Protección en luminarias con tecnología LED
Importancia del dispositivo de protección de sobretensiones SPD
En el ámbito de la tecnología LED, que se ha consolidado como la elección predominante en iluminación gracias a sus atributos de eficiencia, versatilidad, ahorro energético y durabilidad extendida, la necesidad de protección contra sobretensiones se vuelve aún más indispensable. Existen variaciones bruscas de voltaje, subidas transitorias de red, pueden originarse por diversas razones y afectar gravemente la luminaria.
En líneas generales, una sobretensión se define como una variación temporal de corriente, voltaje o potencia en un circuito. En el contexto de las luminarias LED, que operan con un voltaje estándar de alimentación de 220 Vac, existe la posibilidad de que este voltaje experimente un rápido incremento, alcanzando cifras de cientos o incluso miles de voltios en un breve lapso. Este aumento repentino da lugar a una característica forma de onda en punta, identificativa de las sobretensiones.
Fenómenos como impactos de rayos, cortocircuitos en dispositivos, postes de servicios públicos derribados o el funcionamiento de motores de alta potencia en la red pueden desencadenar estas sobretensiones, con el potencial de causar daños en dispositivos eléctricos, entre ellos las luminarias LED.
Para atender esta situación, es necesario integrar dispositivos de protección externos al driver.
Al conectar un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), se fortalece la inmunidad intrínseca de la luminaria, estableciendo una defensa robusta contra los impactos de rayos y sobretensiones.
Esta decisión estratégica no solo prolonga la vida útil de las luminarias, sino que también asegura la rentabilidad de los proyectos LED, al reducir los costos asociados con el mantenimiento y la sustitución de luminarias, consolidándose como una inversión inteligente a largo plazo.
Tipos de sobretensiones y sus daños
Las sobretensiones pueden surgir de diversas fuentes y provocar daños significativos. Es vital categorizarlas para entender cómo afectan a las luminarias LED:
Caída de rayos: Las tormentas eléctricas pueden generar rayos directos sobre luminarias ubicadas en espacios abiertos, causando sobretensiones potencialmente dañinas. Estas caídas transitorias pueden extenderse a grandes distancias, asociándose con corrientes de gran amplitud y generando picos de tensión y corriente de alto riesgo.
Sobretensión por conmutación de equipos: Encendidos y apagados diarios de lámparas o la operación de equipos de gran envergadura pueden generar sobretensiones a través de la línea eléctrica, afectando a las luminarias LED. Cambios de corriente a corto plazo durante conmutaciones pueden resultar en sobretensiones transitorias.
Sobretensiones inducidas: Cuando una nube de tormenta no impacta directamente un edificio, pero genera chispas eléctricas a partir de equipos metálicos, se produce la sobretensión inducida. Este fenómeno puede dividirse en electrostático y electromagnético, afectando a sistemas de iluminación al aire libre.
Riesgos y protección en luminarias LED
Los peligros de las sobretensiones se dividen en catastróficos y acumulativos. En el primer caso, si la sobretensión supera la capacidad de resistencia del equipo, este puede destruirse o ver reducida significativamente su vida útil. En el segundo, múltiples sobretensiones pequeñas pueden degradar el rendimiento de dispositivos semiconductores y provocar fallas acumulativas.
Funcionamiento de los protectores de sobretensión: Una perspectiva detallada
Comprender el funcionamiento de los protectores de sobretensión es esencial para garantizar la integridad de las instalaciones eléctricas y la seguridad de los equipos. Estos dispositivos actúan como conmutadores controlados por tensión, conectados en paralelo con la carga o dispositivo a proteger y posicionados entre las líneas de alimentación y tierra.
Cuando el voltaje de la línea de alimentación aumenta anormalmente, la resistencia del SPD disminuye, desviando eficazmente la sobretensión de la línea de alimentación. Este proceso, que dura microsegundos, protege el equipo al cortocircuitarlo durante la sobretensión. Después del evento, el SPD se restablece automáticamente a un estado de alta impedancia.
