Por qué la protección contra sobretensiones es más importante que nunca
Los sistemas de climatización actuales son más sofisticados que nunca. Los equipos modernos se basan en microprocesadores, variadores de frecuencia (VFD), termostatos comunicantes, controles inteligentes, sensores y dispositivos conectados para ofrecer confort y eficiencia energética. Aunque estas tecnologías ofrecen importantes ventajas, también son muy vulnerables a las sobretensiones eléctricas.
Un solo pico de tensión puede dañar los componentes electrónicos sensibles, provocar fallos inoportunos, reducir la vida útil de los equipos o dar lugar a costosas intervenciones de mantenimiento. Por ello, la protección contra sobretensiones se ha convertido en un aspecto cada vez más importante para los profesionales de la climatización, los contratistas, los propietarios de edificios y los fabricantes de equipos.
En los últimos años, el Código Eléctrico Nacional® (NEC®) ha ampliado los requisitos relativos a los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD), por lo que es fundamental que los profesionales del sector de la climatización comprendan en qué casos la protección contra sobretensiones es obligatoria y en cuáles se trata simplemente de una buena práctica.
¿Qué es una sobretensión?
Una sobretensión eléctrica, también conocida como sobretensión transitoria, es un breve pico de tensión que supera los niveles normales de funcionamiento. Las sobretensiones pueden tener varios orígenes, entre ellos:
- Caídas de rayos
- Operaciones de cambio de proveedor de servicios públicos
- Restablecimiento del suministro eléctrico tras cortes de corriente
- Arranques y paradas de motores de gran potencia
- Conmutación de cargas capacitivas o inductivas
- Perturbaciones eléctricas internas en el edificio
Aunque la mayoría de las sobretensiones duran solo unos microsegundos, pueden causar daños inmediatos o acumulativos en los componentes electrónicos de los sistemas de climatización.
Requisitos de NEC para la protección contra sobretensiones
La NEC ha ido aumentando progresivamente el uso de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) en las instalaciones eléctricas comerciales, industriales y residenciales.
Artículo 230.67 del NEC – Instalaciones eléctricas de viviendas
Introducido en el NEC de 2020 y ampliado en la edición de 2023, el artículo 230.67 exige la instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones en las instalaciones de suministro eléctrico de las viviendas. El dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) debe instalarse en el equipo de suministro o en sus inmediaciones.
En el caso de las instalaciones de climatización residenciales, esto significa que muchos hogares ya cuentan con un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) para toda la vivienda, instalado para cumplir con la normativa. Sin embargo, esto no elimina necesariamente la necesidad de una protección adicional en los equipos de climatización.
Artículo 242 del NEC: Protección contra sobretensiones
El artículo 242 recoge los requisitos de protección contra sobretensiones y las prácticas de instalación. Ofrece orientación sobre los tipos de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD), los lugares de instalación, la longitud de los conductores y la coordinación del sistema.
Los profesionales del sector de la climatización deben tener en cuenta que una instalación adecuada de los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) es tan importante como la elección del propio dispositivo. Los cables demasiado largos y una conexión a tierra incorrecta pueden reducir significativamente la eficacia de la protección contra sobretensiones.
Sistemas de emergencia e instalaciones críticas
Existen requisitos adicionales del NEC para los sistemas de emergencia, los centros sanitarios, las bombas contra incendios y otras infraestructuras críticas. Aunque es posible que estas disposiciones no se apliquen directamente a la mayoría de las instalaciones de climatización, los equipos de climatización que dan servicio a estas instalaciones suelen estar sujetos a requisitos de protección eléctrica más estrictos.
¿Exige el NEC específicamente la instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) en los equipos de climatización?
En la mayoría de las instalaciones estándar de climatización, el Código Nacional de Electricidad (NEC) no exige explícitamente que se instale un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) directamente en cada aire acondicionado, bomba de calor, caldera o unidad de techo.
Sin embargo, hay varios factores que hacen que sea muy recomendable instalar protección contra sobretensiones a nivel de los equipos:
- Una dependencia cada vez mayor de los controles electrónicos
- Recomendaciones del fabricante
- Aspectos relacionados con la garantía
- Mayores costes de sustitución de las placas de control y los variadores
- Aumento de la frecuencia de las alteraciones en la calidad de la energía eléctrica
Hoy en día, muchos fabricantes de equipos recomiendan o fomentan el uso de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) para proteger los componentes electrónicos sensibles frente a picos de tensión.
Componentes habituales de los sistemas de climatización vulnerables a las sobretensiones
Los sistemas modernos de climatización contienen numerosos componentes que pueden resultar dañados por sobretensiones transitorias, entre ellos:
Cuadros de control
Las placas de control electrónico se encuentran entre los componentes que se sustituyen con mayor frecuencia tras un pico de tensión. Los daños pueden ser inmediatos o aparecer con el tiempo debido a la acumulación de tensiones.
