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La protección contra sobretensiones para un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) debe cubrir tres niveles: el lado de CC entre los gabinetes de baterías y el sistema de conversión de energía, el lado de CA conectado a la red o a la distribución de carga, y el líneas de comunicación/señal utilizadas por el sistema de gestión de baterías, SCADA, Ethernet, RS485 y controles auxiliares.
Un BESS no está protegido instalando un solo SPD en un panel. Requiere una arquitectura de protección coordinada: SPD de CC en las interfaces de batería e inversor, SPD de CA en los puntos de red y distribución, y SPD de señal dondequiera que los cables de control o comunicación entren o salgan de los gabinetes.
Por qué la protección contra sobretensiones en BESS es diferente
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) combinan alta tensión de CC, electrónica de potencia, gabinetes distribuidos, largos tendidos de cables, redes de comunicación y equipos de conexión a la red en una sola instalación. Esto crea más puntos de entrada de sobretensiones que un cuadro de distribución de baja tensión típico.
Las sobretensiones pueden entrar o generarse a través de:
- transitorios inducidos por rayos en cables de CC y CA exteriores
- eventos de conmutación en el lado de la red y energización de transformadores
- conmutación de inversores y sistemas de conversión de potencia
- operación de contactores e interruptores de CC dentro de los circuitos de baterías
- cables de comunicación largos entre racks de baterías, BMS, PCS, EMS y SCADA
- diferencias de potencial de tierra entre armarios, contenedores, edificios y equipos externos
El riesgo práctico no es solo el daño físico. Una sobretensión también puede alterar el sistema de gestión de baterías (BMS), activar un apagado de protección, corromper la comunicación, dañar los puertos de monitoreo o dejar fuera de servicio el sistema de almacenamiento de energía, incluso cuando los módulos de batería no presentan daños visibles.
Para conocer los fundamentos generales de los dispositivos, consulte la guía de VIOX sobre qué es un dispositivo de protección contra sobretensiones. Este artículo se centra específicamente en la ubicación y selección a nivel de sistema de BESS.
Arquitectura de protección contra sobretensiones para BESS
| Capa BESS | Qué necesita protección | Categoría típica de SPD | Principal preocupación en la selección |
|---|---|---|---|
| Salida de CC del gabinete de baterías | Cadenas de baterías, terminales de salida de CC, electrónica del BMS cerca del armario | DC SPD | Tensión máxima de CC, disposición de puesta a tierra, corriente de cortocircuito, ubicación del armario |
| Bus de CC / Combinador de CC | Punto de recolección de CC entre los armarios de baterías y el PCS/inversor | DC SPD | Clase de 1000 V o 1500 V CC, corriente de falla, modo de protección, coordinación |
| Entrada de CC del inversor / PCS | Electrónica de conversión de potencia y terminales de entrada de CC | DC SPD | Tensión de CC, Up, modo de conexión, garantía del fabricante/requisitos de instalación |
| Salida de CA del PCS / inversor | Terminales de salida de CA y circuitos de CA aguas abajo | Protector de sobretensión CA | IEC 61643-11 o UL 1449, Tipo 1/2/3, Uc/MCOV, Up/VPR, SCCR |
| Acometida de CA / conexión a la red | Punto de acoplamiento común, secundario del transformador, cuadro general de baja tensión | Protector de sobretensión CA | Exposición a rayos, suministro aéreo/subterráneo, requisito de Tipo 1 o Tipo 1+2 |
| Cuadro de distribución de CA | Alimentación auxiliar, HVAC, iluminación, controles, paneles de monitorización | Protector de sobretensión CA | Protección de tipo 2 a nivel de distribución y coordinación con el SPD aguas arriba |
| BMS / RS485 / CAN / contactos secos | Líneas de comunicación y alarma de la batería | SPD para señales | Tensión de funcionamiento, velocidad de datos, capacitancia, protección de modo común |
| Ethernet / SCADA / EMS | Enlaces de monitorización y comunicación remota | SPD de red | Velocidad de Ethernet, PoE si está presente, conexión a tierra de blindaje, enrutamiento entre armarios |
El diseño correcto es estratificado. Los SPD de potencia protegen las rutas de energía. Los SPD de señal protegen las rutas de comunicación. Ninguno sustituye al otro.
