La protección frente a sobretensiones se utiliza para los dispositivos alimentados a baja tensión <1000Vca, normalmente conectados a la red eléctrica. Este concepto se puede utilizar también para equipos conectados a otros sistemas, como por ejemplo sistemas de telecomunicaciones o de proceso de datos.
La categoría frente a sobretensiones (OVC, Over Voltage Category) sirve para clasificar los dispositivos frente a sobretensiones producidas por perturbaciones eléctricas (red inestable, rayos, etc.) y determinar en qué lugar pueden instalarse. La idea es asegurar que una tensión transitoria en la entrada de un equipo no pueda suponer un riesgo en su salida o secundario que pueda poner en riesgo a las personas o dispositivos conectados. Según la aplicación y ubicación del equipo necesita cumplir con un nivel de protección diferente.
La mayoría de fuentes de alimentación se diseñan según el estándar de seguridad EN60950 (que se sustituirá por la EN62368-1 el 20 de diciembre del 2020) con un nivel de protección II frente a sobretensiones. Actualmente hay una creciente demanda para las fuentes de alimentación con un nivel de protección OVC III especialmente para aplicaciones industriales y de automatización. En este artículo intentamos describir los posibles beneficios y necesidades de usar equipos con un nivel OVC III.
Clasificación de protección frente a sobretensiones
Según el estándar IEC 60664-1(2007) Coordinación de aislamiento de los equipos en los sistemas (redes) de baja tensión. Parte 1: Principios, requisitos y ensayos.:
Los equipos con categoría de protección frente a sobre tensiones de nivel I son equipos para conectar en circuitos en los que se han tomado medidas para limitar las sobretensiones a un bajo nivel. Estas medidas deben asegurar que cualquier posible sobre tensión temporal no pueda superar los límites de la tabla 1. Estos equipos no se pueden conectar directamente a la red eléctrica.
Los equipos de nivel II son equipos que van en instalaciones fijas. Normalmente electrodomésticos, equipos portátiles y dispositivos similares. Estos equipos están conectados a una toma convencional de una vivienda o fábrica según la figura 2. Si estos equipos necesitan medidas especiales en cuanto a fiabilidad o disponibilidad tendrán que ser de categoría III.
Los equipos de categoría III pueden ir instalados en instalaciones fijas con requisitos especiales de fiabilidad o disponibilidad o directamente en un cuadro de distribución, es decir, no conectados directamente a una toma de red convencional sino dentro un cuadro eléctrico.
Los equipos de categoría IV van en el origen de la instalación eléctrica. Las aplicaciones típicas son los contadores eléctricos, magnetotérmicos y diferenciales.
La tabla 1 muestra que para un equipo de categoría III necesitamos una capacidad de soportar sobre tensiones de 4000V, considerando una alimentación de 230Vca, la habitual en Europa mientras que para tener el mismo nivel en Norte América solo necesitan soportar 2500V si la alimentación es de 120Vca. Esto indica que una fuente de alimentación que cumpla los requisitos de una categoría para Europa puede cumplir con un nivel superior para Norte América.
Debemos aclarar aquí que el nivel indicado de protección antes sobre tensiones de la tabla no equivale al dato de aislamiento que encontramos normalmente en las fuentes de alimentación, aunque existe una relación matemática de entre ambas. Es decir un nivel de protección frente a sobre tensión de 4000V indica un aislamiento de 2800V (). La tabla 1 indica solo los niveles requeridos para un aislamiento básico. En caso de una fuente de alimentación con aislamiento doble o reforzado, se debe considerar un nivel superior. También debemos aclarar que una fuente de alimentación con un nivel de protección III cumple con los requisitos de los niveles II y I.
Aplicaciones para fuentes con OVC III
Con la creciente demanda de la industria 4.0, algos equipos de control para robótica necesitan cumplen con la norma IEC60204-1 y necesitan un transformador de aislamiento adicional entre la red eléctrica y la fuente de alimentación conectada, como se muestra en la figura 3.
