DC SPD Tipo 2 Especificaciones: IEC 61643 Clasificación 2025

Comprender las especificaciones de los SPD de CC de Tipo 2 permite seleccionar correctamente los dispositivos de protección contra sobretensiones para aplicaciones de sistemas fotovoltaicos. Esta completa guía de especificaciones examina las normas de clasificación IEC 61643-31, las características de la forma de onda de prueba, los requisitos del nivel de protección de tensión y las distinciones entre Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3. Los ingenieros y especificadores encontrarán criterios de clasificación detallados, directrices de aplicación y matrices de selección para adaptar las capacidades de los SPD a los requisitos de la instalación.

Los dispositivos de protección contra sobretensiones de tipo 2 representan la clase de protección más comúnmente especificada para entradas de inversores, salidas de cajas combinadoras y protección a nivel de equipo en instalaciones solares. Estos dispositivos se prueban con formas de onda de corriente de 8/20μs que simulan las características de sobretensión inducida por rayos indirectos y transitorios de conmutación. La comprensión de las especificaciones de Tipo 2 y de los límites de aplicación adecuados garantiza una protección eficaz sin que el exceso de especificaciones aumente los costes innecesariamente.

Sistema de clasificación IEC 61643-31

Estructura de clasificación del DOCUP en tres niveles

La norma IEC 61643-31 establece un sistema de clasificación de tres niveles para los dispositivos de protección contra sobretensiones fotovoltaicas basado en las capacidades de manejo de energía probadas y en los lugares de instalación previstos. Esta clasificación normalizada sustituye a los sistemas regionales anteriores (EN europeo, UL americano, GB chino) y crea categorías de SPD reconocidas internacionalmente. La clasificación permite un lenguaje de especificación coherente en todos los proyectos fotovoltaicos mundiales, eliminando la confusión de las normas nacionales que compiten entre sí.

La clasificación de Tipo 1 designa los SPD de mayor capacidad de manipulación de energía probados con formas de onda de corriente de 10/350μs que representan impulsos de corriente de rayo directos. Estos dispositivos deben soportar una corriente de impulso (Iimp) de entre 12,5kA y 100kA por conductor, lo que demuestra su capacidad para sobrevivir a la energía parcial de un rayo. Los dispositivos de tipo 1 se instalan en entradas de servicio, orígenes de matriz y ubicaciones potencialmente expuestas a la energía de impacto directo que requieren la máxima capacidad de protección.

La clasificación de tipo 2 identifica un nivel de protección intermedio adecuado para ubicaciones de equipos y etapas de protección secundaria. Los dispositivos de Tipo 2 ensayan con formas de onda de corriente de descarga (In) nominal de 8/20μs que simulan corrientes de sobretensión inducidas por acoplamiento electromagnético o impactos directos atenuados. Los valores típicos de In oscilan entre 5kA y 40kA por conductor, sustancialmente más bajos que los de Tipo 1 pero adecuados para sobretensiones que hayan pasado a través de elementos de protección aguas arriba o que se originen a partir de mecanismos de acoplamiento indirecto.

La clasificación de tipo 3 cubre los SPD de menor energía ensayados con generadores de ondas combinadas que producen transitorios simultáneos de tensión y corriente. Estos dispositivos protegen principalmente equipos individuales en entornos ya protegidos. Los SPD de tipo 3 rara vez aparecen en los circuitos principales de CC fotovoltaicos, pero a veces protegen equipos especializados de instrumentación o monitorización que requieren una protección fina suplementaria más allá de los dispositivos de tipo 1 y 2 a nivel de sistema.

Características de la forma de onda de prueba

La designación 8/20μs para los SPD de Tipo 2 describe la forma de onda de la corriente de impulso: tiempo de subida de 8μs desde cero hasta el pico de corriente, tiempo de decaimiento de 20μs desde el pico hasta 50% del valor de pico. Esta forma de onda simula la inducción electromagnética de rayos cercanos (100-500 metros de distancia) o la energía atenuada de un rayo directo que ha atravesado la impedancia del conductor y la protección aguas arriba. El tiempo de subida relativamente rápido (8μs) representa un di/dt significativo que crea una tensión sustancial en los componentes del SPD.

Compare la forma de onda de tipo 2 con la de tipo 1 de 10/350μs: aumento mucho más lento (10μs frente a 8μs) pero duración mucho mayor (350μs frente a 20μs). La mayor duración de la forma de onda de 10/350μs proporciona aproximadamente 10 veces más energía que la de 8/20μs con la misma corriente de pico. Esta diferencia de energía explica por qué los dispositivos de Tipo 1 requieren una construcción más robusta y cuestan bastante más que los de Tipo 2 a pesar de tener valores nominales de tensión similares.

Los laboratorios de pruebas inyectan una corriente de prueba especificada a través del SPD bajo prueba, midiendo el nivel de protección de tensión resultante (tensión de bloqueo) que aparece a través de los terminales del SPD. Las pruebas de Tipo 2 suelen utilizar una corriente de descarga nominal (In) más una corriente de descarga máxima (Imax) igual al doble del valor nominal. Un SPD de Tipo 2 de 20 kA debe superar una prueba nominal de 20 kA más una prueba máxima de 40 kA, lo que proporciona un margen adecuado para la variabilidad de sobretensiones en el mundo real.

Información clave: La clasificación de la prueba (Tipo 1, 2 o 3) indica la capacidad probada del SPD, no necesariamente su ubicación de aplicación. Los SPD de tipo 2 pueden instalarse en cualquier lugar del sistema FV, incluidos los orígenes del conjunto, si la evaluación de la amenaza determina que las características de sobretensión de 8/20μs son las máximas esperadas. Por el contrario, algunas especificaciones exigen el Tipo 1 en todas las ubicaciones a pesar de la posible sobreespecificación para las posiciones aguas abajo.