Normas: IEC 61643-41, IEC 61643-31, IEC 61643-11 e IEC 61643-21
La norma depende de dónde esté instalado el SPD.
| Ubicación del SPD | Dirección normativa principal | Nota importante |
|---|---|---|
| Circuitos generales de BESS en CC | IEC 61643-41:2025 para dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) conectados a sistemas de alimentación de baja tensión de CC de hasta 1500 V CC | Esta es la referencia más precisa para buses de CC exclusivos de BESS y otros sistemas de alimentación de baja tensión de CC |
| circuitos de CC acoplados a sistemas fotovoltaicos | IEC 61643-31:2018 para SPD en el lado de CC de instalaciones fotovoltaicas de hasta 1500 V CC | Utilizar cuando el sistema de almacenamiento esté acoplado directamente a la arquitectura de CC fotovoltaica o cuando el SPD esté especificado como protección del lado de CC fotovoltaico |
| lado de baja tensión de CA | IEC 61643-11:2025 para SPD conectados a sistemas de alimentación de baja tensión de CA | Aplicable a la distribución de CA, salida de CA de inversores y protección de CA del lado de la red en mercados IEC |
| Líneas de señal y comunicación | IEC 61643-21 familia para redes de telecomunicaciones y señalización | Relevante para comunicación BMS, RS485, Ethernet, circuitos de alarma e interfaces de control |
| Proyectos en Norteamérica | UL 1449 para SPD de potencia, además de requisitos de protección de señal específicos de la interfaz | Verifique los códigos locales, la certificación del producto, el SCCR y los requisitos de integración del sistema |
Esta distinción es importante. La norma IEC 61643-31 es específica para instalaciones fotovoltaicas de CC. No es la referencia general más precisa para todos los buses de CC de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). Para un circuito de alimentación de CC de un BESS que no sea fotovoltaico, la norma IEC 61643-41:2025 es la dirección normativa de SPD de CC más directamente alineada. Si el BESS está acoplado a energía fotovoltaica, es híbrido o comparte una arquitectura de CC fotovoltaica, la norma IEC 61643-31 aún puede ser relevante dependiendo del producto y del diseño del sistema.
Para la comparación de normas, consulte Normas de protección contra sobretensiones: IEC 61643 frente a UL 1449 frente a GB 18802.
Protección contra sobretensiones en el lado de CC para BESS
El lado de CC suele ser la parte más exigente de la protección contra sobretensiones en un BESS, debido a que el voltaje puede ser elevado, la corriente de falla disponible puede ser significativa y el sistema puede operar de forma continua.
Sistemas de 1000 V y 1500 V CC
Las instalaciones BESS comerciales y a escala de servicio público utilizan habitualmente buses de CC de alto voltaje. El SPD debe coincidir con el voltaje máximo de operación continua del sistema.
No asuma:
- un SPD de 1000 V CC es adecuado para un BESS de 1500 V CC
- un SPD fotovoltaico es automáticamente adecuado para cualquier sistema de baterías de CC
- un SPD de CA con una capacidad nominal de kA elevada puede utilizarse en el lado de CC
- una tensión nominal se aplica a todas las configuraciones de puesta a tierra
La comprobación correcta es:
Uc / MCOV debe superar la tensión continua máxima que puede aparecer en el modo de protección del SPD bajo todas las condiciones de funcionamiento previstas.
Para la interpretación de la tensión nominal, véase ¿Qué significan Uc y Up en un SPD?.
Puesta a tierra de CC y modo de protección
Los sistemas de CC de BESS pueden ser flotantes, referenciados a impedancia, con puesta a tierra negativa, con puesta a tierra positiva o configurados según una estrategia de monitorización de aislamiento específica del fabricante (OEM). El modo de conexión del SPD debe coincidir con dicha arquitectura.
