Tabla de Contenidos
- Las juntas aislantes requieren protección contra sobrevoltaje
- Soluciones comunes para proteger juntas aislantes
- ¿Qué ocurre cuando una falla de CA alcanza un spark gap?
- Los dispositivos Dairyland están diseñados para soportar fallas de CA
- Preguntas frecuentes (FAQs)
- ¿Cuál es la diferencia entre un spark gap y un desacoplador DC?
- ¿Por qué las fallas de CA pueden dañar los spark gaps?
- ¿Qué ocurre cuando un spark gap falla en estado abierto?
- ¿Cómo se selecciona el desacoplador DC adecuado para una tubería?
- ¿La interferencia de CA puede afectar la protección catódica y la corrosión de una tubería?
- Referencias
Tanto los spark gaps de aislamiento como los desacopladores DC se utilizan comúnmente para la protección contra sobrevoltaje de juntas aislantes de tuberías y tanques de almacenamiento donde se aplican sistemas de protección catódica.
Los spark gaps suelen utilizarse debido a su costo relativamente bajo. Sin embargo, no están diseñados para muchas de las condiciones de sobrevoltaje que pueden presentarse habitualmente en tuberías.
Sin comprender plenamente sus limitaciones, los operadores pueden poner en riesgo la integridad mecánica de sus activos y al personal operativo frente a eventos eléctricos como fallas de CA y descargas atmosféricas.
Las juntas aislantes requieren protección contra sobrevoltaje
Si una junta aislante se expone a perturbaciones eléctricas que generan tensiones diferenciales superiores al voltaje soportado por el aislador, puede formarse un arco a través o sobre el material aislante.
Este arco puede provocar un cortocircuito en la junta y causar daños permanentes en el material aislante o en la propia junta. La Figura 1 muestra daños en la cara de una brida de una junta aislante sin protección como consecuencia de una falla de CA en la tubería.
La alta energía de la falla no solo perforó la empacadura aislante, sino que también soldó literalmente las dos caras de la brida.
Al quedar la junta aislante en cortocircuito, el sistema de protección catódica (CP) se vio comprometido y la tubería afectada quedó sin una protección adecuada hasta que el cortocircuito fue identificado y corregido.
En este caso, fue necesario reemplazar toda la conexión de la brida empernada, con un costo considerable.
Debido a los evidentes riesgos de seguridad, especialmente en áreas peligrosas, y al potencial de daños costosos en la tubería, una protección contra sobrevoltaje eficaz es esencial para las juntas aislantes.
La tensión diferencial a través de la junta debe mantenerse muy por debajo del voltaje soportado por el aislador durante eventos de descargas atmosféricas y fallas de CA.
Soluciones comunes para proteger juntas aislantes
Cuando existe una protección adecuada, el exceso de voltaje a través de la junta aislante se limita proporcionando una ruta alternativa de menor impedancia para que circule la corriente durante las condiciones de sobrevoltaje.
Para mantener el aislamiento requerido por la protección catódica el dispositivo de protección no debe conducir corriente continua (DC) durante las condiciones normales de operación.
Tanto los dispositivos de estado sólido como los spark gaps de aislamiento se utilizan habitualmente para proteger las juntas aislantes frente a estas perturbaciones eléctricas.
Los spark gaps tienen un costo relativamente bajo y son efectivos frente a descargas atmosféricas. Sin embargo, una de sus principales limitaciones es que sus valores nominales de corriente de falla de CA suelen estar muy por debajo de los niveles de falla observados comúnmente en tuberías.
¿Qué ocurre cuando una falla de CA alcanza un spark gap?
Como aproximación general, pueden esperarse corrientes de falla de CA de 3–10 kArms o superiores a través de un dispositivo de protección de juntas aislantes en tuberías ubicadas cerca de líneas HVAC.
Para aplicaciones específicas, deben utilizarse herramientas de modelado numérico que permitan predecir con mayor precisión la corriente de falla a lo largo de la tubería y determinar los valores nominales adecuados para los dispositivos de protección.
Cualquier dispositivo utilizado en juntas aislantes para protección contra sobrevoltaje debe contar con la capacidad nominal adecuada para operar de forma segura después de exponerse a estos niveles de falla de CA.
Si el dispositivo está subdimensionado para la corriente de falla, puede terminar fallando en estado cerrado. En esta condición, se convierte en un cortocircuito permanente y anula la función del aislador.
