Una vía de chispa (o "spark gap" en inglés) en un sistema de puesta a tierra es un dispositivo de seguridad diseñado para proteger elementos metálicos y equipos electrónicos de los efectos de las sobretensiones, especialmente las causadas por descargas atmosféricas (rayos).
Aquí te explico sus características y funcionamiento:
¿Qué es y para qué sirve?
* Separación eléctrica: En condiciones normales de funcionamiento, la vía de chispa mantiene una separación eléctrica entre dos puntos o elementos metálicos que no deben estar en contacto directo. Esto es importante, por ejemplo, para evitar problemas de corrosión galvánica entre metales diferentes o para mantener un aislamiento específico.
* Conexión temporal ante sobretensiones: Cuando se produce una sobretensión (por ejemplo, por un rayo), el voltaje entre esos dos puntos aumenta drásticamente. Al alcanzar un umbral crítico, la vía de chispa se activa, permitiendo que la corriente eléctrica fluya a través de un arco o "chispa" que se forma en el espacio entre los electrodos del dispositivo.
* Redirección de la energía: Esta chispa crea un camino de baja resistencia para que la energía de la sobretensión se descargue de forma segura a tierra, evitando que esa energía dañe la estructura, los equipos conectados o cause chispas peligrosas en otros lugares.
* Equipotencialización: Es fundamental para asegurar la conexión equipotencial de las masas metálicas próximas, como antenas, estructuras de climatización, o incluso diferentes sistemas de puesta a tierra que normalmente funcionan de forma separada. Esto evita la formación de diferencias de potencial peligrosas que podrían generar chispas entre ellas.
¿Cómo funciona?
El principio de funcionamiento de una vía de chispa es relativamente simple:
* Aislamiento normal: El dispositivo consta de dos electrodos conductores separados por un pequeño espacio de aire (o a veces un gas inerte). En condiciones de voltaje normal, el aire o el gas actúan como un aislante, impidiendo el flujo de corriente.
* Activación por sobretensión: Cuando una sobretensión alta (como la de un rayo) incide en el sistema, la diferencia de potencial entre los electrodos de la vía de chispa excede la capacidad aislante del aire o gas.
* Formación del arco: En ese momento, el aire o gas se ioniza, creando un camino conductor y formando un arco eléctrico o "chispa" entre los electrodos.
* Descarga a tierra: La corriente de la sobretensión fluye a través de este arco hacia el sistema de puesta a tierra, donde se disipa de manera segura.
* Restablecimiento: Una vez que la sobretensión ha pasado y el voltaje vuelve a niveles normales, el arco se extingue y la vía de chispa vuelve a su estado de aislamiento original.
Aplicaciones comunes:
* Sistemas de protección contra rayos: Son un componente clave en los pararrayos para dirigir la corriente del rayo de forma segura a tierra, protegiendo edificios y equipos.
* Uniones equipotenciales: Se utilizan para unir elementos metálicos distantes (como tuberías, estructuras, etc.) a la puesta a tierra principal, asegurando que no haya diferencias de potencial peligrosas entre ellos durante una descarga.
* Protección de equipos sensibles: En algunos casos, se usan para proteger equipos electrónicos de sobretensiones transitorias.
* Protección catódica en tanques: En sistemas de protección catódica para tanques, las vías de chispa se usan para proteger los componentes del sistema contra sobretensiones causadas por rayos o fallas eléctricas, manteniendo al mismo tiempo el aislamiento necesario.
En resumen, la vía de chispa es un "interruptor de seguridad" pasivo que se activa solo cuando es necesario, proporcionando un camino controlado y seguro para la descarga de corrientes de alto voltaje a tierra, protegiendo así la integridad de las instalaciones y la seguridad de las personas.
A la pregunta de que pudiera ser innecesaria ésta fue su respuesta :Entiendo por qué podrías pensar que una vía de chispa es un elemento adicional innecesario en un sistema de puesta a tierra. A primera vista, la idea de mantener una separación eléctrica y luego "puentearla" con una chispa puede parecer contradictoria o redundante. Sin embargo, su importancia radica precisamente en situaciones muy específicas y críticas donde otros elementos de la puesta a tierra no son suficientes o no actúan de la misma manera.