| Configuración de CC | Lógica típica de protección del SPD | Advertencia de selección |
|---|---|---|
| Bus de CC flotante | La protección puede aplicarse de CC+ a PE y de CC- a PE, dependiendo del diseño | Comprobar la monitorización del aislamiento y la fuga/capacitancia permitida |
| Bus de CC con conexión a tierra negativa | El modo de protección difiere porque un polo ya está referenciado | No copie ciegamente un diagrama de SPD para sistemas flotantes |
| Bus de CC con conexión a tierra positiva | Precaución similar a la de los sistemas con puesta a tierra negativa, con referencia opuesta | Confirmar la polaridad y el diagrama de cableado del fabricante |
| Arquitectura de CC acoplada a FV | Puede requerirse un SPD con clasificación FV en las interfaces del combinador/inversor FV | Verificar Ucpv, polaridad y aplicabilidad de la norma IEC 61643-31 |
| BESS en contenedor con armarios separados | Pueden ser necesarios múltiples puntos de protección debido a que los tendidos de cables actúan como rutas de acoplamiento | Revisar el espaciado de los armarios, el enrutamiento de cables, la conexión equipotencial y la exposición a rayos |
Si el sistema es solar más almacenamiento, el de VIOX dispositivos de protección contra sobretensiones de CC de VIOX es una referencia de apoyo útil.
Posiciones de instalación de CC
| Posición | Por qué es importante | Enfoque de selección típico |
|---|---|---|
| Salida de CC del gabinete de baterías | Protege los componentes electrónicos del lado del gabinete y los terminales de salida de CC contra transitorios entrantes | Clase de tensión de CC, modo de conexión, longitud corta de los conductores, conexión equipotencial del gabinete |
| Combinador de CC o gabinete de barras colectoras | Protege el punto común de recolección de CC entre los racks de baterías y el PCS | Nivel de corriente de sobretensión, SCCR, protección de respaldo, coordinación |
| Entrada de CC del PCS / inversor | Protege la electrónica de conversión de potencia contra transitorios en el tendido de cables de CC | Up, Uc, polaridad de CC, requisitos de instalación del fabricante |
No establezca una regla universal como “un SPD siempre es suficiente” o “siempre se requieren dos SPD”. El número correcto depende de la longitud del cable, la separación de los gabinetes, el riesgo de rayos, la disposición del sitio, el sistema de conexión equipotencial y las instrucciones del fabricante.
Protección contra sobretensiones del lado de CA para BESS
El lado de CA conecta el BESS a la instalación, transformador, microrred, generador o red eléctrica. Las sobretensiones pueden provenir de la red o ser generadas por operaciones de conmutación dentro de la instalación.
Entrada de servicio de CA o punto de acoplamiento común
En la conexión a la red o en el cuadro general de baja tensión, utilice un SPD de CA seleccionado según la exposición del sitio y la tensión del sistema. En instalaciones con suministro aéreo, sistemas de protección contra rayos externos o alta exposición a rayos, puede ser necesaria una protección de Tipo 1 o Tipo 1+2. En instalaciones con alimentación subterránea de menor exposición, el Tipo 2 puede ser la opción práctica a nivel de distribución, sujeto a la evaluación de riesgos y a la normativa local.
Cuadro de distribución de CA y circuitos auxiliares
Los contenedores y salas de BESS suelen tener cargas auxiliares: HVAC, detección de incendios, iluminación, monitorización, alimentación de control, calefactores, ventiladores y fuentes de alimentación para comunicaciones. Estos circuitos pueden resultar dañados o interrumpidos por transitorios en el lado de CA, incluso si el PCS principal sobrevive.
Los SPD de Tipo 2 se utilizan habitualmente en cuadros de distribución y paneles auxiliares, pero los valores exactos de Imax/In dependen del proyecto. Un valor como 40 kA puede ser un punto de comparación común en algunos mercados, pero no debe tratarse como una regla universal.
Salida de CA del PCS / Inversor
Los terminales de CA del sistema de conversión de potencia pueden requerir protección local dependiendo de la distancia respecto al SPD aguas arriba, el tendido de cables, la coordinación y los requisitos del fabricante.
Para la selección del tipo de SPD, consulte Dispositivo de protección contra sobretensiones Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3.
Protección contra sobretensiones para señales y comunicaciones
Muchos fallos en sistemas BESS no son fallos en los terminales de potencia, sino fallos de comunicación.