Si la fuente ya cumple con la categoría de protección frente a sobretensiones III (OVC III) podemos eliminar dicho transformador y seguir cumpliendo con la IEC60204-1. Esto nos permite reducir significativamente el espacio, peso y coste del sistema.
Otra aplicación para fuentes de categoría OVC III es para el uso de equipos industriales permanentemente conectados en instalaciones fijas.
Hay otras normativas y estándares que exigen cumplir con la categoría III para diferentes aplicaciones, como pueden ser:
- IEC/EN50178 Equipo electrónico para uso en instalaciones de potencia.
- IEC 60204-1 Seguridad de las máquinas. Equipo eléctrico de las máquinas.
- IEC 62103 Electronic equipment for use in power installations
- IEC/EN62477-1 Requisitos de seguridad para sistemas y equipos de conversión de potencia de semiconductores. Parte 1: Generalidades
Esto quiere decir que diferentes aplicaciones exigen al sistema cumplir con niveles más exigentes de protección ante sobretensiones, en cuyo caso tener una fuente de alimentación que cumple con dicho nivel nos permite eliminar las protecciones adicionales.
Fuentes de alimentación MEAN WELL que cumplen con la categoría III
MEAN WELL tiene algunas series homologadas EN61558-1 mediante un certificado CB. En la última versión del estándar IEC 61558-1:2005 + AMD1:2009 especifica las distancias en el aire y líneas de separación necesarias a través del aislante para poder cumplir con la categoría III. En la nueva edición de la IEC 61558-1 se detallan los ensayos a realizar para poder cumplir con los requisitos.
Las series que están certificadas EN61558-1 y que por tanto cumplen con el nivel III son LRS-35, LRS-50, LRS-75, LRS-100, LRS-150, LRS-150F, RSP-75, RSP-100, RSP-150, HDR-15, HDR-30, HDR-60, HDR-100, OWA y KNX-20E. La intención de MEAN WELL es seguir ampliando la gama de fuentes de alimentación con OVC III
Hay que destacar que la norma sólo especifica los niveles de ensayo de tensión hasta 2000 metros de altitud. Aunque en nuestros diseños hemos reservado más espacio y protecciones para poder cumplir hasta un valor de 5000 m con un factor de 1,48 adicional de separación, para altitudes superiores se tendría que considerar el producto como de una categoría inferior en caso de no estar ensayado a dichos niveles.
Uso de fuentes de alimentación de nivel II en aplicaciones de nivel III
Si necesitamos usar una fuente de alimentación de clase II en una aplicación con requisitos de clase III podemos solucionarlo de 2 formas:
- Usar un transformador de CA de aislamiento antes de una fuente de alimentación de clase II para aumentar las distancias de separación o
- Añadir protecciones externas como protectores y elementos para absorción de transitorios antes de la fuente de clase II. Por ejemplo usar un protector de transitorios de nivel III para que el posible pico de tensión que le pueda a llegar a la fuente sea de clase II.
No obstante, ambas soluciones incrementan el espacio y peso necesario, por lo que la mejor solución es intentar usar una fuente de alimentación que ya cumpla con el nivel III.
Conclusiones
Las fuentes de alimentación certificadas según la norma EN61558-1 cumplen con los requisitos de protección frente a sobre tensiones de la clase III. La ventaja de utilizar estas fuentes de alimentación es la reducción de espacio, peso y coste, así como simplicidad en la instalación y cableado. Nuestras series LRS-35, LRS-50, LRS-75, LRS-100, LRS-150, LRS-150F, RSP-75, RSP-100, RSP-150, HDR-15, HDR-30, HDR-60, HDR-100, OWA y KNX-20E están certificadas EN61558-1 y cumplen los requisitos de clase III. Las nuevas series especialmente pensadas para automatización las diseñaremos para cumplir con los requisitos de clase III y simplificar el diseño y aplicaciones para nuestros clientes.
Artículo preparado por Dr. Wen Wun – MEAN WELL EUROPE. Traducción y notas: Fernando García.
Créditos Imágenes: MEANWELL-OLFER
