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IEC 62305-4 - Norma sobre protección contra rayo-4.1
Ley de Normatividad (Universidad Nacional de Ingeniería)
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NORMA
INTERNACIONAL
CEI
IEC
62305-4
Primera edición
2006-01
Versión en español
Protección contra el rayo
Parte 4:
Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras
Protection against lightning
Part 4:
Electrical and electronic systems within structures
Protection contre la foudre
Partie 4:
Réseaux de puissance et de communication dans les structures
 IEC 2006
 AENOR 2008
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PRECIO
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ÍNDICE
Página
PRÓLOGO ........................................................................................................................................
6
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................
8
1
OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ......................................................................
10
2
NORMAS PARA CONSULTA.......................................................................................
10
3
TÉRMINOS Y DEFINICIONES ....................................................................................
11
4
4.1
4.2
4.3
DISEÑO E INSTALACIÓN DE UN CONJUNTO DE MEDIDAS
DE PROTECCIÓN CONTRA EL IEMR (SMPI) ........................................................
Diseño de un sistema de medidas de protección contra el IEMR (SMPI) ...................
Zonas de protección contra el rayo (ZPR) .....................................................................
Medidas básicas de protección en un SMPI...................................................................
13
17
17
21
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
PUESTA A TIERRA Y EQUIPOTENCIALIDAD.......................................................
Sistema de puesta a tierra................................................................................................
Red equipotencial .............................................................................................................
Barras equipotenciales.....................................................................................................
Equipotencialidad en el límite de una ZPR....................................................................
Materiales y dimensiones de los componentes equipotenciales ....................................
21
22
24
29
29
29
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
APANTALLAMIENTO MAGNÉTICO Y TRAZADO DE LAS LÍNEAS ................
Apantallamiento espacial.................................................................................................
Apantallamiento de las líneas internas ..........................................................................
Trazado de las líneas internas .........................................................................................
Apantallamiento de las líneas externas ..........................................................................
Materiales y dimensiones de las pantallas magnéticas..................................................
30
30
30
30
31
31
7
PROTECCIÓN COORDINADA POR LOS DPS .........................................................
31
8
8.1
8.2
8.3
GESTIÓN DE UN SMPI .................................................................................................
Plan de gestión del SMPI.................................................................................................
Inspección de un SMPI ....................................................................................................
Mantenimiento .................................................................................................................
32
32
34
35
ANEXO A (Informativo) ELEMENTOS BÁSICOS PARA LA EVALUACIÓN
DEL AMBIENTE ELECTROMAGNÉTICO EN UNA ZPR..........
36
ANEXO B (Informativo) IMPLANTACIÓN DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN
CONTRA EL IEMR EN SISTEMAS ELECTRÓNICOS
EXISTENTES EN LAS ESTRUCTURAS.........................................
62
ANEXO C (Informativo) COORDINACIÓN DE LOS DPS .......................................................
78
ANEXO D (Informativo) SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE UNA PROTECCIÓN
DE DPS COORDINADA.....................................................................
95
BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................... 100
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Figura 1
Principio general de división en diferentes ZPR......................................................
14
Figura 2
Protección contra el IEMR − Ejemplos de posibles medidas de protección
contra el IEMR (SMPI)..............................................................................................
16
Figura 3
Ejemplos de interconexión de ZPR ...........................................................................
19
Figura 4
Ejemplos de extensión de zonas de protección contra el rayo ...............................
20
Figura 5
Ejemplo de un sistema de puesta a tierra tri-dimensional formado
por la red equipotencial interconectada con el sistema de puesta a tierra ............
22
Figura 6
Sistema de puesta a tierra mallado en una planta ...................................................
23
Figura 7
Empleo de las barra de la armadura de una estructura como
conexión equipotencial ...............................................................................................
25
Figura 8
Conexión equipotencial en una estructura con armadura de acero.......................
26
Figura 9
Integración de sistemas electrónicos en la red equipotencial..................................
27
Figura 10
Combinaciones de métodos de integración de sistemas electrónicos
en la red equipotencial ...............................................................................................
28
Figura A.1
Situación del IEMR debida a una descarga de rayo................................................
38
Figura A.2
Simulación de la subida del campo magnético mediante
oscilaciones amortiguadas..........................................................................................
40
Construcción de un volumen grande apantallado empleando las
armaduras del hormigón y los bastidores metálicos................................................
41
Figura A.4
Volumen para los sistemas eléctricos y electrónicos en una zona interior ZPR n
42
Figura A.5
Reducción de los efectos inductivos mediante medidas de trazado
y apantallamiento de las líneas ..................................................................................
44
Figura A.6
Ejemplo de un SMPI para un edificio de oficinas....................................................
45
Figura A.7
Evaluación del campo magnético en el caso de una descarga de rayo directa .....
47
Figura A.8
Evaluación del campo magnético en el caso de una descarga de rayo cercana.....
49
Figura A.9
Distancia sa en función del radio de la esfera rodante y de las
dimensiones de la estructura .....................................................................................
52
Figura A.10 Tipos de grandes volúmenes apantallados en malla ................................................
54
Figura A.11 Campo magnético H1/máx. en el interior de una pantalla mallada tipo 1 ................
55
Figura A.12 Campo magnético H1/máx. en el interior de una pantalla mallada tipo 1 ................
55
Figura A.13 Ensayo de bajo nivel para evaluar el campo magnético en el interior
de una estructura apantallada...................................................................................
57
Figura A.14 Tensiones y corrientes inducidas en un bucle formado por líneas .........................
58
Figura A.3
Figura B.1
Mejora de las medidas de protección contra el IEMR y compatibilidad
electromagnética en estructuras existentes...............................................................
64
Figura B.2
Posibilidades de establecer ZPR en estructuras existentes .....................................
69
Figura B.3
Reducción de la superficie del bucle empleando cables apantallados
próximos a una placa metálica ..................................................................................
71
Ejemplo de una placa metálica como pantalla adicional ........................................
72
Figura B. 5 Protección de antenas y otros equipos externos .......................................................
74
Figura B.4
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Figura B.6
Pantalla natural suministrada por escaleras y tuberías equipotenciales ...............
75
Figura B.7
Posición ideal de línea en un mástil ( sección de un mástil de acero en celosía)....
76
Figura C.1
Ejemplo de aplicación de los DPS en sistemas de distribución de potencia...........
79
Figura C.2
Modelo básico para la coordinación por energía de los DPS..................................
80
Figura C.3
Combinación de dos DPS tipo limitadores de tensión .............................................
82
Figura C.4
Ejemplo con dos limitadores de tensión tipo MOV 1 y MOV 2..............................
83
Figura C.5
Combinación de un explosor tipo conmutador de tensión y
un MOV tipo limitador de tensión ...........................................................................
84
Figura C.6
Ejemplo con explosor y limitador de tensión tipo MOV ........................................
86
Figura C.7
Determinación de la inductancia de desacoplo para ondas
tipo impulso 10/350µs y 0,1 kA/µs .............................................................................
87
Figura C.8
Ejemplo con explosor y MOV para onda tipo impulso 10/350 µs ..........................
89
Figura C.9
Ejemplo con explosor y MOV para onda tipo impulso 0,1kA/ µs ..........................
91
Figura C.10 Coordinación según la variante I − Los DPS son del tipo limitador de tensión ....
92
Figura C.11 Coordinación según la variante II − Los DPS son del tipo limitador de tensión...
92
Figura C.12 Coordinación según la variante III − Los DPS son del tipo corte de tensión
y limitador de tensión .................................................................................................
93
Figura C.13 Coordinación según la variante VI − Varios DPS en un solo elemento .................
93
Figura C.14 Coordinación según el método de "la energía pasante"..........................................
94
Figura D.1
Ondas de tensión tipo impulso entre el conductor activo
y la barra equipotencial .............................................................................................
96
Tabla 1
Secciones mínimas de los componentes equipotenciales..........................................
30
Tabla 2
Plan de gestión de un SMPI para un edificio nuevo y
para grandes cambios en la construcción o utilización de los edificios..................
33
Tabla A.1
Ejemplos para i0/máx. = 100 kA y w = 2 m ..................................................................
48
Tabla A.2
Atenuación magnética de una pantalla espacial mallada para una onda plana....
50
Tabla A.3
Radio de la esfera rodante correspondiente a la máxima corriente del rayo ........
52
Tabla A.4
Ejemplos para i0/máx. = 100 kA y w = 2 m, correspondiente a SF = 12,6.................
53
Tabla B.1
Características de las estructuras y de sus alrededores...........................................
62
Tabla B.2
Características de la instalación ................................................................................
63
Tabla B.3
Características de los equipos....................................................................................
63
Tabla B.4
Otras cuestiones a tener en cuenta para el concepto de protección .......................
63
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COMISIÓN ELECTROTÉCNICA INTERNACIONAL
Protección contra el rayo
Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras
PRÓLOGO
1) IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) es una organización mundial para la normalización, que comprende todos los
comités electrotécnicos nacionales (Comités Nacionales de IEC). El objetivo de IEC es promover la cooperación internacional
sobre todas las cuestiones relativas a la normalización en los campos eléctrico y electrónico. Para este fin y también para otras
actividades, IEC publica Normas Internacionales, Especificaciones Técnicas, Informes Técnicos, Especificaciones Disponibles
al Público (PAS) y Guías (de aquí en adelante “Publicaciones IEC”). Su elaboración se confía a los comités técnicos; cualquier
Comité Nacional de IEC que esté interesado en el tema objeto de la norma puede participar en su elaboración. Organizaciones
internacionales gubernamentales y no gubernamentales relacionadas con IEC también participan en la elaboración. IEC
colabora estrechamente con la Organización Internacional de Normalización (ISO), de acuerdo con las condiciones
determinadas por acuerdo entre ambas.
