Protección contra sobre-tensiones
Todas las redes actuales de electricidad están sometidas continuamente a un elevado número de sobre-tensiones transitorias. Una sobre-tensión es un impulso de tensión que se superpone a la tensión nominal de la red, produciendo un aumento de la tensión en la línea durante un período de tiempo muy corto, del orden de los micro segundos. Las sobre tensiones son completamente aleatorias y por tanto imposibles de prever.
Las sobre-tensiones tienen, básicamente, tres orígenes:
• Descargas de rayos y otros fenómenos atmosféricos, que representan un 20% del total y son peligrosas para los equipos eléctricos instalados a bordo de un motorhome y para las personas que estén en contacto con ellos en aquél momento, ya que suponen valores de tensión muy elevados y de alta energía.
• Mantenimiento de la red eléctrica, de baja o alta tensión. Son causados fundamentalmente por conmutaciones en las líneas de la red eléctrica. Son las más habituales ya que representan casi el 80%, y por tanto son las causantes del envejecimiento prematuro de los equipos eléctricos y electrónicos de nuestro motorhome.
• Descargas electrostáticas, que se producen en un medio seco, donde las cargas se acumulan creando un campo electrostático elevado, son especialmente peligrosas para los equipos electrónicos, pero muy raras (<2% del total)
Al producirse una sobre-tensión de larga duración, puede aparecer un arco eléctrico entre dos partes metálicas de un electrodoméstico y provocar, por efecto térmico, accidentes y daños para las personas y por supuesto la destrucción, en casos extremos, del electrodoméstico en cuestión ya que la sobre-tensión puede provocar la evaporación de los aislantes, e incluso en el caso de que el aislante aguante es evidente el envejecimiento prematuro del equipo afectado.
Los rayos
Se estima que sobre la tierra en cualquier momento hay 2000 tormentas activas, y caen una media de 100 rayos cada segundo en todo el planeta. Los valores eléctricos de un rayo son enormes pudiendo alcanzar hasta los 200 KAmp con un energía total inmensa. El calor alcanzado estará entre los 15000ºC y los 30000ºC, como consecuencia de un rayo la presión de los gases circundantes a la descarga eléctrica puede llegar a las 100 atmósferas.
Los rayos pueden ser negativos o positivos en función de la carga electrostática de la nube que lo genera; ascendentes o descendentes, en función de si el rayo se dirige desde el suelo a la nube, o a la inversa. Los más comunes son los negativos descendentes, que a su vez son los menos peligrosos. Los menos comunes, son menos de un 1% del total, y los más peligrosos son los positivos ascendentes.
De entre los efectos más adversos de los rayos (para un campista) estarían las sobre-tensiones conducidas, que se dan cuando el rayo alcanza directamente una instalación eléctrica, que puede propagarse a varias decenas de kilómetros del lugar del impacto; y las sobre tensiones inducidas, por el efecto de la radiación electromagnética (del orden de los 50 a 100 KAamperios por microsegundo) capaz de abrasar cualquier equipo electrónico conectado a la línea.
Las sobre-tensiones pueden propagarse por el conductor de fase o por el de tierra (fase/tierra o neutro/tierra), provocando diferentes tipos de acoplamientos: ohmio e inductivos. Finalmente, las sobre-tensiones producen perforaciones en los aislamientos y por tanto fugas a tierra, tanto más intensos serán los efectos cuanto más cercano esté el lugar que alcanzó el rayo.
Maniobras en la red
Un aparato de corte o conmutación ideal es aquel que corta la corriente en el momento en que la onda pasa por cero. Este tipo de aparatos son imposibles de construir, por lo que en la práctica se produce un arco voltaico. El arco es diluido en un medio aislante, antiguamente se usaba aceite para embeber el interruptor.
Cuando los polos de un interruptor comienzan a separarse aparece un arco entre ellos. El valor máximo del arco voltaico y el tiempo de sobre tensión dependen de las características de la red y de los equipos de conmutación y corte usados en ella. El crecimiento de la tensión es típicamente medido en kilovoltios, y la frecuencia en algunos kilohercios. La duración del arco es de algunos milisegundos en las redes modernas.
