El Artículo 242 del Código Eléctrico Nacional establece normas para la protección contra sobretensiones en instalaciones eléctricas. La Parte I aborda su ámbito de aplicación, las condiciones para equipos reacondicionados y otros artículos relacionados.
La Parte II cubre los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de hasta 1000 voltios, especificando tipos, clasificación de corriente de cortocircuito, ubicación y conexión de conductores.
En la Parte III, se detallan los requisitos para pararrayos de más de 1000 voltios, incluyendo su clasificación, número requerido, ubicación y las conexiones a tierra necesarias para asegurar una protección adecuada frente a sobretensiones en sistemas de alta tensión.
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Parte I. Generalidades
242.1 Ámbito de aplicación.
Este artículo proporciona los requisitos generales, los requisitos de instalación y los requisitos de conexión para la protección contra sobretensiones y los dispositivos de protección contra sobretensiones. La Parte II cubre los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) instalados permanentemente en sistemas de cableado de instalaciones de no más de 1000 voltios nominales, mientras que la Parte III cubre los pararrayos instalados permanentemente en sistemas de cableado de instalaciones de más de 1000 voltios nominales.
Explicación ampliada
Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (SPD): Diferencias y Ubicaciones de Instalación
La diferencia entre los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) según la Parte II y Parte III del código eléctrico está relacionada principalmente con la tensión nominal del sistema de suministro. Los distintos tipos de SPD se clasifican de acuerdo con su ubicación en el sistema de cableado de una instalación eléctrica.
Tipos de SPD y Sus Ubicaciones de Instalación
- SPD de Tipo 1: Estos dispositivos se pueden conectar en el lado de alimentación del servicio o antes del medio de desconexión principal del edificio. Su función principal es proteger contra sobretensiones externas, como las causadas por rayos.
- SPD de Tipo 2 y Tipo 3: Estos dispositivos deben instalarse en el lado de carga, después de los dispositivos de protección contra sobrecorriente (OCPD). En ediciones anteriores, los SPD de tipo 2 y tipo 3 se conocían como supresores de sobretensiones transitorias (TVSS). Su función es proteger equipos y sistemas sensibles de sobretensiones internas, como las originadas por el funcionamiento de equipos dentro del edificio.
Ejemplos de SPD
A continuación se presentan dos ejemplos comunes de dispositivos SPD para aplicaciones residenciales y comerciales:
- Ejemplo 1: SPD de Tipo 1 en el tablero principal, instalado antes del interruptor de desconexión, para proteger contra sobretensiones inducidas externamente.
- Ejemplo 2: SPD de Tipo 2 instalado en subtableros de áreas específicas, diseñado para reducir las sobretensiones internas en circuitos de equipos sensibles.
Al entender la ubicación adecuada para cada tipo de SPD, se optimiza la protección y se asegura el cumplimiento de las normativas de seguridad eléctrica.
242.2 Equipo reacondicionado.
Los SPD y pararrayos no deberán reacondicionarse.
242.3 Otros artículos.
Los equipos deberán estar protegidos contra sobretensiones de acuerdo con el artículo de este Código que cubra el tipo de equipo o ubicación especificado en la Tabla 242.3 .
| Equipo | Artículo |
|---|---|
| Ubicaciones de clase I | 501 |
| Ubicaciones de clase II | 502 |
| Sistemas de distribución de televisión y radio con antena comunitaria | 820 |
| Sistemas de energía para operaciones críticas | 708 |
| Ascensores, montaplatos, escaleras mecánicas, pasillos móviles, plataformas elevadoras y salvaescaleras | 620 |
| Sistemas de emergencia | 700 |
| Equipos de más de 1000 voltios, nominales | 495 |
| Bombas contra incendios | 695 |
| Maquinaria industrial | 670 |
| Equipos de tecnología de la información | 645 |
| Centros de datos modulares | 646 |
| Conductores aéreos exteriores de más de 1000 voltios | 395 |
| Equipos de radio y televisión | 810 |
| Receptáculos, conectores de cables y enchufes de conexión (tapas) | 406 |
| Sistemas eólicos eléctricos | 694 |
Parte II. Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD), 1000 voltios o menos
242.6 Certificados.
Un SPD deberá ser un dispositivo homologado.