2) Las decisiones formales o acuerdos de IEC sobre materias técnicas, expresan en la medida de lo posible, un consenso
internacional de opinión sobre los temas relativos a cada comité técnico en los que existe representación de todos los Comités
Nacionales interesados.
3) Los documentos producidos tienen la forma de recomendaciones para uso internacional y se aceptan en este sentido por los
Comités Nacionales mientras se hacen todos los esfuerzos razonables para asegurar que el contenido técnico de las
publicaciones IEC es preciso, IEC no puede ser responsable de la manera en que se usan o de cualquier mal interpretación por
parte del usuario.
4) Con el fin de promover la unificación internacional, los Comités Nacionales de IEC se comprometen a aplicar de forma transparente
las Publicaciones IEC, en la medida de lo posible en sus publicaciones nacionales y regionales. Cualquier divergencia entre la
Publicación IEC y la correspondiente publicación nacional o regional debe indicarse de forma clara en esta última.
5) IEC no establece ningún procedimiento de marcado para indicar su aprobación y no se le puede hacer responsable de cualquier
equipo declarado conforme con una de sus publicaciones.
6) Todos los usuarios deberían asegurarse de que tienen la última edición de esta publicación.
7) No se debe adjudicar responsabilidad a IEC o sus directores, empleados, auxiliares o agentes, incluyendo expertos individuales
y miembros de sus comités técnicos y comités nacionales de IEC por cualquier daño personal, daño a la propiedad u otro daño
de cualquier naturaleza, directo o indirecto, o por costes (incluyendo costes legales) y gastos derivados de la publicación, uso o
confianza de esta publicación IEC o cualquier otra publicación IEC.
8) Se debe prestar atención a las normas para consulta citadas en esta publicación. La utilización de las publicaciones referenciadas es
indispensable para la correcta aplicación de esta publicación.
9) Se debe prestar atención a la posibilidad de que algunos de los elementos de esta Publicación IEC puedan ser objeto de
derechos de patente. No se podrá hacer responsable a IEC de identificar alguno o todos esos derechos de patente.
La Norma Internacional IEC 62305-4 ha sido elaborada por el comité técnico 81 de IEC: Protección
contra el rayo.
La serie de Normas IEC 62305 (partes 1 a 5), está establecida de acuerdo con el Nuevo Plan de
Publicaciones, aprobado por los Comités Nacionales [81/171/RQ (2001-06-29)], que reestructura y
actualiza de una forma más simple y racional las publicaciones de las series de Normas IEC 61024,
IEC 61312 e IEC 61663.
El texto de esta primera edición de la Norma IEC 62305-4 está elaborada a partir de la siguiente norma, y
la reemplaza:
− IEC 61312-1, primera edición (1995);
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62305-4 © IEC 2006
− IEC 61312-2, primera edición (1998);
− IEC 61312-3, primera edición (2000);
− IEC 61312-4, primera edición (1998).
El texto de esta norma se basa en los documentos siguientes:
FDIS
Informe de voto
81/265/FDIS
81/270/RVD
El informe de voto indicado en la tabla anterior ofrece toda la información sobre la votación para la
aprobación de esta norma.
Esta norma ha sido elaborada, tan fielmente como sea posible, de acuerdo con las Directivas ISO/IEC,
Parte 2.
La Norma IEC 62305 consta de las siguientes partes, bajo el título general Protección contra el rayo:
Parte 1:
Principios generales.
Parte 2:
Evaluación del riesgo.
Parte 3:
Daño físico a estructuras y riesgo humano.
Parte 4:
Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras.
Parte 5:
Servicios1).
El comité ha decidido que el contenido de esta norma (la norma base y de sus modificaciones)
permanezca vigente hasta la fecha de mantenimiento indicada en la página web de IEC
"http://webstore.iec.ch" en los datos relativos a la norma específica. En esa fecha, la norma será
– confirmada;
– anulada;
– reemplazada por una edición revisada; o
– modificada.
Esta versión es una traducción al español de la versión oficial de la norma IEC. En caso de discrepancia
deberá consultarse la versión original.
1) A publicar.
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-8-
INTRODUCCIÓN
El rayo como fuente de daño es un fenómeno de muy alta energía. Las descargas liberan muchos cientos de mega-julios
de energía. Cuando se compara con los mili-julios de energía que pueden ser suficientes para producir daños en los
equipos electrónicos sensibles y en los sistemas eléctricos y electrónicos que se encuentran en las estructuras, está claro
que serán necesarias medidas adicionales de protección para proteger estos equipos.
Como consecuencia del aumento de los costes de los fallos de los sistemas eléctricos y electrónicos, producidos por los
efectos electromagnéticos de los rayos, ha surgido la necesidad de esta norma internacional. De especial importancia
son los equipos electrónicos empleados en los procesos y almacenamientos de datos, así como en los procesos de
control y de seguridad en las plantas de gran valor, tamaño y complejidad (para las que las paradas no son deseables por
razones de coste y de seguridad).
Como se define en la Norma IEC 62305-2, los rayos pueden producir diferentes tipos de daños en una estructura:
D1
heridas en los seres vivos debidas a las tensiones de contacto y de paso;
D2
daños físicos debidos a efectos mecánicos, térmicos, químicos y explosivos;
D3
fallos de los sistemas eléctricos y electrónicos debidos a efectos electromagnéticos.
La Norma IEC 62305-3 trata de las medidas de protección para reducir el riesgo de los daños físicos y del peligro para
la vida, pero no cubre la protección de los sistemas eléctricos y electrónicos.
Esta Parte 4 de la Norma IEC 62305, por lo tanto, proporciona información sobre las medidas de protección para
reducir el riesgo de fallos permanentes de los sistemas eléctricos y electrónicos en las estructuras.
Los fallos permanentes en los sistemas eléctricos y electrónicos pueden producirse por el impulso electromagnético del
rayo (IEMR) según las siguientes vías:
a) ondas tipo impulso, conducidas o inducidas, transmitidas a los aparatos a través de los cables de conexión;
b) efectos directos de los campos electromagnéticos radiados sobre los aparatos.
En una estructura las ondas tipo impulso pueden producirse externa o internamente:
− las ondas tipo impulso externas a la estructura son producidas por las descargas de rayos que impactan en las líneas
entrantes o en el terreno cerca de las líneas, y son transmitidas por medio de estas líneas a los sistemas eléctricos y
electrónicos;
− las ondas tipo impulso internas a la estructura están producidas por impactos directos en la estructura o en el terreno
próximo.
El acoplamiento puede producirse por diferentes mecanismos:
− acoplamiento resistivo (por ejemplo, la impedancia de puesta a tierra del sistema de puesta a tierra o la resistencia de
la pantalla de los cables);
− acoplamiento por campo magnético (por ejemplo, producido por los bucles de los cables en los sistemas eléctricos y
electrónicos o por inductancia de los conductores equipotenciales);
− acoplamiento por campo eléctrico (por ejemplo, producido por la varilla de la antena de captación).
NOTA
Los efectos del acoplamiento por campo eléctrico son, por lo general, muy pequeños en comparación con los del acoplamiento magnético,
por lo que pueden no tomarse en cuenta.
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-9-
62305-4 © IEC 2006
Los campos electromagnéticos radiados pueden producirse vía:
− circulación de la corriente del rayo por el canal del rayo;
− circulación de corrientes parciales del rayo por los conductores (por ejemplo, en los conductores de bajada de un
SPCR externo, de acuerdo con la Norma IEC 62305-3 o en una pantalla espacial externa, de acuerdo con esta
norma).
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- 10 -
Protección contra el rayo
Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras
1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN
Esta parte de la Norma IEC 62305 proporciona información para el diseño, instalación, inspección, mantenimiento, y
ensayo de un conjunto de medidas de protección contra el IEMR en los sistemas eléctricos y electrónicos en una
estructura, capaces de reducir el riesgo de fallos permanentes producidos por el impulso electromagnético del rayo.
Esta norma no cubre la protección contra las interferencias electromagnéticas producidas por el rayo, que pueden
producir mal funcionamientos de los sistemas electrónicos. Sin embargo, la información indicada en el anexo A puede
emplearse, también, para evaluar estas perturbaciones. Las medidas de protección contra las interferencias
electromagnéticas están cubiertas por la Norma IEC 60364-4-44 y la serie de Normas IEC 61000 [1]2).
Esta guía proporciona las directrices para la cooperación entre el proyectista del sistema eléctrico y electrónico y el
diseñador de las medidas de protección, en un intento de conseguir el óptimo de efectividad en la protección.
Esta norma no trata sobre los detalles de diseño de los propios sistemas eléctricos y electrónicos.
2 NORMAS PARA CONSULTA
Las normas que a continuación se indican son indispensables para la aplicación de esta norma. Para las referencias con
fecha, sólo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha se aplica la última edición de la norma (incluyendo
cualquier modificación de ésta).
IEC 60364-4-44:2001 Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 4-44: Protección para garantizar la seguridad.
Protección contra las perturbaciones de tensión y las perturbaciones electromagnéticas.
IEC 60364-5-53:2001 Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 5-53: Elección e instalación de materiales eléctricos.
Aislamiento, interruptores y control.
IEC 60664-1:2002 Coordinación de aislamiento de los equipos en los sistemas (redes) de baja tensión. Parte 1:
Principios, requisitos y ensayos.
IEC 61000-4-5:1995 Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-5: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayo de
inmunidad a las ondas de choque.
IEC 61000-4-9:1993 Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-9: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayo de
inmunidad a los campos magnéticos impulsionales.
IEC 61000-4-10:1993 Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-10: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayo
de inmunidad a los campos magnéticos oscilatorios amortiguados.
IEC 61000-5-2:1997 Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 5 : Guías de instalación y atenuación. Sección 2:
Puesta a tierra y cableado.
