SPD de CC para sistemas solares: Aplicaciones Tipo 1 vs Tipo 2 2025

dc spd para sistemas solares fotovoltaicos contra transitorios de tensión destructivos causados por rayos, eventos de conmutación y perturbaciones de la red. Para seleccionar los tipos de SPD adecuados y las ubicaciones de instalación es necesario comprender las diferencias críticas entre los dispositivos de Tipo 1 y Tipo 2 y cómo se coordinan para proporcionar una protección integral del sistema. Esta guía detallada cubre todo lo que los diseñadores e instaladores de sistemas solares necesitan saber para implementar una protección eficaz de los SPD de CC.

Los rayos representan la amenaza más grave para las instalaciones solares, con descargas directas de millones de voltios y miles de amperios capaces de destruir instantáneamente inversores, módulos y otros equipos. Incluso los impactos cercanos crean sobretensiones inducidas dañinas a través del acoplamiento electromagnético con los conductores de la matriz fotovoltaica que actúan como antenas para la energía transitoria.

Fundamentos de la dc spd para energía solar

Contra qué protegen los DC SPD

Los sistemas solares fotovoltaicos se enfrentan a múltiples fuentes de sobretensión que requieren protección. Los rayos que impactan directamente en las instalaciones o estructuras cercanas inyectan una enorme energía en los sistemas eléctricos, mientras que los rayos indirectos que impactan a cientos de metros de distancia inducen tensiones dañinas a través de campos electromagnéticos que se acoplan a los conductores. Los transitorios de conmutación de las operaciones de la red eléctrica crean picos de tensión de menor energía pero frecuentes que degradan acumulativamente los equipos con el paso del tiempo.

La posición elevada de las instalaciones sobre tejados las hace especialmente vulnerables a los rayos. Las instalaciones situadas en edificios altos o en espacios abiertos tienen mayor probabilidad de impacto que los equipos eléctricos situados a nivel del suelo. Los largos recorridos de los conductores de CC entre las instalaciones y los inversores actúan como antenas de captación tanto de la energía de impacto directo como de los transitorios inducidos electromagnéticamente por impactos cercanos.

La protección contra sobretensiones de CC difiere de la protección de CA debido a las características únicas de los sistemas de corriente continua. Los arcos de CC no se extinguen de forma natural en los cruces por cero de corriente como los arcos de CA, por lo que requieren SPD con capacidades de interrupción de corriente de seguimiento mejoradas. Las tensiones de CC más altas de los sistemas solares modernos, normalmente de 600 V a 1.500 V, exigen SPD dimensionados para estos niveles de tensión extremos que raramente se encuentran en los sistemas de CA.

Cómo funciona la protección del DOCUP

Los SPD protegen los equipos limitando la tensión que llega a los dispositivos protegidos durante las sobretensiones. En condiciones normales, los SPD presentan una impedancia extremadamente alta que ofrece una carga mínima a los circuitos. Cuando las sobretensiones superan el umbral de tensión del SPD, el dispositivo pasa a baja impedancia, desviando la corriente de sobretensión de forma segura a tierra antes de que llegue a los equipos protegidos.

El principal parámetro de rendimiento de los SPD es la tensión de bloqueo, es decir, la tensión máxima que aparece en los terminales de los equipos protegidos durante las sobretensiones. Las tensiones de bloqueo más bajas proporcionan una mejor protección, pero requieren SPD con tolerancias más estrictas y elementos de protección más sofisticados. La tensión de bloqueo debe permanecer por debajo de los niveles de aislamiento de los equipos, pero lo suficientemente alta por encima de la tensión de funcionamiento normal para evitar falsas activaciones.

Los varistores de óxido metálico (MOV) constituyen la base de la mayoría de los SPD solares de CC, ya que utilizan una resistencia dependiente de la tensión que disminuye drásticamente durante las sobretensiones. Los diodos de avalancha de silicio ofrecen una respuesta más rápida que los MOV y una mayor sujeción de la tensión, pero manejan menos energía por dispositivo. Los tubos de descarga de gas (GDT) ofrecen un mayor manejo de la corriente pero una respuesta más lenta, y se utilizan a menudo en diseños de SPD híbridos que proporcionan múltiples etapas de protección.

Información clave: La protección SPD no consiste en que un único dispositivo detenga todas las sobretensiones: la protección solar eficaz utiliza instalaciones SPD coordinadas en varias ubicaciones, creando una defensa en profundidad. Cada SPD gestiona las sobretensiones adecuadas a su ubicación, con dispositivos aguas arriba que gestionan las amenazas de alta energía y dispositivos aguas abajo que proporcionan una protección fina.

Clasificaciones de los DOCUP de tipo 1 frente a los de tipo 2

Sistema de clasificación IEC 61643-31

La norma IEC 61643-31 establece clasificaciones normalizadas de SPD para sistemas fotovoltaicos, definiendo los dispositivos de Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3 en función de sus capacidades probadas de manejo de corriente y de las ubicaciones de instalación previstas. Este sistema de clasificación ayuda a los diseñadores a seleccionar los SPD adecuados para las diferentes posiciones dentro de las instalaciones solares.

Los SPD de tipo 1 se someten a pruebas con formas de onda de corriente de 10/350μs que simulan pulsos de corriente de rayo directa. Estos dispositivos deben soportar corrientes de prueba de contenido energético extremadamente alto, normalmente de 25 kA a 100 kA por conductor. La designación de Tipo 1 indica que el SPD puede soportar la energía directa de un rayo, lo que hace que estos dispositivos sean adecuados para su instalación en entradas de servicio y puntos de origen de la red donde podría aparecer la energía directa de un rayo.

Los SPD de tipo 2 comprueban con formas de onda de 8/20μs que representan corrientes de sobretensión inducidas por rayos indirectos o transitorios de conmutación. Las corrientes de prueba oscilan entre 10 kA y 40 kA, sustancialmente inferiores a las del Tipo 1, pero adecuadas para proteger contra sobretensiones que ya han pasado por los elementos de protección anteriores. Los dispositivos de Tipo 2 se instalan en las ubicaciones de los equipos proporcionando una etapa de protección final antes de los inversores y otros componentes electrónicos sensibles.