Si en el conductor de una red que no esté reverenciada a tierra se produce una derivación a tierra, el potencial completo del sistema se altera con el valor de la tensión del conductor que es puesto a tierra. Si se produce un arco voltaico los efectos serán los mismos que cuando se desconecta un condensador en la red, y surgirán sobre tensiones de conmutación en forma de oscilaciones de la tensión.
Finalmente todas estas maniobras en la red de alta tensión repercuten capacitivamente en las de baja tensión, dando lugar a sobre-tensiones a causa de acoplamientos inductivos en los transformadores.
Sobre-tensiones electrostáticas
Cuando dos materiales cargados a potenciales electrostáticos diferentes se pongan en contacto, existirá una combinación de las cargas que producirá un corriente de cierta intensidad que dependerá de las características de los cuerpos en contacto. A este fenómeno se le conoce como descarga electrostática.
Las corrientes de descarga son en general muy violentas y generan impulsos en la red, y su peligrosidad se debe fundamentalmente porque los picos de tensión son conducidos a través de la linea de masas. Un pico de tensión electrostático puede dejar fuera de servicio un ordenador, con independencia de la potencia del pico.
Estas sobre-tensiones son en general debidas a efectos que se dan fuera de los circuitos a los que afecta, típicamente, en medios dialécticos, como el propio aire o en presencia de materiales aislantes.
Protección contra sobre-tensiones
Se dispone de bastante información sobre la capacidad de varios componentes eléctricos y electrónicos para soportar sobre tensiones. Está generalmente aceptado que los microchips y otros dispositivos de estado sólido no deben estar sometidos a sobre-tensiones, aunque sean de corta duración mientras están funcionando.
Las redes eléctricas de alta y baja tensión son diseñadas usando ciertos materiales y determinados aislantes, para intentar mitigar los efectos de las sobre-tensiones. Las actuales normativas implican la colocación de diferentes medidas de seguridad redundantes.
Entre las protecciones colocadas en serie más importantes encontramos: los filtros RLC atenúan las sobre-tensiones de maniobra (el 80% del total) correspondientes a bandas de frecuencia definidas. Los transformadores por su parte atentan por efecto de inductacia las sobre-tensiones por acople. Los absorbedores de onda constituidos por inductancias al aire se usan especialmente para proteger los equipos electrónicos.
La protección en paralelo son equipos con impendancia muy alta de forma que no afecten con su presencia el normal funcionamiento de la red. Ante una sobre-tensión, el dispositivo pasa a tener una baja impendancia y deriva a tierra. Cuando desaparece la sobre tensión el dispositivo vuelve a su estado normal de vigilancia. En estos dispositivos los tiempos de reacción son extremadamente cortos y es fundamental que la toma de tierra esté dimensional para aceptar la energía desviada.
Los dispositivos que podemos colocar a la entrada de la red eléctrica en nuestro motorhome son de dimensiones DIN (se perecen en tamaño y diseño a un magnetotrémico o a un diferencial común) y hay versiones más comunes, que son las basadas en varistores de óxido de cinc o de carburo de silicio, descargadores a gas o en diodos Zener, aunque existen otras.
Lo usual en los equipos actuales es que cuenten con varios varistores descargadores de gas y diodos zener, ya que cada una de esas tecnologías se adapta mejor a un tipo de respuesta y de sobre-tensión. La combinación de tecnologías produce el mejor sistema de protección. Estos equipos suelen ocupar dos o más huecos DIN.
En un motorhome la recomendación es la utilización de un imitador de sobretensiones transitorias del tipo PRD40 (Norma IEC 61643) conectado en paralelo con un interruptor magnetotérmido doble. Ambos equipos deben estar ubicados antes del interruptor diferencial de entrada, casi todos estos dispositivos usan un cartucho que debe ser sustituido cuando su vida útil llega a su fin. Los equipos marcan esa condición con un LED en el frontal.