Especificaciones eléctricas del Tipo 2

Tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV)

La tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV o Uc) define la tensión más alta en estado estacionario que el SPD soporta indefinidamente sin degradación. La MCOV debe superar la tensión continua de funcionamiento máxima del sistema en todas las condiciones, incluidas las temperaturas extremas que afectan a la salida de tensión del módulo fotovoltaico. La tensión de circuito abierto fotovoltaica aumenta significativamente a bajas temperaturas: los sistemas con 600 V nominales pueden alcanzar 750 V a -25 °C, lo que requiere un SPD de tipo 2 con una clasificación MCOV de 850 V+.

La norma IEC 61643-31 exige que el MCOV supere la tensión máxima del sistema con un margen de seguridad mínimo para evitar que la tensión continua degrade los elementos varistores. Los varistores de óxido metálico (MOV) que forman el núcleo de la mayoría de los SPD de Tipo 2 conducen una pequeña corriente de fuga incluso a tensiones por debajo del umbral de activación nominal. Estas fugas aumentan exponencialmente a medida que la tensión se aproxima al nivel de activación, generando calor interno que acelera el envejecimiento y reduce la vida útil.

Valores nominales MCOV de los SPD de CC de tipo 2 comunes para aplicaciones solares:
- Sistemas de 600 V: Especifique 850V a 1000V MCOV
- Sistemas de 1000 V: Especifique 1200V a 1500V MCOV
- Sistemas de 1500 V: Especificar 1800V a 2000V MCOV

Calcule el MCOV necesario mediante: MCOV ≥ 1,25 × Voc(temp min) donde Voc(temp min) representa la tensión de circuito abierto de la cadena a la temperatura ambiente más baja prevista. El factor 1,25 proporciona margen para transitorios de tensión, incertidumbres de medición y tolerancias de los componentes, garantizando que el MCOV nunca alcance 100% del valor nominal durante el funcionamiento normal.

Nivel de protección de tensión (VPL)

El nivel de protección de tensión (VPL o Up) especifica la tensión máxima que aparece en los terminales del equipo protegido cuando el SPD desvía la corriente nominal de sobretensión. El VPL representa la especificación crítica que determina la eficacia de la protección: un VPL más bajo proporciona una mejor protección del equipo, pero requiere tolerancias de fabricación más estrictas, lo que aumenta el coste. Los valores nominales de aislamiento de los equipos deben superar la VPL del SPD con un margen que garantice que los eventos de sobretensión no puedan dañar las cargas protegidas.

Los niveles de protección de tensión de los SPD de tipo 2 suelen oscilar entre 1500 V y 3000 V para aplicaciones fotovoltaicas de CC, dependiendo de la clasificación MCOV y del diseño del elemento de protección. Los valores nominales de MCOV más altos generalmente producen una VPL más alta, una compensación inherente a la protección basada en varistores en la que los dispositivos que conducen a tensiones más bajas (mejor protección) también comienzan a conducir a tensiones más cercanas a la tensión de funcionamiento normal (margen reducido).

La especificación VPL representa un valor medido, no calculado ni teórico. Los fabricantes comprueban la VPL inyectando corriente de descarga nominal (normalmente In e Imax) a través del SPD y midiendo la tensión resultante con un osciloscopio calibrado. La VPL publicada no debe superar el valor medido para garantizar unos valores nominales conservadores. Algunos fabricantes publican la VPL en varios niveles de corriente (VPL en In, VPL en Imax) mostrando el rendimiento de la protección en todo el rango de corriente de sobretensión.

Para seleccionar el VPL adecuado es necesario conocer el nivel de aislamiento del equipo protegido o la tensión soportada por impulso. Los terminales de entrada de CC del inversor suelen soportar impulsos de 6 kV según los requisitos de la norma IEC 62109-2. Un SPD de tipo 2 con VPL de 2500 V proporciona un margen de protección adecuado (6000 V - 2500 V = margen de seguridad de 3500 V) teniendo en cuenta las caídas de tensión en el cableado y los factores de incertidumbre. Un VPL más bajo mejora la protección, pero verificar el MCOV del SPD sigue proporcionando un margen adecuado por encima de la tensión máxima del sistema.

Corriente nominal de descarga (In)

La corriente nominal de descarga (In) define el valor de la corriente de sobretensión utilizada para las pruebas de clasificación de Tipo 2 y la verificación del rendimiento. Los fabricantes deben demostrar que el SPD sobrevive a un mínimo de 15 aplicaciones de sobretensión a la corriente nominal In sin fallos ni degradación del rendimiento que superen los límites especificados. Estas pruebas de sobretensiones múltiples demuestran la longevidad del SPD en condiciones realistas en las que las instalaciones experimentan numerosas sobretensiones a lo largo de su vida útil.

Valores nominales comunes de Tipo 2 In para aplicaciones fotovoltaicas: 5kA, 10kA, 15kA, 20kA, 30kA y 40kA por polo. Las In más altas proporcionan una mayor capacidad de manipulación de energía y una vida útil más larga, pero aumentan el tamaño y el coste del dispositivo. La selección depende de la evaluación de la exposición al rayo y de la vida útil deseada teniendo en cuenta la frecuencia de las sobretensiones. Las ubicaciones de alta exposición que experimentan una actividad frecuente de tormentas eléctricas se benefician de los valores In más altos, lo que reduce la frecuencia de sustitución.

La relación entre In y la corriente de descarga máxima (Imax) sigue la relación estándar: Imax = 2 × In. Esta relación significa que el SPD de tipo 2 de 20 kA debe superar las pruebas con una corriente máxima de 40 kA, lo que demuestra un margen adecuado para la variabilidad de la corriente de sobretensión. Algunos fabricantes realizan ensayos que superan el requisito mínimo de 2×, proporcionando un margen de seguridad adicional documentado en los informes de ensayo.

