Guía completa sobre el supresor de voltaje

Un supresor de voltaje, conocido técnicamente como Dispositivo de Protección contra Sobretensiones (SPD) o apartarrayos en media y alta tensión, es un componente esencial en cualquier sistema eléctrico moderno. Su función principal es proteger equipos críticos contra sobretensiones transitorias —picos de voltaje de corta duración pero alta energía— que pueden dañar o destruir componentes electrónicos y maquinaria de alto valor.

¿Qué es un supresor de voltaje y por qué es indispensable en la industria?

En una red eléctrica, el voltaje no es perfectamente constante. Está sujeto a fluctuaciones, siendo las más peligrosas las sobretensiones transitorias causadas por descargas atmosféricas (rayos), operaciones de conmutación en la red de CFE o el arranque y paro de grandes cargas inductivas dentro de una instalación. Estos eventos, aunque duran microsegundos, pueden alcanzar miles de voltios.

Aquí es donde interviene el supresor de voltaje. Opera como una válvula de seguridad para la electricidad. En condiciones normales de operación, presenta una alta impedancia y es eléctricamente invisible para el sistema. Sin embargo, al detectar un voltaje que excede su umbral de operación predefinido, su impedancia cae drásticamente en nanosegundos. Esto crea una ruta de baja resistencia para desviar la corriente transitoria de forma segura hacia el sistema de puesta a tierra, limitando el voltaje que llega a los equipos protegidos. Una vez que la sobretensión ha pasado, el supresor vuelve a su estado de alta impedancia, listo para el siguiente evento.

El contexto de la red eléctrica en México

El Sistema Eléctrico Nacional (SEN) en México es vasto y complejo, lo que lo hace susceptible a disturbios que afectan la calidad de la energía. Las descargas atmosféricas, fallas en la red de distribución y fluctuaciones por la conmutación de cargas industriales son fenómenos comunes. Instalar un supresor de voltaje de alta calidad, diseñado conforme a normativas CFE, LAPEM, IEC y IEEE, no es un lujo, sino una necesidad para garantizar la confiabilidad y seguridad operativa. Para entender mejor los retos locales, puedes explorar más sobre los problemas eléctricos más comunes en la región.

La implementación de supresores de voltaje es una decisión estratégica con impactos directos en la operación:

• Confiabilidad y Continuidad Operativa: Minimiza paros no planificados al proteger equipos críticos como transformadores, seccionadores, controladores lógicos programables (PLC) y sistemas SCADA.
• Integridad de Activos: Salvaguarda la inversión en infraestructura costosa, desde motores y variadores de frecuencia hasta centros de datos y equipos de telecomunicaciones.
• Seguridad del Personal: Al prevenir fallas catastróficas en los equipos, se reduce significativamente el riesgo de accidentes graves, como arcos eléctricos (arc flash), que pueden poner en peligro la vida de los operadores.
• Cumplimiento Normativo: La instalación de SPDs es un requisito fundamental para cumplir con estándares de seguridad eléctrica como IEC, IEEE y las especificaciones técnicas de CFE, indispensables en proyectos de infraestructura, energía y EPC.

Cómo funciona un supresor de voltaje a nivel técnico

Para entender la efectividad de un supresor de voltaje, es crucial conocer el concepto de voltaje de sujeción (clamping voltage). Este parámetro define el umbral de voltaje al cual el dispositivo se activa para desviar la sobretensión. Cuando el voltaje en la línea excede este nivel, el supresor actúa, "sujetando" el voltaje a un nivel seguro y derivando el exceso de energía hacia tierra.

El objetivo no es bloquear la sobretensión, sino gestionarla de manera controlada. El supresor de voltaje asegura que el voltaje residual que llega al equipo protegido sea lo suficientemente bajo como para no causar daño.

Como se observa en el diagrama, el supresor actúa como un escudo dinámico, garantizando la integridad de los activos más valiosos de la operación.

