Guía de coordinación y conexión en cascada de SPD: 4 puertas de verificación

Una secuencia de Tipo 1–Tipo 2–Tipo 3 no constituye automáticamente un sistema de protección contra sobretensiones coordinado. Las etiquetas identifican los deberes de prueba y las funciones de aplicación probables; no prueban que el dispositivo aguas arriba aliviará al dispositivo aguas abajo, que la tensión instalada permanecerá por debajo del objetivo de resistencia del equipo, o que los dispositivos pueden colocarse juntos sin desacoplamiento adicional.

Considere la coordinación como cuatro puertas de verificación independientes:

1. Coordinación de tensión: la tensión efectiva en cada nodo protegido debe permanecer dentro del objetivo de coordinación de aislamiento del equipo.
2. Coordinación de energía: el dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) aguas abajo no debe sobrecargarse antes de que la etapa aguas arriba soporte el esfuerzo previsto para ella.
3. Distancia y desacoplamiento: los conductores entre etapas deben evaluarse tanto como posible impedancia de desacoplamiento como una trayectoria que puede crear una nueva exposición a sobretensiones.
4. Coordinación de fallos y protección de respaldo: cada SPD debe ser compatible con la condición de cortocircuito prospectivo y su disposición requerida de fusible, interruptor automático o seccionador interno.

Si alguna puerta carece de evidencia sobre los dispositivos exactos y la instalación, la cascada aún no está verificada.

La conexión en cascada es un diseño; la coordinación es una declaración de rendimiento

“Conexión en cascada” describe habitualmente varias etapas de protección colocadas desde el suministro de entrada hacia el equipo sensible. Un concepto común es una etapa aguas arriba capaz de manejar corrientes de rayo, una etapa intermedia a nivel de distribución y una protección suplementaria cerca de la carga.

“Coordinación” plantea una pregunta más difícil: ¿cómo interactuarán esas etapas bajo la sobretensión pertinente?

El SPD aguas arriba debe gestionar el alto esfuerzo asignado a su límite. El SPD aguas abajo debe limitar la perturbación residual sin recibir más corriente o energía de la que permite su diseño. El equipo protegido debe ver una tensión compatible con su resistencia a impulsos. Todo esto debe ocurrir a través de conductores reales con resistencia, inductancia, acoplamiento y separación finita.

IEC 61643-12:2020 covers selection, operation, location, and coordination principles for SPDs connected to low-voltage AC power systems. IEC 62305-4:2024 aborda las medidas de protección contra sobretensiones a nivel de sistema para sistemas eléctricos y electrónicos dentro de estructuras, incluyendo los conceptos de zonas de protección contra rayos y el comportamiento de la tensión inducida.

La guía dedicada a SPD de tipo 1, tipo 2 y tipo 3 explica qué establece cada clasificación. Este artículo comienza después de que esas clasificaciones han sido seleccionadas y plantea si la combinación propuesta funciona como un solo sistema.

Defina el sistema como nodos protegidos

No comience con una lista de compras. Dibuje la instalación como una secuencia de nodos eléctricos y límites de protección.

Nodo	Límite típico	Qué se debe conocer	Cuestión de coordinación
Un	Servicio de entrada o distribución principal	Entorno de sobretensiones, contexto de protección contra rayos, disposición de la fuente y puesta a tierra, capacidad del SPD aguas arriba	¿Puede esta etapa soportar el esfuerzo asignado al límite de entrada?
B	Subdistribución, centro de control de motores o alimentación del panel de control	Ruta del cable desde A, sobretensiones generadas localmente o acopladas, valores nominales del SPD aguas abajo	¿La etapa B está liberada por la etapa A y sigue siendo necesaria la etapa B para el objetivo de tensión?
C	Entrada del equipo o zona protegida final	Tensión soportada a impulsos del equipo, ruta de cables desde B, otras rutas de entrada de alimentación/datos, características finales del SPD	¿La protección instalada mantiene el esfuerzo real en el borne del equipo dentro del objetivo de diseño?

