Qué varistor uso para proteger ante picos?
 

www.geocities.ws/danielperez    www.qsl.net/lw1ecp   Ing. Daniel Pérez    LW1ECP   

fb: Daniel Ricardo Perez Alonso    contacto: danyperez1{arrroba}yahoo.com.ar

Los varistores (VDR Voltage Dependent Resistor) se usan típicamente para recortar sobretensiones transitorias en circuitos de alterna. Se comporta algo así como dos zeners en anti-serie, espalda contra espalda: cuando se supera una cierta tensión de cualquier polaridad conduce, no lo hace de forma tan marcada como un zener (la curva es más redondeada) pero es capaz de resistir mayores potencias instantáneas para un similar espacio ocupado de circuito impreso. Tienen un aspecto similar a un capacitor de disco cerámico.
Comúnmente están hechos de óxido metálico, por eso también se los conoce como MOV (Metal Oxide Varistor). Siemens había sacado una versión con óxido de silicio (SiOV) aunque más tarde con la marca Epcos los llamaron "SiOV Metal Oxide Varistors".

Los códigos que tienen impresos tienen dos cifras:

La 1a es el diámetro del disco en mm: 07, 10, 14, 20, sin contar el espesor del recubrimiento. A mayor diámetro, más joules de energía transitoria puede absorber sin reventar. Qué es un joule? Si un VDR aguanta 10 joules, equivale a que disipe 10W durante 1 segundo; o 100W durante 0,1s; o 100kW durante 100us.
Qué diámetro elijo? No encontré mucha información práctica en web. Si fuésemos a hacer un cálculo estricto, deberíamos considerar qué tipo de sobretensiones de red hay en el lugar donde se conectará el aparato a proteger (zona de muchas tormentas eléctricas, o simplemente transitorios por conmutaciones en la red de la compañía de electricidad), y qué impedancia me presenta la línea (dependiendo de si estoy cerca o lejos del transformador del barrio). Consideraciones engorrosas, mejor diseñar para lo que se considere razonablemente como un peor caso. Si reciben la tensión de red puede que el diseñador decida poner grandes, de 20mm. Pero para absorber chispas de una bobina probablemente alcance con los de 07 o 10mm.

La 2a codifica una tensión. Lamentablemente no todos los fabricantes coinciden en qué tensión tomar:

- La gran mayoría codifica la tensión de CC a la que empieza a conducir. Y lo hace como los resistores: "391" se lee tres, nueve, y 1 cero = 390V.

- Siemens y sus sucesoras (EPCOS, TDK) lo que codifica es el máximo valor RMS de tensión alterna que puede recibir en condiciones normales. Y lo escribe textual: "250" es 250V; "25" es 25V.

Así, un 14N391K de un fabricante equivale a un S14K250 de otro pese a la diferencia de inscripciones.

La letra K indica 10% de tolerancia en la tensión.
Si mi red es de 220V nominales, cuál elijo?
Para proteger lo mejor posible, usaría un varistor que el fabricante recomiende para la menor tensión nominal de CA posible, 230Vca. Pero si estoy en una zona donde es común que haya 230V o algo más, sin que se dañe ningún aparato, corro el riesgo de que el VDR esté calentando innecesariamente. Por el contrario, con uno de 275Vca estoy seguro que nunca conducirá en condiciones esperables, pero también aumenta la tensión a la que empieza a recortar.
Tomé una decisión poco técnica: guiarme por lo que usa la manada, me fijé cuántos modelos se anuncian en MercadoLibre para cada tensión cercana a 220 (cada renglón es un aviso):
 

Mayoría de votos para los de 250 o 390 en la inscripción!

Vamos a analizar la hoja de datos de un MOV-20D391K fabricado por Bourns. Atención, se mencionan tanto tensiones de CC como de CA e instantáneas:
 

Ya adivinamos que tiene 20mm de diámetro, más el recubrimiento.

Se le puede aplicar permanentemente, como máximo: 250Vrms o 320Vcc
Para que pase 1mA de CC, hay que aplicarle una V CC típicamente de 390V, pero que puede estar entre 351 y 429 (tolerancia +/-10%).

Observar que la tensión mínima coincide aproximadamente con el valor pico de 250Vrms.
Aplicándole un "pulso 8/20us" de 100A, la máxima tensión de recorte (clamping) es de 650V
Tiene que aguantar aunque sea por única vez un pulso 8/20us de 6500A
La máxima energía que puede absorber con un pulso 8/20 es de 180 joule.
Y como tiene estructura de capacitor, es lógico que se especifique una capacitancia, que mal no viene para su trabajo.
Y eso de RoHS es Regulation of Hazardous Substances, significa que las patas están estañadas sin plomo, entre otras precauciones.

Recorta en 650V??? Y si el aparato (hecho para 220V) no aguanta esos 650V de pico? Es lo que hay, un varistor no es tan abrupto como un zener, el diseño de la fuente debe considerar esa eventualidad, por ejemplo eligiendo bien las aislaciones del transformador si lo tiene, separación entre pistas. Si hay un filtro de interferencias, el capacitor "X" (entre polos) y los "Y" (entre cada polo y tierra) tienen que ser los fabricados especialmente para aguantar los picos normales en una red eléctrica. A no quejarse, que si no fuera por el VDR estaría recibiendo varios kV.

Y qué es ese 8/20 que mencionan varias veces? El tamaño y la forma de los transitorios son distintos para cada vivienda y en cada ocasión, pero para tener una norma contra qué comparar las distintas protecciones, se estandarizó un pulso que dura 20us, y que tarda 8 en llegar al pico.

Qué pasa cuando un VDR dice basta tras un transitorio? Si tenemos suerte, se pone en corto y hace saltar un fusible o la térmica de la instalación. Si no tenemos suerte... se rompe, se abre, el circuito quedará desprotegido ante los próximos transitorios, y no lo sabremos. Por eso es mejor sobredimensionarlo en diámetro. En los varistores grandes, para ser instalados en el riel DIN de los tableros eléctricos, la carcasa donde se aloja tiene una ventanita donde se puede visualizar el estado mecánico: por lo general, si se abre, se parte y suelta la cortina interior de la ventanita, visualizándose otro color. En los VDR soldados en circuitos impresos, es común rodearlos con un spaghetti termocontraíble para evitar que se dispersen los fragmentos si llega a explotar.

Todo lo mencionado es para sobretensiones transitorias, tan breves que es imposible que un dispositivo mecánico tenga tiempo de CORTAR el circuito, por lo que no hay más remedio que DESCARGARLAS. En cambio, para sobretensiones permanentes (más que unas décimas de segundo ya se considera "permanente") pero de menor valor, p. ej. más de 250V como cuando se corta un neutro de trifásica, se debe usar un protector de sobretensiones permanentes que sí corta la tensión a la vivienda.

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