Los orígenes de las sobretensiones transitorias son diversos, como el impacto directo de descargas atmosféricas sobre la protección externa de un edificio (pararrayos) o sobre el tendido eléctrico, o como la inducción de campos electromagnéticos asociados a tales descargas sobre los conductores metálicos. Las líneas exteriores, así como las de mayor longitud, son las más expuestas a estos campos, por lo que a menudo reciben inducciones elevadas. También es habitual que fenómenos no relacionados con las condiciones atmosféricas, como la conmutación de centros de transformación o la desconexión de motores u otras cargas inductivas, provoquen picos de tensión en líneas colindantes. Cuando estos alcanzan valores superiores al soportado por el equipo, causa su destrucción (ver zona marcada en rojo en la figura 1).

Las sobretensiones transitorias no se producen únicamente en las líneas de distribución eléctrica, sino que también son habituales en cualquier línea formada por conductores metálicos, como las de telefonía, comunicación, medición y datos. En todas estas redes, el método de protección contra las sobretensiones transitorias consiste en la instalación de un protector o descargador en la línea susceptible de recibir la sobretensión, conectándolo en paralelo entre esta y la tierra. De este modo, en caso de sobretensión transitoria, el protector derivará a tierra el exceso de energía, limitando así el valor del pico de tensión a un valor soportable por los equipos eléctricos conectados.

Figura 1. Sobretensiones transitorias.

Un dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias actúa como un conmutador controlado por tensión y se halla instalado entre los conductores activos y tierra, en paralelo a los equipos a proteger.

Cuando la tensión de la red es inferior a su tensión de activación, el protector actúa como un elemento de alta impedancia, de forma que por él no circula intensidad. Cuando la tensión de red es superior a la tensión de activación el protector actúa como un elemento de impedancia próxima a cero, derivando la sobretensión a tierra y evitando que esta afecte a los receptores.

Figura 2. Instalación de un dispositivo de protección contra sobretensiones.

En la selección de un protector contra sobretensiones transitorias, deben considerarse la topología y la tensión nominal de la red eléctrica. Además de la polaridad de la protección, estas características condicionarán el valor de la tensión máxima de servicio de esta y el margen de seguridad que debe contemplarse por encima de la tensión nominal de la red. Por otro lado, dependiendo de la exposición de la instalación a los efectos del rayo y las sobretensiones transitorias, serán necesarios dispositivos de protección con diferentes capacidades de descarga. En este sentido, suele distinguirse entre la protección contra el impacto directo de rayos (conducción) y el impacto indirecto de rayos (inducción electromagnética). En caso de riesgo de descarga directa, y en particular siempre que la instalación esté provista de un sistema externo de pararrayos, el protector contra sobretensiones debe ser capaz de descargar un transitorio de mucha energía evitando el efecto de picos de tensión de decenas de kV. En cambio, cuando el riesgo lo constituyan las inducciones de voltaje por impacto indirecto de rayo en la proximidad, las corrientes generadas que el protector debe descargar son menores y menos duraderas. De todos modos, los picos de tensión pueden alcanzar más de un kV por metro de conductor a una distancia de hasta 100 metros.

La figura 3 muestra que incluso con el mismo valor de corriente, la cantidad de energía bajo la curva 10/350 (impacto directo) es mucho más destructiva que la que hay bajo una curva 8/20 (impacto indirecto).

Figura 3. Curva característica de sobretensiones.

Generalmente, el sistema óptimo de protección es el escalonado o en cascada, en el que se combinan en etapas sucesivas las prestaciones de dispositivos con alta capacidad de descarga y las de dispositivos con un reducido nivel de protección en tensión.

Las distintas normativas nacionales e internacionales clasifican los dispositivos de protección en tipos o categorías en función de su capacidad de descarga y su nivel de protección en tensión.