Este modelo de nodo evita dos errores comunes. Primero, dos dispositivos instalados en cuadros diferentes no son automáticamente etapas de protección distintas si no controlan límites eléctricos diferentes. Segundo, el equipo no siempre está en el mismo nodo de tensión transitoria que el SPD más cercano. Los conductores de conexión, las barras colectoras, la separación de cables, las líneas de señal y las rutas de equipotencialidad pueden crear tensión adicional entre ellos.

Para decidir dónde a qué etapa pertenece, utilice la guía de colocación de SPD. El estudio de coordinación comienza una vez que se definen los nodos candidatos.

Entradas requeridas antes de verificar una cascada

Recopile lo siguiente antes de comparar productos:

• normas de instalación y del sistema aplicables;
• límite de aplicación de AC, DC, fotovoltaica o línea de señal;
• diagrama unifilar y esquema de puesta a tierra;
• sistema de protección contra rayos y límites de la zona de protección contra rayos, cuando corresponda;
• tensión nominal y tensión continua máxima en cada modo de protección propuesto;
• objetivo de resistencia a impulsos o coordinación de aislamiento del equipo en cada nodo protegido;
• tipo de SPD o clase de prueba y las cantidades de prueba declaradas para cada etapa;
• nivel de protección de tensión Arriba, tensión limitadora medida o aplicable VPR datos bajo el marco pertinente;
• Implícito, En, Imáx., u otras declaraciones de corriente de descarga aplicables a la etapa;
• longitud del cable, tendido de conductores, geometría del bucle y separación entre los SPD y el equipo;
• corriente de cortocircuito prospectiva en cada punto de conexión del SPD;
• fusible de respaldo o interruptor automático requerido y lo aplicable SCCR, Isccr, u otra declaración de cortocircuito;
• tablas de coordinación del fabricante, combinaciones probadas o instrucciones de aplicación para el par aguas arriba/aguas abajo exacto.

Estas entradas no son intercambiables. Un gran Imáx. no demuestra una baja tensión de protección instalada. Un bajo catálogo Arriba no demuestra que el SPD de etapa final sobreviva a la energía que recibe. Un cable corto no demuestra la coordinación energética. Cada elemento cierra una puerta diferente.

Puerta 1: Verificar la coordinación de tensión en cada nodo

El propósito de la cascada no es producir números progresivamente más pequeños en tres hojas de datos. Es mantener la tensión que aparece en el equipo protegido dentro de un objetivo definido de coordinación de aislamiento.

Una comprobación conceptual útil es:

tensión de protección instalada en el equipo < objetivo de resistencia a impulsos del equipo

El lado izquierdo no siempre es igual a lo impreso en el SPD Arriba. Puede incluir:

• la tensión residual o limitante del SPD para el modo de protección y el impulso pertinentes;
• tensión inductiva en los conductores que transportan la corriente de sobretensión hacia y desde el SPD;
• diferencias de tensión entre el punto de conexión del SPD y los bornes del equipo;
• acoplamiento de conductores cercanos u otros servicios;
• efectos de oscilación o propagación de ondas en tramos más largos;
• esfuerzo que ingresa a través de una ruta no coordinada de señal, datos, antena, control o conexión equipotencial.

La relación depende de la instalación. No añada porcentajes arbitrarios ni utilice un factor universal de “voltios por metro”. Utilice el método de instalación aplicable, las instrucciones del fabricante y el modelo de ingeniería para el proyecto.

Asimismo, no sume los Arriba valores de los SPD aguas arriba y aguas abajo. No son caídas de tensión en serie. Cada valor describe un dispositivo o modo de protección bajo condiciones de prueba establecidas. La cascada debe evaluarse en el nodo donde está conectado el equipo.

Para conocer la diferencia entre la tensión nominal de funcionamiento continuo y el nivel de protección, consulte la guía de Uc y Up del SPD. La selección final debe utilizar los valores exactos específicos del modo de la hoja de datos del SPD.

Evidencia de limitación de tensión

Marque la Puerta 1 como aprobada solo cuando el registro de diseño identifique:

• el objetivo de resistencia del equipo;
• los modos de sobretensión relevantes en los bornes del equipo;
• la declaración de nivel de protección del SPD aplicable;
• los efectos de la conexión y separación instaladas;
• el margen o método de coordinación requerido según la norma o regla de diseño aplicable.

