Fuentes de alimentación y protecciones: fusibles, varistores y tierras

Dimensionar la fuente: más que sumar vatios

El primer paso es sumar el consumo de todo lo que cuelga de la fuente, pero el error habitual es quedarse ahí. Hay que separar el consumo continuo del de pico (motores, relés, electroválvulas o cargas con condensadores grandes al arrancar), aplicar la simultaneidad real y dejar un margen del 20 al 30 % para ampliaciones y para que la fuente no trabaje siempre al límite. Una fuente de 24 V y 10 A que entrega 9 A de forma permanente funciona, pero caliente y sin reserva.

Conviene mirar también el tiempo de mantenimiento ante microcortes de red (hold-up time, típicamente de 10 a 20 ms) y si la fuente admite una sobrecarga temporal, en torno al 150 % durante unos segundos en algunos modelos, útil para arrancar cargas o disparar una protección aguas abajo.

Arranque, temperatura y vida útil

Al conectar una fuente conmutada, sus condensadores de entrada se cargan de golpe: es la corriente de arranque (inrush), que puede llegar a decenas de amperios durante pocos milisegundos. Si varias fuentes arrancan a la vez bajo el mismo magnetotérmico, los picos se suman y pueden dispararlo; por eso se elige curva C en lugar de B o se escalona el arranque.

La potencia nominal suele garantizarse hasta 50 o 60 °C de ambiente; por encima se aplica una reducción de potencia (derating), a menudo del 2 al 3 % por grado, hasta unos 70 °C. También hay reducción por altitud, habitualmente desde 2.000 m. La temperatura manda sobre la vida: la de los condensadores electrolíticos, lo primero que suele fallar, se reduce aproximadamente a la mitad por cada 10 °C más.

El MTBF (tiempo medio entre fallos) de las hojas de datos, a menudo de cientos de miles de horas, no es una vida útil: es una tasa de fallos aleatorios estimada a una temperatura concreta con métodos como SR-332 o MIL-HDBK-217F, y solo sirve para comparar fuentes calculadas igual.

Fusibles y magnetotérmicos: cortar a tiempo

El fusible protege cable y equipo frente a sobrecargas y cortocircuitos. Se elige por corriente nominal, tensión, poder de corte y curva tiempo-corriente. Los fusibles miniatura de la serie IEC 60127 van de muy rápidos (FF) a muy lentos (TT): los rápidos protegen semiconductores; los de acción lenta (T) toleran el pico de arranque de una fuente. En baja tensión industrial, la IEC 60269 define, entre otras, la clase gG de uso general.

Para comparar un pico con lo que aguanta un fusible se usa la integral de Joule, I²t, en A²s: el I²t del arranque debe quedar holgadamente por debajo del I²t de fusión del fusible.

Los magnetotérmicos (IEC 60898-1 e IEC 60947-2) combinan un disparo térmico para sobrecargas y otro magnético para cortocircuitos. La curva fija el umbral del magnético: la B entre 3 y 5 veces la corriente nominal, la C entre 5 y 10 y la D entre 10 y 20. En el lado de 24 V hay una trampa: una fuente que limita su corriente puede no dar los amperios necesarios para que dispare el magnético de una salida en cortocircuito. Por eso se usan fuentes con reserva de corriente o protecciones electrónicas de salida, que desconectan solo el ramal averiado.

Varistores, TVS y polaridad

Las sobretensiones transitorias llegan por la red (rayos, maniobras, desconexión de cargas inductivas) y duran microsegundos. El varistor (MOV, de óxido metálico) se vuelve conductor por encima de cierta tensión y desvía el pico. Aguanta mucha energía, pero envejece con cada impulso y suele fallar por calentamiento, así que se monta tras un fusible o con desconexión térmica. Hacia tierra suele ir en serie con un descargador de gas (GDT) para no derivar corriente permanente. Los protectores de cuadro siguen la IEC 61643-11, con tipos 1, 2 y 3 según su posición.

El diodo TVS (supresor de tensiones transitorias) reacciona más rápido y recorta con más precisión, pero absorbe menos energía: es la protección fina junto a la electrónica. La estrategia es escalonada, y los ensayos de referencia son los de las IEC 61000-4-5 (ondas de choque) e IEC 61000-4-4 (transitorios rápidos en ráfagas).

Frente a una conexión con la polaridad invertida, habitual con baterías o cableado de campo, sirve un diodo en serie, sencillo pero con 0,5 a 1 V de caída, o un MOSFET gobernado como diodo ideal, que pierde solo decenas de milivoltios.

Tierra, equipotencialidad y diferencial

La puesta a tierra de protección (conductor PE, verde-amarillo) asegura que una masa metálica que quede en tensión por un fallo de aislamiento haga actuar la protección. En una envolvente metálica, puertas, paneles y placas de montaje se unen al circuito de protección con conductores o trenzas: es la equipotencialidad. Ni las bisagras ni las superficies pintadas son una conexión fiable. Bien hecha, esta red ayuda también frente a interferencias, como se explica en blindaje y compatibilidad electromagnética.

El interruptor diferencial corta si parte de la corriente se escapa a tierra; el de 30 mA protege a las personas. El tipo AC solo detecta alterna senoidal; el A, también continua pulsante; el F, mezclas de frecuencias; y el B, continua lisa, necesario con algunos variadores. Ojo: los condensadores de filtro de cada fuente derivan algo de corriente a tierra y, con muchas fuentes bajo un mismo diferencial, las fugas se suman y provocan disparos intempestivos.

Qué normas aplican

En España, la instalación se rige por el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (Real Decreto 842/2002), con instrucciones como la ITC-BT-18 (puesta a tierra), la ITC-BT-23 (sobretensiones) y la ITC-BT-24 (contactos directos e indirectos); su revisión está en tramitación. El equipamiento eléctrico de una máquina se diseña con la UNE-EN 60204-1, edición de 2018 con la modificación A1 de 2025, que regula la protección contra sobreintensidades, el circuito de protección equipotencial y los circuitos de mando, alimentados en general desde un transformador o una fuente con devanados separados.