Variadores de frecuencia (VFD)
Los variadores de frecuencia se utilizan cada vez más en los sistemas de climatización comerciales para mejorar la eficiencia. Estos sofisticados dispositivos electrónicos pueden ser especialmente vulnerables a las averías provocadas por picos de tensión.
Sistemas de comunicación
Los termostatos inteligentes, los controles de zonificación, las interfaces de equipos de comunicación y los sistemas de automatización de edificios dependen de componentes electrónicos sensibles y redes de comunicación que se benefician de la protección contra sobretensiones.
Sensores y controles de baja tensión
Los sensores de temperatura, los transductores de presión y los dispositivos de control conectados a la red pueden ser vulnerables tanto a las sobretensiones en la línea eléctrica como a las de las líneas de señal.
Tipos de dispositivos de protección contra sobretensiones utilizados en aplicaciones de climatización
- Los dispositivos de tipo 1 se instalan en el lado de la línea del interruptor de desconexión del servicio y proporcionan protección en la entrada del servicio.
- Los dispositivos de tipo 2 se instalan en el lado de la carga del interruptor de desconexión de servicio, normalmente dentro de los cuadros de distribución o de los paneles de equipos.
Se suelen utilizar para proporcionar una protección adicional a los equipos de climatización.
- Los dispositivos de tipo 3 son protectores de punto de uso que se instalan cerca de equipos sensibles.
En aplicaciones de climatización, pueden utilizarse para proteger sistemas de control específicos o dispositivos electrónicos.
Entender la norma UL 1449 y por qué es importante
No todos los dispositivos de protección contra sobretensiones son iguales. A la hora de especificar la protección contra sobretensiones para equipos de climatización, los contratistas y los fabricantes de equipos originales deben buscar dispositivos que cuenten con la certificación UL 1449.
La norma UL 1449 es la principal norma norteamericana de seguridad y rendimiento para los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD). La norma establece los requisitos de ensayo que verifican que un dispositivo puede limitar de forma segura las sobretensiones transitorias, minimizando al mismo tiempo riesgos como incendios, descargas eléctricas y daños en los equipos. Además, define las clasificaciones industriales para los SPD de tipo 1, tipo 2 y tipo 3 a los que se hace referencia habitualmente en los requisitos del Código Nacional de Electricidad (NEC).
Las pruebas de la norma UL 1449 evalúan la eficacia con la que un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) limita la tensión de sobretensión, su rendimiento ante sobretensiones repetidas y su comportamiento en condiciones de fallo. Los dispositivos que cuentan con la certificación UL 1449 han sido sometidos a pruebas normalizadas para demostrar su funcionamiento seguro a lo largo de toda su vida útil.
Para los profesionales del sector de la climatización, especificar un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) homologado según la norma UL 1449 ayuda a garantizar que el rendimiento de la protección contra sobretensiones se base en normas industriales reconocidas y no solo en afirmaciones de marketing. Un parámetro importante es el índice de protección de tensión (VPR), que indica la tensión máxima que puede atravesar el SPD durante una prueba de sobretensión normalizada. Por lo general, unos valores de VPR más bajos proporcionan una protección más eficaz para los equipos electrónicos sensibles.
Protección de los componentes electrónicos de los sistemas modernos de climatización
Los sistemas de climatización actuales contienen muchos más componentes electrónicos que los instalados hace tan solo una década. Las placas de control, los termostatos comunicantes, los motores ECM, los compresores con variador de frecuencia, los variadores de frecuencia (VFD) y las interfaces de automatización de edificios dependen todos de circuitos basados en semiconductores que pueden ser vulnerables a los picos de tensión transitorios.
Incluso cuando una sobretensión no es lo suficientemente grave como para provocar un fallo inmediato, los episodios transitorios repetidos pueden deteriorar los componentes electrónicos con el paso del tiempo. Esto puede dar lugar a fallos intermitentes, errores de comunicación, una reducción de la vida útil de los componentes o fallos prematuros de la placa de control.
Esto es especialmente importante para:
- Bombas de calor y aparatos de aire acondicionado de velocidad variable
- Compresores accionados por inversor
- Sistemas de climatización residenciales
- Unidades de techo comerciales con variadores de frecuencia
- Sistemas de automatización de edificios (BAS)
- Termostatos inteligentes y controles conectados
- Equipos de control de la calidad del aire interior con electrónica integrada
Una estrategia de protección contra sobretensiones por niveles que utilice dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de tipo 1 y tipo 2 homologados según la norma UL 1449 puede ayudar a reducir la energía de la sobretensión que llega a estos componentes sensibles. Los dispositivos de tipo 1 constituyen la primera línea de defensa en la entrada de servicio, mientras que los de tipo 2 ofrecen una protección adicional más cerca de los equipos de climatización y los paneles de control.
