Actualizado el 15 de octubre de 2025
¿Sabías que un solo rayo puede dañar todo un sistema fotovoltaico? Por eso, un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) es esencial en proyectos solares. En este artículo, comprenderás qué es un SPD, cómo funciona y por qué es esencial para la protección eléctrica en sistemas fotovoltaicos.
¿Qué es un DPS?
Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) es un dispositivo de protección eléctrica esencial en las instalaciones eléctricas. Se conecta entre las fases y la puesta a tierra de protección y protege la instalación ante sobretensiones causadas por descargas atmosféricas.
El dispositivo funciona variando la impedancia entre dos puntos, es decir, la impedancia fase-neutro o fase-tierra. En situaciones normales el DPS Se comporta como un circuito abierto, siendo prácticamente invisible en la instalación.
Cuando se presencia una subida de tensión en la instalación, el DPS se convierte en un circuito cerrado, desviando la corriente del conductor de sobretensión a tierra, reduciendo la tensión percibida por otros equipos conectados al circuito.
Las sobretensiones pueden ser provocadas por descargas atmosféricas, descargas directas, descargas indirectas o maniobras de la red. Las descargas eléctricas y los fenómenos que provocan sobretensión en un circuito tienen curvas características de voltaje y corriente de descarga.
Las descargas atmosféricas tienen un voltaje del orden de cientos de miles de voltios y una corriente del orden de 30 kA.
La curva que mejor representa la onda de corriente provocada por este tipo de descarga se llama 10/350, donde el número 10 hace referencia a los 10 microsegundos de tiempo de subida de la curva y 350 denota los 350 microsegundos que tarda la corriente en alcanzar el 50% de la intensidad máxima inicial.
Los DPS adecuados para bloquear los efectos del aumento de tensión provocado por esta corriente se clasifican como Tipo 1.
As Las descargas directas son las provocadas por la captura del rayo por un sistema de pararrayos.
Debido a la alta corriente que transporta el sistema de pararrayos, se genera una tensión igualmente alta, que puede compartirse con el sistema eléctrico del edificio mediante un punto de conexión común o por inducción magnética. Este tipo de descarga también tiene una forma de onda de corriente de 10/350.
Las sobretensiones originadas en la red eléctrica o inducidas por descargas eléctricas más distantes tienen una forma de onda de 8 microsegundos de ascenso y 20 microsegundos de descenso, conocida como 8/20. El dispositivo de protección contra sobretensiones adecuado para contener los pulsos de tensión causados por esta curva característica es el Tipo 2.
El dispositivo de protección contra sobretensiones Tipo 3 es adecuado para curvas de sobretensión de 1,2/50 y generalmente se asigna a equipos con mayor sensibilidad a la sobretensión o equipos terminales donde el usuario corre riesgo de sufrir una descarga eléctrica.
Las sobretensiones que protege este dispositivo pueden ser provocadas por conexión y desconexión de cargas, actuación sobre una batería de condensadores, cortocircuitos y variaciones de tensión no deseadas provenientes de la red eléctrica externa.
Caracterización
Los DPS para circuitos de corriente alterna no pueden utilizarse en circuitos de corriente continua, y viceversa. El aislamiento interno de los componentes de los dispositivos diseñados para corriente alterna no es suficiente para garantizar un buen aislamiento cuando se utilizan con corriente continua.
Esta falta de aislamiento puede provocar arcos eléctricos dentro del dispositivo, lo que podría provocar que el componente se queme o incluso provocar un incendio.
Debido a su diseño interno, los dispositivos de protección contra sobretensiones pueden fallar al final de su vida útil, provocando un cortocircuito entre las fases protegidas y tierra. Para evitar este cortocircuito, algunos dispositivos incorporan un fusible interno o un disyuntor miniatura que se dispara si se produce este fallo.
