¿Qué es la protección en cascada?
La protección en cascada es una estrategia técnica diseñada para proteger instalaciones eléctricas y equipos electrónicos frente a sobretensiones transitorias, mediante la instalación coordinada de varios dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS) ubicados en diferentes puntos de la red eléctrica.
A diferencia de una solución aislada, este sistema actúa de forma progresiva: cada DPS reduce parte de la energía de la sobretensión antes de que alcance los equipos finales. De esta manera, la energía se va disipando por etapas, disminuyendo el riesgo de fallas, daños permanentes o interrupciones operativas.
Este enfoque es especialmente relevante en entornos industriales, comerciales y de infraestructura crítica, donde la continuidad del servicio y la protección de equipos electrónicos sensibles son fundamentales para la operación.
¿Por qué las sobretensiones representan un riesgo crítico?
Las sobretensiones transitorias pueden originarse por múltiples causas, entre ellas:
- Descargas atmosféricas directas o cercanas.
- Maniobras de conexión y desconexión en la red eléctrica.
- Fallas internas de equipos.
- Inducciones electromagnéticas en líneas de energía o datos.
Aunque estas sobretensiones suelen tener una duración muy corta, su alta energía puede dañar componentes electrónicos, degradar aislamientos, afectar sistemas de control o provocar paradas inesperadas. En muchos casos, el daño no es inmediato, sino acumulativo, reduciendo la vida útil de los equipos.
Por esta razón, la protección contra sobretensiones no debe considerarse un complemento opcional, sino un elemento clave del diseño eléctrico moderno.
Principio de funcionamiento: Zonas de Protección contra el Rayo (LPZ)
La protección en cascada se basa en el concepto de Zonas de Protección contra el Rayo (LPZ), utilizado en normativas internacionales de protección eléctrica.
Cada zona representa un nivel de exposición decreciente a la energía de una sobretensión:
- LPZ 0: Zona expuesta directamente a descargas de rayo.
- LPZ 1: Zona protegida parcialmente tras la primera etapa de protección.
- LPZ 2 y siguientes: Zonas internas con niveles de energía residual cada vez menores.
La transición entre estas zonas se logra mediante DPS correctamente seleccionados y coordinados, garantizando que la tensión residual sea compatible con la capacidad de soportar impulsos de los equipos conectados.
Tipos de DPS y su función dentro de la protección en cascada
DPS tipo 1: protección primaria
El DPS tipo 1 es el encargado de hacer frente a corrientes de rayo directas. Su función principal es drenar grandes cantidades de energía hacia tierra, evitando daños estructurales en la instalación eléctrica.
Se instala generalmente en el tablero general de entrada, donde la red pública se conecta con la instalación interna.
Características principales:
- Alta capacidad de descarga.
- Diseñado para soportar impactos directos.
- Tiempo de respuesta más lento.
- Deja una tensión residual elevada.
Por sí solo, el DPS tipo 1 no es suficiente para proteger equipos electrónicos sensibles, pero es indispensable como primera barrera de defensa.
DPS tipo 2: protección intermedia
El DPS tipo 2 se encarga de reducir la tensión residual que deja pasar el DPS tipo 1. Está diseñado para sobretensiones inducidas o atenuadas y se instala en tableros de distribución secundarios.
Características principales:
- Protección media.
- Reduce significativamente la energía residual.
- No soporta descargas directas de rayo.
En muchos sistemas eléctricos, el DPS tipo 2 representa el equilibrio entre protección y costo, pero en instalaciones con electrónica sensible suele ser necesario complementarlo.
DPS tipo 3: protección fina
El DPS tipo 3 es la última etapa de la protección en cascada. No soporta grandes corrientes, pero es extremadamente rápido, lo que permite limitar la tensión a valores muy bajos.
Se instala cerca del equipo a proteger, como sistemas de control, comunicaciones, automatización o equipos electrónicos delicados.
Características principales:
- Protección localizada.
- Muy baja tensión residual.
- Ideal para electrónica sensible.
Veamos algunos ejemplos de protección contra sobretensiones en cascada
Coordinación técnica entre dispositivos de protección
Tensión de protección (Up)
Para que la protección en cascada sea efectiva, la tensión de protección (Up) del DPS debe ser siempre inferior a la tensión soportada a impulso (Uw) del equipo protegido.
En una cascada bien diseñada, la Up debe disminuir progresivamente a medida que se avanza hacia los equipos finales.
Coordinación energética y selectividad
La selectividad garantiza que cada DPS actúe en el momento adecuado:
- El DPS tipo 1 absorbe la mayor parte de la energía.
- El DPS tipo 2 actúa solo ante energía residual.
- El DPS tipo 3 protege frente a picos finales.
Esta coordinación se logra mediante:
- Distancias adecuadas de cableado.
- Elementos de desacoplamiento.
- DPS diseñados para trabajar de forma conjunta.
Ubicación e instalación correcta de DPS en cascada
Una mala instalación puede comprometer incluso el mejor diseño de protección.
Una recomendación clave es que la longitud total de los conductores entre el DPS, la línea y la puesta a tierra sea lo más corta posible, idealmente menor a 50 cm, para minimizar inductancias y tensiones residuales.
Antes de definir la ubicación de los DPS, es imprescindible realizar un estudio previo del esquema unifilar de la instalación eléctrica.
Ejemplos prácticos de protección en cascada
| Etapa | Ubicación | Tipo de DPS | Función |
|---|---|---|---|
| 1 | Tablero general | Tipo 1 | Descarga de rayo |
| 2 | Tablero secundario | Tipo 2 | Atenuación residual |
| 3 | Punto de consumo | Tipo 3 | Protección fina |
Errores comunes al implementar protección contra sobretensiones
- Instalar un solo DPS sin considerar cascada.
- No respetar la longitud de conductores.
- Ignorar la coordinación entre dispositivos.
- No analizar la sensibilidad real de los equipos.
Beneficios de la protección en cascada en entornos B2B
- Mayor confiabilidad del sistema eléctrico.
- Reducción de fallas y paradas no programadas.
- Protección de inversiones tecnológicas.
- Cumplimiento normativo.
- Mayor continuidad operativa.
Criterios clave para seleccionar una protección en cascada adecuada
Antes de seleccionar un sistema de protección, es fundamental evaluar:
- Nivel de exposición a descargas.
- Tipo de instalación.
- Sensibilidad de los equipos.
- Arquitectura eléctrica.
- Coordinación entre DPS.
La protección en cascada no es solo una recomendación técnica, sino una decisión estratégica para garantizar la seguridad, confiabilidad y continuidad de las instalaciones eléctricas modernas. Implementar una correcta coordinación de DPS tipo 1, 2 y 3 permite reducir significativamente el impacto de las sobretensiones, proteger equipos críticos y evitar costos asociados a fallas, paradas no programadas o reemplazos prematuros.
Cada instalación tiene condiciones particulares: nivel de exposición, tipo de carga, arquitectura eléctrica y criticidad de los equipos. Por eso, una selección e implementación adecuada de la protección en cascada debe partir de un análisis técnico especializado.
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