Si se desconoce la resistencia del equipo, un valor inferior Arriba es útil desde el punto de vista direccional, pero no puede completar la verificación.

Puerta 2: Verificar la coordinación energética entre etapas

El SPD aguas abajo suele estar diseñado para un esfuerzo menos severo que la etapa de entrada. No debe responder de manera que le haga soportar una parte destructiva de la sobretensión antes de que la etapa aguas arriba realice su función prevista.

La coordinación energética depende del comportamiento completo de tensión-corriente-tiempo de los dispositivos y de la red entre ellos. Los factores relevantes incluyen:

• comportamiento de conmutación de tensión o limitación de tensión;
• tensión residual dinámica bajo el impulso aplicable;
• comportamiento de respuesta y conmutación;
• forma de onda de corriente y carga;
• resistencia energética de la etapa aguas abajo;
• impedancia del conductor entre etapas;
• características de la fuente y reparto de corriente;
• coordinación interna dentro de dispositivos combinados.

Es por esto que “Tipo 1 aguas arriba, Tipo 2 aguas abajo” no es evidencia suficiente. Las tecnologías utilizadas en los dispositivos Tipo 1 pueden comportarse de manera diferente, y los dispositivos aguas abajo con etiquetas similares pueden tener características distintas.

La guía técnica de protección contra sobretensiones de Phoenix Contact establece que los SPD Tipo 2 deben coordinarse con los SPD Tipo 1 aguas arriba y que no existe una condición de coordinación aplicable de forma general para todas las tecnologías Tipo 1. DEHN define la coordinación energética como la interacción selectiva entre elementos de protección en cascada y advierte que un SPD aguas abajo puede destruirse si la etapa aguas arriba lo libera demasiado tarde o de forma insuficiente.

Las formas más sólidas de evidencia

Utilice la siguiente jerarquía:

1. una tabla de coordinación del fabricante que nombre los modelos exactos aguas arriba y aguas abajo;
2. un informe de sistema o aplicación probado que cubra la combinación propuesta y las condiciones de instalación pertinentes;
3. un conjunto combinado Tipo 1+2 o Tipo 2+3 aprobado por el fabricante con coordinación interna declarada;
4. un estudio de ingeniería o una prueba a nivel de sistema utilizando modelos de dispositivos y condiciones de impulso adecuados.

“Misma marca” por sí solo no es evidencia. Una tabla de coordinación puede cubrir solo familias de productos, valores nominales, modos de protección, disposiciones de conductores o distancias mínimas específicas. Por el contrario, una combinación de marcas mixtas no es automáticamente imposible, pero requiere evidencia que no puede inferirse comparando las etiquetas de Tipo y los valores de kA del catálogo.

Regla de parada de puerta de energía

Si el par de dispositivos exacto no está cubierto por datos de coordinación probados y no se dispone de una verificación de ingeniería competente, registre la Puerta 2 como evidencia faltante. No estime el reparto de energía a partir de Imáx. relaciones o asumir que el dispositivo con el número de kA más alto siempre conducirá primero.

Puerta 3: Comprender los dos roles de la distancia

La distancia aparece en la guía de protección contra sobretensiones por dos razones diferentes. Mezclarlas crea reglas contradictorias.

Rol A: la impedancia entre etapas puede proporcionar desacoplamiento

Los conductores entre un SPD aguas arriba y uno aguas abajo tienen impedancia durante un impulso rápido. En algunas disposiciones coordinadas, esa impedancia ayuda a crear la diferencia de voltaje necesaria para que las etapas aguas arriba y aguas abajo conmuten o respondan de forma selectiva.

Por lo tanto, las guías más antiguas o específicas de un producto pueden prescribir una longitud mínima de conductor entre dispositivos particulares. Un fabricante puede, en su lugar, especificar un elemento de desacoplamiento cuando el tramo de conductor disponible es demasiado corto.