Criterios de selección basados en las solicitudes

Seleccione los tipos de SPD en función de la ubicación de la instalación y de los niveles de amenaza previstos, en lugar de limitarse a elegir los dispositivos con la clasificación más alta. Los SPD de tipo 1 cuestan bastante más que los de tipo 2 y puede que no sean necesarios en todos los puntos de instalación. Comprender los niveles de amenaza en las diferentes ubicaciones del sistema permite optimizar la protección equilibrando coste y eficacia.

Los combinadores principales de CC en los orígenes de las matrices suelen requerir SPD de Tipo 1 cuando las matrices se montan en lugares expuestos y vulnerables a impactos directos. Estos puntos representan la primera etapa de protección donde aparece la máxima energía de sobretensión antes de cualquier atenuación de los conductores u otros equipos. Los dispositivos de Tipo 1 en los orígenes de la matriz protegen el cableado y los equipos aguas abajo de la energía catastrófica de los impactos directos.

Las entradas de CC de los inversores suelen utilizar SPD de tipo 2 que proporcionan la última etapa de protección para los componentes electrónicos sensibles. Para cuando la energía de sobretensión llega a los inversores, la impedancia del conductor aguas arriba y los SPD de Tipo 1 han reducido los niveles de amenaza a rangos en los que los dispositivos de Tipo 2 proporcionan una protección adecuada. Instalar dispositivos de Tipo 1 en cada ubicación supone un derroche de dinero sin mejorar la eficacia de la protección.

⚠️ Importante: La simple instalación de más SPD no garantiza una mejor protección: una selección o colocación inadecuada de los SPD puede empeorar la protección al crear bucles de tierra, introducir ruido o provocar fallos en la coordinación de protección. Siga enfoques de diseño sistemáticos que equilibren la evaluación de amenazas, la capacidad de los SPD y la economía de la instalación.

Solicitudes de DOCUP de tipo 1

Combinador de matrices y cajas de cadenas

Los combinadores de cadenas representan puntos críticos de instalación de SPD de tipo 1, situados en la intersección entre las cadenas fotovoltaicas expuestas y los sistemas eléctricos de los edificios. Los combinadores reúnen varios circuitos de cadenas en una única caja, a menudo montada en el exterior en lugares expuestos, lo que los hace vulnerables tanto a la descarga directa de rayos como a las sobretensiones inducidas por descargas cercanas.

Instale los SPD de tipo 1 en combinadores de conjuntos utilizando configuraciones tripolares (positivo, negativo, tierra) para sistemas FV sin conexión a tierra o bipolares (positivo, tierra) para sistemas negativos sólidamente conectados a tierra. Cada poste requiere una intensidad nominal adecuada en función de la evaluación de la exposición a los rayos: un mínimo de 25 kA por poste para ubicaciones con exposición moderada, 50 kA o superior para zonas con alta actividad de rayos.

Coordine la instalación del SPD con la protección contra sobreintensidades, asegurándose de que los fusibles o disyuntores protegen los circuitos del SPD sin interferir con el funcionamiento normal del SPD durante las sobretensiones. La protección contra cortocircuitos según los requisitos NEC 690.35 suele utilizar fusibles o disyuntores de 15-20 A para los circuitos del SPD. Algunos SPD integran desconectadores térmicos que separan los dispositivos averiados sin protección externa contra sobrecorriente.

La ubicación física del montaje afecta significativamente a la eficacia del SPD. Monte los SPD con cables lo más cortos posible hasta el equipo que se va a proteger: los cables largos entre los SPD y el equipo introducen una inductancia que degrada la protección al permitir un exceso de tensión durante las sobretensiones de subida rápida. Lo ideal es que los terminales del SPD se conecten directamente a los terminales del equipo protegido sin conductores intermedios.

Ubicaciones de la desconexión principal de CC

Los desconectadores principales de CC que controlan todas las salidas de la matriz proporcionan otra ubicación adecuada para el SPD de Tipo 1. Estos puntos suelen situarse entre los combinadores de matriz y las salas de equipos de los inversores. Estos puntos suelen situarse entre los combinadores de matriz y las salas de equipos de inversores, lo que representa el punto de entrada al edificio donde NEC 690.35 exige específicamente la protección contra sobretensiones cuando los conductores del circuito superan ciertas longitudes.

Los SPD de tipo 1 en las desconexiones principales proporcionan una protección redundante que complementa a los SPD del combinador de matriz, creando una defensa en profundidad. Las dos etapas comparten la energía del rayo, con los SPD de la matriz gestionando la mayor parte de la energía y los SPD de la desconexión principal proporcionando protección de reserva además de protección contra sobretensiones que entran a través del circuito de CC desde las direcciones del inversor o del sistema de CA.

En instalaciones residenciales con tramos cortos de conductores, el punto de desconexión principal puede representar el único punto de instalación del SPD de Tipo 1, sirviendo tanto de protección del conjunto como de protección de la entrada del edificio. La protección en un único punto resulta adecuada cuando la longitud de los conductores es corta y la exposición a los rayos moderada. Las ubicaciones de alta exposición o los sistemas con tramos de conductores largos se benefician de las instalaciones múltiples de SPD de Tipo 1.

Las instalaciones de SPD de desconexión principal deben tener en cuenta tensiones de funcionamiento continuo más altas en esta ubicación en comparación con las ubicaciones de cadenas o combinadores. Los strings múltiples en paralelo reducen el rizado de tensión en las salidas de los combinadores, pero el desconectador principal ve toda la tensión del punto de máxima potencia del conjunto. Seleccione SPD con valores nominales de tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV) superiores a la tensión MPP del sistema para evitar la degradación prematura del SPD.

Protección de matrices montadas en el suelo

Los arrays montados en el suelo en campo abierto se enfrentan a una exposición extrema a los rayos, especialmente en regiones con una alta frecuencia de tormentas eléctricas. Estas instalaciones se benefician de los SPD de tipo 1 en los combinadores de filas del conjunto, además de una protección adicional en el punto de recogida principal del conjunto. El enfoque de protección distribuida limita la concentración de energía en un único SPD, lo que mejora la supervivencia general del sistema.