IEC 61643-1:1998 Pararrayos conectados a las redes de baja tensión. Parte 1: Requisitos de funcionamiento y métodos
de ensayos.
IEC 61643-12:2002 Pararrayos de baja tensión. Parte 12: Pararrayos conectados a sistemas eléctricos de baja
tensión. Principios de elección y aplicación.
2) Las cifras entre corchetes hacen referencia a la bibliografía.
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IEC 61643-21:2000 Pararrayos de baja tensión. Parte 21: Pararrayos conectados a redes de telecomunicación y de
transmisión de señales. Requisitos de funcionamiento y métodos de ensayos.
IEC 61643-22:2004 Pararrayos de baja tensión. Parte 22: Pararrayos conectados a redes de telecomunicación y de
transmisión de señales. Principios de elección y de aplicación.
IEC 62305-1 Protección contra el rayo. Parte 1: Principios generales.
IEC 62305-2 Protección contra el rayo. Parte 2: Evaluación del riesgo.
IEC 62305-3 Protección contra el rayo. Parte 3: Daño físico a estructuras y riesgo humano.
Recomendación ITU-T K.20:2003 Inmunidad de los equipos de telecomunicación instalados en centros de
telecomunicación a las sobretensiones y a las sobreintensidades.
Recomendación ITU-T K.21:2003 Inmunidad de los equipos de telecomunicación instalados en los locales de los
abonados a las sobretensiones y a las sobreintensidades.
3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES
A los fines de este documento se aplican los siguientes términos y definiciones, así como los que figuran en otras partes
de la Norma IEC 62305.
3.1 sistema eléctrico:
Sistema que incorpora componentes con alimentación a baja tensión.
3.2 sistema electrónico:
Sistema que incorpora componentes electrónicos sensibles tales como equipos de comunicación, ordenadores, sistemas
de instrumentación y control, sistemas de radio, instalaciones de electrónica de potencia.
3.3 sistemas internos:
Sistemas eléctricos y electrónicos en el interior de una estructura.
3.4 impulso electromagnético del rayo, IEMR:
Efectos electromagnéticos de la corriente del rayo.
NOTA
Incluye tanto los efectos de los impulsos conducidos como los impulsos del campo electromagnético radiado.
3.5 onda tipo impulso:
Onda transitoria, producida por el IEMR, que aparece como sobretensiones y/o sobrecorrientes.
NOTA
Las ondas tipo impulso debidas al IEMR pueden provenir de las corrientes (parciales) de rayo, de los efectos inductivos en los bucles de la
instalación y de la tensión residual, aguas abajo, de los DPS.
3.6 tensión asignada soportada al impulso, Uw::
Tensión soportada al impulso asignada por el fabricante al equipo o parte del equipo, que caracteriza la capacidad del
aislamiento del equipo para soportar sobretensiones.
NOTA
En esta norma, sólo se considera la tensión soportada entre conductores activos y tierra.
3.7 nivel de protección contra el rayo, NPR:
Número relacionado con un conjunto de valores de parámetros del rayo relativos a la probabilidad de que los valores
máximos y mínimos de diseño no serán sobrepasados cuando se produzca un rayo natural.
NOTA
El nivel de protección contra el rayo se emplea para diseñar las medidas de protección de acuerdo con el conjunto de los parámetros
relevantes de la corriente del rayo.
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3.8 zona de protección contra el rayo, ZPR:
Zona en la que se define el ambiente electromagnético del rayo.
NOTA
El límite de una ZPR no es necesariamente una frontera física (por ejemplo, paredes, suelos o techos).
3.9 sistema de medidas de protección contra el IEMR, SMPI:
Sistema completo de medidas de protección para los sistemas internos contra el IEMR.
3.10 pantalla espacial mallada:
Pantalla magnética caracterizada por aberturas.
NOTA
Para un edificio o una habitación, es preferible construirla mediante interconexión de los componentes metálicos naturales de la estructura
(por ejemplo, las barras de la armadura del hormigón, armazones metálicos y soportes metálicos).
3.11 sistema de puesta a tierra:
Parte de un SPCR externo destinada a conducir y dispersar la corriente del rayo en el terreno.
3.12 red equipotencial:
Red que interconecta todas las partes conductoras de la estructura y de los sistemas internos (con exclusión de los
conductores activos) al sistema de puesta a tierra.
3.13 sistema de tierra:
Sistema completo formado por el sistema de puesta a tierra y la red equipotencial.
3.14 dispositivo de protección contra sobretensiones, DPS:
dispositivo concebido para limitar las sobretensiones transitorias y dispersar las corrientes de impulso. Contiene, al
menos, un componente no lineal.
3.15 DPS ensayado con Iimp:
DPS que soporta la corriente parcial del rayo con una forma de onda típica 10/350 µs y que requiere la correspondiente
corriente de ensayo de impulso Iimp.
NOTA
Para las líneas de potencia, en la Norma IEC 61643-1 se define, en el procedimiento de ensayo de la Clase I, un valor adecuado de la
corriente de ensayo Iimp.
3.16 DPS ensayado con In:
DPS que soporta corrientes de descargas inducidas con una forma de onda típica 8/20 µs y que requiere la
correspondiente corriente de ensayo de impulso In.
NOTA
Para las líneas de potencia, en la Norma IEC 61643-1 se define, en el procedimiento de ensayo de la Clase II, un valor adecuado de la
corriente de ensayo In.
3.17 DPS ensayado con una combinación de ondas:
DPS que soporta la corriente de descarga inducida con una forma de onda típica 8/20 µs y que requiere la
correspondiente corriente de ensayo de impulso Isc.
NOTA
Para las líneas de potencia, en la Norma IEC 61643-1 se define, en el procedimiento de ensayo de la Clase III, un ensayo de combinación
de ondas adecuado, definiendo la tensión a circuito abierto Uoc 1,2/50 µs y la corriente de cortocircuito Isc 8/20 µs de un generador de onda
combinada de 2 Ω.
3.18 DPS tipo corte de tensión:
DPS que tiene una alta impedancia cuando no hay onda tipo impulso, pero que puede cambiar rápidamente a un valor
bajo de impedancia en respuesta a una onda tipo impulso.
NOTA 1 Ejemplos comunes de componentes empleados como dispositivos de corte de tensión son los explosores, los tubos descargadores de gas,
los tiristores (rectificadores de silicio) y los triacs. Estos DPS a veces se llaman "tipo crowbar".
NOTA 2 Un dispositivo de corte de tensión tiene una característica tensión/corriente discontinua.
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3.19 DPS tipo limitador de tensión:
DPS que tiene una alta impedancia cuando no hay onda tipo impulso, pero que reducirá su valor continuamente cuando
aumenta la onda de impulso de tensión y de corriente.
NOTA 1 Ejemplos comunes de componentes empleados como dispositivos no lineales son los varistores y los diodos supresores. Estos DPS pueden
llamarse a veces “tipo clamping”.
NOTA 2 Un dispositivo limitador de tensión tiene una característica tensión/corriente continua.
3.20 DPS tipo combinado:
DPS que incorpora componentes de tipo corte y de tipo limitador y que puede actuar como corte de tensión, como
limitador de tensión o como ambos a la vez, en función de las características de la tensión aplicada.
3.21 protección coordinada de los DPS :
Conjunto de DPS adecuadamente seleccionados, coordinados e instalados para reducir fallos de los sistemas eléctricos y
electrónicos.
4 DISEÑO E INSTALACIÓN DE UN CONJUNTO DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA EL IEMR
(SMPI)
Los sistemas eléctricos y electrónicos están expuestos a daños por causa del impulso electromagnético del rayo (IEMR).
Por tanto, deben tomarse medidas de protección contra el IEMR para evitar los fallos de los sistemas internos.
La protección contra el IEMR está basada en el concepto de zonas de protección contra el rayo (ZPR): el volumen que
contiene los sistemas a proteger debe dividirse en ZPR. Estas zonas son, teóricamente, volúmenes asignados de espacio
en los que la severidad del IEMR es compatible con el nivel de inmunidad de los sistemas internos situados en su
interior (véase la figura 1). Las zonas sucesivas se caracterizan por cambios significativos en la severidad del IEMR. El
límite de una ZPR se define por las medidas de protección empleadas (véase la figura 2).
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NOTA
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Esta figura muestra un ejemplo de como dividir una estructura en zonas interiores ZPR. Todos los servicios metálicos que entran en la
estructura son conectados equipotencialmente a través de barras equipotenciales en la frontera de la ZPR 1. Además, los servicios
conductores que entran en la ZPR 2 (por ejemplo, sala de ordenadores) están conectados equipotencialmente a través de barras
equipotenciales en la frontera de la ZPR 2.
Figura 1 − Principio general de división en diferentes ZPR
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Figura 2a − SMPI empleando pantallas espaciales “protección coordinada de los DPS” −
Aparato bien protegido contra los impulsos de ondas conducidos (U2 << U0 e I2 << I0)
y contra los campos magnéticos radiados (H2 << H0)
Figura 2b − SMPI empleando pantalla espacial en la ZPR 0 y DPS en la entrada de la ZPR 1 −
Aparato protegido contra los impulsos de ondas conducidos (U1 < U0 e I1 < I0)
y contra los campos magnéticos radiados (H1 < H0)
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Figura 2c − SMPI empleando una línea apantallada interna y protección por DPS a la entrada de la ZPR 1 −
Aparato protegido contra los impulsos de ondas de corriente conducidos (U2 < U0 e I2 < I0)
y contra los campos magnéticos radiados (H2 < H0)
Figura 2d − SMPI empleando solamente la “protección coordinada de los DPS” −
Aparato protegido contra los impulsos de ondas conducidos (U2 << U0 e I2 << I0),
pero no contra los campos magnéticos radiados (H0)
NOTA 1 Los DPS pueden colocarse en los siguientes puntos (véase también el apartado D.1.2):
− en la frontera de la ZPR 1 (por ejemplo, en el panel principal de distribución MB);
− en la frontera de la ZPR 2 (por ejemplo, en el panel secundario de distribución SB);
− en los aparatos o muy cerca de ellos (por ejemplo, en la toma SA).