Explicación ampliada
Norma UL 1449 para Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (SPD)
La norma UL 1449 establece los requisitos para los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD), clasificándolos en cuatro tipos principales: tipo 1, tipo 2, tipo 3 y tipo 4. Estos dispositivos están diseñados para proteger instalaciones eléctricas y equipos contra daños provocados por picos de voltaje.
Instalación en Diferentes Sistemas de Conexión a Tierra
Los SPD según la norma UL 1449 pueden instalarse en diversos sistemas de conexión a tierra:
- Sistemas sin conexión a tierra.
- Sistemas con conexión a tierra por impedancia.
- Sistemas con conexión a tierra en un vértice.
Es importante que el SPD esté listado para la característica específica del sistema de conexión a tierra, conforme a la sección 242.12 (2) del Código Eléctrico Nacional (NEC).
Esta claridad en la normativa UL 1449 permite a los profesionales de la ingeniería eléctrica seleccionar el SPD adecuado, mejorando la seguridad y la protección de los sistemas eléctricos.
242.8 Clasificación de corriente de cortocircuito.
El SPD deberá estar marcado con una corriente nominal de cortocircuito y no deberá instalarse en un punto del sistema donde la corriente de falla disponible supere esa corriente nominal. Este requisito de marcado no se aplicará a los receptáculos.
Explicación ampliada
Protección contra Sobretensiones en Sistemas Eléctricos Residenciales y Comerciales
En los sistemas eléctricos residenciales y comerciales pequeños, se instala un Dispositivo de Protección contra Sobretensiones (SPD) principalmente en el equipo de entrada de servicio o cerca de este. Esto ayuda a proteger todo el sistema eléctrico desde su origen contra picos de voltaje inesperados.
Protección en Sistemas Comerciales e Industriales
En sistemas eléctricos comerciales e industriales de mayor tamaño, la protección contra sobretensiones depende del voltaje del sistema:
- Para sistemas de hasta 1000 V: se utiliza un SPD de tipo 1, que se instala en el lado de la línea del equipo de servicio, proporcionando una primera capa de protección.
- Para sistemas de más de 1000 V: se emplean dispositivos de protección específicos de la Parte III del NEC. Estos también se ubican en el lado de la línea del equipo de servicio.
Además de la protección inicial, se pueden instalar niveles adicionales de SPDs en puntos intermedios del sistema de distribución, como en tableros que alimentan cargas vulnerables a transitorios de voltaje. Esto garantiza una defensa escalonada a lo largo del sistema.
Protección en el Punto de Uso
En el punto donde se conecta el equipo de uso final, como computadoras o dispositivos electrónicos, se pueden instalar SPDs de tipo 3 en forma de receptáculos o regletas de enchufes. Estos dispositivos ayudan a filtrar pequeños transitorios que hayan pasado por los SPDs de servicio y también aquellos generados dentro del edificio. Estos SPDs de tipo 3 protegen equipos sensibles eliminando picos de voltaje residuales en el punto de uso.
Ejemplo de Dispositivo de Protección contra Sobretensiones en el Punto de Uso
Un ejemplo típico de un SPD en el punto de uso es una regleta de enchufes con protección contra sobretensiones, ideal para proteger dispositivos electrónicos y de computación en entornos residenciales y comerciales.
242.9 Indicación.
Un SPD deberá proporcionar indicación de que está funcionando correctamente.
242.12 Usos no permitidos.
No se deberá instalar un dispositivo SPD en los siguientes casos:
- (1)Circuitos de más de 1000 voltios
- (2)En sistemas sin conexión a tierra, sistemas conectados a tierra por impedancia o sistemas delta conectados a tierra en un vértice, a menos que se indique específicamente para su uso en estos sistemas
- (3)Cuando la clasificación del SPD sea menor que el voltaje continuo máximo de fase a tierra a la frecuencia de potencia disponible en el punto de aplicación
242.13 SPD tipo 1.
Los SPD tipo 1 se deberán instalar de acuerdo con 242.13(A) y (B).
(A) Instalación.