Este requisito pertenece al par de SPD exacto. ABB, por ejemplo, ha publicado tablas de coordinación de familias de productos con diferentes distancias mínimas para distintas combinaciones de Tipo 1/Tipo 2 y Tipo 2/Tipo 2. Esas distancias son evidencia para las combinaciones de ABB listadas, no reglas de espaciado universales para todos los SPD.

Los productos coordinados modernos pueden instalarse adyacentes entre sí cuando su comportamiento interno y la combinación probada no requieren un tramo de desacoplamiento. “No se requiere distancia mínima” es también una declaración para un par de modelos, no una propiedad general de todas las disposiciones de Tipo 1+Tipo 2.

Rol B: un tramo largo aguas abajo puede crear una nueva necesidad de protección

Un cable largo entre un SPD de distribución y el equipo puede exponer el nodo remoto a tensión inducida, oscilación, acoplamiento u otra ruta de entrada de sobretensiones. Por lo tanto, las reglas de instalación y las guías de aplicación del fabricante pueden exigir otro SPD cerca del equipo o en un nuevo límite de zona cuando la separación supera una condición establecida.

El valor de 10 m, citado con frecuencia, aparece en contextos específicos de aplicación y normas, pero no debe convertirse en ninguna de estas reglas falsas:

• “Dos SPD están coordinados siempre que estén separados por 10 m”.”
• “Cualquier equipo a más de 10 m de distancia siempre requiere el mismo SPD adicional”.”

Una regla concierne a la interacción entre etapas de protección; la otra se refiere a la exposición a la tensión en un nodo protegido remoto. Aplique la norma exacta, la adopción nacional, la disposición del sistema y las instrucciones del fabricante.

Hoja de trabajo de distancia de puerta

Para cada par de nodos, registre:

Comprobar	Evidencia requerida	Condición de aprobación
Separación entre etapas	Longitud y geometría real del conductor enrutado	Coincide con las instrucciones de coordinación del par exacto o con el diseño de desacoplamiento aprobado
Exposición del nodo remoto	Ruta del cable, entorno de acoplamiento, límite de zona y ubicación del equipo	Se proporciona protección adicional cuando el método de diseño aplicable lo requiere
Trayectoria de conexión del SPD	Bucle completo de corriente de sobretensión hacia cada SPD	El enrutamiento es consistente con las instrucciones de longitud máxima y disposición del fabricante
Otros servicios	Trayectorias de potencia, datos, control, antena y conexión equipotencial	Cada trayectoria de entrada conductora está coordinada en el mismo límite de protección

El dedicado guía de cableado de SPD cubre la implementación de la trayectoria de conexión. Esta página utiliza dichas trayectorias solo como entradas de coordinación.

Puerta 4: Mantenga la coordinación de energía de sobretensión separada de la coordinación de fallas

Un SPD puede conducir corriente de sobretensión durante microsegundos y aun así convertirse en una falla de frecuencia industrial si un componente interno o un seccionador falla. Por lo tanto, el sistema debe coordinar el SPD con la condición de cortocircuito prospectivo y su protección de respaldo requerida.

Esta verificación está relacionada con la coordinación energética entre SPD, pero no es lo mismo.

Problema de coordinación	Perturbación considerada	Evidencia
Coordinación energética entre SPD	Impulso de rayo o de maniobra	Tabla de cascada exacta, par probado, informe de aplicación o estudio del sistema
Coordinación del nivel de protección del SPD	Tensión transitoria en el nodo protegido	Arriba o datos de tensión de limitación, resistencia del equipo, efectos de la instalación
Coordinación de la protección de respaldo del SPD	Condición de cortocircuito a frecuencia industrial o corriente de seguimiento tras el funcionamiento/fallo del SPD	Tabla de fusibles/interruptores automáticos de respaldo del fabricante, SCCR, Isccr, Ifi, estudio de corriente de falla según corresponda
Selectividad del dispositivo de protección aguas arriba	Continuidad del servicio durante una falla	Estudio de coordinación de dispositivos de protección bajo el marco aplicable

No utilice una tabla de coordinación energética de SPD como permiso para elegir cualquier interruptor automático de respaldo. No utilice una tabla de cascada o selectividad de interruptores automáticos como prueba de que dos SPD comparten correctamente la energía de impulso.