NOTA 2 Para reglas detalladas de instalación véase también la Norma IEC 60364-5-53.
NOTA 3 Frontera apantallada (
) y no apantallada (
).
Figura 2 − Protección contra el IEMR − Ejemplos de posibles medidas de protección contra el IEMR (SMPI)
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Los fallos permanentes de los sistemas eléctricos y electrónicos debidos al IEMR pueden estar producidos por:
− ondas de impuso conducidas e inducidas y transmitidas a los aparatos a través de los cables de conexión;
− efectos de los campos electromagnéticos radiados incidiendo directamente sobre los propios aparatos.
NOTA 1 Los fallos por los campos magnéticos que inciden directamente en los equipos son despreciables, siempre que los equipos cumplan con los
ensayos de emisión de radio frecuencia y de inmunidad, como se definen en las normas CEM correspondientes
NOTA 2 Para los equipos que no cumplen con las normas CEM correspondientes, el anexo A proporciona información sobre como conseguir la
protección contra los campos electromagnéticos que inciden directamente sobre estos equipos. Los niveles soportados por los equipos
contra los campos magnéticos radiados deben seleccionarse de acuerdo con las Normas IEC 61000-4-9 e IEC 61000-4-10.
4.1 Diseño de un sistema de medidas de protección contra el IEMR (SMPI)
Puede diseñarse un SMPI para proteger los equipos contra las ondas tipo impulso y contra los campos electromagnéticos. La figura 2 muestra diferentes ejemplos:
•
Un SMPI en el que se empleen apantallamientos espaciales y protección coordinada de los DPS protegerá contra los
campos magnéticos radiados y contra las ondas tipo impulso conducidas (véase la figura 2a). Las pantallas
espaciales en cascada y la coordinación de los DPS puede reducir el campo magnético y las ondas tipo impulso a un
nivel de amenaza menor.
•
Un SMPI en el que se emplea una pantalla espacial de ZPR 1 y un DPS a la entrada de la ZPR 1 puede proteger los
aparatos contra el campo magnético radiado y contra las ondas tipo impulso conducidas (véase la figura 2b).
NOTA 1 La protección no sería suficiente si el campo magnético permanece demasiado elevado (debido a la baja efectividad del apantallamiento de
la ZPR 1) o si la amplitud de la onda tipo impulso permanece demasiado alta (debido a un nivel de protección de alta tensión de los DPS y
a los efectos de inducción en el cableado aguas abajo de los DPS).
•
Un SMPI formado por líneas apantalladas, combinado con envolventes apantalladas de los equipos, protegerá contra
los campos magnéticos radiados. El DPS a la entrada de la ZPR 1 proporcionará protección contra las ondas tipo
impulso conducidas (véase la figura 2c). Para alcanzar un nivel más bajo de amenaza por las ondas tipo impulso,
puede ser necesario un DPS especial (por ejemplo, etapas interiores de coordinación adicionales) para alcanzar un
nivel de protección de tensión suficientemente bajo.
•
Un SMPI formado por un sistema de protección coordinado de DPS, solamente es adecuado para proteger equipos
insensibles a los campos magnéticos radiados, ya que los DPS solamente proporcionarán protección contra las ondas
tipo impulso conducidas (véase la figura 2d). Un nivel de amenaza menor puede conseguirse empleando DPS
coordinados.
NOTA 2 Las soluciones de acuerdo con las figuras 2a a 2c están especialmente recomendadas para equipos que no cumplen con las
correspondientes normas de producto CEM.
NOTA 3 Un SPCR según la Norma IEC 62305-3, que sólo emplee conexiones equipotenciales mediante DPS, no proporciona protección efectiva
contra los fallos de los sistemas eléctricos y electrónicos sensibles. El SPCR puede mejorarse reduciendo las dimensiones de la malla y
seleccionando los DPS apropiados, de manera que constituyan un componente efectivo del SMPI.
4.2 Zonas de protección contra el rayo (ZPR)
En relación con la amenaza del rayo, se definen las siguientes ZPR (véase la Norma IEC 62305-1):
Zonas exteriores
ZPR 0
Zona en la que amenaza es debida al campo electromagnético del rayo no atenuado y en la que los
sistemas internos pueden estar sometidos a la corriente de onda tipo impulso total o parcial del rayo. La
ZPR 0 se subdivide en:
ZPR 0A
zona en la que la amenaza es debida al impacto directo de la descarga y al campo electromagnético total
del rayo. Los sistemas internos pueden estar sometidos a la onda tipo impulso de corriente total;
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ZPR 0B
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zona protegida contra las descargas directas pero en la que la amenaza es el campo electromagnético total
del rayo. Los sistemas internos pueden estar sometidos a corrientes de onda tipo impulso parciales.
Zonas interiores: (protegidas contra las descargas directas del rayo)
ZPR 1
Zona en la que la corriente de onda tipo impulso está limitada por la distribución de la corriente y por los
DPS en las zonas límites. El apantallamiento espacial puede atenuar el campo electromagnético del rayo.
ZPR 2…n
Zona en la que la corriente de onda tipo impulso puede limitarse más mediante la distribución de la
corriente y DPS adicionales en la zonas límites. Puede emplearse apantallamiento espacial adicional para
atenuar más el campo electromagnético del rayo.
Las ZPR se implementan por la instalación del SPCR, por ejemplo instalación de DPS coordinados y/o pantallas
magnéticas (véase la figura 2). En función del número, tipo y nivel de tensión soportada del equipo a proteger, puede
definirse la ZPR apropiada. Estas zonas pueden incluir pequeñas zonas locales (por ejemplo, envolventes de los
equipos) o grandes zonas (por ejemplo, el volumen total de la estructura) (véase la figura B.2).
Puede ser necesaria la interconexión de zonas del mismo orden si dos estructuras separadas están conectadas por líneas
eléctricas o de señales, o si debe reducirse el número de DPS (véase la figura 3).
i1, i2 corrientes parciales del rayo
NOTA
La figura 3a muestra dos ZPR 1 conectadas por líneas
eléctricas o de señales. Debería tenerse especial cuidado si
ambas ZPR 1 representan estructuras separadas con
sistemas de tierra separados y distanciadas por decenas o
centenas de metros. En este caso, una gran parte de la
corriente del rayo puede circular a lo largo de las líneas de
conexión, que no están protegidas.
Figura 3a − Interconexión de dos ZPR 1
mediante DPS
NOTA
La figura 3b muestra que este problema puede solucionarse
empleando cables o conductos apantallados para conectar las
ZPR 1 siempre que las pantallas sean capaces de llevar la
corriente de rayo parcial. Los DPS pueden omitirse si la caída
de tensión a lo largo de la pantalla no es demasiado grande.
Figura 3b − Interconexión de dos ZPR 1
mediante cables o conductos apantallados
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NOTA
La figura 3c muestra dos ZPR 2 conectadas por líneas
eléctricas o de señales. Debido a que las líneas están
expuestas al nivel de amenaza de la ZPR 1, se requieren
DPS a la entrada de cada ZPR 2.
Figura 3c − Interconexión de dos ZPR 2
mediante DPS
NOTA
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La figura 3d muestra que tales interferencias pueden
evitarse, y omitirse los DPS, si se emplean cables o
conductos apantallados para interconectar ambas ZPR 2.
Figura 3d − Interconexión de dos ZPR 2
mediante cables o conductos apantallados
Figura 3 – Ejemplos de interconexión de ZPR
La extensión de una ZPR en otra puede ser necesaria en casos especiales o puede emplearse para reducir el número de
DPS requeridos (véase la figura 4).
En el anexo A se describe la evaluación detallada del ambiente electromagnético en una ZPR.
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NOTA
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La figura 4a muestra una estructura alimentada por un
transformador. Si el transformador se encuentra fuera de la
estructura, sólo las líneas de baja tensión que entran en la
estructura necesitan protección mediante DPS. Si el
transformador debiera instalarse en el interior de la
estructura, el propietario del edificio no está autorizado,
normalmente, para adoptar medidas de protección en el
lado de alta tensión.
Figura 4a − Transformador fuera de la estructura
NOTA
La figura 4c muestra una ZPR 2 alimentada por una línea
eléctrica o de señal. Esta línea necesita dos DPS
coordinados: uno en el límite de la ZPR 1, y otro en el
límite de la ZPR 2.
Figura 4c − Necesidad de dos DPS (0/1)
y DPS (1/2) coordinados
NOTA
La figura 4b muestra que el problema puede resolverse
extendiendo la ZPR 0 en la ZPR 1, lo que requiere, de
nuevo, DPS sólo en el lado de baja tensión.
Figura 4b − Transformador en el interior de la
estructura (Extensión de la ZPR 0 en la ZPR 1)
NOTA
La figura 4d muestra que, si la ZPR 2 se extiende en la
ZPR 1 usando cables o conductos apantallados, la línea
puede entrar directamente en la ZPR 2 siendo necesario un
solo DPS. Sin embargo, este DPS reducirá la amenaza
directamente al nivel de ZPR 2.
Figura 4d − Necesidad de un solo DPS (0/1/2)
(Extensión de la ZPR 2 en la ZPR 1)
Figura 4 − Ejemplos de extensión de zonas de protección contra el rayo
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4.3 Medidas básicas de protección en un SMPI
Las medidas básicas contra el IEMR incluyen:
•
Puesta a tierra y equipotencialidad (véase el capitulo 5)
El sistema de puesta a tierra conduce y dispersa la corriente eléctrica del rayo en la tierra.