Tecnologías clave en la supresión de sobretensiones

La capacidad de respuesta ultrarrápida de los supresores se basa en componentes semiconductores especializados. En aplicaciones industriales y de potencia, tres tecnologías dominan el mercado:

• Varistores de Óxido Metálico (MOV): Son el estándar de la industria. Compuestos principalmente de óxido de zinc, los MOV presentan una resistencia no lineal. A voltajes normales, su resistencia es extremadamente alta. Ante una sobretensión, su resistencia colapsa en nanosegundos, absorbiendo y desviando la energía transitoria.
• Diodos de Avalancha de Silicio (SAD): Ofrecen los tiempos de respuesta más rápidos (picosegundos), lo que los hace ideales para la protección fina de equipos electrónicos muy sensibles, como sistemas de control, automatización e instrumentación, donde incluso el más mínimo retardo puede ser crítico. Su capacidad de manejo de energía es menor que la de los MOV.
• Tubos de Descarga de Gas (GDT): Consisten en electrodos sellados en una cápsula con un gas inerte. Cuando el voltaje alcanza un nivel crítico, el gas se ioniza, creando un arco eléctrico que cortocircuita la sobretensión a tierra. Son extremadamente robustos y pueden manejar corrientes muy altas, siendo ideales para la protección primaria en acometidas contra descargas atmosféricas.

Un diseño de protección robusto y confiable a menudo utiliza un enfoque híbrido. Por ejemplo, un GDT en la acometida principal para manejar la energía de un rayo, seguido de MOV en tableros de distribución y SAD en el punto de uso para proteger los equipos más sensibles. Esta estrategia en cascada garantiza una protección completa y escalonada.

Comparativa de tecnologías de supresión de voltaje

La selección de la tecnología adecuada depende de la aplicación específica. No existe una solución "mejor" en todos los casos; cada una ofrece un equilibrio entre velocidad, capacidad energética y vida útil.

Tecnología	Velocidad de Respuesta	Capacidad de Energía	Aplicación Típica	Vida Útil
MOV	Rápida (nanosegundos)	Media a Alta	Protección de tableros de distribución, motores y sistemas industriales en general.	Limitada (se degrada con cada evento)
SAD	Muy Rápida (picosegundos)	Baja	Protección fina de equipos electrónicos sensibles como PLCs, instrumentación y SCADA.	Larga (no se degrada significativamente)
GDT	Lenta (microsegundos)	Muy Alta	Acometidas de servicio, protección primaria contra descargas atmosféricas.	Larga (puede manejar múltiples eventos)

Para ingenieros y diseñadores de sistemas eléctricos, comprender estas diferencias es crucial. Un supresor de voltaje bien diseñado, que cumpla con normativas IEC y IEEE, utilizará la combinación óptima de estas tecnologías para crear un sistema de defensa en capas, asegurando la máxima fiabilidad de la infraestructura eléctrica.

Tipos de supresores para cada nivel de tensión

La protección contra sobretensiones debe ser específica para el nivel de tensión del sistema. Un supresor para aplicaciones residenciales es fundamentalmente diferente a uno diseñado para una subestación de alta tensión. La clasificación más común se basa en el nivel de tensión: baja (BT), media (MT) y alta tensión (AT). Esta distinción es crítica para ingenieros, personal de CFE y firmas EPC, ya que cada nivel presenta desafíos únicos en cuanto a manejo de energía, aislamiento y robustez mecánica.

Supresores de voltaje para baja tensión (BT)

En sistemas de baja tensión (típicamente <1,000 V), que alimentan desde oficinas hasta líneas de producción industrial, la protección se implementa en un esquema coordinado en cascada. El objetivo es atenuar la sobretensión en múltiples etapas a medida que se acerca a los equipos sensibles.

• Tipo 1: Se instalan en el tablero de distribución principal o acometida. Están diseñados para desviar la alta energía de una descarga atmosférica directa. Son la primera línea de defensa robusta.
• Tipo 2: Se ubican en sub-tableros de distribución para proteger circuitos derivados que alimentan áreas específicas, como maquinaria o pisos de oficinas.
• Tipo 3: Se instalan en el punto de uso, como contactos o pequeños módulos, para la protección final de equipos muy sensibles como servidores, PLCs o instrumentación de laboratorio.

Por ejemplo, en un centro de datos, se instala un SPD Tipo 1 de alta capacidad en el tablero principal, SPDs Tipo 2 en los paneles que alimentan cada fila de racks, y finalmente SPDs Tipo 3 integrados en las Unidades de Distribución de Energía (PDU) de cada gabinete.

Supresores para media y alta tensión (MT y AT)

En media (1 kV a 35 kV) y alta tensión (>35 kV), los supresores son conocidos como apartarrayos y son componentes clave para la protección de la infraestructura de transmisión y distribución de energía. Su función es proteger activos de alto valor como transformadores de potencia, interruptores y seccionadores.

Estos dispositivos están diseñados para operar en condiciones ambientales severas y manejar corrientes de falla de miles de amperios. La robustez y la fiabilidad a largo plazo son primordiales.