El BMS, el sistema de gestión de energía (EMS), el controlador PCS, la pasarela SCADA, la interfaz de alarma contra incendios y los equipos de monitorización remota dependen de rutas de señal de baja tensión. Estas líneas pueden extenderse entre armarios, contenedores, edificios y equipos exteriores, lo que las hace vulnerables a sobretensiones de modo común.
Líneas de comunicación del BMS
Las redes BMS pueden utilizar RS485, CAN, Ethernet o comunicación propietaria. Un SPD de señal debe coincidir con:
- tensión nominal de la señal
- tensión máxima de funcionamiento continuo
- velocidad de transmisión de datos
- capacitancia de la línea
- número de conductores o pares
- método de conexión a tierra del blindaje
- requisitos de protección en modo común y modo diferencial
Un SPD con alta capacitancia puede degradar la comunicación. Un SPD con un voltaje de operación incorrecto puede limitar la sobretensión demasiado tarde o interferir con las señales normales.
Enlaces Ethernet, SCADA y EMS
Los enlaces Ethernet requieren SPD de red seleccionados según la velocidad de datos necesaria, el tipo de blindaje y el estado de PoE cuando corresponda. Si un cable Ethernet sale de un contenedor BESS o se extiende entre estructuras con conexiones a tierra separadas, la protección debe revisarse en ambos extremos del recorrido expuesto del cable.
Líneas de alarma, contacto seco y control auxiliar
Los contactos secos y los circuitos de E/S digitales a menudo se pasan por alto porque transportan poca energía. Sin embargo, una sobretensión en estos conductores puede ingresar a una tarjeta de entrada del controlador y causar un disparo falso o una falla de hardware.
Para obtener detalles sobre la selección de señales, utilice VIOX’s Guía de selección de protectores contra sobretensiones para señales.
Valores nominales clave para SPD en BESS
| Clasificación | Dónde es importante | Qué verificar |
|---|---|---|
| Uc / MCOV | CA, CC, señal | Debe coincidir con el voltaje continuo real a través del modo del SPD |
| Ucpv | Lado de CC acoplado a FV | Debe exceder el voltaje máximo de la cadena fotovoltaica donde se aplique la norma fotovoltaica |
| Up / VPR | Todos los equipos protegidos | Debe ser lo suficientemente bajo para la resistencia del equipo, incluyendo el voltaje de los conductores de instalación |
| En | Capacidad de servicio para sobretensiones repetidas Tipo 2 | Comparar dentro del mismo estándar, tipo y clase de voltaje |
| Imáx. | Capacidad máxima de corriente de 8/20 us | Útil, pero no es una clasificación de vida útil |
| Implícito | Capacidad de servicio para corriente de rayo Tipo 1 | Relevante donde existe riesgo de corriente directa de rayo o LPS |
| SCCR / clasificación de cortocircuito | SPD de potencia | Debe coincidir con la corriente de falla disponible y la protección de respaldo |
| Fusible / interruptor de respaldo | SPD de potencia | Seguir la tabla de coordinación del fabricante |
| Ancho de banda de señal / capacitancia | BMS, Ethernet, RS485 | No debe interrumpir la comunicación |
| Señalización remota | Operación y mantenimiento (O&M) de BESS | Ayuda a detectar módulos SPD fallidos antes del próximo evento de sobretensión |
Para la interpretación de la corriente nominal, consulte Clasificaciones Imax vs. In para dispositivos de protección contra sobretensiones. Para el envejecimiento del MOV y el comportamiento al final de su vida útil, consulte Explicación de los MOV de ZnO.