⚠️ Importante: La clasificación In por sí sola no determina la capacidad de energía total: la duración de la forma de onda afecta de forma crítica a la absorción de energía total. Un dispositivo de Tipo 1 con una Iimp inferior a la In nominal de un dispositivo de Tipo 2 puede absorber más energía total debido a la mayor duración de la forma de onda de 10/350μs. Compare los valores nominales de energía (medidos en kJ) al seleccionar entre las clases Tipo 1 y Tipo 2 para aplicaciones específicas.

Análisis comparativo Tipo 1 vs Tipo 2

Diferencias en la capacidad de tratamiento de la energía

La distinción fundamental entre las clasificaciones de Tipo 1 y Tipo 2 se deriva de las capacidades de manejo de energía enormemente diferentes demostradas mediante pruebas estandarizadas. Los dispositivos de Tipo 1 se prueban con una forma de onda de 10/350μs que transporta aproximadamente 10 veces más energía por amperio que la forma de onda de 8/20μs del Tipo 2. Un SPD de tipo 1 de 25 kA maneja aproximadamente 250 kJ de energía total, mientras que el de tipo 2 de 40 kA maneja sólo 80 kJ; a pesar de su mayor corriente de pico, el de tipo 2 absorbe menos energía total.

Calcular la energía específica (energía por ohmio de impedancia) mediante la fórmula estándar: W/R = 0,5 × I² × t donde I es la corriente de pico y t la duración efectiva. Para una forma de onda de 10/350μs a 25kA: W/R ≈ 250 kJ/Ω. Para una forma de onda de 8/20μs a 40kA: W/R ≈ 80 kJ/Ω. Esta triple diferencia de energía explica por qué los dispositivos de Tipo 1 emplean discos de varistor más grandes, conexiones de terminales más robustas y carcasas más resistentes que los homólogos de Tipo 2.

Implicaciones prácticas: Los SPD de tipo 2 son adecuados para ubicaciones en las que la energía de sobretensión ha sido atenuada por la impedancia del conductor, la coordinación de los SPD aguas arriba o la protección contra la exposición directa al rayo. Los SPD de tipo 1 son obligatorios para ubicaciones expuestas que puedan experimentar energía de impacto directo no atenuada. Muchas instalaciones utilizan el Tipo 1 en el origen del conjunto (máxima exposición) coordinado con el Tipo 2 en la entrada del inversor (ubicación protegida) equilibrando la eficacia de la protección con la optimización de costes.

Coste y tamaño

Los SPD de tipo 2 suelen costar entre 40 y 60% menos que los dispositivos de tipo 1 de tensión equivalente, lo que refleja la reducción de los requisitos de componentes y una construcción más sencilla. Un SPD estándar de Tipo 2 para un sistema FV de 1000 V cuesta $150-300, dependiendo de la In nominal y del fabricante. Un dispositivo de Tipo 1 comparable cuesta $400-700. En el caso de grandes instalaciones que requieren varios SPD, esta diferencia de coste afecta significativamente a los presupuestos del proyecto, lo que justifica un análisis cuidadoso de si la capacidad de Tipo 1 es realmente necesaria en cada ubicación.

Las diferencias de tamaño físico también son importantes en cajas combinadoras y armarios de inversores con limitaciones de espacio. Los SPD de tipo 2 ocupan aproximadamente 40-60 mm de ancho en un carril DIN estándar, en función de la tensión nominal y el número de polos. Los dispositivos de tipo 1 requieren una anchura de 60-100 mm para tensiones equivalentes. En los combinadores de 8 cadenas que instalan SPD de nivel de cadena, el uso del Tipo 2 en lugar del Tipo 1 ahorra 160-320 mm de espacio en el carril DIN, lo que puede permitir el uso de una caja más pequeña y menos costosa.

Las consideraciones de peso afectan al montaje en cajas combinadoras en tejados, donde la capacidad de carga puede ser limitada. Los SPD de tipo 2 pesan entre 200 y 400 g cada uno, frente a los 500-1000 g de las unidades de tipo 1. Instalación de ocho cadenas: El peso total del Tipo 2 es de 1,6-3,2 kg, mientras que el del Tipo 1 es de 4-8 kg. La diferencia de 2-5 kg es importante cuando se montan varias cajas combinadoras en estructuras de tejado envejecidas en las que la carga muerta adicional requiere una revisión de ingeniería estructural.

Directrices sobre los límites de la solicitud

Utilice los DOCUP de tipo 1 cuando:
- Instalación en el origen del conjunto, donde los rayos directos podrían inyectar energía no atenuada.
- Sistema situado en zonas de alta exposición (cimas de montañas, zonas costeras, llanuras abiertas sin estructuras cercanas).
- La densidad local de relámpagos en tierra supera los 5 relámpagos/km²/año, lo que indica una exposición extrema.
- La autoridad competente (AHJ) exige el Tipo 1 para ubicaciones específicas según las enmiendas locales.
- Los equipos protegidos tienen un coste de sustitución excepcionalmente elevado (>$100k) que justifica una inversión máxima en protección

Utilice los DOCUP de tipo 2 cuando:
- Instalación en la entrada de CC del inversor, donde la impedancia del conductor proporciona atenuación.
- La ubicación es la segunda etapa de protección con la coordinación de tipo 1 SPD aguas arriba
- Sistema en zona de exposición moderada (suburbana, urbana con estructuras cercanas más altas que proporcionen blindaje).
- Densidad local de rayos 1-5 destellos/km²/año, lo que representa una actividad moderada
- La optimización de costes es prioritaria y la evaluación de amenazas apoya la reducción de capacidades

Utilizar el enfoque coordinado de Tipo 1+Tipo 2 cuando:
- Grandes instalaciones comerciales o de servicios públicos que justifiquen una inversión en protección integral
- Equipos de alto valor (>$50k inversores) en los que los costes por daños superan el gasto adicional en SPD.
- Aplicaciones críticas en las que el tiempo de inactividad es inaceptable y que requieren la máxima fiabilidad de protección
- La evaluación de la amenaza indica tanto el riesgo de impacto directo (que requiere el Tipo 1) como el riesgo de oleaje inducido (mangos de Tipo 2)

Tecnologías de elementos de protección de tipo 2

Características del varistor de óxido metálico (MOV)

Los varistores de óxido metálico constituyen el principal elemento de protección en la mayoría de los SPD de CC de tipo 2 debido a su favorable relación coste-rendimiento. Los MOV utilizan cerámica de óxido de zinc sinterizada que presenta una resistencia dependiente de la tensión: resistencia extremadamente alta (>1GΩ) a tensión de funcionamiento normal que pasa a baja resistencia (1-10Ω) durante los eventos de sobretensión. Esta característica I-V no lineal proporciona una desviación automática de la sobretensión sin necesidad de circuitos externos de activación o control.