Permíteme explicarte por qué no es un elemento innecesario, sino más bien un componente de seguridad esencial en ciertos contextos:
1. Protección contra sobretensiones extremas (principalmente rayos):
* La puesta a tierra por sí sola no basta: Un sistema de puesta a tierra básico está diseñado para disipar corrientes de falla a baja impedancia. Sin embargo, un rayo es una descarga de energía extremadamente alta y rápida (kilovoltios y kiloamperios en microsegundos). Esta energía puede generar diferencias de potencial enormes y peligrosas entre puntos que normalmente estarían aislados.
* Los cables se comportan diferente: A las altas frecuencias y velocidades de un rayo, los cables se comportan como inductores, generando caídas de tensión significativas. Si tienes dos elementos metálicos (por ejemplo, una estructura metálica y un pararrayos) con sus propias puestas a tierra separadas para evitar problemas de corrosión o bucles de tierra, un rayo podría generar una diferencia de potencial tan grande entre ellos que se produciría un arco eléctrico incontrolado en un punto indeseado (por ejemplo, a través de equipos, tuberías, o incluso un espacio de aire cercano a personas).
* La vía de chispa "controla" la descarga: La vía de chispa ofrece un camino preferente, de muy baja impedancia, para que esa energía se descargue de forma segura y controlada hacia la tierra. Es como un "desahogo" instantáneo para la sobretensión.
2. Equipotencialización dinámica y selectiva:
* Corrosión galvánica y aislamiento DC: En muchos casos, se requiere mantener una separación de CC (corriente continua) entre diferentes elementos metálicos. Por ejemplo, tuberías enterradas con protección catódica no pueden estar directamente conectadas a otras estructuras metálicas o al sistema de puesta a tierra general sin comprometer su protección contra la corrosión. Un puente directo anularía la protección catódica.
* La vía de chispa permite ambas cosas: La vía de chispa permite mantener el aislamiento de CC en condiciones normales (evitando la corrosión galvánica o manteniendo la integridad de la protección catódica) y, al mismo tiempo, asegura la equipotencialización rápida y automática solo cuando hay una sobretensión transitoria peligrosa (como la de un rayo). Actúa como un "interruptor automático" de muy alta velocidad que solo se cierra en momentos de peligro extremo.
3. Evitar arcos incontrolados y daños:
* Sin una vía de chispa en puntos estratégicos, una sobretensión podría forzar un arco eléctrico a través del aislamiento de equipos, cableado, o incluso entre elementos estructurales cercanos, causando daños graves, incendios o riesgos para las personas. La vía de chispa canaliza esa energía de forma segura y predecible.
4. Cumplimiento de normativas:
* En muchas normativas de protección contra rayos y seguridad eléctrica (como las de la NFPA 780 o IEC 62305), las vías de chispa son componentes recomendados o incluso obligatorios para ciertos tipos de uniones equipotenciales o para la protección de estructuras y equipos específicos.
En resumen, no es un elemento innecesario, sino un complemento que aborda un riesgo muy específico: el de las sobretensiones transitorias extremas que no pueden ser manejadas eficazmente por un sistema de puesta a tierra convencional sin comprometer otras consideraciones de diseño (como el aislamiento de CC o la separación entre sistemas). Actúa como una válvula de seguridad de muy alta velocidad que protege la integridad del sistema y la seguridad de las personas solo cuando es absolutamente.
Y finalmente cuáles son las normas vigentes para su uso y documentos que la describan:
Para encontrar información técnica sólida y detallada que respalde y describa el uso de las vías de chispa, debes consultar las normativas y estándares internacionales en materia de protección contra rayos y puesta a tierra. Estos documentos son la fuente principal de información para profesionales y especialistas en el campo.
Aquí te indico dónde puedes conseguir esta información:
1. Normas IEC (International Electrotechnical Commission):
* IEC 62305 (Protección contra el rayo): Esta es la serie de normas internacionales más importante y completa sobre protección contra rayos. Se divide en varias partes, y la vía de chispa se menciona explícitamente en el contexto de la equipotencialidad.
