Voltaje de protección residual (U_p o V_PR)

U_p = Tensión máxima que aparece en los terminales del SPD durante la operación de descarga.

Variable: U_p (V)
Valores comunes: 0,8, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 kV

4. Capacidad de energía (W_SPD)

W_SPD = 0,5 × L × I_max² × t

W_SPD: Energía absorbida por el SPD (Joules)
L: Inductancia del trayecto (H)
I_max: Corriente máxima de descarga (A)
t: Tiempo de impulso (s)
Valores típicos: L = 1-2 μH/m, t = 8/20 μs (IEC), 10/350 μs (IEC Clase I)

5. Selección de SPD según nivel de protección requerido

Nivel de protección requerido = Tensión soportada por el equipo – Margen de seguridad

Margen de seguridad: 20-30% por debajo de la tensión soportada por el equipo
Ejemplo: Si el equipo soporta 2,5 kV, el SPD debe limitar a 2,0 kV o menos

6. Coordinación de SPD en cascada

U_p1 + U_p2 + … + U_pn < Tensión soportada por el equipo

U_p1, U_p2, …: Voltajes residuales de cada SPD en la cadena

Explicación detallada de variables y valores comunes

La correcta selección de un supresor de sobretensión depende de la comprensión de cada parámetro:

I_max: Determina la capacidad del SPD para soportar descargas de alta energía, como rayos directos o indirectos. Valores altos (40-100 kA) se usan en entradas principales o subestaciones.
U_c: Debe ser igual o superior a la tensión nominal de la red, pero lo más ajustado posible para evitar disparos innecesarios.
U_p: Es crítico para la protección de equipos sensibles. Cuanto menor sea, mayor será la protección, pero puede aumentar el costo del SPD.
Clase/Categoría: Según IEC, Clase I es para protección primaria (descargas directas), Clase II para protección secundaria (descargas indirectas), Clase III para protección fina (equipos electrónicos).
Coordinación: En instalaciones complejas, se usan varios SPD en cascada para garantizar que la tensión residual total no supere la capacidad de aislamiento de los equipos.

Ejemplos del mundo real sobre Calculadora de supresores de sobretensión para protección de equipos – IEEE, IEC

Ejemplo 1: Selección de SPD para un tablero de distribución en industria ligera

Supongamos una planta industrial con un tablero de distribución alimentado a 400 V trifásico. El equipo más sensible soporta hasta 2,5 kV de sobretensión. Se requiere protección según IEC 61643-11 Clase II.

Datos:
- Tensión nominal: 400 V
- Corriente máxima esperada de impulso: 20 kA
- Tensión soportada por el equipo: 2,5 kV
- Norma: IEC 61643-11 Clase II
Selección:
- U_c = 400 V
- I_max ≥ 20 kA
- U_p ≤ 2,0 kV (margen de seguridad del 20%)
Solución:
- Se selecciona un SPD Clase II, U_c = 400 V, I_max = 40 kA, U_p = 1,8 kV.
- Este SPD protegerá adecuadamente los equipos, cumpliendo con la normativa y el margen de seguridad.

Ejemplo 2: Protección de un centro de datos según IEEE C62.41

Un centro de datos opera con equipos críticos alimentados a 120 V. Se requiere protección en tomacorrientes (categoría A) y en el panel de distribución (categoría B).

Datos:
- Tensión nominal: 120 V
- Corriente máxima de impulso esperada: 10 kA (panel), 3 kA (tomacorriente)
- Tensión soportada por los equipos: 1,5 kV
- Norma: IEEE C62.41
Selección:
- Panel: SPD categoría B, U_c = 120 V, I_max = 10 kA, U_p ≤ 1,2 kV
- Tomacorriente: SPD categoría A, U_c = 120 V, I_max = 3 kA, U_p ≤ 1,0 kV
Solución:
- Se instalan SPD en el panel principal y en los tomacorrientes críticos, asegurando que la suma de U_p no supere 1,5 kV.
- La protección es efectiva y cumple con la normativa IEEE C62.41.

Consideraciones adicionales y mejores prácticas

Verificar siempre la compatibilidad del SPD con la tensión y frecuencia de la red.
Instalar SPD lo más cerca posible del equipo a proteger para minimizar la inductancia de los conductores.
Realizar mantenimiento periódico y pruebas de funcionamiento según recomendaciones del fabricante.
Consultar las últimas versiones de las normas IEC 61643-11 y IEEE C62.41 para asegurar cumplimiento normativo.
En instalaciones críticas, considerar la coordinación en cascada de varios SPD de diferentes clases/categorías.

La correcta selección y cálculo de supresores de sobretensión es esencial para la protección de equipos y la continuidad operativa. Utiliza la calculadora inteligente y las tablas de referencia para optimizar tu diseño conforme a las normativas internacionales.