La selección de la tensión nominal del MOV determina la tensión de apriete y las capacidades de MCOV. Los fabricantes especifican los MOV en función de la tensión del varistor (V₁mA), es decir, la tensión que produce una corriente de 1 mA a través del dispositivo durante las pruebas normalizadas. Seleccione MOV con V₁mA de aproximadamente 1,5-1,8× MCOV deseado para garantizar un margen adecuado por encima de la tensión de funcionamiento continuo. Para aplicaciones MCOV de 1000 V, especifique MOV con V₁mA de 1500-1800 V que proporcionen un margen de funcionamiento adecuado.

La degradación del MOV representa la principal limitación que afecta a la vida útil. Cada evento de sobretensión consume una pequeña cantidad de material del varistor a través del calentamiento localizado y la modificación de los límites del grano. La absorción de energía acumulada reduce gradualmente el voltaje del varistor (el dispositivo conduce a voltajes progresivamente más bajos), llegando finalmente a un punto en el que el dispositivo comienza a conducir durante el funcionamiento normal. Esta degradación se manifiesta como un aumento de la corriente de fuga y una reducción de la capacidad de sobretensión que requiere la sustitución del SPD antes de que se produzca un fallo completo.

Tecnología de diodos de avalancha de silicio (SAD)

Los diodos de avalancha de silicio proporcionan una tecnología de protección alternativa que ofrece un tiempo de respuesta más rápido y un bloqueo de tensión más estricto que los MOV. Los SAD pasan de la fase de bloqueo a la de conducción en menos de un nanosegundo (frente a los 25-50ns de los MOV), lo que proporciona una protección superior contra las sobretensiones transitorias de subida rápida. La tensión de bloqueo más ajustada, normalmente 10-15% inferior a la de un MOV equivalente, protege mejor los componentes electrónicos de potencia sensibles de los inversores modernos.

La principal desventaja de la tecnología SAD es su menor capacidad de manipulación de energía por volumen de dispositivo. Los chips SAD individuales manejan potencias de impulso de 400 W a varios kW, lo que requiere conjuntos paralelos para aplicaciones de Tipo 2 de alta corriente. Los MOV alcanzan el mismo rendimiento en un paquete más pequeño con un solo disco varistor. Los SAD también presentan un mayor coste por julio protegido, lo que los hace económicamente viables sobre todo para aplicaciones de baja corriente o requisitos especializados de alto rendimiento.

Los diseños de SPD híbridos combinan las tecnologías MOV y SAD aprovechando características complementarias. El SAD de acción rápida proporciona una respuesta inicial a las sobretensiones con un cierre hermético de la tensión, mientras que el MOV de alta energía gestiona el grueso de la corriente de sobretensión una vez que el SAD alcanza el umbral de conducción. Este enfoque híbrido proporciona una respuesta rápida, un cierre hermético y una capacidad de energía adecuada en un solo encapsulado que cuesta 20-40% más que los diseños con sólo MOV, pero proporciona un rendimiento de protección superior.

Integración del tubo de descarga de gas (GDT)

Los tubos de descarga de gas ofrecen la mayor capacidad de manejo de corriente de un solo dispositivo (100kA+) pero un tiempo de respuesta más lento (100-300ns) y un mayor sobreimpulso de tensión durante la activación. Los GDT rara vez aparecen como único elemento de protección en los SPD de tipo 2, pero suelen integrarse en diseños híbridos de varias etapas. El GDT se encarga de la fase inicial de sobretensión de alta intensidad, mientras que el MOV proporciona una sujeción fina rápida para la cola de sobretensión y los transitorios de menor amplitud.

Los SPD híbridos GDT-MOV suelen mostrar una respuesta en tres etapas:
1. La llegada de la sobretensión desencadena la conducción del MOV proporcionando una limitación inicial de la tensión.
2. El aumento de la tensión de sobrecorriente provoca la ionización del GDT y la formación del arco.
3. El arco GDT desvía la mayor parte de la corriente de sobretensión mientras que el MOV limita la tensión residual.

Esta coordinación proporciona beneficios combinados: La alta capacidad de corriente del GDT prolonga la vida útil del SPD al impedir que el MOV absorba toda la energía de sobretensión. La rápida respuesta del MOV evita que se dispare la tensión durante el retardo de ionización del GDT. El resultado: una protección más duradera con un control de tensión más estricto que cualquiera de las dos tecnologías por separado.

Consejo profesional: Solicite informes de pruebas del fabricante que documenten los resultados reales de las pruebas de sobretensión en lugar de basarse únicamente en las especificaciones de la hoja de datos. Los informes de pruebas revelan el rendimiento en el mundo real, incluida la variación de VPL en el rango de corriente, la capacidad de interrupción de corriente de seguimiento y los resultados de pruebas de envejecimiento que muestran el rendimiento después de múltiples aplicaciones de sobretensión. Estos detalles indican diferencias de calidad que no se aprecian en las especificaciones básicas.