• Apartarrayos poliméricos: Con una carcasa de hule silicón, son ligeros, resistentes a impactos y vandalismo, y ofrecen excelentes propiedades hidrofóbicas, lo que es vital en zonas con alta contaminación o humedad. Marcas como G&W Electric o Hitachi Energy son líderes en esta tecnología.
• Apartarrayos de porcelana: Es la tecnología tradicional, conocida por su alta rigidez dieléctrica y durabilidad. Aunque más pesados y frágiles ante impactos, siguen siendo una solución confiable y ampliamente utilizada en la red de CFE.

Un caso de aplicación típico en media tensión es la protección de un seccionador en una línea de 34.5 kV. Se instalan apartarrayos poliméricos en los terminales de entrada y salida. Ante una descarga atmosférica en la línea, los apartarrayos desvían la sobretensión a tierra, protegiendo la integridad del seccionador y evitando interrupciones masivas del servicio.

La selección en estos niveles se rige por normativas estrictas como IEEE C62.11 e IEC 60099-4, que clasifican los apartarrayos según su aplicación:

• Clase Estación: Para máxima protección en subestaciones de alta tensión, resguardando transformadores de potencia.
• Clase Intermedia: Para subestaciones de distribución o grandes instalaciones industriales.
• Clase Distribución: Típicamente instalados en postes para proteger líneas aéreas y transformadores de distribución.

Entender estas clasificaciones es fundamental para diseñar un sistema de protección eléctricamente seguro, confiable y conforme a las mejores prácticas de la ingeniería.

Cómo elegir el supresor de voltaje correcto para tu instalación

Seleccionar el supresor de voltaje adecuado es una decisión técnica crítica que protege la infraestructura operativa. Una elección incorrecta genera una falsa sensación de seguridad, dejando activos valiosos expuestos a fallas catastróficas. Para ingenieros, contratistas y personal de mantenimiento, dominar los criterios de selección es esencial para diferenciar entre una protección real y un riesgo latente.

El proceso requiere un análisis detallado del sistema eléctrico, los equipos a proteger y las condiciones ambientales. Una selección basada únicamente en el voltaje nominal es insuficiente y puede comprometer la efectividad del supresor, sin importar su calidad constructiva. A continuación, se detallan los parámetros técnicos clave según normativas como IEEE C62.41 y UL 1449.

Los parámetros técnicos que no te puedes saltar

Al analizar una ficha técnica, tres especificaciones son fundamentales para definir el rendimiento y la idoneidad del supresor. Ignorar o malinterpretar cualquiera de ellas resultará en una protección deficiente o una falla prematura del dispositivo.

1. Voltaje máximo de operación continua (MCOV)

El MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) es el voltaje RMS máximo que el supresor puede soportar de forma continua sin activarse. Este valor debe ser superior al voltaje nominal del sistema para evitar una operación incorrecta debido a fluctuaciones normales de la red.

• Si el MCOV es demasiado bajo: El supresor se activará innecesariamente ante variaciones normales de voltaje, lo que acortará drásticamente su vida útil.
• Si el MCOV es demasiado alto: La protección se activará a un nivel de voltaje superior, permitiendo que un pico de mayor magnitud alcance a los equipos antes de que el supresor actúe.

Una regla de ingeniería aceptada es seleccionar un MCOV aproximadamente un 15-25% por encima del voltaje nominal del sistema, proporcionando un margen de seguridad adecuado para las fluctuaciones de la red de CFE.

2. Corriente nominal de descarga (In)

Este parámetro, medido en kiloamperios (kA), indica la capacidad del supresor para soportar repetidamente picos de corriente con una forma de onda estándar de 8/20 µs sin degradarse. No representa la capacidad máxima de un solo evento, sino su robustez y durabilidad a largo plazo.

Un valor de In más alto indica una mayor longevidad y fiabilidad, especialmente en entornos con alta actividad eléctrica. Para tableros principales en zonas industriales o con alta incidencia de descargas atmosféricas, se recomiendan valores de 20 kA o superiores por fase.

3. Nivel de protección de voltaje (VPR o Up)

El VPR (Voltage Protection Rating) o Up es el voltaje residual que el supresor deja pasar hacia el equipo protegido durante un evento de sobretensión. Es el indicador más directo de la calidad de la protección.