La puerta 4 solo se supera cuando cada SPD instalado cuenta con una disposición de desconexión y cortocircuito aceptada en su propio punto de conexión. Si se requiere un fusible o interruptor automático de respaldo externo, utilice el dispositivo y el rango de valores nominales permitidos por el fabricante exacto en lugar de una regla genérica de tamaño de corriente.

La hoja de trabajo de coordinación de cuatro puertas

Complete una fila para cada etapa de SPD y el equipo que protege.

Campo	Etapa A: entrada	Etapa B: distribución	Etapa C: equipo
Fabricante y modelo exacto del SPD
Norma del producto y tipo/clase de prueba
Modos de protección
Uc/Límite de MCOV y TOV
Arriba/declaración de tensión limitante por modo
Aplicable Implícito, En, Imáx.o Uoc
Equipo protegido y objetivo de resistencia
Trayectoria de conexión instalada
Distancia a la etapa aguas arriba/aguas abajo
Evidencia de coordinación específica por par
Condición de cortocircuito prospectivo
Protección de respaldo requerida
Resultado de la puerta y evidencia no resuelta

A continuación, emita un resultado para la cascada completa:

• Aprobado: las cuatro puertas son compatibles para cada etapa y modo de protección.
• Condicional: la arquitectura es plausible, pero falta evidencia nombrada o un cálculo de ingeniería.
• Fallido: una etapa puede exceder el objetivo de tensión, sobrecargar un SPD aguas abajo, infringir las instrucciones de espaciado/desacoplamiento o carecer de una protección contra fallos aceptable.

Un campo de coordinación del fabricante en blanco no es un detalle administrativo. Es una entrada técnica sin resolver.

Ejemplo conceptual trabajado: Del tablero principal al gabinete del PLC

Considere una instalación industrial con:

• un SPD de entrada en el tablero de distribución principal;
• un segundo SPD en un panel de distribución aguas abajo;
• un SPD final en un gabinete de controlador lógico programable (PLC);
• cables de alimentación y datos entrando al gabinete.

La revisión correcta no comienza asignando valores de kA arbitrarios a las tres etapas.

1. Defina primero el Nodo C. Registre la tensión soportada de impulso de la entrada de alimentación del PLC y la tensión soportada de los puertos de comunicación conectados. Identifique cada ruta de entrada conductora.
2. Compruebe el SPD final. Confirme sus modos de protección, tensión nominal, datos de tensión limitante, capacidad de descarga y la tensión añadida por su ruta de conexión.
3. Revise el tramo de B a C. Decida si la longitud y el enrutamiento crean un nuevo límite de protección o un riesgo de tensión inducida. Confirme si el SPD final es necesario según el método de diseño aplicable.
4. Verifique la coordinación energética de la Etapa B a la Etapa C. Obtenga una tabla o registro de pruebas que cubra el par exacto y la separación instalada. Si los dispositivos son de diferentes fabricantes, solicite evidencia explícita de compatibilidad o realice un estudio apropiado.
5. Repita para la Etapa A a la Etapa B. La etapa de entrada puede utilizar una tecnología de protección diferente, por lo que su interacción con el SPD de distribución requiere evidencia por separado.
6. Cierre la Compuerta 4 en cada panel. La corriente de cortocircuito prospectiva y el requisito de protección de respaldo pueden diferir en A, B y C.
7. Coordine las líneas de datos. La protección de la línea eléctrica por sí sola no puede controlar el voltaje que aparece entre un puerto de alimentación de PLC y un puerto de comunicación sin protección.

El ejemplo solo está completo cuando se documentan la resistencia del equipo, la trayectoria de voltaje instalada, la compatibilidad de pares y la evidencia de protección contra fallas. Las etiquetas de Tipo de dispositivo por sí solas dejan las cuatro preguntas sin respuesta.

SPD combinados y cascadas de marcas mixtas

¿Un dispositivo Tipo 1+2 elimina la necesidad de un SPD Tipo 2 aguas abajo?