La información sobre las magnitudes eléctricas de operación y protección que se encuentran en un DPS es:
- Uc: Tensión máxima de funcionamiento continuo. Caracteriza la tensión máxima de funcionamiento que puede soportar el DPS sin que se active su protección contra sobretensiones;
- Up : Nivel de tensión de protección. Es el voltaje máximo entre los terminales del DPS en el instante en que está activo y conduciendo una corriente de descarga igual a I.n o yodiablillo. En otras palabras, es el voltaje máximo que reciben los circuitos aguas abajo (es decir, después) del DPS;
- Idiablillo: Corriente de protección nominal para DPS tipo 1 Es la corriente de protección máxima que un DPS tipo 1 puede desviar a tierra de protección. Los valores de yodiablillo normalmente ocurren en descargas eléctricas directas;
- In: Corriente de protección nominal para SPD Tipo 2 y 3 Es el valor máximo de corriente que el SPD Tipo 2 desvía a la tierra de protección. El DPS debe soportar esta corriente durante al menos 19 activaciones;
- Icc o yosc: Esta es la corriente de cortocircuito máxima que puede soportar un SPD con un fusible interno o un minidisyuntor. En caso de falla en el DPS, éste deberá ser capaz de conducir la energía de cortocircuito hasta que sea interrumpido por el propio DPS, o por otra protección existente en el circuito;
- IMAX: Esta es la corriente máxima que un SPD puede desviar a tierra de protección. La capacidad de desviar la corriente cuando llega a I.MAX sólo ocurre una vez. El DPS está dañado y ya no se puede rearmar.
¿Es obligatorio el uso de DPS?
La norma brasileña ABNT NBR 5410, Instalaciones eléctricas de baja tensión, regula los sistemas eléctricos con tensión alterna de hasta 1000 V o tensión continua de hasta 1500 V. Todas las instalaciones eléctricas comprendidas en el ámbito de aplicación de la norma deben cumplir con sus requisitos. La norma estipula que se debe proporcionar protección a personas, animales y bienes que puedan resultar dañados en caso de sobretensión.
Las instalaciones con masas metálicas y conductores de energía expuestos a la intemperie se clasifican según la norma NBR 5410 como riesgo de descarga atmosférica AQ3, y las líneas eléctricas aéreas AQ2, según la tabla 15 siguiente.
La sección 5.4.2 de la norma establece el uso obligatorio de un dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias para los circuitos clasificados como AQ2 y AQ3 y que deben estar protegidos por un SPD o dispositivo equivalente.
A NBR 5410 también determina qué tipo de asignación de dispositivo de protección contra sobretensiones en la parte de corriente alterna del sistema se debe realizar en función de las características de puesta a tierra y neutro de la instalación eléctrica.
A continuación se muestra un ejemplo de conexión de un DPS a un panel eléctrico. La norma NBR 16690 sustituye los requisitos de la norma NBR 5410 para la sección de corriente continua del sistema fotovoltaico y recomienda seguir las directrices de la norma NBR 5419: Protección de estructuras contra descargas atmosféricas.
La norma NBR 5419 establece que todos los conductores de los sistemas eléctricos de potencia y señalización deben estar conectados directa o indirectamente a la conexión equipotencial, y los conductores activos deben conectarse únicamente mediante un DPS. Por lo tanto, la sección de corriente continua debe contar con un DPS que proteja ambos polos del sistema.
Coordinación y selectividad
Una protección eléctrica completa requiere la coordinación y selectividad de los dispositivos de protección contra sobretensiones. La estrategia adoptada para disipar la energía contenida en una sobretensión antes de que llegue al equipo a proteger consiste en combinar DPS de tipo 1, 2 y 3 para que cada uno funcione en el orden correcto.
Esta combinación normalmente ocurre cuando el SPD Tipo 1 está conectado a la entrada de energía del edificio. El DPS tipo 2 se asigna a cada tablero de distribución secundario y el tipo 3 se asigna a cada equipo sensible que requiere protección. El DPS tipo 1 se puede sustituir por el DPS tipo 1+2.
La figura anterior muestra que si ocurre un aumento de voltaje, el DPS Tipo 1 debe actuar primero, reduciendo el voltaje que recibirá el DPS Tipo 2. Asimismo, la acción del DPS Tipo 2 ocurre antes de la acción del DPS Tipo 3, reduciendo la tensión a la que estará sujeto el DPS Tipo 3.
La etapa final de reducción de tensión se produce en el DPS Tipo 3, protegiendo así los equipos más sensibles. En cada una de estas etapas, la energía generada por la sobretensión se disipa a tierra de protección.
Para una coordinación perfecta entre los dispositivos SPD, se debe respetar el tiempo de respuesta de cada uno para su activación, de modo que el SPD más alejado de la carga se active antes que el más cercano. Esta información la proporcionan los fabricantes de los SPD.
