Protección eléctrica en áreas clasificadas: Cuándo usar PCRH u OVP

La protección eléctrica en áreas clasificadas es un elemento fundamental para garantizar la seguridad operacional, preservar la integridad de los activos metálicos y mantener la eficiencia de los sistemas de protección catódica. Las estructuras enterradas o expuestas asociadas al transporte de hidrocarburos, instalaciones industriales y ductos requieren soluciones capaces de controlar riesgos eléctricos como sobretensiones, fallas AC, descargas atmosféricas y voltajes AC inducidos.

En este contexto, la selección adecuada entre los dispositivos PCRH (Polarization Cell Replacement) y OVP (Overvoltage Protector) permite establecer una estrategia efectiva de protección, evitando interferencias con la protección catódica y asegurando la continuidad eléctrica requerida en ambientes clasificados. La decisión entre uno u otro depende principalmente de si el sistema necesita continuidad de corriente alterna (CA) con aislamiento de corriente continua (CC) o únicamente protección frente a eventos transitorios como rayos y fallas eléctricas.

Qué problema eléctrico existe en áreas clasificadas

Las instalaciones con estructuras metálicas protegidas mediante protección catódica enfrentan diferentes fenómenos eléctricos que pueden comprometer la seguridad y el desempeño del sistema:

• Voltajes AC inducidos en estado estable por proximidad a líneas eléctricas de alta tensión.
• Sobretensiones transitorias generadas por descargas atmosféricas o maniobras eléctricas.
• Fallas AC que pueden introducir corrientes peligrosas hacia tuberías, tanques u otras estructuras metálicas.
• Interrupciones del aislamiento eléctrico debido a daños en juntas aislantes.
• Corrientes parásitas DC que pueden afectar la polarización y desempeño del sistema de protección catódica.

En estos casos, el desafío consiste en proporcionar una ruta segura para las corrientes peligrosas sin comprometer la corriente continua necesaria para proteger el activo contra la corrosión.

PCRH: desacoplo DC y continuidad AC

El PCRH (Polarization Cell Replacement) está diseñado principalmente para aplicaciones donde existe un sistema de protección catódica que requiere mantener la separación eléctrica en corriente continua, pero permitir una conexión segura en corriente alterna.

Su función principal es:

• Bloquear el flujo de corriente continua (DC) durante la operación normal.
• Permitir el paso controlado de corriente alterna hacia tierra.
• Proporcionar una vía de descarga para eventos de falla AC y rayos.
• Mantener la efectividad del sistema de protección catódica.

A diferencia de un dispositivo convencional de unión eléctrica permanente, el PCRH permite conservar la polarización catódica de la estructura mientras proporciona protección frente a condiciones eléctricas externas.

Una aplicación frecuente ocurre en tuberías enterradas paralelas a líneas de transmisión eléctrica, donde la inducción electromagnética puede generar voltajes AC inducidos en estado estable. En estos casos, el PCRH puede utilizarse como parte de una estrategia de mitigación AC, reduciendo riesgos de choque eléctrico, corrosión por corriente alterna y daños en componentes aislantes.

También es utilizado en:

• Protección de juntas aislantes.
• Estructuras con protección catódica.
• Sistemas donde se requiere desacoplo DC y continuidad AC.
• Instalaciones expuestas a fallas eléctricas y descargas atmosféricas.

OVP: protección ante rayo y falla AC

El OVP (Overvoltage Protector) está diseñado para limitar sobretensiones transitorias que pueden afectar componentes eléctricos sensibles o elementos aislados dentro del sistema.

Su función principal es:

• Desviar picos de tensión generados por rayos.
• Reducir sobretensiones por maniobras eléctricas.
• Proteger juntas aislantes y equipos conectados.
• Limitar el voltaje máximo aplicado sobre componentes eléctricos.

Sin embargo, el OVP no está diseñado para conducir continuamente voltajes de corriente alterna en estado estable. Si existe una tensión AC inducida permanente, el dispositivo podría operar fuera de su condición normal, reduciendo su capacidad de protección y comprometiendo su vida útil.

Por esta razón, su aplicación es más adecuada cuando:

• No existe una componente AC permanente.
• El riesgo principal corresponde a eventos transitorios.
• Se requiere una limitación estricta de tensión sobre elementos aislados.

Cuándo la AC inducida cambia la selección

La presencia de AC inducida en estado estable es uno de los factores más importantes para decidir entre PCRH y OVP.

Cuando una tubería está ubicada cerca de líneas eléctricas de potencia, puede experimentar una tensión alterna continua debido al acoplamiento electromagnético. Esta condición puede producir:

• Corrosión acelerada por corriente alterna.
• Riesgo de contacto eléctrico para personal operativo.
• Daños en revestimientos.
• Fallas en juntas aislantes.
• Interferencia con sistemas de monitoreo.