Certificación de tipo 2 y cumplimiento de normas

Requisitos de ensayo de la norma IEC 61643-31

La norma IEC 61643-31 especifica las secuencias de pruebas exhaustivas que deben superar los SPD de Tipo 2 para obtener la certificación de clasificación. El protocolo de pruebas incluye pruebas de funcionamiento, verificación de la estabilidad térmica, capacidad de interrupción de cortocircuitos y limitación de la corriente de seguimiento. Los fabricantes envían muestras a laboratorios de ensayo acreditados (TÜV, UL, Intertek, etc.) que demuestran el cumplimiento de todos los requisitos antes de solicitar la clasificación de Tipo 2.

La prueba de funcionamiento constituye la verificación principal que requiere que el SPD sobreviva a 15 aplicaciones de sobretensión a la corriente de descarga nominal (In) más 1 sobretensión a la corriente de descarga máxima (Imax = 2×In). Estas pruebas aplican una forma de onda de corriente de 8/20μs con tolerancias de tiempo de subida y duración especificadas. Después de la prueba, el SPD debe mostrar VPL dentro de los límites especificados y no mostrar daños visibles, seguimiento o aumento excesivo de la corriente de fuga.

Las pruebas de estabilidad térmica verifican el funcionamiento del SPD a la tensión máxima de funcionamiento continuo (MCOV) a temperaturas elevadas (85°C típicos) durante periodos prolongados (1000 horas como mínimo). Esta prueba de envejecimiento acelerado confirma la estabilidad del varistor y valida que los efectos térmicos de la tensión normal no causarán un fallo prematuro. Los dispositivos que muestren un aumento excesivo de la corriente de fuga (>100% de la inicial) o un desbordamiento térmico no obtienen la certificación.

Requisitos de la cuarta edición de UL 1449

Las instalaciones de Estados Unidos suelen especificar la certificación UL 1449 además de las normas IEC para garantizar que el producto cumple los requisitos de seguridad norteamericanos. La cuarta edición de la norma UL 1449 establece las categorías de clasificación de protección de tensión (VPR): 600V, 700V, 800V, 1000V, 1200V, 1500V, 1800V, 2000V, 2500V, 3000V, 4000V, 5000V y 6000V. Estos valores VPR representan niveles de protección de tensión medidos, pero utilizan una metodología de ensayo diferente a la de IEC VPL, lo que puede crear confusión a la hora de comparar especificaciones.

La norma UL 1449 requiere una prueba de sobretensión anormal que verifique el comportamiento del SPD cuando se somete a una sobretensión continua (115% de MCOV) simulando condiciones de fallo del sistema. Los SPD deben superar la prueba sin fallos o fallar en modo seguro sin crear riesgo de incendio, abrir la caja o proyectar piezas. Esta prueba aborda las preocupaciones de seguridad sobre los fallos de los SPD en edificios ocupados, garantizando que los dispositivos no crean riesgos adicionales más allá de los daños por sobretensión contra los que protegen.

La certificación UL también exige la verificación del valor nominal de corriente de cortocircuito (SCCR) para comprobar la capacidad del SPD de fallar de forma segura cuando se somete a la corriente de fallo disponible. Los sistemas fotovoltaicos pueden suministrar una corriente de fallo considerable desde matrices de cadenas paralelas que puede superar los 1.000 A. Los SPD incluidos en la lista UL especifican una SCCR mínima (normalmente 5kA o 10kA para aplicaciones FV) y deben demostrar un modo de fallo seguro cuando se someten a corrientes de fallo de hasta el valor nominal especificado.

Valor de verificación por terceros

La certificación por terceros de laboratorios de ensayo reconocidos proporciona una verificación objetiva de las afirmaciones sobre el rendimiento de los SPD. Los productos no certificados que reclaman la clasificación de Tipo 2 carecen de una prueba independiente de sus capacidades y pueden ofrecer una protección inadecuada a pesar de las especificaciones del fabricante. Las compañías de seguros y las autoridades competentes exigen cada vez más DPE certificados, rechazando las alternativas no certificadas independientemente de las especificaciones declaradas.

Busque las marcas de certificación en las placas de identificación de los SPD o en la documentación:
- IEC 61643: Marcas de certificación TÜV, VDE, CSA, Intertek
- UL 1449: Marca UL con número de expediente que permite la verificación en la base de datos en línea de UL
- Normas regionales: Marca CE (Europa), marca CCC (China), marca PSE (Japón)

Solicite al fabricante el certificado de conformidad y los informes de ensayo que documenten el rendimiento real medido. Estos documentos revelan si el SPD apenas cumple las normas mínimas o si supera con creces los requisitos, proporcionando un margen de rendimiento. Algunos fabricantes publican informes de pruebas que muestran el rendimiento a corrientes superiores a la nominal In (por ejemplo, resultados de pruebas a 1,5× In, 2× In), lo que demuestra márgenes de diseño sólidos.

Matriz de selección de tipo 2 y directrices de aplicación

Selección basada en la tensión del sistema

El principal criterio de selección para los SPD de tipo 2 es que la tensión nominal del dispositivo coincida con la clase de tensión de CC del sistema. Calcular el MCOV necesario a partir de la configuración de la cadena teniendo en cuenta el número de módulos conectados en serie, la Voc del módulo individual y los efectos del coeficiente de temperatura. Añadir un margen de seguridad (normalmente 25%) por encima de la tensión máxima calculada para garantizar que el SPD nunca funcione cerca de los límites de tensión nominal.

Sistemas de clase 600 V (residencial, pequeño comercio):
- Configuración en cadena: 12-18 módulos a 40-50 V cada uno
- Voc máximo: 600-750V a -25°C
- MCOV requerido: ≥850V
- Tipo 2 recomendado: 1000V MCOV, 15-20kA In, VPL ≤2200V

Sistemas de clase 1000V (comercial, industrial):
- Configuración en cadena: 20-28 módulos a 40-50 V cada uno
- Voc máximo: 1000-1200V a -25°C
- MCOV requerido: ≥1200V
- Tipo 2 recomendado: 1500V MCOV, 20-30kA In, VPL ≤3000V

Sistemas de clase 1500V (a escala comercial):
- Configuración en cadena: 28-36 módulos a 45-55 V cada uno
- Voc máximo: 1500-1800V a -25°C
- MCOV requerido: ≥1800V
- Tipo 2 recomendado: 2000V MCOV, 30-40kA In, VPL ≤4000V

Intensidad nominal basada en la exposición al rayo

La selección de la corriente nominal de descarga (In) depende de la exposición prevista a los rayos, cuantificada mediante el nivel isoceráunico (días de tormenta al año) o la densidad de relámpagos sobre el suelo (descargas por km² al año). Una mayor actividad de rayos justifica mayores valores de In, lo que prolonga la vida útil del SPD y reduce la frecuencia de sustitución.

