Cómo una fábrica mediana redujo un 65% los fallos de equipos con los SPD de SINGI

Antecedentes del cliente

Un fabricante de componentes industriales de tamaño medio en Texas, con 350 empleados, explota una planta de 45.000 pies cuadrados con 180 máquinas CNC, líneas de montaje automatizadas y un laboratorio central de calidad. La planta funciona 24/7 para cumplir los plazos de entrega de los clientes del sector de automoción y aeroespacial. En los últimos dos años, la dirección se esforzó por reducir los costes de producción y mejorar la entrega puntual, ya que las penalizaciones contractuales empezaban a mermar los márgenes.

¿Qué problemas afrontaba la planta antes de instalar los SPD?

La planta se encontraba en una región con frecuentes tormentas eléctricas en primavera y verano. Las sobretensiones de la red eléctrica y los rayos cercanos dañaban repetidamente la electrónica sensible de los controles CNC, los PLC y los variadores de frecuencia. Cada incidente provocaba una parada de emergencia. La línea de producción se detenía durante horas mientras los técnicos localizaban la placa averiada, la sustituían y ejecutaban el diagnóstico.

Solo en 2022, la planta registró 14 fallas relacionadas con sobretensiones. Los costes directos de reparación y sustitución ascendieron a 86.000 USD. El tiempo de máquina inactiva supuso otros 240.000 USD en producción perdida. El equipo de mantenimiento también dedicó unas 200 horas al año a reparaciones no planificadas, alejándolo del mantenimiento preventivo. Los rechazos de calidad aumentaron porque el reinicio de las máquinas tras una sobretensión provocaba calibraciones inexactas.

Los intentos anteriores incluyeron añadir sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) a los servidores e instalar reguladores de tensión en algunas máquinas. Esos dispositivos filtraban el ruido de bajo nivel, pero no podían hacer frente a transitorios de alta energía como las sobretensiones inducidas por rayos. Como el cuadro de distribución principal de la planta carecía de protección contra sobretensiones, la energía transitoria se propagaba por todo el sistema de cableado y llegaba a los equipos conectados independientemente de los filtros locales.

¿Por qué la planta eligió los SPD de SINGI?

Tras evaluar a tres proveedores, el ingeniero eléctrico de la planta eligió los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de SINGI. Dos factores impulsaron la decisión.

• Conformidad con IEC 61643-11: Los SPD de SINGI cumplían las clasificaciones de Tipo 1 y Tipo 2, cubriendo tanto los impactos directos de rayo como las sobretensiones de conmutación. El ingeniero valoró que los productos se hubieran probado según normas internacionales, lo que garantiza un rendimiento fiable en condiciones reales.
• Nivel de protección de baja tensión (Up): Los SPD de SINGI ofrecían un nivel de protección de tensión inferior a 1,5 kV, lo suficientemente bajo como para proteger los PLC y los controles CNC sensibles. Otros proveedores tenían valores de Up más altos que aún podían dañar los relés de estado sólido.

La planta también eligió a SINGI porque la línea de productos incluía tanto protección de CA como de CC con un diseño modular, lo que simplificaba futuras actualizaciones del tablero. El distribuidor proporcionó soporte técnico y ayudó con los estudios de coordinación.

¿Cómo se implementó el sistema SPD?

El proyecto duró seis semanas desde la auditoría hasta la puesta en servicio.

1. Evaluación del sitio: Un ingeniero inspeccionó el sistema eléctrico e identificó el cuadro de distribución principal, los subtableros y las ubicaciones del equipo crítico. Utilizando la evaluación del riesgo de rayos de la instalación, especificó un SPD de Tipo 1 en la entrada de servicio principal y SPD de Tipo 2 en cada subtablero.
2. Instalación de la protección principal: El equipo montó un SPD de Tipo 1 de SINGI en el cuadro de distribución principal con conductores cortos y rectos para minimizar la inductancia de los cables. También mejoraron el electrodo de puesta a tierra y conectaron el terminal de tierra del SPD a la red de tierra existente.
3. Añadir protección distribuida: Se instalaron unidades de Tipo 2 en cinco subtableros que alimentan la zona de CNC, la línea de montaje y el laboratorio de calidad. Cada unidad se cableó en paralelo con la carga y se protegió con un interruptor automático dedicado.
4. Verificación y puesta en servicio: Tras la instalación, los técnicos probaron la resistencia de puesta a tierra y verificaron que la ventana de indicación de cada SPD mostrara un estado normal. También revisaron la coordinación entre los dispositivos aguas arriba y aguas abajo para asegurarse de que la unidad de Tipo 1 gestionara la mayor parte de la energía.