La red equipotencial minimiza las diferencias de potencial y puede reducir el campo magnético.
•
Apantallamiento magnético y trazado de las líneas (véase el capítulo 6)
El apantallamiento espacial reduce el campo magnético en la ZPR, debido a los impactos directos o en las
proximidades de la estructura, y reduce las ondas tipo impulso internas.
El apantallamiento de las líneas internas, mediante cables o conductos apantallados, minimiza las ondas tipo
impulso internas inducidas.
El trazado de las líneas internas puede minimizar los bucles inductivos y reducir las ondas tipo impulso internas.
NOTA 1 El apantallamiento espacial, el apantallamiento y el trazado de las líneas internas, pueden combinarse o emplearse por separado.
El apantallamiento de las líneas externas que entran en la estructura reducen las ondas tipo impulso conducidas a los
sistemas internos.
•
Protección coordinada de los DPS (véase el capítulo 7)
La protección coordinada de los DPS limita los efectos de las ondas tipo impulso exteriores e interiores.
Deberían siempre estar aseguradas, en el punto de entrada de cada servicio conductor, las conexiones a tierra y las
equipotenciales, en particular, las equipotenciales de todo servicio conductivo, bien directamente o bien por medio de
los DPS equipotenciales.
NOTA 2 De acuerdo con la Norma IEC 62305-3, la conexión equipotencial contra el rayo protegerá solamente contra las chispas peligrosas. La
protección de los sistemas internos contra las ondas tipo impulso, de acuerdo con esta norma, requiere la protección coordinada de los DPS.
Otras medidas de protección contra el IEMR pueden emplearse por separado o en combinación.
Las medidas de protección contra el IEMR deben soportar los esfuerzos operativos que se esperan en el lugar de
instalación (por ejemplo, esfuerzos debidos a temperatura, humedad, atmósfera corrosiva, vibraciones, tensión e
intensidad).
La selección de las medidas de protección más adecuadas contra el IEMR debe hacerse de acuerdo con la Norma
IEC 62305-2, mediante una evaluación del riesgo, teniendo en cuenta los factores técnicos y económicos.
En el anexo B se da información práctica sobre la implementación de las medidas de protección contra el IEMR para
sistemas electrónicos en estructuras existentes.
NOTA 3 En la Norma IEC 60364-4-44 se puede encontrar más información sobre la implementación de medidas de protección contra el IEMR.
5 PUESTA A TIERRA Y EQUIPOTENCIALIDAD
Una puesta a tierra y una equipotencialidad apropiadas se basan en un sistema completo de puesta a tierra (véase la
figura 5), que combina:
− el sistema de puesta a tierra (dispersando la corriente del rayo en el terreno); y
− la red equipotencial (minimizando las diferencias de potencial y reduciendo el campo magnético).
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NOTA
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Todas las conexiones dibujadas son o conexiones a los elementos metálicos de la estructura o conexiones equipotenciales. Algunas de ellas
también pueden servir para interceptar, conducir y dispersar la corriente del rayo en tierra.
Figura 5 − Ejemplo de un sistema de puesta a tierra tridimensional formado por
la red equipotencial interconectada con el sistema de puesta a tierra
5.1 Sistema de puesta a tierra
El sistema de puesta a tierra de la estructura debe estar de acuerdo con la Norma IEC 62305-3. En estructuras en las que
sólo existen sistemas eléctricos, puede emplearse un sistema de puesta a tierra tipo A, aunque es preferible el tipo B. En
estructuras con sistemas electrónicos, se recomienda el sistema de puesta a tierra tipo B.
El anillo de puesta a tierra, bien alrededor de la estructura o en el hormigón a lo largo del perímetro de la cimentación,
debería integrarse con una red mallada situada por debajo y alrededor de la estructura, y con una anchura de malla típica
de 5 m. Esta disposición mejora el rendimiento del sistema de puesta a tierra. También es apropiado si el suelo de
hormigón reforzado de la base forma una malla bien definida interconectada y se conecta al sistema de puesta a tierra
típicamente, cada 5 m. Un ejemplo de una planta con un sistema de puesta a tierra mallado se indica en la figura 6.
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Leyenda
1
edificio con red mallada en la armadura del hormigón
2
torre en el interior de la planta
3
equipo aislado
4
bandeja de cables
Figura 6 − Sistema de puesta a tierra mallado en una planta
Para reducir las diferencias de potencial entre dos sistemas internos, referenciados a sistemas de tierra separadas, se
pueden aplicar los siguientes métodos:
− varios conductores equipotenciales en paralelo, situados en los mismos recorridos que los cables eléctricos, o los
cables en conductos de hormigón armado que formen una malla (o en conductos metálicos con conexión continua)
que han sido integrados en las dos redes de tierra;
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− cables apantallados con pantallas de sección suficiente y conectados a los sistemas de puesta a tierra separados en
los extremos del cable.
5.2 Red equipotencial
Se necesita una red de baja impedancia para evitar diferencias de potencial peligrosas entre todos los equipos situados
en la ZPR interior. Además, esta red equipotencial también reduce el campo magnético (véase el anexo A).
Esto puede realizarse mediante una red equipotencial mallada que integre las partes conductoras de la estructura, o
partes de los sistemas internos, y conectando las partes metálicas o los servicios conductores en la zona límite de cada
ZPR, bien directamente o mediante los DPS apropiados.
La red equipotencial puede realizarse como una estructura mallada en tres dimensiones con una anchura de malla típica
de 5 m (véase la figura 5). Esto requiere múltiples interconexiones de los componentes metálicos en el interior y sobre
la estructura (tales como armaduras del hormigón, raíles de los ascensores, grúas, techos metálicos, fachadas metálicas,
marcos metálicos de ventanas y puertas, suelos de planchas metálicas, tuberías de servicio y bandejas de cables). Las
barras de equipotencialidad (por ejemplo, barras en anillo, barras a diferentes niveles de la estructura) y las pantallas
magnéticas de las ZPR deben integrarse de la misma manera.
En la figuras 7 y 8 se muestran ejemplos de redes equipotenciales.
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Leyenda
1
conductor de captura
2
cubierta metálica del parapeto del tejado
3
varillas de acero de la armadura
4
malla conductora superpuesta a la armadura
5
terminal del conductor de la malla
6
terminal de una barra equipotencial interna
7
conexión por soldadura o por grapa
8
conexión arbitraria
9
armadura de acero del hormigón (con malla conductora superpuesta)
10
electrodo de tierra en anillo (si existe)
11
electrodo de tierra de la cimentación
a
distancia típica de 5 m para la malla superpuesta
b
distancia típica de 1 m para conectar esta malla con la armadura
Figura 7 − Empleo de las barra de la armadura de una estructura como conexión equipotencial
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Leyenda
1
equipo eléctrico de potencia
2
viga metálica
3
cubierta metálica de la fachada
4
terminal de conexión equipotencial
5
equipo eléctrico o electrónico
6
barra equipotencial
7
armadura de acero del hormigón (con malla conductora superpuesta)
8
electrodo de tierra de la cimentación
9
entrada común para diferentes servicios
Figura 8 − Conexión equipotencial en una estructura con armadura de acero
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Las partes conductoras (por ejemplo, cabinas, envolventes, estanterías) y el conductor de tierra de protección (PE) de
los sistemas internos deben conectarse a la red equipotencial de acuerdo con las siguientes configuraciones (véase la
figura 9).
Figura 9 − Integración de sistemas electrónicos en la red equipotencial
Si se emplea la configuración S, todos los componentes metálicos (por ejemplo, cabinas, envolventes, estanterías) de los
sistemas internos deben aislarse del sistema de tierra. La configuración S debe integrarse en el sistema de tierra
solamente por una sola barra equipotencial que actúa como punto de referencia de tierra (ERP), resultando el tipo Ss.
Cuando se emplea la configuración S, todas las líneas entre los equipos individuales deben correr en paralelo con los
conductores equipotenciales siguiendo la configuración en estrella, con el fin de impedir la formación de bucles
inductivos. Puede emplearse la configuración S cuando los sistemas internos se encuentran localizados en zonas
relativamente pequeñas y todas las líneas entran en la zona por un solo punto.
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Si se emplea la configuración M, los componentes metálicos (por ejemplo, cabinas, envolventes, estanterías) de los
sistemas internos no están aislados del sistema de tierra, sino que deben estar integrados en él a través de múltiples
puntos equipotenciales, dando lugar a un tipo Mm . Se prefiere la configuración M para los sistemas internos extendidos
en zonas relativamente amplias o en toda la estructura, donde existen muchas líneas entre partes individuales de equipo,
y donde las líneas entran en la estructura por muchos puntos.
En sistemas complejos, las ventajas de ambas configuraciones (M y S) pueden combinarse como se indica en la figura
10, dando lugar a la combinación 1 (Ss combinada con Mm) o a la combinación 2 (Ms combinada con Mm).
Figura 10 − Combinaciones de métodos de integración de sistemas electrónicos en la red equipotencial
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5.3 Barras equipotenciales
Se deben instalar barras equipotenciales para conectar:
− todos los servicios conductores que entran en una ZPR (directamente o empleando el DPS apropiado);
− los conductores de tierra de protección PE;
− los componentes metálicos de los sistemas internos (por ejemplo, cabinas, envolventes, estanterías);
− las pantallas magnéticas de las ZPR en la periferia y en el interior de la estructura.
Las siguientes reglas son importantes para la eficacia de la equipotencialidad:
– la base de todas las medidas de equipotencialidad es tener una red equipotencial de impedancia baja;
– las barras equipotenciales se deberían conectar al sistema de puesta a tierra por la ruta más corta posible (utilizando
conductores equipotenciales de longitud inferior o igual a 0,5 m);
– las dimensiones y los materiales de las barras y conductores equipotenciales deben cumplir con el apartado 5.5;
– las conexiones de los DPS a las barras equipotenciales deberían ser lo más cortas posibles, así como a los
conductores activos, al objeto de minimizar las caídas de tensión inductivas;
– en el lado del circuito protegido (detrás de un DPS), deberían minimizarse los efectos de la inducción mutua, bien
haciendo mínima la superficie del bucle o empleando cables o conductos apantallados.