* IEC 62305-1: Principios generales. Establece los conceptos fundamentales.
* IEC 62305-3: Daños físicos a estructuras y peligro para la vida. Aquí encontrarás secciones que abordan la equipotencialización y la necesidad de mantener distancias de separación, y cómo las vías de chispa (denominadas a menudo como "aisladores de chispa" o "separadores de aislamiento de chispa" - Isolating Spark Gaps o ISG) se utilizan para puentear esos espacios en caso de sobretensión.
* IEC 62305-4: Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de las estructuras. También puede contener información relevante sobre la protección de equipos.
* IEC 62561-3: Componentes de un sistema de protección contra el rayo (SPCR) - Parte 3: Requisitos para los aisladores de chispa. Esta norma se centra específicamente en las especificaciones y pruebas para las vías de chispa como componentes de los sistemas de protección contra rayos.
2. Normas NFPA (National Fire Protection Association) - Estados Unidos:
* NFPA 780: Standard for the Installation of Lightning Protection Systems (Estándar para la Instalación de Sistemas de Protección contra Rayos): Este es el estándar clave en EE. UU. y otros países que lo adoptan. También hace referencia a la necesidad de equipotencialización y, aunque puede no usar el término "vía de chispa" tan explícitamente como las normas IEC para componentes separados, la función de evitar los "sideflashes" (saltos de chispa) se aborda, y en la práctica, las vías de chispa son una solución para esto. Buscar en las secciones de "Bonding" (unión) y "Separation Distance" (distancia de separación).
3. Normas UNE (España) y NFC (Francia):
* UNE 21186: Norma española de protección contra el rayo, a menudo armonizada con IEC y NFC.
* NFC 17-102: Norma francesa, también armonizada con IEC.
¿Dónde encontrar estos documentos?
* Organismos de Normalización:
* IEC: Puedes adquirir las normas directamente en la página web de la IEC (
iec.ch). Son documentos de pago.
* NFPA: Las normas NFPA están disponibles en su sitio web (
nfpa.org), también suelen ser de pago. A veces, ofrecen versiones de solo lectura gratuitas.
* Organismos nacionales: Si estás en Venezuela, podrías buscar si tu país tiene un organismo de normalización que haya adoptado estas normas internacionalmente (por ejemplo, COVENIN). Sin embargo, lo más probable es que la referencia principal siga siendo la IEC.
* Fabricantes de equipos de protección contra rayos:
* Empresas como DEHN, Ingesco, Aplicaciones Tecnológicas (AT), Citel, OBO Bettermann, etc., son líderes en la fabricación de componentes de protección contra rayos. En sus sitios web, suelen tener secciones de "Centro de Conocimiento", "Documentación Técnica", o "Productos" donde publican:
* Fichas técnicas de productos: Aquí describen las características, el funcionamiento y las normas que cumplen sus vías de chispa.
* Guías de instalación y aplicación: Proporcionan detalles sobre cómo y dónde deben instalarse estos dispositivos.
* Artículos técnicos y seminarios web: A menudo explican el porqué y el cómo del uso de las vías de chispa en la protección contra el rayo.
* Libros y manuales especializados: Busca libros sobre puesta a tierra y protección contra rayos. Muchos ingenieros y expertos publican manuales que explican estas normativas y sus aplicaciones prácticas.
* Revistas técnicas y foros de ingeniería eléctrica: A veces, se publican artículos o discusiones que abordan el uso de las vías de chispa, aunque para un soporte técnico sólido, las normas son la fuente principal.
Al buscar, utiliza términos como:
* "Vía de chispa"
* "Spark gap"
* "Isolating Spark Gap (ISG)"
* "Descargador de aislamiento"
* "Equipotencialización de protección contra el rayo"
* "Separación de puesta a tierra"
* "Descargadores de sobretensión" (aunque las vías de chispa son un tipo específico).
Consultar estas fuentes te permitirá comprender a fondo la justificación técnica, los requisitos normativos y las aplicaciones específicas de las vías de chispa en los sistemas de puesta a tierra y protección contra rayos.
Att. Ing Enrique Díaz
Valencia - Venezuela