Baja exposición (0-20 días de tormenta/año, <2 destellos/km²/año): - Zonas urbanas, lugares con estructuras altas cercanas que proporcionen apantallamiento - Especificación de tipo 2: In = 10-15kA - Vida útil esperada: 8-12 años entre sustituciones - Optimización de costes: aceptable utilizar clasificaciones mínimas Exposición moderada (20-40 días de tormenta/año, 2-5 destellos/km²/año):
- Zonas suburbanas, elevación moderada, algo de apantallamiento disponible
- Especificación de tipo 2: In = 20kA
- Vida útil prevista: 5-8 años entre sustituciones
- Equilibrio: mejora moderada frente a aumento de costes

Alta exposición (40+ días de tormenta/año, >5 destellos/km²/año):
- Zonas rurales, cimas de montañas, lugares costeros, blindaje mínimo
- Especificación de tipo 2: In = 30-40kA
- Vida útil prevista: 3-5 años, incluso con una clasificación alta
- Considerar: Tipo 1 en el origen de la matriz para una mejor protección

Consideraciones sobre la coordinación multietapa

Al especificar los SPD de Tipo 2 en un sistema de protección coordinado de varias etapas, asegúrese de que las relaciones nominales entre las etapas son correctas. Los dispositivos aguas arriba (normalmente de Tipo 1 en el origen de la matriz) deben especificar valores nominales de corriente más altos que los dispositivos de Tipo 2 aguas abajo en las entradas del inversor. Esto crea una distribución natural de la energía en la que un dispositivo robusto aguas arriba gestiona la energía de sobretensión masiva mientras que el dispositivo aguas abajo proporciona una protección fina para los transitorios residuales.

Especificación coordinada típica:
- Aguas arriba (origen de la matriz): Tipo 1, 50kA Iimp, 2000V VPL
- Separación mínima: Conductor de 10 m o inductor de 15μH
- Corriente descendente (entrada del inversor): Tipo 2, 20kA In, 1800V VPL

Verificar que la relación del nivel de protección de tensión permite una coordinación adecuada. Aunque el SPD aguas abajo especifica un VPL inferior (1800 V frente a 2000 V), la impedancia del conductor entre las etapas impide la conducción simultánea. Durante un evento de sobretensión, el dispositivo aguas arriba ve y responde primero a la sobretensión, limitando la tensión que aparece en la ubicación aguas abajo a un nivel inferior al umbral de activación del SPD aguas abajo, excepto en el caso de eventos extremos que superen la capacidad aguas arriba.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la principal diferencia entre los protectores de sobretensión de Tipo 1 y Tipo 2?

La diferencia fundamental radica en la capacidad de manejo de energía demostrada a través de diferentes formas de onda de prueba. Los SPD de tipo 1 se prueban con una corriente de impulso de 10/350μs que simula descargas directas de rayos y requiere que los dispositivos manejen 10 veces más energía por amperio que los dispositivos de tipo 2. Los SPD de tipo 2 prueban con formas de onda de 8/20μs que representan sobretensiones inducidas por rayos cercanos o impactos directos atenuados que requieren una capacidad de energía sustancialmente menor.

Los dispositivos de Tipo 1 suelen costar entre 2 y 3 veces más que los equivalentes de Tipo 2 y ocupan 50-70% más espacio en el armario. Esta diferencia de coste y tamaño hace que el Tipo 2 sea preferible cuando la evaluación de la amenaza confirma que la exposición directa al rayo es improbable o la protección aguas arriba proporciona una atenuación de energía adecuada. La mayoría de las instalaciones fotovoltaicas utilizan el Tipo 1 en los orígenes expuestos del conjunto coordinado con el Tipo 2 en las ubicaciones protegidas del inversor, creando una defensa en profundidad a un coste optimizado.

La clasificación no dicta la ubicación de la instalación: los SPD de Tipo 2 correctamente seleccionados pueden instalarse en cualquier lugar, incluidos los orígenes del conjunto, si la evaluación del riesgo de rayos respalda esta decisión. Sin embargo, la práctica conservadora de diseño especifica el Tipo 1 para ubicaciones de máxima exposición y reserva el Tipo 2 para etapas de protección secundaria donde las características de sobretensión coinciden con las capacidades probadas del Tipo 2.

¿Puedo utilizar el SPD de tipo 2 en el origen de mi campo solar en lugar del de tipo 1?

Los SPD de tipo 2 pueden instalarse en los orígenes de los grupos cuando la evaluación del riesgo de rayos confirma la baja probabilidad de impactos directos y las características de exposición locales producen principalmente amenazas de sobretensiones inducidas. Las instalaciones urbanas en azoteas rodeadas de edificios altos rara vez sufren impactos directos, por lo que el tipo 2 es adecuado para la protección del origen del conjunto. Del mismo modo, los arrays con un sistema externo de protección contra rayos correctamente diseñado (terminales aéreos, conductores de bajada) que evitan la conexión directa a los conductores del array pueden especificar el Tipo 2 en lugar del Tipo 1.

Sin embargo, la mayoría de los ingenieros eléctricos especifican el Tipo 1 en los orígenes del conjunto siguiendo una práctica de diseño conservadora y reconociendo un diferencial de coste relativamente modesto ($200-400 por ubicación) en comparación con los costes potenciales de sustitución del inversor ($5.000-50.000 dependiendo del tamaño). La protección mejorada proporciona tranquilidad y puede satisfacer los requisitos de los seguros que esperan la “máxima protección disponible” en ubicaciones expuestas.