Estándares de prueba
Los protectores de sobretensión se someten a rigurosas pruebas según estándares internacionales como EN 61643-12 (Europa), IEC 61643-12 (Internacional) y UL1449 (EE. UU.). Estas pruebas evalúan el rendimiento del SPD en condiciones normales y durante eventos de sobretensión, garantizando su eficacia y cumplimiento de normativas.
Pruebas específicas:
1. Corriente residual IpE: Se conecta el SPD según las instrucciones del fabricante y se ajusta el voltaje al de prueba de referencia (U REF).
2. Tensión límite de medición: Incluye pruebas de onda de tensión de 1,2/50 µs, formas de onda de corriente de 8/20 µs y 10/350 µs, evaluando la capacidad del SPD para limitar y resistir sobretensiones.
3. Prueba de servicio operativo: Simula condiciones de operación aplicando pulsos específicos al SPD cuando está energizado por la red de corriente alterna al voltaje máximo de operación continua Uc.
4. Seccionadores y rendimiento de seguridad: Involucran pruebas
de resistencia a la temperatura, estabilidad térmica, comportamiento de
corriente de cortocircuito y simulación de modo de falla del SPD.
Problemas asociados a la sensibilidad de las luminarias LED
La tecnología LED, a pesar de sus innegables beneficios, requiere una inversión inicial considerable. Esta inversión, si bien se amortiza con el tiempo debido a la eficiencia energética y la durabilidad, aún representa una barrera para muchos proyectos de iluminación, especialmente aquellos con presupuestos ajustados. La necesidad de inversiones adicionales para reparar o reemplazar unidades dañadas puede generar costos imprevistos y afectar el retorno de la inversión. Por lo que, la implementación de sistemas de protección contra sobretensiones se convierte en una estrategia crucial.
Condiciones de instalación de luminarias de alumbrado público
La naturaleza misma de las instalaciones de iluminación, con sus largos tendidos de cables, expone las luminarias LED a mayores riesgos de sobretensiones. Este problema se intensifica, especialmente en entornos donde la exposición a fenómenos atmosféricos es alta. Para solucionarlo, la adopción de un sistema de protección escalonada o en cascada emerge como una respuesta efectiva. Esto implica la instalación de etapas de protección tanto en el panel de iluminación general como cerca de cada luminaria. Los módulos SPD, con una capacidad de descarga significativa, actúan como salvaguardas contra sobretensiones, asegurando una protección completa.
Conexión en serie y paralelo
Los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) se pueden conectar en serie o en paralelo como se muestra en la imagen. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas, como se señala a continuación:
- Conexión paralela: Garantía de continuidad del servicio
En el caso de una conexión en paralelo, si el dispositivo de protección contra sobretensiones alcanza el final de su vida útil, la luminaria persistirá conectada, otorgando prioridad a la continuidad del servicio. Esta configuración asegura que, a pesar de que el SPD haya alcanzado su ciclo de vida, la luminaria seguirá operativa, minimizando interrupciones y garantizando una iluminación constante. - Conexión en serie: Prioridad a la protección y facilidad de mantenimiento
Contrariamente, en una conexión en serie, si el SPD llega al final de su vida útil, la luminaria se apagará automáticamente, brindando prioridad a la protección del sistema. Evita la necesidad de abrir cada luminaria individualmente para verificar el estado del protector simplifica considerablemente las labores de mantenimiento y asegura un monitoreo eficiente del sistema de protección
Conexión en serie: Esta configuración se recomienda especialmente, ya que facilita la identificación rápida de cualquier dispositivo de protección contra sobretensiones que haya llegado al final de su vida útil.
Seguridad y universalidad
Los SPD son dispositivos que, al ser considerados universales, pueden ser instalados en diversas configuraciones de luminarias de alumbrado público.
En resumen, la comprensión profunda de los protectores SPD es fundamental para garantizar la fiabilidad y longevidad de las luminarias LED en entornos variables. La implementación de estrategias de protección adecuadas se convierte en un componente primordial para preservar la inversión y maximizar el rendimiento de los sistemas de iluminación LED
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