Un reto fue el espacio limitado del antiguo cuadro principal. El equipo lo resolvió utilizando el formato compacto para carril DIN del SPD y reordenando los cables sobrantes sin usar. Esto redujo el tiempo de instalación aproximadamente un 20% en comparación con la estimación inicial.

¿Qué resultados logró la planta?

Tras un año completo de funcionamiento, los fallos relacionados con sobretensiones en la planta se redujeron de 14 a 4. Los incidentes restantes se produjeron en equipos aún no cubiertos por el sistema de SPD, lo que llevó al equipo a ampliar la protección a esas líneas.

• La tasa de fallos de equipos bajó un 65%: De 14 incidentes de sobretensión en 2022 a 4 en 2023.
• Paradas no planificadas reducidas un 42%: Las paradas de producción relacionadas con sobretensiones se redujeron de una media de 18 horas por evento a 6 horas, lo que supone un total de 52 horas ahorradas al año.
• Costos de mantenimiento reducidos en 112.000 $: Los gastos de reparación y sustitución cayeron de $86,000 a $24,000, además del ahorro en mano de obra por menos llamadas de servicio.
• La entrega a tiempo mejoró del 92% al 98%: La planta entregó más pedidos a tiempo sin interrupciones por sobretensiones.

El sistema de SPD se amortizó en cinco meses, incluida la instalación y los materiales. La planta también registró menos rechazos de calidad tras los reinicios de línea, porque las máquinas ya no perdían la calibración durante los eventos de energía.

¿Qué dice el gerente de planta?

"Antes de instalar los SPD de SINGI, una sola tormenta podía detenernos durante un turno completo. Ahora ni lo pensamos. La decisión se justificó por sí sola solo en el presupuesto de mantenimiento del primer año." – Gerente de Ingeniería de Planta

"El soporte técnico del equipo de SINGI marcó la diferencia. Nos guiaron a través del estudio de coordinación y nos ayudaron a dimensionar los dispositivos correctamente. No era una caja en la pared; era una solución diseñada." – Ingeniero Eléctrico Senior

Lecciones y recomendaciones

Otras instalaciones industriales que se enfrentan a problemas similares de calidad de energía pueden extraer tres lecciones prácticas de este proyecto.

• Instale SPD en la entrada principal de servicio Y en los subcuadros. La protección solo en el cuadro principal deja sin control las sobretensiones internas y los transitorios posteriores. La protección por capas garantiza que la electrónica sensible solo vea una baja tensión residual.
• Adapte la clasificación del SPD a la exposición real a rayos. Un SPD de Tipo 1 con capacidad para corriente de rayo es obligatorio donde sea posible un impacto directo. Solo un Tipo 2 puede no sobrevivir a un impacto directo, como demuestran los estudios sobre daños a SPD por corrientes continuas.
• Mantenga los cables cortos y verifique la puesta a tierra. El efecto protector del SPD depende en gran medida de la calidad de la instalación. Un cableado largo aumenta el nivel de tensión protegido, así que respete los límites de longitud de cableado del fabricante y pruebe la resistencia de tierra antes de la puesta en marcha.

Si volvieran a realizar el proyecto, la planta ampliaría la cobertura de SPD a todos los tableros conectados desde el primer día y registraría las lecturas de los contadores de sobretensiones mensualmente. El ingeniero señaló que añadir contadores proporcionaría mejores datos para perfeccionar el programa de mantenimiento.

Referencias

IEC 61643-11:2011 Dispositivos de protección contra sobretensiones de baja tensión – Parte 11: SPD conectados a sistemas de alimentación de baja tensión. https://webstore.iec.ch/publication/61643-11

Investigación de los efectos de los rayos en plantas de energía solar: análisis de SPD. https://arxiv.org/abs/2511.06523

Ground Potential Rise and SPD Damage Caused by Lightning Initial Continuous Current. https://xs.glgoo.net/scholar?q=initial+continuous+current+SPD+damage