Considere la posibilidad de instalar terminales aéreas para rayos (pararrayos tradicionales) en las ubicaciones de los generadores conectados a tierra, especialmente en el caso de los generadores que se extienden por encima del terreno circundante. Los sistemas de terminales aéreas correctamente diseñados con conexión directa a tierra interceptan algunos rayos antes de que lleguen a los equipos fotovoltaicos. Sin embargo, los terminales aéreos sólo protegen a través de la interceptación directa, no eliminan las sobretensiones inducidas de los rayos cercanos que requieren protección SPD.

El tendido de los conductores influye en la vulnerabilidad a las sobretensiones de los arrays de tierra. Coloque los conductores de CC en un conducto metálico unido al sistema de puesta a tierra del conjunto, creando un apantallamiento que reduzca las sobretensiones inducidas electromagnéticamente. Si no es posible utilizar un conducto, junte los conductores positivos y negativos para minimizar el área de bucle que se acopla a los campos electromagnéticos. Los bucles de conductores grandes actúan como antenas receptoras de la energía de sobretensión.

Solicitudes de DOCUP de tipo 2

Protección de entrada de CC del inversor

Las entradas de CC de los inversores representan el punto de aplicación más crítico de los SPD de Tipo 2. La electrónica del inversor, especialmente los circuitos de seguimiento del punto de máxima potencia y los convertidores CC-CC, presentan semiconductores de baja tensión extremadamente sensibles a los daños por sobretensión. Los SPD de tipo 2 en las entradas del inversor proporcionan la última etapa de protección que protege estos componentes vulnerables.

Monte los SPD de Tipo 2 directamente en los terminales de CC del inversor, no a distancia en cajas de conexiones o combinadores que alimenten a los inversores. El objetivo es sujetar la tensión justo en el equipo que se está protegiendo, evitando que cualquier longitud de conductor entre el SPD y el inversor introduzca un aumento de tensión inductiva durante las sobretensiones rápidas. Muchos inversores modernos incorporan SPD integrados que eliminan los requisitos de montaje de SPD externos.

Los inversores funcionan con tensiones de CC variables, desde la tensión MPPT mínima hasta la tensión de circuito abierto, en función de las condiciones. La tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV) del SPD debe superar la tensión máxima de entrada del inversor en todas las condiciones y, al mismo tiempo, proporcionar una tensión de bloqueo lo suficientemente baja como para proteger los circuitos del inversor. Este equilibrio requiere una especificación cuidadosa que tenga en cuenta la MCOV máxima corregida en función de la temperatura.

Los inversores múltiples en grandes instalaciones requieren cada uno una protección SPD de tipo 2 individual. Proteger los inversores de forma colectiva con un único SPD en la desconexión de CC principal no proporciona una protección adecuada, ya que los recorridos del conductor desde ese punto hasta los inversores individuales introducen un aumento de tensión que anula la eficacia del SPD. Presupueste los SPD de tipo 2 en cada inversor como componentes de protección esenciales.

Consejo profesional: Verifique los requisitos de la garantía del inversor con respecto a la protección contra sobretensiones: muchos fabricantes anulan las garantías si se producen daños y se detecta una protección inadecuada del SPD. Documente las instalaciones de los SPD con fotos y especificaciones que demuestren la protección adecuada durante los periodos de garantía.

Protección secundaria de la caja combinadora

Aunque los combinadores de matriz suelen recibir SPD de Tipo 1 como protección primaria, los dispositivos suplementarios de Tipo 2 pueden proporcionar un margen de seguridad adicional en instalaciones de alta exposición. Los SPD de Tipo 2 en las salidas de los combinadores protegen contra sobretensiones que superan las capacidades de los SPD de Tipo 1 o que entran por caminos inesperados. Esta protección redundante cuesta relativamente poco a la vez que mejora significativamente la fiabilidad del sistema.

La combinación Tipo 1/Tipo 2 en los combinadores requiere una coordinación adecuada para garantizar que los dispositivos no luchen entre sí durante los eventos de sobretensión. Mantenga al menos 10-15 metros de conductor entre los SPDs Tipo 1 y Tipo 2 que permitan una impedancia suficiente para la coordinación, o utilice SPDs específicamente diseñados para un funcionamiento coordinado en proximidad. Una coordinación incorrecta provoca el fallo prematuro del SPD y reduce la eficacia de la protección.

Las instalaciones de combinadores que alimentan varios inversores se benefician de los SPD de tipo 2 en la salida del combinador y de los SPD de tipo 2 adicionales en cada entrada del inversor. La protección a nivel de combinador protege los circuitos derivados, mientras que la protección a nivel de inversor proporciona una defensa localizada. Este enfoque multietapa refleja las mejores prácticas en los sistemas de distribución de CA comerciales, donde los SPD aparecen en varios niveles de protección.

Circuitos de vigilancia y comunicación

Los sistemas de monitorización, las estaciones meteorológicas y los equipos de comunicación conectados a sistemas fotovoltaicos necesitan una protección contra sobretensiones acorde con la sensibilidad de la electrónica moderna. Los SPD de tipo 2 diseñados para circuitos de datos de baja tensión protegen estos componentes vulnerables de las sobretensiones que se acoplan a través de los cables de monitorización. Los circuitos Ethernet, RS-485 y de sensores analógicos requieren una protección adecuada contra sobretensiones.

Los SPD de circuito de comunicación se instalan en la interfaz entre los sensores/equipos exteriores y los sistemas de monitorización interiores. Los cables que discurren entre las matrices y las salas de monitorización actúan como antenas que recogen la energía de las sobretensiones que entra en la electrónica de monitorización destruyendo las tarjetas de red, los sistemas de adquisición de datos y los ordenadores. Incluso las sobretensiones de pequeña energía que no dañarían los equipos fotovoltaicos pueden destruir la electrónica de comunicación sensible.

Coordine la conexión a tierra de los SPD con las prácticas de conexión a tierra de los equipos. Todos los SPD en una ubicación determinada deben hacer referencia al mismo punto de tierra para evitar que las diferencias de potencial de tierra creen un flujo de corriente de sobretensión a través de los equipos protegidos. Cuando los equipos remotos utilicen electrodos de puesta a tierra locales, instale SPD de circuito de comunicación en ambos extremos de los cables para igualar las diferencias de potencial del flujo de corriente de rayo a través de tierra.