También puede fallar en estado abierto, dejando de conducir corriente durante una falla o descarga atmosférica y, por tanto, perdiendo su capacidad de proporcionar la protección adecuada.
Ambos modos de falla son indeseables. Sin embargo, una falla en estado abierto es especialmente problemática porque puede generar riesgos de seguridad por sobrevoltaje o formación de arcos y exponer la junta a posibles daños permanentes.
Para comprender mejor la relación entre el aislamiento eléctrico, la protección catódica y el control de la corrosión, así como la mitigación de los efectos de la corriente alterna y los rayos abordada en la norma NACE SP0177-2026, vea la entrevista técnica de Inspenet TV con especialistas de Dairyland Electrical Industries durante la conferencia de AMPP en marzo del 2026, dedicada al desacoplamiento eléctrico y su papel en los sistemas de protección contra la corrosión.
Rayos vs. fallas de CA: por qué importa la energía
Los spark gaps son efectivos para proteger frente a descargas atmosféricas y corrientes de falla de bajo nivel. Sin embargo, la energía total de una falla de CA es órdenes de magnitud mayor que la de un evento típico de rayo, para el cual están diseñados principalmente estos dispositivos.
Esto ocurre porque una falla de CA puede durar mucho más tiempo y, por tanto, presentar una energía total considerablemente mayor que una descarga atmosférica.
Los spark gaps no están diseñados ni clasificados para soportar el elevado nivel de energía asociado con fallas de CA comunes, y sus valores nominales típicos son de solo 500 Arms durante 200 ms.
Durante la conducción, el arco que se forma entre los electrodos internos separados puede degradarlos y, con el tiempo, provocar una condición de falla abierta (failed-open) o de falla en cortocircuito (failed-shorted).
Cuando el dispositivo falla en estado abierto, los electrodos pueden erosionarse, aumentando la separación entre ellos y elevando el voltaje de cebado (spark-over voltage) requerido para conducir durante eventos posteriores.
En otros escenarios de falla abierta, los componentes terminales pueden romperse o incluso separarse completamente. En cualquiera de estos casos, el resultado es una condición permanente de circuito abierto.
Cuando el dispositivo falla en cortocircuito, la disipación de alta energía sobrecalienta y deforma los componentes internos hasta generar un cortocircuito permanente.
Qué revelan las pruebas de corriente de falla
Las Figuras 2–5 muestran un ejemplo de un spark gap que falló en estado abierto durante las pruebas de corriente de falla.
La Figura 2 muestra el oscilograma de un spark gap nuevo durante una prueba inicial de 2500 Arms / 745 Vrms a 60 Hz durante 200 ms.
Una vez que el voltaje a través de la unidad (traza azul) supera el voltaje de cebado (-784 V en esta prueba), el dispositivo comienza a conducir y permite el paso de corriente (traza roja).
Se realizaron pruebas sucesivas sobre esta muestra, dejando tiempo entre ellas para permitir su enfriamiento. Durante la sexta prueba a 2500 Arms, el dispositivo había fallado en estado abierto, como muestra la Figura 3.
Aunque el voltaje a través del dispositivo (traza azul) alcanzó 1043 Vpk, muy por encima del voltaje de cebado, no circuló corriente (traza roja) a través de la unidad.
La Figura 4 muestra los componentes internos de esta muestra después de la falla, mientras que la Figura 5 presenta los componentes internos de una muestra similar antes de las pruebas.
Como puede observarse en la Figura 4, el electrodo parece haber perdido material, aumentando la separación entre los electrodos.
Cabe señalar que esta unidad fue probada muy por encima de su corriente nominal de CA publicada. Sin embargo, el modo de falla observado revela debilidades inherentes asociadas con la tecnología básica de un spark gap cuando se expone a niveles de corriente de falla comunes en tuberías.
Al igual que la muestra ensayada, estos dispositivos pueden fallar en estado abierto, dejando la junta aislante, el tanque de almacenamiento u otro activo protegido expuesto a posibles arcos eléctricos hasta que el dispositivo sea reemplazado.
Debido a que el dispositivo falla en estado abierto, esta condición potencialmente peligrosa no puede detectarse fácilmente en campo mediante una comprobación básica de resistencia.
Los dispositivos Dairyland están diseñados para soportar fallas de CA
A diferencia de los spark gaps, los desacopladores para mitigación de voltaje de CA de Dairyland y dispositivos de protección contra sobrevoltaje están diseñados y fabricados para proteger juntas aislantes y tuberías frente a fallas de CA de alta energía comunes en estas instalaciones.