En estos escenarios, un OVP convencional puede no ser la solución adecuada debido a que no está diseñado para descargar continuamente corriente AC.

El PCRH, en cambio, permite una ruta permanente para la corriente alterna mientras mantiene el aislamiento DC requerido para la protección catódica.

La selección correcta debe considerar:

• Nivel de voltaje AC inducido.
• Corriente disponible durante fallas.
• Características del sistema de protección catódica.
• Ubicación del activo respecto a fuentes eléctricas externas.
• Requisitos de clasificación eléctrica del área.

El rol de los desacopladores de CC en los sistemas de protección catódica

La protección catódica (PC) es una técnica muy eficaz para minimizar la corrosión en estructuras de acero enterradas, pero requiere que la tubería esté perfectamente aislada de tierra mediante revestimientos y juntas de aislamiento. Sin embargo, estas estructuras también necesitan una puesta a tierra eléctrica indispensable para mitigar los rayos, las fallas y la inducción de corriente alterna (CA) de las redes eléctricas cercanas. Este doble requerimiento crea un conflicto técnico, ya que las puestas a tierra tradicionales introducen vías de escape no deseadas que drenan la corriente continua de la PC.

Cuando la corriente de protección catódica se fuga a través de los sistemas de tierra tradicionales, el rectificador se ve obligado a proteger una superficie de material significativamente mayor para la que no fue diseñado. Como consecuencia directa de este desvío, resulta sumamente difícil mantener los potenciales de PC adecuados en la sección de la tubería que realmente se desea proteger. Es en este escenario crítico donde los desacopladores de CC se vuelven fundamentales para equilibrar con éxito las necesidades de aislamiento y la seguridad del sistema.

Los desacopladores de CC resuelven este problema al proporcionar un aislamiento eficaz de CC de las estructuras protegidas catódicamente respecto a otros objetos enterrados, bloqueando la fuga de corriente de protección. Simultáneamente, actúan como un puente continuo que une la estructura a tierra para drenar de forma segura la CA y las descargas por rayos. Su correcta implementación evita que los sistemas de puesta a tierra interfieran con la PC, garantizando tanto la seguridad del personal como la vida útil de la infraestructura.

Cómo decidir sin afectar la protección catódica

La selección del dispositivo debe realizarse considerando la interacción entre seguridad eléctrica, integridad del activo y desempeño anticorrosivo.

Una guía general es:

Seleccionar PCRH cuando:

• Existe protección catódica activa.
• Se necesita desacoplo DC.
• Existe presencia de AC inducida.
• Se requiere continuidad AC hacia tierra.
• Se busca protección frente a fallas AC y rayos.

Seleccionar OVP cuando:

• El objetivo principal es proteger contra sobretensiones transitorias.
• No existe una tensión AC permanente.
• Se necesita proteger juntas aislantes o equipos sensibles.
• Se requiere limitar rápidamente picos de voltaje.

En áreas clasificadas, ambos dispositivos pueden estar disponibles con certificaciones para ambientes peligrosos, como Clase I División 1 y División 2, pero la selección debe basarse en las condiciones eléctricas reales del sistema y no únicamente en la clasificación del dispositivo.

Una aplicación incorrecta puede afectar la protección catódica, generar caminos eléctricos no deseados o reducir la confiabilidad del sistema de protección.

Conclusiones

La protección eléctrica en áreas clasificadas requiere comprender la naturaleza del riesgo eléctrico presente para seleccionar correctamente entre PCRH y OVP. Mientras el PCRH está orientado a sistemas donde se necesita continuidad AC con aislamiento DC, mitigación de voltajes AC inducidos y protección de estructuras con protección catódica, el OVP está diseñado principalmente para controlar sobretensiones transitorias generadas por rayos o fallas eléctricas.

Una evaluación adecuada de las condiciones operativas permite implementar una estrategia de protección eléctrica efectiva, proteger las juntas aislantes, preservar la eficiencia del sistema de protección catódica y garantizar una operación segura y confiable de los activos metálicos en ambientes clasificados.

Referencias

1. Dairyland Electrical Industries. (2023). Electrical isolation and overvoltage protection solutions for cathodic protection systems. Dairyland Electrical Industries.
2. NACE International. (2014). SP0177-2014: Mitigation of alternating current and lightning effects on metallic structures and corrosion control systems. NACE International.
3. AMPP. (2021). Cathodic protection criteria and electrical isolation practices for underground metallic structures. Association for Materials Protection and Performance.
4. DNV. (2017). RP-F103: Cathodic protection of submarine pipelines by galvanic anodes. Det Norske Veritas.

Preguntas frecuentes (FAQs)