Requisitos de instalación del SPD

Conexiones a tierra adecuadas

El funcionamiento eficaz del SPD depende totalmente de una conexión a tierra adecuada: los SPD desvían la corriente de sobretensión a tierra, por lo que las conexiones a tierra de baja impedancia son fundamentales para el rendimiento de la protección. Conecte todos los terminales de tierra del SPD directamente al electrodo de tierra del sistema principal utilizando los conductores más cortos posibles. Los cables de tierra largos, enrollados o en circuito introducen impedancia que degrada la protección al permitir el aumento de tensión durante los eventos de sobretensión.

NEC 690.35 requiere conductores de puesta a tierra de SPD dimensionados según NEC 250.166, normalmente 14 AWG de cobre como mínimo para SPD de Tipo 2 y 6 AWG como mínimo para dispositivos de Tipo 1. Sin embargo, cumplir el mínimo del código no garantiza un rendimiento óptimo. Sin embargo, el cumplimiento del código mínimo no garantiza un rendimiento óptimo: considere 10 AWG para instalaciones de Tipo 2 y 4 AWG para instalaciones de Tipo 1 en lugares de alta exposición. El coste ligeramente superior merece la pena por la mejor gestión de la corriente de sobretensión.

Conecte la toma de tierra del SPD al mismo sistema de electrodos utilizado para la toma de tierra del equipo FV. Múltiples tomas de tierra separadas en diferentes ubicaciones crean diferencias de aumento del potencial de tierra durante los eventos de sobretensión, provocando que la corriente de sobretensión fluya a través de los equipos entre los puntos de tierra. Un único sistema de puesta a tierra común garantiza que todos los equipos y SPD tengan como referencia el mismo potencial eléctrico, eliminando las sobrecorrientes entre equipos.

Evite las curvas cerradas en los conductores de puesta a tierra de los SPD: las curvas introducen una impedancia inductiva que aumenta la caída de tensión durante las sobrecorrientes de aumento rápido. Realice curvas suaves cuando el tendido requiera cambios de dirección. Algunas instalaciones se benefician del uso de flejes planos de cobre en lugar de cables para las tomas de tierra de los SPD, ya que los flejes presentan una inductancia menor que los cables redondos de sección equivalente.

⚠️ Importante: La impedancia de tierra importa más que la resistencia de tierra para el rendimiento del SPD. Un electrodo de tierra con una resistencia de 25Ω pero con conductores rectos cortos proporciona un mejor rendimiento del SPD que un electrodo con una resistencia de 5Ω alcanzado a través de 10 metros de cable en espiral.

Minimización de la longitud del cable

La longitud del cable entre los SPD y el equipo protegido afecta de forma crítica al rendimiento de la protección. Cada metro de conductor introduce aproximadamente 1μH de inductancia que provoca un aumento de tensión de aproximadamente 1kV por metro durante una corriente de sobretensión di/dt de 1kA/μs, tiempos típicos de aumento de sobretensión por rayos. Este aumento de tensión se añade a la tensión de bloqueo del SPD, degradando la protección o incluso permitiendo una tensión suficiente para dañar el equipo protegido a pesar del funcionamiento del SPD.

Siempre que sea posible, instale los SPD a menos de 0,5 metros de los terminales de los equipos protegidos. Esto puede requerir montar los SPD dentro de los armarios de los equipos o en cajas de conexiones inmediatamente adyacentes en lugar de ubicaciones remotas montadas en la pared. Los inconvenientes de un montaje cercano merecen la pena para mejorar significativamente la eficacia de la protección.

Cuando no pueda evitarse la separación entre el SPD y el equipo, utilice un cableado de par trenzado para los conductores positivo y negativo del SPD, minimizando el área de bucle magnético. El trenzado de los conductores reduce la inductancia al garantizar que las vías de corriente de avance y retorno ocupen casi el mismo espacio, lo que hace que sus campos magnéticos se cancelen en gran medida. Los conductores paralelos separados incluso por pequeñas distancias crean áreas de bucle más grandes con una inductancia proporcionalmente mayor.

Algunos fabricantes de SPD ofrecen terminales de conexión de baja inductancia diseñados para conexiones de barra colectora plana de cobre o de correa en lugar del cable tradicional. Estos sistemas minimizan la inductancia parásita, lo que permite montar el SPD un poco más lejos del equipo protegido sin un aumento excesivo de la tensión. Considere estos diseños premium para instalaciones críticas donde el montaje cercano del SPD resulta difícil.

Funciones de desconexión e indicación

Los SPD acaban fallando debido a la exposición acumulada a sobretensiones o al envejecimiento de los componentes, por lo que es necesario sustituirlos. Los SPD de calidad incorporan una indicación visual que muestra el estado operativo, normalmente LED verdes o indicadores que muestran el estado del SPD e indicadores rojos que muestran un fallo del SPD que requiere sustitución. Compruebe los indicadores durante el mantenimiento rutinario para identificar los SPD averiados antes de que se produzcan daños en el equipo.

Las funciones de desconexión térmica aíslan automáticamente los SPD defectuosos, evitando los riesgos de incendio por fallos de los componentes de los SPD. Los MOV defectuosos a veces entran en cortocircuito en lugar de abrirse, lo que genera una corriente excesiva que puede provocar incendios en el recinto. Los desconectadores térmicos detectan temperaturas elevadas y separan mecánicamente los elementos SPD averiados antes de que se produzca la ignición. NEC 690.35(B) exige características de desconexión en los SPD de los sistemas fotovoltaicos.

Instale una protección externa contra sobrecorriente para los SPD cuando los seccionadores térmicos no estén integrados en el dispositivo. Los fusibles, normalmente de 15-20 A, protegen los circuitos de los SPD sin interferir con el manejo de la corriente de impulso. El valor nominal del fusible debe superar la corriente de impulso máxima que pasan los SPD durante las pruebas de coordinación, pero proporcionar una protección fiable contra cortocircuitos si los SPD fallan. Algunas jurisdicciones exigen medios de desconexión con capacidad de bloqueo/etiquetado para los circuitos de los SPD que permitan una sustitución segura.