Se permitirá que los SPD tipo 1 se conecten de acuerdo con una de las siguientes condiciones:
- (1)Al lado de suministro del servicio se desconecta según lo permitido en 230.82 (4)
- (2)Como se especifica en 242.14
(B) En el servicio.
Cuando se instalen en servicios, los SPD tipo 1 se conectarán a uno de los siguientes:
- (1)Conductor de servicio puesto a tierra
- (2)Conductor de electrodo de puesta a tierra
- (3)Electrodo de puesta a tierra para el servicio
- (4)Terminal de puesta a tierra del equipo en el equipo de servicio
Explicación ampliada
Aunque son aceptables cuatro ubicaciones para conectar el cable de puesta a tierra del SPD, se debe cumplir el requisito de 242.24 que cubre la longitud y el enrutamiento físico del conductor.
242.14 SPD tipo 2.
Los SPD tipo 2 se deben instalar de acuerdo con 242.14 (A) a (C).
(A) Edificio o estructura con suministro de servicio.
Los SPD tipo 2 se deben conectar en cualquier lugar del lado de carga de un dispositivo de desconexión de sobrecorriente de servicio requerido en 230.91, a menos que se instalen de acuerdo con 230.82 (8).
(B) Edificio o estructura abastecida por alimentador.
Los SPD tipo 2 se deben conectar al edificio o estructura en cualquier lugar del lado de carga del primer dispositivo de sobrecorriente en el edificio o estructura.
(C) Sistema derivado por separado.
El SPD se conectará en el lado de carga del primer dispositivo de sobrecorriente en un sistema derivado por separado.
242.16 SPD tipo 3.
Se permitirá la instalación de SPD tipo 3 en el lado de carga de la protección contra sobrecorriente del circuito derivado hasta el equipo al que se alimenta. Si se incluye en las instrucciones del fabricante, la conexión del SPD tipo 3 deberá estar a una distancia mínima de 10 m (30 pies) del conductor desde la acometida o el sistema derivado por separado.
Explicación ampliada
Ubicación de Instalación de los SPD en el Sistema Eléctrico
La ubicación de los Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (SPD) en un sistema eléctrico depende del tipo de SPD que se instale. La norma UL 1449, titulada Norma para dispositivos de protección contra sobretensiones, es la referencia principal utilizada para evaluar la seguridad y rendimiento de los SPD en instalaciones eléctricas.
SPD Tipo 2: Requisitos de Instalación
- Conexión al lado de carga: Los SPD Tipo 2 deben instalarse en el lado de carga de la protección contra sobrecorriente que actúa como desconexión del servicio. Este requisito está indicado en la sección 230.82(8) del Código Eléctrico Nacional.
- Protección en entornos hostiles: Cuando un SPD Tipo 2 se conecta en el lado de carga del primer dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD) en una estructura alimentada por un alimentador, se protege contra sobretensiones externas, como descargas de rayos.
SPD Tipo 3: Requisitos de Instalación
- Conexión al circuito derivado: Un SPD Tipo 3 debe instalarse en el lado de carga de un OCPD que protege un circuito derivado.
Excepciones de Instalación para SPD de Tipo 1 y Tipo 2
Existen dos excepciones importantes en el Código Eléctrico Nacional para los SPD de Tipo 1 y Tipo 2 que permiten su instalación en el lado de la línea, antes del medio de desconexión del servicio:
- SPD de Tipo 1: Según la sección 230.82(4), los SPD Tipo 1 pueden instalarse en el lado de la línea del medio de desconexión del servicio.
- SPD de Tipo 2: La sección 230.82(8) permite también la instalación de SPD Tipo 2 en el lado de la línea del medio de desconexión del servicio.
Medio de Desconexión y Protección para SPD
De acuerdo con la sección 230.71(A)(2), se permite un medio de desconexión adicional en el equipo de servicio para SPD integrados como parte del equipo listado. Este medio de desconexión específico para el SPD no se cuenta dentro del límite de seis desconexiones permitidas, siempre que el fabricante proporcione el SPD y su medio de desconexión en un equipo listado.
242.18 SPD tipo 4 y otros tipos de componentes.
Los conjuntos de componentes tipo 4 y otros tipos de componentes SPD solo deben ser instalados por el fabricante del equipo.