Documentar la justificación de la decisión si se especifica Tipo 2 en el origen del conjunto en lugar de Tipo 1. Realizar una evaluación del riesgo de rayo según la norma IEC 62305-2 calculando la frecuencia anual prevista de sucesos peligrosos. Si el riesgo calculado se mantiene por debajo del umbral aceptable (normalmente <10% de probabilidad a lo largo de 25 años de vida del sistema), la especificación de Tipo 2 está técnicamente justificada. Conserve la documentación de evaluación que demuestre la diligencia debida para reclamaciones de seguros o investigaciones de fallos.

¿Qué valor nominal de MCOV debo especificar para una instalación solar de 600 V?

Para sistemas fotovoltaicos de 600 V nominales, especifique un SPD de tipo 2 con un MCOV mínimo de 850 V que tenga en cuenta las tensiones de circuito abierto extremas compensadas por temperatura. Calcule el MCOV requerido real a partir de: Voc de cadena a temperatura mínima × coeficiente de temperatura × factor de seguridad de 1,25. Para un sistema típico de 600 V que utilice módulos con un coeficiente de -0,28%/°C: 600 V × 1,20 (a -25 °C) × 1,25 = 900 V MCOV mínimo.

Los SPD estándar de Tipo 2 para sistemas de 600 V especifican 1000 V de MCOV, lo que proporciona un margen cómodo por encima del mínimo calculado de 900 V. Este margen tiene en cuenta las incertidumbres en la medición de la tensión, las tolerancias de fabricación de los módulos y la sobretensión potencial debida al sombreado parcial o al desajuste de los módulos. Evite especificar valores de MCOV que coincidan exactamente con los requisitos calculados; un margen inadecuado provoca la degradación prematura del SPD debido al estrés crónico por tensión.

Los valores nominales de MCOV más altos generalmente producen niveles de protección de tensión (VPL) más altos, ya que los elementos varistores que conducen a tensiones más altas también bloquean a niveles proporcionalmente más altos. Para sistemas de 600 V, el VPL típico oscila entre 1800 y 2200 V para SPD con 1000 V de MCOV. Este VPL proporciona una protección adecuada para los valores de aislamiento estándar del inversor (6 kV de resistencia a impulsos según IEC 62109) con un margen de seguridad considerable.

¿Cómo puedo saber si mi SPD de tipo 2 ha fallado y necesita ser sustituido?

La mayoría de los SPD de tipo 2 modernos incluyen indicadores visuales de estado (luces LED o banderas mecánicas) que muestran el estado del dispositivo. El indicador verde indica un funcionamiento correcto, mientras que el rojo, amarillo u oscuro indica un fallo o degradación que requiere una sustitución inmediata. Compruebe los indicadores de estado trimestralmente durante el mantenimiento rutinario y documente el estado del dispositivo en los registros de mantenimiento.

Algunos fallos se producen repentinamente después de sobretensiones importantes que activan inmediatamente los indicadores de estado. Otros fallos se desarrollan gradualmente a través de la exposición acumulativa a sobretensiones o el envejecimiento, manifestándose como un aumento lento de la corriente de fuga y la desviación de la VPL. Las pruebas eléctricas anuales con generadores de sobretensión portátiles pueden detectar la degradación antes de que los indicadores de estado muestren el fallo, lo que permite una sustitución proactiva en lugar de una respuesta de emergencia reactiva.

Otros indicadores de avería son: daños físicos en la carcasa (grietas, quemaduras, decoloración), olores extraños que sugieran un sobrecalentamiento, aumento de la temperatura de funcionamiento detectado durante la inspección por imágenes térmicas o activaciones molestas indicadas por repetidos ciclos de los indicadores de estado. Cualquiera de estos signos justifica la sustitución inmediata del SPD, incluso si el indicador de estado no ha señalado un fallo. Los SPD averiados no proporcionan protección contra sobretensiones, lo que hace que el equipo sea vulnerable a daños.

¿Cuál es la vida útil típica de los SPD de tipo 2 en instalaciones solares?

La vida útil de los SPD de tipo 2 depende de la exposición acumulada a las sobretensiones y no del tiempo natural. Las instalaciones en zonas de baja actividad lumínica (urbanas, bajo nivel isoceráunico) pueden funcionar entre 10 y 15 años antes de requerir su sustitución. Las ubicaciones de alta exposición (rural, cima de montaña, alta frecuencia de tormentas) pueden requerir sustitución cada 3-5 años a pesar de que las especificaciones del SPD sean idénticas.

Los fabricantes especifican la capacidad total de absorción de energía (medida en kJ) que representa la energía de sobretensión acumulada que el SPD puede soportar antes de requerir su sustitución. Un SPD Tipo 2 de 20kA puede especificar una capacidad total de 100kJ. Cada sobretensión consume una parte de esta capacidad: una sobretensión de 10 kA con una forma de onda de 8/20μs consume aproximadamente 25 kJ, lo que deja una capacidad restante de 75 kJ. Después de cuatro eventos similares, el SPD llega al final de su vida útil y es necesario sustituirlo.

La sustitución proactiva basada en la vida útil recomendada por el fabricante (normalmente 10 años) proporciona un enfoque conservador que evita fallos inesperados. En algunas instalaciones se lleva a cabo una sustitución basada en el estado, comprobando los SPD anualmente y sustituyendo los dispositivos que muestren una degradación de la VPL >10% con respecto al valor nominal inicial o un aumento de la corriente de fuga >100%. Este enfoque basado en el estado optimiza el tiempo de sustitución, evitando la eliminación prematura de dispositivos funcionales y previniendo al mismo tiempo el tiempo de inactividad inducido por fallos.

¿Puedo mezclar SPD de tipo 1 y de tipo 2 en la misma instalación fotovoltaica?