La monitorización remota resulta muy útil en instalaciones solares grandes o remotas en las que no es práctico realizar visitas frecuentes. Los SPD avanzados con conectividad de red informan de su estado operativo a los sistemas de gestión o supervisión del edificio, generando alertas cuando se producen fallos. Esta capacidad garantiza una rápida sustitución del SPD manteniendo una protección continua en lugar de descubrir los fallos durante la siguiente visita de mantenimiento programada.

Cumplimiento NEC 690.35

Requisitos obligatorios de instalación del DOCUP

NEC 690.35(A) exige dispositivos de protección contra sobretensiones para los circuitos de CC de los sistemas solares fotovoltaicos cuando los conductores del circuito superan distancias específicas de los equipos que se protegen. El código pretende reducir los daños por sobretensión inducidos por rayos exigiendo protección cuando los recorridos de los conductores crean un potencial de recogida de sobretensión significativo. Comprender estos requisitos garantiza instalaciones conformes que evitan fallos de inspección.

Los sistemas con conductores de circuito de CC situados a más de 2 metros (6,6 pies) del generador FV deben tener protección SPD según el NEC 2020. Esta distancia relativamente corta significa que prácticamente todas las instalaciones solares, excepto los sistemas de microinversores, requieren SPD de CC; incluso las matrices residenciales con inversores situados inmediatamente debajo del punto de montaje de la matriz a menudo superan los 2 metros debido a las rutas de los conductos.

El SPD debe instalarse en el primer punto fácilmente accesible del circuito de CC. En muchas instalaciones, esto significa combinadores de baterías o desconexiones principales de CC en las entradas de los edificios. Algunos sistemas instalan los SPD en las entradas de los inversores cuando se trata de la primera ubicación accesible, aunque las mejores prácticas suelen incluir SPD adicionales en las ubicaciones de las matrices que proporcionan varias etapas de protección.

Requisitos de tipo 1 frente a los de tipo 2

NEC no especifica explícitamente los requisitos de los SPD de Tipo 1 frente a los de Tipo 2, sino que hace referencia a las normas adecuadas, incluidas UL 1449 e IEC 61643-31. Sin embargo, 690.35(D) exige valores nominales de corriente de sobretensión específicos en función de la ubicación de la instalación y las amenazas previstas. En efecto, las ubicaciones sujetas a la descarga directa de rayos necesitan capacidades de Tipo 1, mientras que las ubicaciones de equipos pueden utilizar dispositivos de Tipo 2.

El código exige valores nominales de SPD adecuados para el lugar y la aplicación, pero deja los valores nominales específicos a juicio de los diseñadores basándose en análisis de ingeniería. Esta flexibilidad permite un diseño de protección específico para cada lugar, pero también responsabiliza a los diseñadores de evaluar correctamente las amenazas y especificar los valores nominales de SPD adecuados. La subprotección derivada de unos valores SPD inadecuados no se detectará en una inspección hasta que se produzcan daños en el equipo.

Las interpretaciones de las autoridades competentes (AHJ) varían en lo que respecta a los valores nominales específicos de los SPD necesarios para el cumplimiento del código. Algunas jurisdicciones exigen por defecto SPD de Tipo 1 en todas partes, mientras que otras aceptan aplicaciones de Tipo 2 diseñadas adecuadamente en las ubicaciones de los equipos. Discuta el enfoque de diseño del SPD con los inspectores eléctricos locales al principio del proceso de diseño para evitar costosas órdenes de cambio o retrasos en la instalación debidos a requisitos inesperados.

Requisitos de listado y etiquetado

NEC 690.35(C) exige que los SPD estén listados para la aplicación, normalmente UL 1449 para SPD generales o productos evaluados según IEC 61643-31 para dispositivos específicos solares. Este requisito garantiza que los SPD se someten a pruebas de terceros que verifican sus prestaciones y características de seguridad. Los supresores de sobretensiones fabricados in situ o los dispositivos no incluidos en la lista no satisfacen los requisitos del código, independientemente de su adecuación teórica.

Un etiquetado adecuado debe identificar los valores nominales del SPD, incluida la tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV), el valor nominal de protección de tensión (VPR) o la tensión de apriete, y el valor nominal de corriente de descarga (In) o la corriente máxima de descarga (Imax). Las etiquetas deben permanecer fijas y legibles durante toda la vida útil del SPD. Algunas jurisdicciones exigen etiquetas personalizadas adicionales que identifiquen los SPD como parte de la protección contra sobretensiones del sistema fotovoltaico.

La protección contra sobreintensidades de los circuitos SPD debe estar claramente etiquetada según 690.35(B)(2). Cuando los circuitos de los SPD estén protegidos por fusibles o disyuntores externos, etiquete estos dispositivos de protección identificando su función y los valores nominales de sustitución adecuados. Esto evita la sustitución accidental con valores nominales incorrectos de dispositivos de sobreintensidad que podrían no proteger los SPD o interferir con la coordinación adecuada de sobretensiones.

Niveles de coordinación y protección del DOCUP

Diseño de protección multietapa

La protección integral del sistema solar emplea múltiples etapas de SPD que crean una defensa en profundidad. La protección primaria suele consistir en SPD de tipo 1 en los orígenes de la matriz que gestionan las corrientes de impacto directo de alta energía. La protección secundaria utiliza SPD de tipo 2 en las ubicaciones de los equipos, proporcionando una tensión de apriete fina para los componentes electrónicos sensibles. Cada etapa gestiona las sobretensiones adecuadas a su ubicación con un contenido energético atenuado progresivamente a través de las etapas.

Una coordinación adecuada entre etapas requiere una separación adecuada de la impedancia del conductor o diseños de SPD deliberadamente coordinados. Cuando los SPD de Tipo 1 y Tipo 2 se instalan demasiado cerca, la baja impedancia del conductor entre ellos puede hacer que el dispositivo de Tipo 2 de menor tensión se pince primero, forzándolo a manejar una energía superior a su capacidad nominal y provocando un fallo prematuro. Mantenga al menos 10-15 metros de conductor entre etapas o utilice SPD específicamente diseñados para la coordinación de proximidad.