Un VPR más bajo es siempre mejor, ya que implica que una menor cantidad de voltaje dañino llegará a los equipos. Es crucial que el VPR del supresor sea inferior al nivel de inmunidad a sobretensiones del equipo a proteger (conocido como BIL en equipos de media y alta tensión).

Tu checklist para una selección a prueba de errores

Utilice esta lista de verificación para asegurar una selección técnica sólida y bien fundamentada.

• Análisis del sistema eléctrico:
  • Voltaje nominal (fase-neutro, fase-fase).
  • Configuración del sistema (estrella, delta, monofásico).
  • Calidad y baja impedancia del sistema de puesta a tierra.
• Evaluación del entorno:
  • ¿La instalación se encuentra en una zona de alta densidad de descargas atmosféricas?
  • ¿Existen grandes cargas inductivas (motores, transformadores) que generen sobretensiones internas?
• Requerimientos de protección:
  • Equipos a proteger (PLCs, servidores, variadores de frecuencia, transformadores).
  • Criticidad de los equipos para la operación.
  • Nivel de inmunidad a sobretensiones (BIL) del equipo.
• Cumplimiento de normativas:
  • ¿El supresor cuenta con certificaciones reconocidas (UL 1449, IEC 61643-11, IEEE C62)?
  • ¿Cumple con especificaciones particulares de CFE o del cliente final?

Responder a estas preguntas le proporcionará la información necesaria para seleccionar un supresor de voltaje que ofrezca una protección real y garantice la continuidad operativa.

Normas y certificaciones: el sello de garantía de un supresor

En la protección de activos de alto valor, la elección de un supresor de voltaje no puede basarse en suposiciones. Las normas y certificaciones son la única garantía objetiva de que un dispositivo ha sido diseñado y probado rigurosamente para funcionar de manera segura y eficaz bajo condiciones extremas. Para proyectos conectados a la red de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), el cumplimiento normativo es un requisito no negociable.

Los estándares que marcan la pauta a nivel mundial

En la industria de la protección contra sobretensiones, dos familias de estándares internacionales son la referencia para fabricantes de prestigio como Arteche, ABB o Hitachi Energy:

• IEC 61643: Este es el estándar global predominante, especialmente en Europa y Asia. Define las características de rendimiento y los requisitos de prueba para Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (SPD) en sistemas de baja tensión.
• IEEE C62: Es el estándar de referencia en Norteamérica. Cubre un amplio espectro de aplicaciones, desde apartarrayos de alta tensión para subestaciones (IEEE C62.11) hasta las mejores prácticas para la protección de equipos electrónicos sensibles.

Un supresor que cumple con estas normas ha sido sometido a pruebas que simulan los peores escenarios, como descargas atmosféricas y sobretensiones de conmutación, asegurando su fiabilidad en campo.

LAPEM: el filtro de calidad para la red eléctrica en México

En México, el Laboratorio de Pruebas de Equipos y Materiales (LAPEM) es la entidad responsable de validar que los equipos instalados en la red de CFE cumplan con las especificaciones técnicas y de seguridad requeridas.

LAPEM funciona como el brazo técnico de control de calidad de CFE. Su aprobación certifica que un supresor de voltaje está diseñado para operar de manera confiable en las condiciones específicas de la red eléctrica mexicana.

Para cualquier contratista, EPC o usuario industrial, un equipo con aprobación LAPEM es sinónimo de confianza. Facilita la aprobación de proyectos, garantiza la compatibilidad con la infraestructura de CFE y asegura que la inversión está respaldada por un estándar de calidad nacional.

Esta validación es clave para mitigar riesgos técnicos y operativos, alineándose con los esfuerzos de CFE para mantener una red segura, que incluyen la detección anual de más de 112,000 conexiones inseguras. Para comprender la importancia de estas iniciativas, puede explorar cómo CFE combate los riesgos eléctricos en el país.

En resumen, seleccionar un supresor certificado es una inversión en la seguridad, fiabilidad y continuidad de toda la operación eléctrica.

Una buena instalación y un mantenimiento constante son la clave

La máxima eficacia de un supresor de voltaje, incluso uno con las mejores certificaciones, depende críticamente de una correcta instalación. Un error en esta etapa puede anular por completo la protección.

La regla de oro es la longitud de los conductores: los cables de conexión deben ser lo más cortos y directos posible. Cada centímetro de cable añade inductancia, que durante un evento de sobretensión de alta frecuencia genera una caída de voltaje adicional (V = L * di/dt). Este voltaje se suma al voltaje residual del supresor, incrementando el estrés dieléctrico sobre el equipo protegido.