Explicación ampliada
Los SPD tipo 4 y otros tipos de componentes son dispositivos incompletos que solo son aceptables si se instalan como parte de un equipo listado.
242.20 Número requerido.
Cuando se utilice en un punto de un circuito, el SPD deberá conectarse a cada conductor sin conexión a tierra.
242.22 Ubicación.
Se permitirá que los SPD se ubiquen en interiores o exteriores y se harán inaccesibles para personas no calificadas, a menos que estén listados para su instalación en ubicaciones accesibles.
242.24 Enrutamiento de conductores .
Los conductores utilizados para conectar el SPD a la línea o bus y a tierra no deberán ser más largos de lo necesario y deberán evitar curvas innecesarias.
Explicación ampliada
Optimización de la Conexión a Tierra para SPD en Sistemas de Protección contra Sobretensiones
Las corrientes de alta frecuencia, como las generadas por descargas de rayos, tienden a disminuir la efectividad de los conductores de puesta a tierra en dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD). Para maximizar el rendimiento de los SPD, es fundamental limitar la longitud del conductor de conexión a tierra. Utilizar conductores cortos y con el menor número de curvas reduce la impedancia, lo cual disminuye la tensión de sujeción y mejora la protección contra sobretensiones.
La máxima protección se obtiene al instalar el SPD lo más cerca posible del equipo que debe protegerse. En la imagen a continuación, se muestra un SPD Tipo 2 montado directamente en un tablero de distribución. Esta configuración minimiza la distancia entre el sistema eléctrico y el SPD, asegurando una respuesta rápida y eficiente ante sobretensiones.
242.28 Tamaño del conductor.
Los conductores de línea SPD y los conductores a tierra no deben ser más pequeños que 14 AWG de cobre o 12 AWG de aluminio.
242.30 Conexión entre conductores.
Se permitirá conectar un SPD entre dos conductores cualesquiera: conductor(es) sin conexión a tierra, conductor conectado a tierra, conductor de conexión a tierra del equipo o conductor de electrodo de conexión a tierra. El conductor conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra del equipo se interconectarán únicamente mediante el funcionamiento normal del SPD durante una sobretensión.
242.32 Conexiones y envolventes de conductores de electrodos de puesta a tierra.
Salvo lo indicado en este artículo, las conexiones de puesta a tierra de los SPD se realizarán según lo especificado en el Artículo 250 , Parte III. Los conductores de electrodos de puesta a tierra instalados en envolventes metálicos deberán cumplir con 250.64(E) .
Parte III. Pararrayos de más de 1000 voltios
242.40 Usos no permitidos.
No se deberá instalar un pararrayos cuando su capacidad nominal sea menor que el voltaje continuo máximo de fase a tierra en la frecuencia de potencia disponible en el punto de aplicación.
Explicación ampliada
Sobretensiones en Circuitos Eléctricos: Causas y Norma IEEE
Las sobretensiones, que pueden alcanzar picos de varios miles de voltios, no son infrecuentes incluso en circuitos de baja tensión, como los de 120 V. Estas sobretensiones se originan principalmente por:
- Inducción de Tensión en Líneas Eléctricas: La caída de rayos cerca de las líneas de transmisión induce altos niveles de tensión en los conductores, lo que genera picos de voltaje.
- Conmutación de Circuitos Inductivos: El cambio o conmutación de circuitos con carga inductiva produce también aumentos repentinos de tensión.
Para la protección contra estos fenómenos, la norma IEEE C62.11 regula el uso de pararrayos de óxido metálico en circuitos de corriente alterna con tensiones superiores a 1 kV. Esta normativa establece los requisitos de diseño y desempeño para dispositivos de protección contra sobretensiones.
242.42 Clasificación del pararrayos .
La clasificación del ciclo de trabajo de un pararrayos no debe ser inferior al 125 por ciento del voltaje operativo continuo máximo disponible en el punto de aplicación .
Para sistemas sólidamente conectados a tierra, la tensión máxima de funcionamiento continuo será la tensión de fase a tierra del sistema.
Para sistemas de impedancia o sin conexión a tierra, la tensión máxima de funcionamiento continuo será la tensión de fase a fase del sistema.