Algunos fabricantes ofrecen sistemas de SPD coordinados en los que los dispositivos de Tipo 1 y Tipo 2 están específicamente diseñados para trabajar juntos incluso muy cerca. Estos sistemas utilizan SPD con tensiones de apriete cuidadosamente seleccionadas y características de limitación de corriente que garantizan que el dispositivo de Tipo 1 se active primero y gestione la mayor parte de la energía de sobretensión. Considere estos sistemas premium cuando la distribución del edificio dificulte la separación de los escenarios.

La progresión en el manejo de la energía pasa de los dispositivos de Tipo 1, capaces de manejar grandes cantidades de energía, a los dispositivos de Tipo 2, de menor energía pero sujeción más estricta. Los SPD de Tipo 1 se sujetan a tensiones relativamente altas -800 V a 1500 V son las típicas- lo que les permite manejar una energía masiva sin sufrir daños. Los SPD de tipo 2 sujetan a tensiones más bajas (de 500 V a 1.000 V), lo que proporciona una mejor protección de los equipos después de que los dispositivos de tipo 1 reduzcan la energía de sobretensión a niveles manejables.

Consideraciones sobre la protección de copias de seguridad

El fallo de un SPD durante una sobretensión puede dejar los equipos vulnerables a menos que exista una protección de reserva. Las instalaciones de SPD redundantes en ubicaciones críticas -especialmente inversores caros o sistemas de monitorización complejos- proporcionan una protección continua si fallan los SPD primarios. El coste relativamente bajo de los SPD de tipo 2 adicionales en las ubicaciones de los equipos a menudo resulta rentable en comparación con los costes de sustitución de los equipos tras una exposición a sobretensiones sin protección.

La protección de sobreintensidad para circuitos SPD proporciona protección de reserva aislando los SPD averiados. Cuando los SPD fallan por cortocircuito, el dispositivo de sobreintensidad actúa eliminando el dispositivo averiado. Sin embargo, este respaldo llega demasiado tarde para proteger contra la sobretensión que causa el fallo del SPD, ya que el equipo puede estar dañado. La protección contra sobreintensidades evita los riesgos de incendio y los fallos continuos, pero no sustituye a la protección inicial de los SPD.

Considere la posibilidad de utilizar elementos de protección adicionales, como fusibles de sobretensión, en los circuitos de cadenas que proporcionan una protección adicional específica para los módulos fotovoltaicos. Los fusibles gPV estándar protegen contra condiciones de sobrecorriente, pero las variantes con protección contra sobretensiones también proporcionan una protección limitada contra sobretensiones, protegiendo a los módulos contra sobretensiones en modo común. Esta protección suplementaria complementa la protección SPD en lugar de sustituirla.

Errores comunes de instalación e infracciones de la normativa

❌ Utilización de SPD de corriente alterna en aplicaciones de corriente continua

Problema: Instalar SPD clasificados sólo para servicio de CA en aplicaciones solares de CC sin verificar la capacidad de CC.

Escenarios comunes:
- Suponiendo que las tensiones nominales de CA se apliquen a los sistemas de CC
- Uso de AC SPD estándar en instalaciones fotovoltaicas
- No verificar los valores nominales de CC en el etiquetado del SPD

Corrección: Especifique SPD con capacidad explícita para servicio de CC a niveles de tensión del sistema según IEC 61643-31 o UL 1449 DC. Los requisitos de protección contra sobretensiones de CA y CC difieren significativamente: los SPD de CA carecen de la capacidad de interrupción de corriente de seguimiento necesaria para el servicio de CC y pueden fallar de forma catastrófica. Verifique que todos los SPD instalados tengan los valores nominales de tensión y corriente de CC adecuados para la aplicación específica.

❌ Longitudes excesivas del cable del SPD al equipo

Problema: Instalación de los SPD a distancia de los equipos protegidos con conductores de conexión largos.

Escenarios comunes:
- Montaje mural de los SPD a metros de los inversores para una apariencia limpia
- Instalar los SPD en cajas de derivación en lugar de directamente en los terminales de los equipos.
- Enrutamiento de los cables de los SPD a través de conductos complejos en lugar de conexiones rectas

Corrección: Monte los SPD a menos de 0,5 metros de los equipos protegidos utilizando cables lo más cortos posible. Cada metro de conductor añade un aumento de tensión inductiva durante las sobretensiones, lo que degrada la eficacia de la protección. Priorice el rendimiento de la protección sobre la estética de la instalación: aceptar instalaciones un poco más desordenadas con los SPD montados cerca merece la pena para mejorar significativamente la protección de los equipos.

❌ Conexiones a tierra inadecuadas o inexistentes.

Problema: Conexiones a tierra de los SPD que utilicen conductores de tamaño inadecuado, longitudes excesivas o múltiples electrodos de tierra separados.

Escenarios comunes:
- Utilización de los tamaños de cable mínimos del código en lugar de conductores óptimos más grandes.
- Crear caminos de tierra tortuosos en lugar de las rutas directas más cortas.
- Conectar a tierra diferentes SPD a electrodos separados, creando bucles de tierra.

Corrección: Utilice 10 AWG como mínimo para los SPD de tipo 2 y 4 AWG para los dispositivos de tipo 1 con tramos rectos directos al sistema de electrodos de puesta a tierra común. Conecte todos los SPD y equipos al sistema de electrodo único para evitar las diferencias de potencial de tierra que provocan sobrecorrientes entre equipos. Considere el fleje de cobre plano para instalaciones de primera calidad, reduciendo la impedancia inductiva por debajo del cable redondo.

❌ Sin supervisión ni mantenimiento del estado del SPD

Problema: Instalar SPD sin funciones de indicación de estado o no comprobar nunca el estado de funcionamiento.

Escenarios comunes:
- Suponiendo que los SPD proporcionen una protección continua durante toda la vida útil del sistema
- No inspección rutinaria de los indicadores de estado del DOCUP
- Los DOCUP averiados permanecen en los sistemas durante años sin ser sustituidos

Corrección: Especifique SPD con indicación visual del estado de funcionamiento. Incluya la inspección de los SPD en los procedimientos de mantenimiento rutinario: compruebe los indicadores trimestralmente en lugares de alta exposición o anualmente en zonas moderadas. Sustituya inmediatamente los SPD averiados en lugar de aplazarlos: el funcionamiento sin protección contra sobretensiones puede provocar daños costosos en los equipos durante la próxima temporada de rayos. Considere la monitorización remota de los SPD en instalaciones críticas o inaccesibles.