No automáticamente. Un dispositivo combinado demuestra que el conjunto cumple con las funciones de prueba declaradas para Tipo 1 y Tipo 2. Si se requiere otra etapa, esto depende del objetivo de tensión del nodo protegido, el recorrido del cable, la ubicación del equipo, otras rutas de sobretensión y la guía de aplicación del dispositivo combinado.

¿Se pueden instalar SPD Tipo 1 y Tipo 2 uno al lado del otro?

Sí, cuando la combinación exacta está diseñada y documentada para una instalación adyacente. Si las instrucciones de coordinación prescriben la separación de conductores o un elemento de desacoplamiento, la colocación lado a lado sin esa disposición no está verificada.

¿Se pueden conectar en cascada SPD de diferentes fabricantes?

Solo con evidencia de compatibilidad adecuada. Hacer coincidir Uc, Arriba, el Tipo y los valores de kA no reproduce la interacción dinámica de los dispositivos. Solicite una combinación probada, datos de aplicación aceptados mutuamente o un estudio de ingeniería.

Lista de verificación de RFQ para un conjunto de SPD coordinado

Al solicitar una solución coordinada, proporcione:

• el diagrama unifilar completo y la disposición de puesta a tierra;
• las tensiones del sistema eléctrico y las tolerancias de funcionamiento;
• la protección contra rayos y la información sobre los límites de zona;
• las longitudes de los cables y el trazado entre las etapas de protección;
• los objetivos de resistencia a impulsos de los equipos;
• los modos de protección requeridos en cada nodo;
• la corriente de cortocircuito prospectiva en cada punto de conexión;
• números de modelo propuestos aguas arriba y aguas abajo;
• método de aislamiento y protección de respaldo requerido;
• todas las interfaces de potencia, señal, datos y control que cruzan cada límite.

Solicitud de respuesta:

• hojas de datos exactas del producto e instrucciones de instalación;
• tabla de coordinación energética específica por par o evidencia de prueba;
• requisitos de separación o desacoplamiento permitidos;
• datos de protección contra sobretensiones específicos por modo;
• declaraciones de cortocircuito y protección de respaldo;
• alcance del dispositivo combinado donde se propone Tipo 1+2 o Tipo 2+3;
• confirmación por escrito para combinaciones de familias mixtas o marcas mixtas.

Una vez definidos los requisitos del sistema, compare el Gama de SPD de VIOX y envíe la hoja de trabajo del nodo a [email protected] para la documentación a nivel de modelo. La similitud de la familia de productos no sustituye la evidencia de coordinación exacta.

Regla de coordinación final

Una cascada de SPD defendible no es “gran kA en el tablero principal, menor kA aguas abajo”. Es un sistema documentado en el cual:

• cada etapa tiene un límite de protección definido;
• la tensión instalada permanece compatible con el objetivo de resistencia del equipo;
• los dispositivos aguas arriba y aguas abajo están coordinados energéticamente para los impulsos pertinentes;
• se incluyen la distancia, el tendido de conductores y otras entradas de servicio;
• cada SPD tiene una protección contra cortocircuito y de respaldo aceptable;
• la evidencia de compatibilidad se aplica a los dispositivos y a la disposición exactos.

Si una de esas declaraciones no puede demostrarse, trate la cascada como condicional, no coordinada.

Referencias técnicas

• IEC 61643-12:2020 — Selection and application principles for low-voltage AC SPDs
• IEC 62305-4:2024 — Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de estructuras
• IEC 61643-01:2024 — Requisitos generales y métodos de ensayo para SPD de baja tensión
• IEC 61643-11:2025 — SPD conectados a sistemas eléctricos de baja tensión de AC
• Phoenix Contact — Fundamentos de protección contra rayos y sobretensiones
• DEHN — Terminología de coordinación energética y guía de aplicación
• ABB — Principio de coordinación para dispositivos de protección contra sobretensiones
• Schneider Electric — Coordinación de dispositivos de protección contra sobretensiones

Este artículo proporciona un marco de selección de sistemas y de evidencia, no un sustituto de un estudio de protección de proyectos, instrucciones de producto o normas de instalación aplicables. La instalación y los trabajos con tensión deben ser realizados bajo el procedimiento de seguridad eléctrica aprobado del sitio por personal cualificado.