Selección de SPD para BESS según la posición de instalación
| Posición de instalación | Dirección del tipo de SPD | Dirección estándar | Verificaciones principales |
|---|---|---|---|
| Salida de CC del gabinete de baterías | DC SPD | IEC 61643-41 para CC exclusiva de BESS; IEC 61643-31 si aplica al lado de CC fotovoltaico | Uc/MCOV, modo de puesta a tierra, SCCR, protección de respaldo, longitud reducida de los conductores |
| Combinador de CC / Gabinete de bus de CC | DC SPD | IEC 61643-41 o base de SPD de CC específica del proyecto | Clase 1000/1500 V CC, corriente de falla, coordinación, conexión equipotencial del gabinete |
| Entrada de CC del PCS / inversor | DC SPD | IEC 61643-41 o IEC 61643-31 según la arquitectura | Up, Uc, polaridad, instrucciones del fabricante |
| Entrada de servicio de CA / PCC | SPD de CA Tipo 1, Tipo 2 o Tipo 1+2 | IEC 61643-11 o UL 1449 | Tipo de alimentación, exposición a rayos, Uc, Up, Iimp/In/Imax, SCCR |
| Cuadro de distribución de CA | SPD de CA tipo 2 | IEC 61643-11 o UL 1449 | Tensión de distribución, cargas auxiliares, coordinación, indicación remota |
| Salida de CA del PCS | SPD de CA local tipo 2 o coordinado | IEC 61643-11 o UL 1449 | Distancia desde el SPD aguas arriba, tendido de cables, manual del PCS |
| Líneas RS485 / CAN del BMS | SPD para señales | Familia IEC 61643-21 | Tensión de señal, capacitancia, velocidad de datos, conexión a tierra de blindaje |
| Ethernet / SCADA / EMS | SPD de red | Familia IEC 61643-21 o norma específica de interfaz | Velocidad de Ethernet, PoE, cable blindado/no blindado, exposición entre armarios |
SPD + Protección CC + Puesta a tierra: La visión del sistema
La protección contra sobretensiones para BESS no es un accesorio independiente. Debe funcionar junto con el resto de la arquitectura de protección.
Revisiones de un diseño robusto:
- Fusibles de CC o interruptores automáticos de CC para protección contra sobrecorriente y cortocircuitos
- Seccionadores o aisladores de CC para aislamiento de mantenimiento
- Esquema de puesta a tierra y conexión equipotencial
- Conexión equipotencial entre armarios y contenedores
- Tendido y separación de cables
- Protección de respaldo para SPD
- Protección de líneas de señal y comunicación
- Monitorización remota del estado del SPD
- Acceso para mantenimiento y sustitución
Para protección de CC adyacente, consulte la guía de VIOX sobre Disyuntores de CC para sistemas solares, de baterías y de vehículos eléctricos y la comparación de Disyuntor de CC frente a fusible.
Errores comunes en la protección contra sobretensiones de BESS
| Error | Riesgo | Mejores prácticas |
|---|---|---|
| Instalar solo un SPD | Las rutas de CC, CA o señal permanecen expuestas | Proteger por capa de sistema: CC, CA y comunicación |
| Uso automático de SPD de CC para sistemas fotovoltaicos en todos los buses de CC de BESS | Las suposiciones estándar o de falla pueden no coincidir | Utilizar IEC 61643-41 para CC exclusiva de BESS, IEC 61643-31 donde se aplique CC fotovoltaica |
| Selección basada únicamente en Imax | La protección de voltaje, SCCR, puesta a tierra e instalación pueden ser incorrectas | Verificar Uc, Up, In/Imax/Iimp, SCCR, protección de respaldo y modo |
| Ignorar las líneas de señal del BMS | Falla de comunicación o apagado falso | Proteger RS485, CAN, Ethernet, contactos secos y líneas de control expuestas |
| Ignorar el modo de puesta a tierra | El SPD puede estar conectado en el modo incorrecto | Confirmar la arquitectura flotante, puesta a tierra, referenciada a impedancia o acoplada a FV |
| Cables del SPD demasiado largos | La tensión residual real (let-through voltage) supera el nivel de protección (Up) esperado | Mantener las conexiones del SPD cortas y directas |
| Sin indicación remota | Los módulos SPD fallidos pasan desapercibidos | Utilice señalización visual y remota para instalaciones BESS críticas |
| Sin coordinación con interruptores o fusibles de CC | El comportamiento ante fallas puede ser inseguro o no selectivo | Siga las recomendaciones del fabricante del SPD sobre protección de respaldo y el estudio de protección del sistema |
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Necesita un BESS protección contra sobretensiones tanto en el lado de CC como en el de CA?
Sí, en la mayoría de los sistemas de ingeniería se deben revisar ambos lados. El lado de CC protege las interfaces de la batería y del PCS, mientras que el lado de CA protege la conexión a la red, la distribución, los circuitos auxiliares y los terminales de CA del PCS. Las líneas de señal también deben revisarse por separado.