Consideraciones especiales sobre la aplicación

Sistemas fotovoltaicos flotantes o con conexión a tierra

Los sistemas FV flotantes (sin conexión a tierra) en los que ningún conductor se conecta intencionadamente a tierra se enfrentan a requisitos de SPD diferentes a los de los sistemas conectados a tierra. Los sistemas flotantes necesitan SPD tripolares que protejan simultáneamente las referencias positiva, negativa y de tierra. Los sistemas conectados a tierra pueden utilizar protección bipolar cuando el conductor negativo se conecta sólidamente a tierra, aunque los diseños tripolares proporcionan una protección más sólida.

El valor nominal de la tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV) del SPD debe tener en cuenta la configuración de la puesta a tierra del sistema. Los sistemas flotantes desarrollan tensión por igual en los conductores positivos y negativos con respecto a tierra: en un sistema de 600 V CC, cada conductor puede alcanzar ±300 V con respecto a tierra. Los SPD de cada conductor necesitan valores nominales de MCOV adecuados para esta tensión, lo que puede permitir el uso de dispositivos de menor tensión que los requeridos para los sistemas conectados a tierra, en los que la tensión total aparece en el conductor no conectado a tierra.

La detección de fallos a tierra interactúa con la instalación de SPD tanto en sistemas conectados a tierra como flotantes. Los SPD crean trayectorias conductoras intencionadas a tierra cuando están en funcionamiento, lo que puede provocar que los sistemas de detección de fallos a tierra se disparen durante los eventos de sobretensión. Seleccione sistemas GFD compatibles con la presencia de SPD, utilizando umbrales de detección por encima de las corrientes de fuga de los SPD pero lo suficientemente bajos como para detectar faltas a tierra peligrosas.

Sistemas de alta tensión (>1000 V CC)

Los sistemas solares que funcionan a más de 1.000 V CC -cada vez más comunes en instalaciones a escala comercial- requieren SPD especializados diseñados para niveles de tensión extremos. La disponibilidad de componentes es limitada a estas tensiones, ya que hay menos fabricantes que ofrezcan productos adecuados. Es fundamental especificar y adquirir los SPD con antelación para evitar retrasos en los proyectos debidos a los largos plazos de entrega o a las limitadas opciones de los proveedores.

Las instalaciones de SPD de alta tensión requieren mayores precauciones de seguridad, como mayores distancias de fuga y separación, módulos de SPD cerrados que impidan el contacto accidental y etiquetas de advertencia completas. El personal que trabaja en sistemas de alta tensión necesita una formación especializada que va más allá de las cualificaciones eléctricas estándar. Documente exhaustivamente las instalaciones de SPD, incluidos los diagramas de cableado y los procedimientos de mantenimiento específicos de los equipos de alta tensión.

Considere las tecnologías SPD híbridas para aplicaciones de alta tensión. Los tubos de descarga de gas emparejados con varistores de óxido metálico proporcionan la capacidad de alta tensión de los GDT con la sujeción de tensión ajustada de los MOV. Los diodos de avalancha de silicio ofrecen una respuesta ultrarrápida que protege los componentes electrónicos sensibles de alta tensión, pero requieren disposiciones en serie-paralelo para manejar una potencia sostenida. Consulte a los especialistas en protección contra sobretensiones para el diseño de sistemas de alta tensión en lugar de extrapolar la experiencia adquirida con sistemas de baja tensión.

Lugares de exposición extrema a los rayos

Las regiones con una densidad de descargas a tierra de rayos excepcionalmente alta -por encima de 10 descargas por kilómetro cuadrado al año- pueden requerir una protección reforzada más allá de los requisitos mínimos del código. Las instalaciones a gran escala en Florida, la costa del Golfo de México o zonas montañosas se enfrentan a una exposición extrema a los rayos, lo que exige un diseño de protección robusto con amplios márgenes de seguridad.

Considere sistemas externos de protección contra rayos con terminales aéreos y conductores de bajada separados de los sistemas eléctricos FV en lugares de exposición extrema. Un diseño adecuado del sistema de protección contra rayos (LPS) según NFPA 780 o IEC 62305 intercepta algunos impactos antes de la conexión al equipo FV, aunque los SPD siguen siendo necesarios para la protección contra sobretensiones inducidas. Los sistemas LPS y SPD trabajan juntos para proporcionar una protección completa que aborde tanto los impactos directos como los transitorios inducidos.

La supervisión remota y los protocolos de sustitución rápida de los SPD resultan especialmente importantes en regiones de alta exposición. Presupueste la sustitución anual de los SPD aunque no se observen fallos: la tensión acumulada de numerosos eventos de sobretensión por debajo del umbral de protección degrada gradualmente el rendimiento de los SPD hasta que se produce un fallo catastrófico. La sustitución proactiva basada en la exposición, en lugar de esperar a que se produzcan fallos, mantiene una protección óptima y evita daños costosos en los equipos.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la principal diferencia entre los SPD de Tipo 1 y Tipo 2 para aplicaciones solares?

Los SPD de tipo 1 gestionan la energía directa del rayo probada con formas de onda de 10/350μs a 25-100kA, lo que los hace adecuados para orígenes de grupos y entradas de servicio. Los SPD de tipo 2 protegen contra sobretensiones inducidas y rayos atenuados probados con formas de onda de 8/20μs a 10-40kA, adecuados para ubicaciones de equipos después de la protección aguas arriba. Los dispositivos de tipo 1 se instalan donde aparece la máxima energía de sobretensión, mientras que los dispositivos de tipo 2 proporcionan la etapa final de protección para los componentes electrónicos sensibles después de que la energía de sobretensión haya sido parcialmente atenuada por los conductores y los SPD aguas arriba.

¿Dónde debo instalar exactamente los SPD de tipo 1 frente a los de tipo 2 en mi instalación solar?