La combinación de SPD de Tipo 1 y Tipo 2 en una protección coordinada de varias etapas representa una práctica estándar del sector que optimiza la eficacia de la protección frente al coste. La configuración típica instala los SPD de Tipo 1 en los orígenes del conjunto (máxima exposición) coordinados con los SPD de Tipo 2 en las entradas del inversor (ubicación protegida), creando una protección de defensa en profundidad. El Tipo 1 gestiona la energía de impacto directo, mientras que el Tipo 2 proporciona la fase de protección final para los transitorios residuales.

Una coordinación adecuada requiere una separación mínima del conductor de 10 metros entre las etapas del SPD o una inductancia de desacoplamiento equivalente que garantice que el dispositivo aguas arriba se active antes que el dispositivo aguas abajo. Esta separación permite una distribución natural de la energía en la que el SPD de mayor capacidad aguas arriba desvía la corriente de sobretensión masiva mientras que el SPD de menor capacidad aguas abajo gestiona la tensión residual tras la caída de impedancia del conductor. Ambos dispositivos contribuyen a la protección total sin competir por el control de la corriente de sobretensión.

Verificar que la relación del nivel de protección de tensión (VPL) soporta la jerarquía de coordinación adecuada. Aunque resulte contradictorio, el SPD aguas abajo suele especificar un VPL más bajo que el dispositivo aguas arriba porque la impedancia del conductor garantiza que la activación aguas arriba se produzca en primer lugar. Durante el evento de sobretensión: el SPD aguas arriba se sujeta a su VPL (por ejemplo, 2000V), la impedancia del conductor reduce la tensión adicional, el SPD aguas abajo ve la tensión reducida por debajo de su umbral de activación. Este funcionamiento coordinado proporciona una protección óptima que combina una alta capacidad de energía con una sujeción de tensión ajustada.

¿Qué certificaciones debo exigir para los SPD de CC de tipo 2?

Los requisitos mínimos de certificación para instalaciones fotovoltaicas profesionales incluyen el cumplimiento de la norma IEC 61643-31 verificado por un laboratorio de pruebas acreditado (TÜV, VDE, CSA, Intertek, etc.) y el listado UL 1449 Cuarta Edición para proyectos en Estados Unidos. Estas certificaciones demuestran que el SPD cumple los requisitos de ensayo normalizados para la clasificación de Tipo 2 y satisface las normas de seguridad que impiden que los dispositivos creen peligros adicionales cuando fallan.

Otras valiosas certificaciones son: Certificación del sistema de gestión de calidad ISO 9001 que demuestra que el fabricante mantiene procesos de producción coherentes, certificaciones medioambientales (RoHS, REACH) que verifican el cumplimiento de sustancias restringidas y marcas regionales (CE para Europa, CCC para China) cuando así lo exige la ubicación de la instalación. Algunas especificaciones también exigen pruebas específicas más allá de la certificación mínima, como la resistencia a la niebla salina para instalaciones costeras o pruebas de temperatura prolongada para ubicaciones con climas extremos.

Solicite al fabricante un certificado de conformidad e informes de pruebas reales que documenten el rendimiento medido, en lugar de confiar únicamente en las marcas de certificación. Los informes de las pruebas revelan si el SPD apenas cumple las normas mínimas o si supera con creces los requisitos proporcionando un margen de rendimiento. Busque resultados de pruebas que muestren VPL a varios niveles de corriente (In, 1,5×In, 2×In), capacidad de interrupción de corriente de seguimiento, resultados de pruebas de envejecimiento tras 15 aplicaciones de sobretensión y datos de estabilidad térmica que demuestren la fiabilidad a largo plazo.

Conclusión

Las especificaciones de los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC de tipo 2 proporcionan criterios de selección críticos que garantizan una protección eficaz del sistema fotovoltaico a un coste optimizado. El conocimiento de las normas de clasificación IEC 61643-31, las características de la forma de onda de prueba, los requisitos de nivel de protección de tensión y los valores nominales de corriente de descarga permite a los ingenieros especificar las capacidades de SPD adecuadas que se ajusten a los niveles de amenaza de la instalación sin un exceso innecesario de especificaciones.

Principales conclusiones:
1. La clasificación de tipo 2 prueba los SPD con una forma de onda de 8/20μs que representa las características de sobretensión inducida que requieren menos capacidad energética que la simulación de impacto directo de 10/350μs del tipo 1.
2. El valor nominal MCOV debe superar la tensión máxima del sistema en 25% un margen mínimo que impida que la tensión continua de tensión degrade los elementos del varistor.
3. El nivel de protección de tensión (VPL) determina la eficacia real de la protección: un VPL más bajo proporciona una mejor protección del equipo, pero requiere tolerancias de fabricación más estrictas.
4. La selección de la corriente nominal de descarga (In) depende de la evaluación de la exposición al rayo, con valores más altos que prolongan la vida útil en lugares de alta actividad.
5. Los SPDs Tipo 1 y Tipo 2 se coordinan eficazmente en sistemas de protección multietapa, con el Tipo 1 aguas arriba gestionando los impactos directos y el Tipo 2 aguas abajo proporcionando protección fina a nivel de equipo.

Una especificación adecuada del SPD de Tipo 2 requiere un equilibrio entre los requisitos de protección, las limitaciones de costes y la evaluación de las amenazas específicas de la instalación. Las especificaciones conservadoras que utilizan valores nominales más altos proporcionan una mayor protección y una vida útil más larga, pero aumentan la inversión inicial. Las especificaciones optimizadas ajustan las capacidades del SPD a las amenazas reales previstas, eliminando costes innecesarios y manteniendo al mismo tiempo una protección adecuada para una vida útil del sistema de 25 años.

Recursos relacionados:
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Última actualización: Diciembre de 2025
Autor: Equipo técnico de SYNODE
Revisado por: Departamento de Ingeniería de Protección contra Sobretensiones