5.4 Equipotencialidad en el límite de una ZPR
Donde se haya definido una ZPR, deben preverse conexiones equipotenciales para todas las partes y servicios metálicos
(por ejemplo, tuberías metálicas, líneas de potencia o de señal) que cruzan el límite de la ZPR.
NOTA
La conexión equipotencial de los servicios que entran en la ZPR 1 deberían acordarse con los proveedores involucrados (por ejemplo,
operadores de las líneas de potencia o de telecomunicación), porque podría haber requisitos en conflicto.
La conexión equipotencial debe realizarse por medio de barras equipotenciales, que deben instalarse lo más cerca
posible del punto de entrada en el límite de la zona.
Siempre que sea posible, los servicios de entrada deberían entrar en la ZPR por el mismo sitio y conectarse a la misma
barra equipotencial. Si los servicios entran en la ZPR por diferentes sitios, cada servicio debe conectarse a una barra
equipotencial y estas barras deben conectarse entre sí. A este fin, se recomienda la conexión a una barra en anillo
equipotencial (conductor de anillo).
Siempre se requieren conexiones equipotenciales por medio de DPS a la entrada de la ZPR, para conectar todas las
líneas de entrada, que están conectadas con los sistemas internos que se encuentran en la ZPR a la barra equipotencial.
Empleando una ZPR interconectada o extendida puede reducirse el número necesario de DPS.
Los cables apantallados o los conductos metálicos, conectados equipotencialmente en cada límite de la ZPR, pueden
emplearse bien para interconectar varias ZPR del mismo orden en un terminal de ZPR, o bien para extender una ZPR
hasta el próximo límite de zona.
5.5 Materiales y dimensiones de los componentes equipotenciales
Los materiales, las dimensiones y las condiciones de empleo deben cumplir con la Norma IEC 62305-3. Las secciones
mínimas de los componentes equipotenciales deben cumplir con lo indicado en la tabla 1.
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Las abrazaderas deben dimensionarse en función de los valores de la corriente de rayo del SPCR (véase la Norma
IEC 62305-1) y del análisis de la dispersión de la corriente (véase el anexo B de la Norma IEC 62305-3).
Los DPS deben dimensionarse de conformidad con el capítulo 7.
Tabla 1 − Secciones mínimas de los componentes equipotenciales
Cu, Fe
Sección
mm2
50
Conductores de conexión de las barras equipotenciales al sistema de
tierra o a otras barras equipotenciales
Cu
Al
Fe
14
22
50
Conductores de conexión de las instalaciones metálicas internas a
las barras equipotenciales
Cu
Al
Fe
5
8
16
Cu
5
3
1
Componentes equipotenciales
Materiales
Barras equipotenciales (cobre o acero galvanizado)
Conductores de conexión para los DPS
Clase I
Clase II
Clase III
NOTA Si se emplean otros materiales, deberían tener una sección que asegure una resistencia equivalente.
6 APANTALLAMIENTO MAGNÉTICO Y TRAZADO DE LAS LÍNEAS
El apantallamiento magnético puede reducir el campo electromagnético así como la magnitud de las ondas inducidas
tipo impulso internas. Un trazado apropiado de las líneas internas también pude minimizar la magnitud de las ondas
inducidas tipo impulso. Ambas medidas son efectivas para reducir fallos permanentes de los sistemas internos.
6.1 Apantallamiento espacial
El apantallamiento espacial define las zonas protegidas, que pueden cubrir toda la estructura, una parte de ella, una
habitación o sólo la envolvente del equipamiento. El apantallamiento puede estar formado por una red mallada, por una
pantalla metálica continua, o incluir los “componentes naturales” de la estructura (véase la Norma IEC 62305-3).
Las pantallas espaciales son convenientes donde es más práctico y útil proteger una zona definida de la estructura en
lugar de proteger varias partes individuales del equipo. Las pantallas espaciales deberían preverse en la primera etapa
del diseño de una nueva estructura o de un sistema interno nuevo. Hacerlo en instalaciones existentes puede resultar
caro y con grandes dificultades técnicas.
6.2 Apantallamiento de las líneas internas
El apantallamiento puede estar limitado al cableado y equipo del sistema a proteger: a este fin se emplea apantallamiento metálico de los cables, bandejas metálicas cerradas para los cables y envolventes metálicas para los equipos.
6.3 Trazado de las líneas internas
El trazado apropiado de las líneas internas minimiza los bucles inductivos y reduce la formación de sobretensiones
internas tipo impulso en la estructura. La superficie de los bucles puede minimizarse haciendo que el trazado de los
cables esté próximo a los componentes naturales de la estructura que han sido puestos a tierra y/o trazando las líneas de
potencia y de señal juntas.
NOTA
Para evitar interferencias puede ser necesaria una determinada distancia entre las líneas de potencia y las líneas no apantalladas de señales.
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6.4 Apantallamiento de las líneas externas
El apantallamiento de las líneas externas que entran en la estructura incluye las pantallas de los cables, los conductos
metálicos cerrados para cables, y los conductos de hormigón para cables con armadura interconectada. El
apantallamiento de las líneas externas es útil, pero frecuentemente no es responsabilidad del proyectista del SMPI (ya
que el propietario de las líneas externas normalmente es el proveedor de la red).
6.5 Materiales y dimensiones de las pantallas magnéticas
En el límite de las ZPR 0A y ZPR 1, los materiales y las dimensiones de las pantallas magnéticas (por ejemplo, pantallas
espaciales malladas, pantallas de los cables y envolventes de los equipos) deben cumplir con los requisitos de la Norma
IEC 62305-3 para los conductores de los terminales de captura y/o los conductores de bajada. En particular:
– el espesor mínimo de las hojas metálicas, de los conductos metálicos, tuberías y pantallas de los cables, debe
cumplir con la tabla 3 de la Norma IEC 62305-3;
– la configuración de las pantallas espaciales malladas y la sección mínima de sus conductores, debe cumplir con la
tabla 6 de la Norma IEC 62305-3.
Para las pantallas metálicas no previstas para que circule corriente de rayo por ellas, no se requiere que las dimensiones
estén de acuerdo con las tablas 3 y 6 de la Norma IEC 62305-3:
– en el límite de las zonas ZPR 1/2 o superiores, si se cumple con la distancia de separación s entre las pantallas
magnéticas y el SPCR (véase el apartado 6.3 de la Norma IEC 62305-3);
– en el límite de cualquier ZPR, si es despreciable la componente del riesgo RD por descargas de rayo en la estructura
(veáse la Norma IEC 62305-2).
7 PROTECCIÓN COORDINADA POR LOS DPS
La protección de los sistemas internos contra las ondas tipo impulso puede requerir un planteamiento sistemático
consistente en coordinar los DPS tanto para los cables de potencia como para los de señales. El planteamiento básico de
la coordinación de los DPS (véase el anexo C) es el mismo en ambos casos. Debido a la gran diversidad y
características de los sistemas electrónicos (analógicos o digitales, c.c. o c.a., baja o alta frecuencia) las reglas para la
selección e instalación de un sistema de protección coordinada de DPS son diferentes a las que se aplican a la elección
de DPS sólo para sistemas eléctricos.
En un SMPI en el que se emplee el concepto de zonas de protección con más de una ZPR (ZPR 1, ZPR 2 y superiores)
los DPS deben colocarse en la entrada de la línea en cada zona (véase la figura 2).
En un SMPI con solo la ZPR 1, los DPS deben colocarse, al menos, en la entrada de la línea en la ZPR 1.
En ambos casos, pueden necesitarse DPS adicionales, si la distancia entre los DPS y los equipos a proteger es grande
(véase el anexo D).
Los requisitos de ensayo de los DPS deben cumplir con:
− la Norma IEC 61643−1 para los sistemas de potencia;
− la Norma IEC 61643−21 para los sistemas de telecomunicación y señales.
La selección e instalación de la protección coordinada de los DPS debe cumplir con:
− las Normas IEC 61643−12 e IEC 60364−5−53 para la protección de los sistemas de potencia;
− la Norma IEC 61643−22 para la protección de los sistemas de telecomunicación y señales.
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En el anexo D se da alguna información básica sobre la selección e instalación de la protección coordinada por los DPS.
En el anexo E de la Norma IEC 62305-1, se da información, al objeto de dimensionar los DPS, sobre las magnitudes de
las ondas tipo impulso creadas por los rayos en diferentes puntos de instalación sobre la estructura.
8 GESTIÓN DE UN SMPI
Para obtener un sistema de protección eficiente y efectivo en cuanto a coste, el diseño del sistema de protección de los
sistemas internos debería llevarse a cabo en la etapa de diseño del edificio y antes de la construcción. De esta manera se
optimiza el uso de los componentes naturales de la estructura y se elige la mejor solución para el trazado de las líneas y
la colocación de los equipos.
Para las estructuras existentes, el coste del SMPI es, por lo general, más alto que para una estructura nueva. Sin
embargo, es posible minimizar los costes de inversión mediante una adecuada elección de las ZPR y empleando las
instalaciones existentes o mejorándolas.
Una protección adecuada solamente puede conseguirse si:
− las previsiones están hechas por un experto en protección contra el rayo;
− existe una buena coordinación entre los diferentes expertos involucrados en la construcción del edificio y del SMPI
(por ejemplo, arquitectos, ingenieros eléctricos);
− se sigue el plan de gestión del apartado 8.1.