Instale los SPD de Tipo 1 en los combinadores o cajas de cadenas donde los conductores se originan en las cadenas FV expuestas, y en las desconexiones principales de CC en las entradas de los edificios. Estos lugares son los más expuestos a las sobretensiones provocadas por rayos directos o cercanos. Instale SPD de tipo 2 en los terminales de entrada de CC del inversor para proporcionar una protección final a los componentes electrónicos de potencia sensibles. Los sistemas grandes se benefician del Tipo 1 en los combinadores y en la desconexión principal más el Tipo 2 en cada inversor, creando una protección coordinada de tres etapas.

¿Necesito SPD de CC si mi instalación solar ya tiene protección contra sobretensiones de CA?

Sí, la protección contra sobretensiones de CC y CA aborda diferentes amenazas en diferentes secciones del sistema. Los SPD de CC protegen los generadores fotovoltaicos, el cableado de los strings, los combinadores y las entradas de CC de los inversores de las sobretensiones que entran a través del circuito de CC; los SPD de CA no pueden proteger estos componentes. Los relámpagos que caen sobre los generadores o las descargas cercanas que inducen sobretensiones en los conductores de CC requieren la protección de los SPD de CC. Los SPD de CA protegen la salida de CA del inversor y el sistema eléctrico del edificio de las sobretensiones que entran a través de las conexiones de red, con una función de protección completamente diferente a la de los SPD de CC.

¿Cómo sé cuándo hay que cambiar los SPD?

Los SPD de calidad incorporan indicadores visuales que muestran el estado de funcionamiento: normalmente, el verde indica un funcionamiento normal y el rojo, un fallo que requiere sustitución. Compruebe los indicadores trimestralmente en lugares de alta exposición o anualmente en otros lugares. Algunos SPD incluyen contactos de supervisión remota que informan del estado a los sistemas de gestión del edificio. Sustituya inmediatamente cualquier SPD que muestre una indicación de fallo. En regiones de exposición extrema a los rayos, considere la posibilidad de sustituirlo de forma proactiva cada 5-7 años, independientemente del estado del indicador, ya que la exposición acumulada a sobretensiones por debajo del umbral de protección degrada gradualmente el rendimiento incluso sin fallos evidentes.

¿Puedo utilizar el mismo SPD para sistemas solares de CC de 600 V y 1000 V?

No, la tensión nominal del SPD debe ser igual o superior a la tensión máxima de circuito abierto del sistema, incluida la corrección de temperatura. Un sistema de 600 V puede requerir un SPD de 800 V CC, mientras que los sistemas de 1000 V necesitan una tensión nominal de 1200-1500 V CC. El uso de SPDs por debajo de la tensión nominal provoca fallos prematuros o permite que llegue una tensión excesiva a los equipos protegidos. La tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV) del SPD debe superar la tensión del punto de máxima potencia del sistema, mientras que la tensión nominal de protección debe permanecer por debajo de los niveles de aislamiento del equipo. Especifique siempre los SPD explícitamente para la tensión de su sistema con un margen de seguridad adecuado.

¿Qué ocurre si no instalo los SPD de tipo 1 en las ubicaciones de los grupos y sólo utilizo los de tipo 2 en los inversores?

Los SPD de tipo 2 de los inversores pueden fallar cuando se exponen a sobretensiones de alta energía que normalmente gestionan los dispositivos de tipo 1 situados aguas arriba. Los rayos o las descargas cercanas pueden inyectar niveles de energía superiores a los nominales del Tipo 2, provocando un fallo catastrófico del SPD y permitiendo que toda la energía de la sobretensión llegue a los inversores. Incluso si los SPD de tipo 2 sobreviven a la sobretensión inicial, la tensión los degrada gradualmente y requieren una sustitución frecuente. Una protección adecuada utiliza los tipos de SPD apropiados en cada ubicación: Tipo 1 donde aparece la alta energía y Tipo 2 para la protección final del equipo tras la atenuación de la energía.

¿A qué distancia deben estar las conexiones a tierra de los SPD de los equipos protegidos?

Los conductores de tierra del SPD deben ser lo más cortos posible -idealmente menos de 1 metro- y conectarse directamente al sistema principal de electrodos de tierra. Cada metro de conductor de tierra introduce aproximadamente 1μH de inductancia que provoca un aumento de tensión de aproximadamente 1kV durante las sobretensiones rápidas. Este aumento de tensión se suma a la tensión de bloqueo del SPD, permitiendo potencialmente tensiones dañinas a pesar del funcionamiento del SPD. Utilice trayectorias de tierra directas y rectas evitando bobinas o curvas innecesarias. En instalaciones de alta calidad, utilice flejes de cobre planos en lugar de cables redondos para reducir la inductancia. Conecte todos los SPD y equipos a un único electrodo de tierra común para evitar corrientes de bucle de tierra.

Recursos relacionados

Una protección solar contra sobretensiones completa requiere comprender cómo se integran los SPD con otros componentes de protección y sistemas de puesta a tierra.

Obtenga más información sobre temas relacionados con la protección contra sobretensiones en nuestras guías detalladas:

– Diseño de sistemas de protección contra sobretensiones de CC - Especificación y coordinación completas del DOCUP
– Protección contra el rayo solar - Integración de sistemas externos de protección contra el rayo
– Protección de la caja combinadora FV - Instalación de SPD en conjuntos combinadores
– Requisitos de conexión a tierra de CC - Sistemas de electrodos de puesta a tierra adecuados para la eficacia de los SPD

¿Preparado para implantar una protección DC SPD eficaz en su instalación solar? Nuestro equipo técnico de SYNODE proporciona orientación para la selección de SPD específicos para cada proyecto, incluida la determinación del Tipo 1 frente al Tipo 2, el análisis de coordinación y el diseño adecuado de la instalación. Ayudamos a garantizar una protección completa contra sobretensiones que cumpla NEC 690.35 al tiempo que se optimiza la economía de la protección para proyectos que van desde los residenciales a los de escala comercial.

Póngase en contacto con nuestros ingenieros de aplicaciones para obtener asistencia sobre especificaciones de SPD y servicios de diseño de sistemas de protección contra rayos.

Última actualización: Octubre de 2025
Autor: Equipo técnico de SYNODE
Revisado por: Departamento de Ingeniería Eléctrica