¿Qué norma se aplica a los SPD de CC para BESS?
Para sistemas de alimentación de baja tensión CC exclusivos de BESS, la norma IEC 61643-41:2025 es la dirección normativa de la IEC más directamente alineada. Para la protección del lado de CC acoplado a sistemas fotovoltaicos, puede aplicarse la norma IEC 61643-31. Verifique siempre la norma del producto, la arquitectura del sistema y la documentación del fabricante.
¿Puedo utilizar un SPD fotovoltaico en un bus de CC de un BESS?
Solo si el SPD está clasificado y aprobado por el fabricante para esa aplicación de CC en BESS. Los SPD fotovoltaicos están diseñados para condiciones de CC fotovoltaicas. Un bus de CC exclusivo de BESS puede requerir un SPD de CC evaluado bajo una base normativa diferente, como la IEC 61643-41.
¿Es suficiente un SPD de 40 kA para un BESS?
No existe un valor de kA universal. Una clasificación como 40 kA puede ser un punto de partida común para algunas comparaciones de SPD de Tipo 2, pero la selección correcta depende de la exposición a rayos, el tipo de SPD, la clase de tensión, la puesta a tierra, la longitud del cable, la ubicación de la instalación y la evaluación de riesgos.
¿Dónde deben instalarse los SPD en un BESS?
Los puntos de revisión típicos incluyen la salida de CC del gabinete de baterías, el gabinete del combinador de CC o bus de CC, la entrada de CC del PCS/inversor, la acometida de CA, el cuadro de distribución de CA, la salida de CA del PCS, las líneas de comunicación BMS RS485/CAN, los enlaces Ethernet/SCADA y los circuitos de control auxiliar.
¿Realmente necesitan protección contra sobretensiones las líneas de comunicación del BMS?
A menudo sí, especialmente cuando los cables de comunicación pasan entre armarios, contenedores, edificios o equipos exteriores. Una sobretensión en la señal puede disparar o dañar el BMS incluso si el circuito de alimentación está protegido.
¿Qué es lo más importante al seleccionar dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de señal para sistemas BESS?
Ajuste el SPD al voltaje de la señal, la velocidad de datos, el límite de capacitancia, el número de hilos, el método de puesta a tierra, la conexión de blindaje y el tipo de interfaz. Un SPD de potencia no puede proteger un puerto de comunicación.
¿La protección contra sobretensiones sustituye a los fusibles de CC o a los disyuntores de CC?
No. Los SPD limitan la sobretensión transitoria. Los fusibles de CC y los disyuntores de CC gestionan la protección contra sobrecorriente y cortocircuitos. Un diseño de protección para BESS generalmente requiere ambos.
Conclusión
La protección contra sobretensiones en BESS es una tarea de diseño de sistemas, no una selección de un solo producto. El lado de CC, el lado de CA y la red de comunicación crean rutas de entrada de sobretensiones, y cada capa necesita un tipo de SPD, voltaje nominal, nivel de protección, disposición de puesta a tierra y método de instalación adecuados.
Para los clientes de VIOX, la lógica de diseño práctico es:
- utilizar SPD de CC para las interfaces de CC de la batería y del PCS
- utilice SPD de CA para la red, la salida de CA del inversor y los cuadros de distribución
- utilice SPD de señal para BMS, RS485, Ethernet, SCADA y líneas de control
- coordine los SPD con disyuntores de CC, fusibles, puesta a tierra, equipotencialidad y supervisión de mantenimiento
Si está pasando del diseño del sistema a la selección del producto, comience con página de productos SPD de VIOX y verifique cada modelo con la tensión exacta del BESS, la corriente de falla, la norma, la interfaz de comunicación y la posición de instalación.
Fuentes revisadas
- IEC 61643-41:2025 – SPD conectados a sistemas de alimentación de CC de baja tensión
- IEC 61643-31:2018 – SPD para instalaciones fotovoltaicas
- IEC 61643-21:2000+A1:2008+A2:2012 – SPD para redes de telecomunicaciones y señalización
- IEC 61643-11:2025 – SPD conectados a sistemas de alimentación de CA de baja tensión