El SMPI debe mantenerse mediante inspecciones y mantenimiento. Después de cambios importantes en la estructura o
en las medidas de protección, debería llevarse a cabo una nueva evaluación del riesgo.
8.1 Plan de gestión del SMPI
La planificación y la coordinación de un SMPI requiere un plan de gestión (véase la tabla 2) que comienza con una
evaluación inicial del riesgo (véase la Norma IEC 62305-2) para determinar las medidas de protección necesarias para
reducir el riesgo a un nivel tolerable. Para conseguir con esto, deben definirse las zonas de protección.
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Tabla 2 − Plan de gestión de un SMPI para un edificio nuevo y
para grandes cambios en la construcción o utilización de los edificios
Etapas
Análisis inicial del riesgo
1)
Objeto
Acciones a tomar por
Comprobar la necesidad de una protección
contra el IEMR.
Experto en protección contra el rayo 2)
Propietario
Si es necesario, seleccionar SMPI apropiado
empleando el método de evaluación de
riesgos
Análisis final del riesgo 1)
La relación coste/beneficio de las medidas
de protección seleccionadas debería
optimizarse empleando, de nuevo, el método
de evaluación de riesgos.
Experto en protección contra el rayo 2)
Propietario
Como consecuencia se definen:
− El SPCR y los parámetros del rayo.
− Las ZPR y sus límites.
Plan de un SMPI
Definición del SMPI:
Experto en protección contra el rayo
− medidas de apantallamiento espacial
Propietario
− redes equipotenciales
Arquitecto
− sistemas de puesta a tierra
Proyectista de los sistemas internos
− trazado y apantallamiento de las líneas
Proyectista de las instalaciones
relevantes
− apantallamiento de los servicios entrantes
− protección coordinada de los DPS
Diseño de un SMPI
Planos generales y descripciones
Oficina de ingeniería o equivalente
Preparación del listado de piezas
Planos detallados y tiempos de instalación
Instalación, incluida la
supervisión, del SMPI
Calidad de la instalación
Experto en protección contra el rayo
Documentación
Instalador del SPCR
Posible revisión de los planos detallados
Oficina de ingeniería
Supervisor
Aprobación del SMPI
Verificación y documentación del estado de
la instalación
Experto independiente en protección
contra el rayo
Supervisor
Inspecciones periódicas
Asegurar la conformidad del SMPI
Experto en protección contra el rayo
Supervisor
1) Véase la Norma IEC 62305-2.
2) Con un amplio conocimiento sobre CEM y sobre prácticas de instalación.
De acuerdo con el nivel de protección definido en la Norma IEC 62305-1, y las medidas de protección a adoptar, deben
llevarse a cabo los siguientes pasos:
− debe preverse un sistema de puesta a tierra que comprenda una red equipotencial y un sistema de tomas de tierra;
− las partes metálicas externas y los servicios entrantes deben conectarse equipotencialmente, bien directamente o por
medio de DPS adecuados;
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− los sistemas internos deben integrarse en la red equipotencial;
− puede implementarse el apantallamiento espacial junto con el trazado y el apantallamiento de las líneas;
− deben especificarse los requisitos para la protección coordinada por DPS;
− para las estructuras existentes, pueden ser necesarias medidas especiales (véase el anexo B).
Después de esto, debería volverse a evaluar la relación coste/beneficio de las medidas de protección seleccionadas y
optimizarlas de nuevo mediante el método de análisis de riesgos.
8.2 Inspección de un SMPI
La inspección comprende la comprobación de la documentación técnica, las inspecciones visuales y las medidas de
ensayo. El objeto de la inspección es verificar que:
− el SMPI está de acuerdo con el diseño;
− el SMPI es capaz de realizar su función de diseño;
− cualquier nueva medida de protección adicional está incorporada correctamente al SMPI.
Las inspecciones deben hacerse:
− durante la instalación del SMPI;
− después de la instalación del SMPI;
− periódicamente;
− después de cualquier alteración de componentes relevantes del SMPI;
− posiblemente, después de una descarga en la estructura (por ejemplo, cuando el contador haya indicado una
descarga, cuando un testigo haya visto la descarga sobre la estructura, o cuando haya evidencia visual de daños por
rayos en la estructura).
La frecuencia de las inspecciones periódicas debe determinarse considerando:
− el medioambiente local, tal como suelos corrosivos y condiciones atmosféricas corrosivas;
− el tipo de las medidas de protección empleadas.
8.2.1 Procedimiento de inspección
8.2.1.1 Comprobación de la documentación técnica
Después de la instalación de un SMPI nuevo, debe comprobarse la documentación técnica en relación al cumplimiento
con las normas apropiadas y a que está completa. En consecuencia, la documentación técnica debe actualizarse
continuamente, como por ejemplo, después de cualquier alteración o ampliación del SMPI.
8.2.1.2 Inspección visual
La inspección visual debe realizarse para verificar que:
− no hay conexiones sueltas y que no hay roturas accidentales en los conductores y conexiones;
− ninguna parte del sistema se ha debilitado por la corrosión, en especial a nivel del terreno;
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− los conductores equipotenciales y las pantallas de los cables están intactos;
− no hay ampliaciones o alteraciones que requieran medidas de protección adicionales;
− no hay indicaciones de daños en los DPS y en sus fusibles o en sus desconectores;
− se mantienen trazados apropiados de los cables;
− se mantienen las distancias de seguridad a las pantallas espaciales.
8.2.1.3 Medidas
Deberían realizarse medidas de continuidad eléctrica en aquellas partes del sistema de tierra y de la red equipotencial
que no están visibles para la inspección.
8.2.2 Documentación de la inspección
Debería prepararse una guía de inspección para facilitar el proceso. La guía debería contener información suficiente
para ayudar al inspector en su tarea, de manera que puedan documentarse todos los aspectos relacionados con la
instalación, y sus componentes, métodos y datos de los ensayos registrados.
El inspector debe preparar un informe, que debe unirse a la documentación técnica y a los informes de inspección
previos. El informe de inspección debe contener información sobre:
− el estado general del SMPI;
− cualquier desviación de la documentación técnica;
− el resultado de cualquier medida realizada.
8.3 Mantenimiento
Después de la inspección, cualquier defecto detectado debe corregirse sin demora. Si es necesario, la documentación
técnica debe actualizarse.
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ANEXO A (Informativo)
ELEMENTOS BÁSICOS PARA LA EVALUACIÓN
DEL AMBIENTE ELECTROMAGNÉTICO EN UNA ZPR
Este anexo proporciona información para la evaluación del ambiente electromagnético en el interior de una ZPR, que
también puede emplearse para la protección contra el IEMR. También es apropiada para la protección contra las
interferencias electromagnéticas.
A.1 Efectos perniciosos del rayo en los sistemas eléctricos y electrónicos
A.1.1 Fuente del daño
La primera fuente del daño es la corriente del rayo y su campo magnético asociado, el cual tiene la misma forma de
onda que la corriente de rayo.
NOTA
En términos de protección, la influencia del campo eléctrico del rayo normalmente es de menos interés.
A.1.2 Víctimas del daño
Los sistemas internos instalados en o sobre las estructuras con un nivel limitado para soportar las ondas tipo impulso y
los campos magnéticos, pueden dañarse u operar incorrectamente cuando están sometidos a los efectos de los rayos y a
sus campos magnéticos subsecuentes.
Los sistemas montados fuera de una estructura pueden tener riesgo por el campo magnético sin atenuar y, si están
colocados en lugares expuestos, por las ondas tipo impulso de hasta la corriente del rayo completa por un impacto
directo de rayo.
Los sistemas montados en el interior de una estructura pueden tener riesgo por el campo magnético atenuado residual y
por las ondas tipo impulso internas inducidas o conducidas y por las ondas de impulso externas conducidas por las
líneas entrantes.
Para detalles en relación con los niveles soportados por los equipos, las siguientes normas son relevantes:
− Los niveles soportados por las instalaciones de potencia están indicados en la Norma IEC 60664-1.
− Los niveles soportados por los equipos de telecomunicación están indicados en las Normas ITU-T K.20 y K.21.
− Los niveles soportados por los equipos generales están indicados en sus especificaciones de producto o pueden
ensayarse:
•
contra las ondas conducidas tipo impulso, empleando la Norma IEC 61000-4-5, para niveles de tensión de
ensayo: 0,5 – 1 – 2 – 4 kV, forma de onda 1,2/50 µs y niveles de corrientes de ensayo 0,25 – 0,5 – 1 – 2 kA,
forma de onda 8/20 µs;
NOTA
•
Con el fin de que algunos equipos cumplan con los requisitos de la norma anterior pueden incorporar DPS internos. Las
características de estos DPS internos pueden afectar a los requisitos de la coordinación.
contra los campos magnéticos, empleando la Norma IEC 61000-4-9, para niveles de ensayo: 100 – 300 –
1 000 A/m, forma de onda 8/20 µs y la Norma IEC 61000-4-10 para los niveles de ensayo: 10 – 30 – 100 A/m, a
1 MHz.
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Los equipos que no cumplan con los ensayos de inmunidad y emisión radiada en radio frecuencia (RF), tal como se
indican en las correspondientes normas de CEM, pueden estar sometidos a los riesgos de los campos directamente
radiados. Por otra parte, el fallo de los equipos que cumplen con estas normas puede despreciarse.
A.1.3 Mecanismos de acoplamiento entre la víctima y la fuente del daño
El nivel soportado por los equipos debe ser compatible con la fuente del daño. Para conseguir este objetivo, los
mecanismos de acoplamiento deben ser debidamente controlados mediante la creación de las correspondientes ZPR.