Nota informativa nº 1:
Consulte IEEE C62.11-2020, Norma para pararrayos de óxido metálico para circuitos de potencia de corriente alterna (>1 kV) , e IEEE C62.22-2009, Guía para la aplicación de pararrayos de óxido metálico para sistemas de corriente alterna , para obtener más información sobre los pararrayos.
Nota informativa nº 2:
La selección de un pararrayos de óxido metálico con la clasificación adecuada se basa en consideraciones sobre la tensión máxima de funcionamiento continuo y la magnitud y duración de las sobretensiones en la ubicación del pararrayos, según se vean afectadas por fallas de fase a tierra, técnicas de conexión a tierra del sistema, sobretensiones transitorias y otras causas. Consulte las reglas de aplicación del fabricante para seleccionar el pararrayos específico que se utilizará en una ubicación particular.
242.44 Número requerido.
Cuando se utilice en un punto de un circuito, se deberá conectar un pararrayos a cada conductor no puesto a tierra. Se permitirá una única instalación de dichos pararrayos para proteger varios circuitos interconectados si ningún circuito está expuesto a sobretensiones mientras está desconectado de los pararrayos.
242.46 Ubicación.
Se permitirá la instalación de pararrayos en interiores o exteriores. Los pararrayos deberán ser inaccesibles para personas no calificadas, a menos que estén aprobados para su instalación en lugares accesibles.
Explicación ampliada
Ubicación ideal para el DPS: máxima protección contra sobretensiones
Para lograr la máxima protección del equipo contra sobretensiones, es fundamental instalar el Dispositivo de Protección contra Sobretensiones (DPS) lo más cerca posible del equipo que se desea proteger. Cuando se produce una sobretensión y pasa a través de un pararrayos, se genera una onda reflejada que se desplaza en ambas direcciones a través de los conductores conectados al pararrayos.
Importancia de la distancia entre DPS y equipo protegido
La magnitud de la onda reflejada aumenta a medida que aumenta la distancia desde el pararrayos. Por lo tanto, si la longitud del conductor entre el equipo protegido y el pararrayos es corta, se minimiza la intensidad de la onda reflejada que llega al equipo. Esto reduce significativamente el impacto de la sobretensión en los dispositivos protegidos.
242.48 Enrutamiento de conductores de puesta a tierra de equipos pararrayos.
El conductor utilizado para conectar el pararrayos a la línea, barra o equipo y a un conductor de puesta a tierra del equipo o punto de conexión del electrodo de puesta a tierra según lo dispuesto en 242.50 no debe ser más largo de lo necesario y debe evitar curvas innecesarias.
Conexión 242.50.
El pararrayos deberá estar conectado a uno de los siguientes:
- (1)Conductor de servicio puesto a tierra
- (2)Conductor de electrodo de puesta a tierra
- (3)Electrodo de puesta a tierra para el servicio
- (4)Terminal de puesta a tierra del equipo en el equipo de servicio
242.52 Conductores pararrayos.
El conductor entre el pararrayos y la línea, y el pararrayos y la conexión a tierra, no debe ser menor que 6 AWG de cobre o aluminio.
242.54 Interconexiones.
El pararrayos que protege un transformador que alimenta un sistema de distribución secundario deberá interconectarse como se especifica en 242.54(A) , (B) o (C).
(A) Interconexiones metálicas.
Se deberá realizar una interconexión metálica con el conductor de circuito conectado a tierra secundario o con el conductor del electrodo de conexión a tierra del circuito secundario, si, además de la conexión a tierra directa en el pararrayos, la conexión cumple con 242.54(A)(1) o (A)(2).
(1) Conexión a tierra adicional.
El conductor puesto a tierra del secundario tiene una conexión a tierra en otro lugar que lo lleva a un sistema de tuberías subterráneas de agua de metal continuo. En áreas urbanas con tuberías de agua donde hay al menos cuatro conexiones de tuberías de agua en el conductor neutro y no menos de cuatro conexiones de este tipo en cada milla de conductor neutro, se permitirá que la interconexión metálica se realice al conductor neutro secundario sin la conexión a tierra directa en el pararrayos.
(2) Conexión del sistema neutro con múltiples conexiones a tierra.