Los dispositivos Dairyland más utilizados están clasificados y certificados para 3,7 kArms a 0,6 s, y existen opciones con capacidades de hasta 15 kArms a 0,6 s.
Los dispositivos Dairyland también ayudan a proteger al personal frente a condiciones de sobrevoltaje y presentan voltajes de enclavamiento (clamping voltage) considerablemente inferiores a los de los spark gaps.
A diferencia de estos últimos, los dispositivos de estado sólido Dairyland han demostrado un nivel de confiabilidad que elimina la necesidad de pruebas periódicas o reemplazos programados.
Esta confiabilidad puede traducirse en menores costos de operación y mantenimiento, al tiempo que contribuye a la protección a largo plazo de los activos de tuberías.
¿Necesita mejorar la protección de su tubería?
Explore la gama de desacopladores DC y dispositivos de protección contra sobrevoltaje de Dairyland, o contacte con Dairyland Electrical Industries a través de Inspenet Corporate para conocer las soluciones disponibles para su aplicación.
Preguntas frecuentes (FAQs)
¿Cuál es la diferencia entre un spark gap y un desacoplador DC?
Ambas tecnologías pueden proporcionar protección contra sobrevoltaje mientras mantienen el aislamiento DC requerido durante condiciones normales de operación.
Los spark gaps utilizan electrodos separados que comienzan a conducir al alcanzar su voltaje de cebado. Los desacopladores DC de estado sólido están diseñados para conducir corrientes de falla de CA y descargas atmosféricas dentro de sus valores nominales, manteniendo al mismo tiempo el aislamiento DC requerido.
¿Por qué las fallas de CA pueden dañar los spark gaps?
Una falla de CA puede exponer al dispositivo de protección a una energía total considerablemente mayor que un evento típico de rayo porque la falla puede mantenerse durante mucho más tiempo.
Cuando un spark gap conduce, se forma un arco entre sus electrodos internos. La exposición a corrientes de falla de alta energía puede degradarlos y eventualmente contribuir a una condición de falla abierta o en cortocircuito.
¿Qué ocurre cuando un spark gap falla en estado abierto?
En una condición de falla abierta, el dispositivo deja de proporcionar una ruta conductora durante una falla de CA o una descarga atmosférica.
Esto puede dejar la junta aislante sin una protección eficaz, aumentando el potencial de formación de arcos, daños en los equipos y riesgos para la seguridad. Esta condición también puede ser difícil de identificar mediante una comprobación básica de resistencia en campo.
¿Cómo se selecciona el desacoplador DC adecuado para una tubería?
La selección debe basarse en las condiciones eléctricas y los requisitos de protección específicos de la aplicación, en lugar de depender de un único valor nominal universal.
Deben considerarse la corriente de falla esperada y su duración, la exposición a descargas atmosféricas, los requisitos de clamping, la protección catódica y las condiciones de instalación.
En aplicaciones específicas, el modelado numérico puede ayudar a determinar los niveles esperados de corriente de falla y la capacidad nominal adecuada del dispositivo.
¿La interferencia de CA puede afectar la protección catódica y la corrosión de una tubería?
Sí. Los sistemas eléctricos de CA pueden interactuar con las tuberías metálicas y sus sistemas de control de corrosión, por lo que la interferencia de CA debe considerarse en el diseño y operación de sistemas de protección catódica y mitigación.
NACE SP0177 aborda prácticas para mitigar los efectos de la corriente alterna y las descargas atmosféricas sobre estructuras metálicas y sistemas de control de corrosión, incluidas las estructuras influenciadas por sistemas aéreos de transmisión eléctrica de CA.
Referencias
- Dairyland Electrical Industries. Over-Voltage Protection: The Critical Differences Between Spark Gaps and DC Decouplers. Artículo técnico original y fuente primaria de esta publicación.
- Dairyland Electrical Industries. Documentación técnica y especificaciones de productos para desacopladores DC y dispositivos de protección contra sobrevoltaje.
- AMPP — Association for Materials Protection and Performance. NACE SP0177-2026: Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems.
- Inspenet TV. Desacoplamiento eléctrico y control de la corrosión. Entrevista técnica con especialistas de Dairyland Electrical Industries durante AMPP 2026.