Una diferencia de pocos centímetros puede determinar si un equipo sobrevive o no a una sobretensión. La norma IEEE C62.72 proporciona una guía detallada sobre las mejores prácticas de instalación.

¿Cómo se ve una instalación bien hecha?

Una instalación óptima facilita una ruta de baja impedancia para la sobretensión hacia tierra.

• Conexiones cortas y directas: Los conductores a fase, neutro y, especialmente, a tierra, deben ser lo más cortos posible, evitando bucles y dobleces innecesarios.
• Conexión a tierra robusta: El supresor depende de una conexión a tierra de baja impedancia para disipar la energía. Una tierra deficiente es un punto común de falla que inutiliza la protección.
• Calibre de conductor adecuado: Utilizar siempre el calibre recomendado por el fabricante para asegurar la capacidad de conducción de corriente y la seguridad del sistema.

El supresor no es para siempre: desgaste y mantenimiento

Es un error común considerar al supresor como un dispositivo de "instalar y olvidar". Sus componentes activos, principalmente los Varistores de Óxido Metálico (MOV), se degradan con cada evento de supresión.

La capacidad de protección de un supresor disminuye con el tiempo y el número de eventos. Por lo tanto, el mantenimiento preventivo es una necesidad para garantizar una protección continua y fiable.

Los supresores de calidad industrial de marcas como G&W Electric o Arteche suelen incluir indicadores de estado (LEDs o contactos secos) que señalan el final de su vida útil.

Se recomienda una inspección visual anual para verificar el estado de los indicadores y buscar signos de daño. En instalaciones críticas o en zonas con alta actividad de tormentas, se debe considerar un reemplazo preventivo cada 3 a 5 años para asegurar que la protección se mantenga en niveles óptimos.

Preguntas frecuentes sobre supresores de voltaje

Esta sección aborda las dudas más comunes en campo, con respuestas técnicas y directas para ingenieros, técnicos y gestores de mantenimiento.

¿Es lo mismo un regulador de voltaje que un supresor de picos?

No, son dispositivos con funciones distintas y complementarias.

• Un supresor de voltaje (o supresor de picos) es un dispositivo de alta velocidad diseñado para reaccionar en nanosegundos ante sobretensiones transitorias de corta duración y alta energía (p. ej., rayos, conmutación). Su objetivo es "recortar" estos picos peligrosos.
• Un regulador de voltaje es un dispositivo que corrige variaciones de voltaje de larga duración (segundos a minutos), como subtensiones (sags) y sobretensiones sostenidas (swells). Su función es mantener un voltaje de salida estable y constante.

Se complementan: el supresor protege contra eventos de alta energía y corta duración, mientras que el regulador asegura una tensión de alimentación estable.

¿Cada cuánto se tiene que cambiar un supresor de voltaje?

La vida útil de un supresor depende de su tecnología interna y de la frecuencia y magnitud de las sobretensiones a las que ha estado expuesto. Los componentes como los MOV se degradan con cada evento.

No existe un plazo fijo universal. La mejor práctica es monitorear los indicadores de estado del dispositivo. Como recomendación general para instalaciones críticas o en zonas de alta actividad eléctrica, se debe realizar una inspección anual y planificar un reemplazo preventivo cada 3 a 5 años. Esto asegura que la protección no se vea comprometida por la degradación del componente.

La estrategia debe ser proactiva, no reactiva. Esperar a que un supresor falle significa que los equipos ya estuvieron expuestos.

¿De verdad importa tanto qué tan largos son los cables de conexión?

Sí, es un factor crítico y uno de los errores de instalación más comunes. La longitud de los conductores, especialmente el de tierra, añade inductancia al circuito de protección. Durante una sobretensión, que es un evento de muy alta frecuencia (di/dt elevado), esta inductancia genera un voltaje adicional (V = L * di/dt).

Este voltaje inducido en los cables se suma al voltaje residual (VPR) del supresor. Si los cables son largos, el voltaje total que llega al equipo puede superar su nivel de inmunidad y causar daños, a pesar de tener un supresor de alta calidad.

La regla de oro es mantener los conductores lo más cortos y rectos posible.

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En iTepeyac, entendemos que la protección eléctrica es un sistema integral, no solo un componente. Por ello, ofrecemos soluciones de supresión de voltaje de marcas líderes como G&W Electric y Arteche, respaldadas por nuestra experiencia en ingeniería para garantizar una selección e instalación óptimas.

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