El conductor puesto a tierra del sistema secundario es parte de un sistema neutro multipuesto a tierra o cable estático cuyo conductor neutro primario o cable estático tiene al menos cuatro conexiones a tierra en cada 1,6 km (1 milla) de línea además de una conexión a tierra en cada servicio.
Explicación ampliada
Para lograr la máxima protección en un transformador que alimenta un sistema secundario, el Supresor de Picos de Voltaje (SPD) debe estar instalado adecuadamente. Es esencial que el conductor de puesta a tierra del sistema secundario esté conectado en al menos cuatro puntos de puesta a tierra por cada milla del conductor neutro primario. Esta configuración optimiza la protección y minimiza los riesgos de sobrevoltajes en el sistema.
Recomendación clave:
- Asegúrate de que el conductor de puesta a tierra esté correctamente conectado en múltiples puntos de la línea primaria. Esto refuerza la estabilidad y la seguridad del sistema secundario frente a picos de voltaje.
Beneficios:
- Mejora la vida útil de los equipos conectados al sistema secundario.
- Disminuye el impacto de los sobrevoltajes.
- Aumenta la confiabilidad del sistema eléctrico.
(B) A través de un espacio entre chispas o dispositivo.
Cuando el conductor del electrodo de puesta a tierra del pararrayos no esté conectado como en 242.54(A) , o cuando el secundario no esté conectado a tierra como en 242.54(A) pero esté conectado a tierra de otro modo como en 250.52 , se deberá realizar una interconexión a través de un descargador de chispas o un dispositivo listado según lo requerido por 242.54(B)(1) o (B)(2).
Explicación ampliada
Dispositivo de Descarga de Chispas: Función y Operación
Un dispositivo de descarga de chispas consta de dos conductores separados por un espacio que comúnmente está lleno de un gas, como el aire. Su función principal es proteger los sistemas eléctricos de sobretensiones.
¿Cómo Funciona un Dispositivo de Descarga de Chispas?
Cuando la diferencia de voltaje entre los conductores alcanza un nivel crítico, superior al voltaje de ruptura del gas, se forma un arco eléctrico. Este arco ioniza el gas en el espacio entre los conductores, reduciendo su resistencia eléctrica. Como resultado, la sobretensión es dirigida hacia tierra, protegiendo los equipos eléctricos de posibles daños.
Beneficios del Dispositivo de Descarga de Chispas
- Protección efectiva: Evita que las sobretensiones dañen los sistemas eléctricos.
- Fácil instalación: Su diseño simple facilita la implementación en diversas aplicaciones eléctricas.
Este tipo de dispositivos es esencial en sistemas de protección contra sobretensiones, garantizando la seguridad y la durabilidad de los equipos.
(1) Sistema primario no puesto a tierra o sin conexión a tierra.
Para sistemas primarios no conectados a tierra o no conectados a tierra, el descargador de chispas o un dispositivo listado deberá tener un voltaje de ruptura de 60 Hz de al menos el doble del voltaje del circuito primario pero no necesariamente más de 10 kV, y deberá haber al menos otra conexión a tierra en el conductor conectado a tierra del secundario que esté a no menos de 6,0 m (20 pies) de distancia del electrodo de conexión a tierra del pararrayos.
(2) Sistema primario con neutro multiconectado a tierra.
Para sistemas primarios con neutro multiconectado a tierra, el descargador de chispas o el dispositivo listado deberá tener una ruptura de 60 Hz de no más de 3 kV, y deberá haber al menos otra conexión a tierra en el conductor conectado a tierra del secundario que esté a no menos de 6,0 m (20 pies) de distancia del electrodo de conexión a tierra del pararrayos.
(C) Con permiso especial.
Se permitirá realizar una interconexión de la tierra del pararrayos y el conductor neutro secundario, excepto lo dispuesto en 242.54(A) o (B), solo mediante permiso especial.
242.56 Conexiones y envolventes de conductores de electrodos de puesta a tierra.
Salvo lo indicado en este artículo, las conexiones de los conductores de electrodos de puesta a tierra del pararrayos se deberán realizar según lo especificado en el Artículo 250 , Partes III y X. Los conductores de electrodos de puesta a tierra instalados en envolventes metálicos deberán cumplir con 250.64(E) .