Protección contra sobretensiones: ¿qué se debe tener en cuenta?

Una protección eficaz contra sobretensiones no se instala simplemente. Debe adaptarse individualmente al sistema a proteger y a las condiciones ambientales que prevalecen en el lugar. Por este motivo, el diseño y el concepto deben ser coherentes. Esto significa que se deben tener en cuenta muchos detalles, desde la consideración de normas y prescripciones hasta la clasificación según la zona de protección contra el rayo.

Normas de protección contra rayos y sobretensiones.

Las normas nacionales e internacionales sirven de guía para establecer un concepto de protección contra rayos y sobretensiones, así como para el diseño de los dispositivos de protección individuales.

Protección contra rayos según IEC 62305:

Parte 1: Características de los rayos

En la Parte 1 de esta norma [1], se tienen en cuenta las propiedades características de los rayos, la probabilidad de que ocurran y el potencial de peligro.

Parte 2: Análisis de riesgos

El análisis de riesgos según la Parte 2 de esta norma [2] describe un proceso con el que, en primer lugar, se analiza la necesidad de protección contra rayos para un sistema físico. Se destacan diversas fuentes de daños, por ejemplo la caída directa de un rayo en el edificio, así como los tipos de daños resultantes:

• Impacto en la salud o pérdida de vidas.

• Pérdida de servicios técnicos para el público.

• Pérdida de objetos irremplazables de importancia cultural

• Pérdidas financieras

Los beneficios financieros se determinan de la siguiente manera: ¿cómo se compara el costo total anual de un sistema de protección contra rayos con los costos de daños potenciales sin un sistema de protección? La evaluación de costos se basa en los gastos de planificación, montaje y mantenimiento del sistema de protección contra rayos.

Partes 3 y 4: Ayudas y especificaciones para la planificación

Si la evaluación de riesgos determina que la protección contra rayos es necesaria y rentable, entonces el tipo y alcance de las medidas específicas de protección se pueden planificar con base en las Partes 3 [3] y 4 [4] de esta norma. El nivel de protección contra rayos determinado por la gestión de riesgos es decisivo para determinar el tipo y alcance de las medidas.

Para estructuras físicas que requieren un nivel extremadamente alto de seguridad, casi todos los ataques deben capturarse y alejarse de manera segura. Para sistemas donde es aceptable un mayor riesgo residual, los impactos con amplitudes más bajas no se capturan.

Protección contra sobretensiones según IEC 60364-4-44

Esta norma [5] describe las condiciones en las que se deben utilizar dispositivos de protección contra sobretensiones en sistemas de baja tensión para proteger la instalación eléctrica contra sobretensiones. Por tanto, el campo de aplicación se limita a sobretensiones provocadas por influencias atmosféricas o como consecuencia de procesos de conmutación transmitidos por el sistema de alimentación. No se consideran los impactos directos de rayos en un sistema estructural, sólo los impactos en o en las proximidades de las líneas de suministro.

Asimismo, no se incluyen en la aplicación de la norma los sistemas estructurales con riesgo de explosión, así como las aplicaciones estructurales que podrían causar daños al medio ambiente (por ejemplo, sistemas petroquímicos o centrales nucleares). Para estos procesos se debe utilizar exclusivamente la norma sobre rayos IEC 62305.

Se deben utilizar dispositivos de protección contra sobretensiones si la sobretensión transitoria pudiera tener efectos en lo siguiente:

• Vidas humanas, por ejemplo, sistemas de seguridad, hospitales.

• Instituciones públicas y culturales, por ejemplo, pérdida de servicios públicos, centros de TI, museos.

• Actividades industriales o comerciales, por ejemplo, hoteles, bancos, sistemas de producción, granjas.

Medidas y equipos de protección básicos.

Para proteger de forma consistente un sistema estructural contra rayos y sobretensiones, se necesitan diversas medidas de protección o equipos adaptados entre sí. Se puede hacer una división amplia de la siguiente manera:

• Protección externa contra rayos

• Protección interna contra rayos

• Puesta a tierra y conexión equipotencial

• Sistema SPD coordinado

Protección externa contra rayos

La protección externa contra el rayo (Fig. 15) tiene como objetivo desviar los rayos que se aproximan al objeto a proteger y transmitir la corriente del rayo desde el punto donde incide hasta tierra. Por lo tanto, no se pueden producir daños por influencias térmicas, magnéticas o eléctricas. La protección externa contra el rayo es sistemática: consta del terminal aéreo, los pararrayos y el sistema de puesta a tierra.