Buenas prácticas para la protección contra sobretensiones en sistemas de climatización
Si bien el cumplimiento de la normativa NEC establece un nivel mínimo de seguridad, las mejores prácticas suelen ir más allá de los requisitos del código.
Utiliza una estrategia de protección por capas
El enfoque más eficaz suele consistir en varias capas de protección:
- SPD de entrada de servicio
- Panel de distribución con SPD
- Dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) a nivel de equipo para equipos críticos de climatización
Este enfoque coordinado contribuye a reducir la magnitud de las sobretensiones en todo el sistema eléctrico.
Proteja tanto los circuitos de alimentación como los de comunicación
Muchas averías en los sistemas de climatización se deben al cableado de comunicación de baja tensión, más que a la fuente de alimentación principal.
Considere la posibilidad de instalar protección contra sobretensiones para:
- Cableado del termostato
- Redes BACnet
- Comunicaciones Modbus
- Circuitos de sensores
- Controles conectados por Ethernet
Siga las instrucciones del fabricante
Siga siempre las instrucciones de instalación del fabricante de los equipos SPD y de climatización. Una conexión a tierra adecuada y un tendido correcto de los conductores son fundamentales para alcanzar el rendimiento de protección nominal.
Reducir al mínimo la longitud de los cables
Los fabricantes de dispositivos NEC y SPD recomiendan que los conductores de conexión sean lo más cortos y rectos posible. Un exceso de longitud en los conductores aumenta la impedancia y puede reducir la eficacia de la protección contra sobretensiones.
El coste de no proteger los equipos de climatización
El coste de sustituir una placa de control, un variador de frecuencia o un termostato con comunicación dañado puede superar fácilmente el coste de instalar un sistema de protección contra sobretensiones. Además de la sustitución de componentes, las averías relacionadas con las sobretensiones pueden provocar:
- Llamadas al servicio de emergencias
- Molestias para los ocupantes
- Interrupción de la actividad empresarial
- Conflictos relacionados con la garantía
- Reducción de la vida útil del equipo
A medida que los sistemas de climatización incorporan cada vez más componentes electrónicos y funciones de conectividad, la importancia de la protección contra sobretensiones sigue aumentando.
Reflexiones finales
La NEC reconoce cada vez más la importancia de la protección contra sobretensiones en todos los sistemas eléctricos. Aunque es posible que los requisitos normativos no exijan la instalación de un dispositivo de protección contra sobretensiones específico en cada unidad de climatización, el uso cada vez más extendido de controles electrónicos hace que la protección contra sobretensiones sea una inversión práctica y rentable.
Para los contratistas, especificar la protección contra sobretensiones puede ayudar a reducir las visitas de servicio técnico y a proteger los equipos de los clientes. Para los propietarios de edificios, supone una capa adicional de protección frente a perturbaciones eléctricas inesperadas. Y para los fabricantes y proveedores de sistemas de control, contribuye a garantizar que las sofisticadas tecnologías de climatización ofrezcan un rendimiento fiable durante muchos años.
Comprender los requisitos de la norma NEC y aplicar una estrategia integral de protección contra sobretensiones puede ayudar a proteger los equipos de climatización, reducir el tiempo de inactividad y mejorar la fiabilidad del sistema a largo plazo.
Referencias:
- NFPA 70®, Código Eléctrico Nacional®, edición de 2023.
- NFPA, artículo 230.67: Protección contra sobretensiones.
- NFPA, artículo 242: Protección contra sobretensiones.
- Leviton, «Actualizaciones del NEC de 2020 y 2023: 230.67 Protección contra sobretensiones».
- Mike Holt Enterprises, «Protección contra sobretensiones según el artículo 242».
- Revista EC&M, «Requisitos del NEC para la protección contra sobretensiones».
- DITEK, «Comprender las normas del NEC de 2023 sobre protección contra sobretensiones».
- Hubbell Wiring Device-Kellems, «Cómo cumplir los requisitos de protección contra sobretensiones del NEC de 2023».
- Normas y participación de UL. UL 1449: Dispositivos de protección contra sobretensiones.
- Instituto de Protección contra Sobretensiones de la NEMA. UL 1449: Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD).
- UL Solutions. Servicios de ensayo y certificación de dispositivos de protección contra sobretensiones.
- Eaton. Resumen de las normas UL e IEEE para dispositivos de protección contra sobretensiones.
- Schneider Electric. Dispositivos de protección contra sobretensiones de tipo 1 y tipo 2.