Tabla 1 – Información técnica sobre DPS adecuados para sistemas fotovoltaicos
La norma NBR 5410 no exige el uso de DPS Tipo 1 para instalaciones sin SPDA.
Sistema de protección contra rayos y consideraciones DPS
La norma sobre SPDA (sistemas de protección contra descargas atmosféricas) NBR 5419 define el tipo correcto de SPD para la instalación en función de la distancia 's' del pararrayos y de los demás circuitos de la instalación. Según la distancia, la norma recomienda utilizar DPS Tipo 1, Tipo 1+2 o Tipo 2.
Dimensionamiento de DPS para sistema fotovoltaico.
El uso de DPS en sistemas fotovoltaicos tiene como objetivo evitar que las descargas atmosféricas directas o indirectas provoquen efectos nocivos en la instalación. Para una protección completa del equipo, debe existir al menos un SPD entre el conjunto fotovoltaico y el inversor y al menos un SPD entre el inversor y la red eléctrica.
Esta topología protege al inversor tanto de descargas en el campo fotovoltaico como de sobretensiones derivadas de la red externa a la instalación. El DPS ubicado entre el conjunto y el inversor debe ser adecuado para operación en voltaje directo.
Para reducir el efecto de la corriente inducida por la descarga atmosférica, es necesario mantener al mínimo el bucle formado por el cableado de los módulos.
El DPS que protege al inversor tanto del lado AC como DC no puede estar a más de 10 metros del inversor, ya que en caso de una descarga atmosférica puede aparecer corriente inducida en el circuito entre la protección y el equipo.
También conviene recordar que la norma prohíbe mezclar circuitos de CA y CC en un mismo panel.
Debemos tener una placa solo para AC y otra solo para CC. Como tanto el polo positivo como el negativo del conjunto fotovoltaico pueden transportar corriente inducida por un rayo, ambos deben estar conectados a un SPD.
Ya existen en el mercado dispositivos DPS aptos para sistemas fotovoltaicos, compatibles con sus tensiones típicas de funcionamiento y con terminales eléctricos para conectar los dos polos de un mismo dispositivo.
Ejemplo de aplicación DPS
Un sistema que contiene dos cadenas de 10 paneles de 330 Wp está conectado a un inversor de 6 kW. El inversor es monofásico, con una tensión de entrada de 220 V. Analizando la ficha técnica del panel vemos que la asociación de 10 módulos en serie produce una tensión máxima de 469,8 V.
Por tanto, debemos buscar un dispositivo de protección contra sobretensiones con Uc superior a este valor. El tipo de DPS seleccionado depende de la existencia de un SPDA y de la distancia de separación.
En este ejemplo consideraremos que el sistema está instalado en un edificio sin SPDA. Para este tipo de edificación el DPS recomendado para el sistema fotovoltaico es el Tipo 2.
Tabla 2 – Ficha técnica de la familia P6C-36. Fuente: BYD
Es necesario proporcionar protección contra sobretensiones en ambos instrumentos de cuerda, por lo tanto la caja de cuerdas tendrá 2 dispositivos DPS. Para proteger el inversor se seleccionará un DPS adecuado para circuitos de CA y con Uc mayor que la tensión de salida del inversor, que es 220V, como se especifica en la hoja de datos a continuación.
Para la protección del inversor en el lado de CA, el DPS debe ser Tipo 2 o Tipo 1+2. Esto protegerá al inversor y a la instalación de sobretensiones.
Tabla 3: Hoja de datos de la familia de inversores Sunny Boy que muestra los voltajes máximos admitidos por el inversor
Conclusión
El DPS es un componente esencial de la seguridad de los sistemas fotovoltaicos. Comprender su función y funcionamiento ayuda a garantizar la durabilidad y seguridad de la instalación. ¿Desea saber más sobre cómo diseñar correctamente los sistemas de protección? Visite nuestros otros artículos técnicos o infórmese sobre nuestros cursos especializados.
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Respuestas de 2
Buenos días,
Excelente artículo, felicidades. Sin embargo, varias cifras no se cargan, ¿podrías comprobarlo?
Gracias.
Hola Guilherme, gracias por los comentarios. ¡Ya hemos actualizado las imágenes!