Protección interna contra rayos

El sistema interno de protección contra rayos debe evitar la formación de chispas peligrosas dentro del sistema. Las chispas pueden ser causadas por la corriente del rayo en el sistema externo de protección contra rayos o en otras partes conductoras del sistema estructural.

El sistema interno de protección contra rayos consiste en la conexión equipotencial y el aislamiento eléctrico de los sistemas externos de protección contra rayos.

La conexión equipotencial en protección contra rayos es una combinación de medidas que evitan diferencias de potencial. Conectan principalmente el sistema de protección contra rayos a instalaciones metálicas, sistemas internos, así como sistemas eléctricos y electrónicos dentro del sistema. Esto se realiza mediante líneas equipotenciales, dispositivos de protección contra sobretensiones o vías de chispas aislantes.

Puesta a tierra y conexión equipotencial

El sistema de puesta a tierra tiene como objetivo distribuir y descargar a tierra la corriente captada por el rayo. En este caso, el tipo de sistema de puesta a tierra es más importante que la resistencia de puesta a tierra. La corriente del rayo es un pulso muy corto que se comporta como una corriente de alta frecuencia. También es importante una conexión equipotencial eficaz. La conexión equipotencial conecta todas las piezas conductoras de electricidad entre sí mediante conductores; los conductores activos están protegidos mediante dispositivos de protección contra sobretensiones. Al hacerlo,Protege contra todo tipo de acoplamientos.

Sistema SPD coordinado

Por sistema DPS coordinado se entiende un sistema de varios niveles de dispositivos de protección contra sobretensiones coordinados entre sí.

Se recomiendan los siguientes pasos para lograr un sistema SPD de alto rendimiento.

• Dividir el sistema estructural en zonas de protección contra rayos.

• Incorporar todas las líneas que cruzan entre diferentes zonas a la conexión equipotencial local utilizando SPD adecuados

• Coordinar diferentes tipos de SPD: los dispositivos deben dirigirse entre sí de forma selectiva para evitar que los componentes individuales se sobrecarguen

• Utilice líneas de alimentación cortas para la conexión en paralelo de los SPD entre los conductores activos y la conexión equipotencial.

• Coloque las líneas protegidas y desprotegidas por separado

• Sólo equipos terrestres a través del respectivo SPD (recomendado)

Zonas de protección contra rayos

La decisión de dónde instalar dispositivos de protección contra sobretensiones dentro de un sistema estructural se basa en el concepto de zona de protección contra rayos explicado en la Parte 4 de la norma de protección contra rayos IEC 62305 [4].

Divide los sistemas estructurales en zonas de protección contra rayos (LPZ) y lo hace de exterior a interior con niveles de protección contra rayos decrecientes. En zonas exteriores sólo se podrán utilizar equipos resistentes. Sin embargo, en las zonas internas también se pueden utilizar equipos sensibles. Las zonas individuales se caracterizan y denominan de la siguiente manera:

LPZ 0A

Área desprotegida fuera de un edificio en la que es posible que caigan rayos directos. Acoplamiento directo de las corrientes del rayo en líneas, campo magnético no atenuado del rayo

LPZ 0B

Zona exterior al edificio protegida de la caída directa del rayo mediante un terminal aéreo. El campo magnético no atenuado del rayo sólo indujo sobrecorrientes en las líneas.

ZPL 1

Área dentro del edificio que aún puede estar sujeta a sobretensiones o sobrecorrientes de alta energía y fuertes campos electromagnéticos.

ZPL 2

Área dentro de un edificio que aún puede estar sujeta a sobretensiones o sobrecorrientes y campos electromagnéticos que ya se han debilitado significativamente.

ZPL 3

Zona del interior del edificio que sólo puede estar expuesta a sobretensiones o sobrecorrientes extremadamente bajas o escasas y a campos electromagnéticos muy débiles o inexistentes.

Todas las líneas que cruzan entre zonas deben utilizar dispositivos de protección contra sobretensiones coordinados. Sus valores de potencia se basan en la clase de protección que se desea alcanzar, que se determina según las especificaciones legales o mediante el análisis de riesgos. Cuando se trata de seleccionar dispositivos de protección contra sobretensiones, utilice el estándar como base, suponiendo que 50% de la corriente del rayo se descargará a tierra. El otro 50% de la corriente del rayo se dirige a la instalación eléctrica a través de la red principal.conexión equipotencial y desde allí debe realizarse lejos del sistema SPD.