A.2 Apantallamiento espacial, trazado y apantallamiento de las líneas
A.2.1 Generalidades
El campo magnético creado en el interior de una ZPR por las descargas directas en una estructura o en el suelo en sus
proximidades, sólo puede reducirse mediante el apantallamiento espacial de la ZPR. Las ondas tipo impulso inducidas
en los sistemas electrónicos pueden minimizarse bien por el apantallamiento espacial, o bien por el trazado y el
apantallamiento de las líneas, o por una combinación de ambos métodos.
La figura A.1 muestra un ejemplo del IEMR en el caso de un impacto directo en la estructura, mostrando las ZPR 0,
ZPR 1 y ZPR 2. El sistema electrónico a proteger se encuentra instalado en la ZPR 2.
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1 Fuente primaria del daño − IEMR
Definida por los parámetros de los niveles de protección I a IV:
IEC 62305-1
I0
H0
impulso 10/350 µs (y 0,25/100 µs)
impulso 10/350 µs (y 0,25/100 µs)
200-150-100-100 kA
derivado de I0
2 Nivel soportado por la instalación de potencia
Definido por las categorías de sobretensión I a IV para las tensiones nominales 230/400 V y 277/480 V:
IEC 60664-1
U
categoría de sobretensión I a IV
6-4-2,5-1,5 kV
3 Nivel soportado por la instalación de telecomunicación
Recomendaciones ITU K.20 o K.21
4 Ensayos para equipos sin normas apropiadas
Nivel soportado por los aparatos (víctimas)
Definidos para los efectos conducidos del rayo (U, I):
IEC 61000-4-5
UOC
ISC
impulso 1,2/50 µs
impulso 8/20 µs
4-2-1-0,5 kV
2-1-0,5-0,25 kA
5 Ensayos para equipos no conformes con las normas de producto CEM aplicables
Nivel soportado por los aparatos (víctimas)
Definidos para los efectos radiados del rayo (H):
IEC 61000-4-9
H
impulso 8/20 µs
1 000-300-100 A/m
(oscilación amortiguada de 25 kHz), Tp = 10 µs
IEC 61000-4-10
H
impulso 0,2/0,5 µs
100-30-10 A/m
(oscilación amortiguada de 1 MHz), Tp = 0,25 µs
Figura A.1 − Situación del IEMR debida a una descarga de rayo
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Las primeras fuentes electromagnéticas de daño sobre el sistema electrónico son la corriente I0 y el campo magnético H0
del rayo. Las corrientes parciales del rayo circulan por los servicios entrantes. Estas corrientes, así como los campos
magnéticos tienen la misma forma de onda. La corriente del rayo que aquí se considera consiste en un primer impacto If
(generalmente una forma de onda con una cola larga 10/350 µs) y los impactos subsiguientes Is (forma de onda
0,25/100 µs). La corriente del primer impacto If genera el campo magnético Hf y las corrientes de los impactos
subsiguientes Is generan los campos magnéticos Hs.
Los efectos debidos a la inducción magnética están producidos principalmente por la subida del frente del campo
magnético. Como se indica en la figura A.2, la subida del frente de Hf puede caracterizarse por un campo oscilante
amortiguado de 25 kHz con un valor máximo Hf/máx. y un tiempo de valor máximo Tp/f de 10 µs. De la misma manera, la
subida del frente de Hs puede caracterizarse por un campo oscilante amortiguado de 1 MHz con un valor máximo Hs/máx.
y un tiempo de valor máximo Tp/s de 0,25 µs.
De esta manera el campo magnético del primer impacto puede caracterizarse por una frecuencia típica de 25 kHz y el
campo magnético de los impactos subsiguientes por una frecuencia típica de 1 MHz. Los campos magnéticos oscilantes
amortiguados para estas frecuencias están definidos, a efectos de ensayos, en las Normas IEC 61000-4-9 e
IEC 61000-4-10.
Instalando las pantallas magnéticas y los DPS en las interfases de las ZPR, se reduce el efecto del rayo sin atenuar,
definido por I0 y H0, hasta el nivel soportado por la víctima. Como se indica en la figura A.1 la víctima debe soportar el
campo ambiente H2, las corrientes I2 y las tensiones U2 conducidas del rayo.
La reducción de I1 a I2 y de U1 a U2 es objeto del anexo C, mientras que la reducción de H0 a un valor suficientemente
bajo de H2 se considera aquí de la siguiente manera:
En el caso de una pantalla espacial mallada, puede considerarse que la forma de onda del campo magnético en la ZPRs
(H1, H2) es la misma que la del campo magnético en el exterior (H0).
Las formas de ondas oscilantes amortiguadas indicadas en la figura A.2 cumplen con los ensayos definidos en las
Normas IEC 61000-4-9 e IEC 61000-4-10 y pueden emplearse para determinar el nivel de los equipos para soportar el
campo magnético creado por la subida del campo magnético del primer impacto Hf y de los subsiguientes impactos Hs.
Las ondas tipo impulso inducidas producidas por el acoplamiento del campo magnético en los bucles de inducción
(véase el capítulo A.4) deberían ser inferiores o iguales a los niveles soportados por los equipos.
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Figura A.2a − Simulación de la subida del campo del primer impacto (10/350 µs)
mediante un solo impulso 8/20 µs (oscilación amortiguada de 25 kHz)
Figura A.2b − Simulación de la subida del campo del impacto subsiguiente (0,25/100 µs)
mediante oscilaciones amortiguadas de 1 MHz (múltiples impulsos 0,2/0,5 µs)
NOTA 1 Aunque las definiciones del tiempo hasta el valor máximo TP y las de duración del frente T1 son diferentes, aquí se consideran sus valores
iguales para una aproximación apropiada.
NOTA 2 La relación entre los valores máximos Hf/máx./Hs/máx. = 4:1.
Figura A.2 − Simulación de la subida del campo magnético mediante oscilaciones amortiguadas
A.2.2 Apantallamiento espacial con mallas
En la práctica, las pantallas de gran volumen de una ZPR normalmente se generan mediante los componentes naturales
de la estructura tales como las armaduras metálicas en los techos, paredes y suelos, la estructura metálica, los tejados y
las fachadas metálicas. Estos componentes juntos forman una pantalla espacial mallada. Un apantallamiento efectivo
requiere que la anchura de la malla sea típicamente inferior a 5 m.
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NOTA 1 El efecto de la pantalla puede despreciarse si se crea una ZPR 1 por un SPCR externo conforme con la Norma IEC 62305-3, con anchuras
de mallas y distancias típicas superiores a los 5 m. Por lo demás, un edificio con una gran armadura metálica y muchas estructuras de acero
proporciona un importante efecto de pantalla.
NOTA 2 El apantallamiento en las zonas interiores subsiguientes puede realizarse bien adoptando medidas de apantallamiento espacial, bien
empleando cabinas o estanterías metálicas cerradas, o empleando envolventes metálicas para los equipos.
La figura A.3 muestra cómo en la práctica pueden emplearse las armaduras del hormigón y los bastidores metálicos (de
puertas metálicas y de posibles ventanas apantalladas) para crear un gran volumen apantallado en una habitación o en
un edificio.
•
Soldado o fijado en cada varilla y en cada cruce.
NOTA
En la práctica, en grandes estructuras no es posible soldar o fijar cada punto. Sin embargo, la mayor parte de los puntos están conectados
naturalmente bien por contacto directo o mediante cableado adicional. Una solución práctica podría ser una conexión cada 1 m.
Figura A.3 − Construcción de un volumen grande apantallado empleando las armaduras del hormigón
y los bastidores metálicos
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Los sistemas electrónicos deben colocarse en el “volumen de seguridad” que respeta las distancias de seguridad a la
pantalla de la ZPR (véase la figura A.4). Esto es debido al valor relativamente alto de los campos magnéticos en la
proximidad de la pantalla, debido a la circulación de las corrientes parciales del rayo por la pantalla (en particular en la
ZPR 1).
NOTA
El volumen Vs mantiene una distancia de seguridad ds/1 o ds/2 con la pantalla de la ZPR n.
Figura A.4 − Volumen para los sistemas eléctricos y electrónicos en una zona interior ZPR n
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A.2.3 Trazado y apantallamiento de las líneas
Las ondas tipo impulso inducidas en los sistemas electrónicos pueden reducirse mediante un trazado apropiado de la
línea (se minimiza la superficie de borde de inducción), empleando cables apantallados o conductos metálicos (se
minimizan los efectos inductivos en el interior), o mediante una combinación de ambos (véase la figura 5).
Los cables conductores conectados a los sistemas electrónicos deberían colocarse tan cerca como sea posible de los
componentes metálicos de la red equipotencial. Es beneficioso colocar estos cables en envolventes metálicas de la red
equipotencial, por ejemplo, conductos en forma de U o tubos metálicos (véase también la Norma IEC 61000-5-2).
Debería prestarse especial atención a cuando se instalan los cables cerca de la pantalla de una ZPR (especialmente la
ZPR 1) debido al valor sustancial del campo magnético en ese lugar.
Cuando los cables que corren entre estructuras separadas necesitan protección, deberían colocarse en conductos
metálicos. Estos conductos deberían estar conectados en ambos extremos a las barras equipotenciales de cada estructura
separada. Si las pantallas de los cables (conectadas a las redes equipotenciales en ambos extremos) son capaces de
soportar la corriente parcial del rayo prevista, no se requieren más conductos metálicos.
Las tensiones y las corrientes inducidas en los bucles de la instalación dan lugar a ondas tipo impulso en modo común
en los sistemas electrónicos. En el capítulo A.4 se indican los cálculos de estas tensiones y corrientes inducidas.
La figura A.6 muestra un ejemplo de un gran edificio de oficinas:
− El apantallamiento se consigue mediante la armadura metálica y las fachadas metálicas para la ZPR 1 y mediante
envolventes apantalladas para los sistemas electrónicos sensibles situados en la ZPR 2. Con el fin de poder instalar
un sistema equipotencial formado por una malla estrecha, en cada habitación se proporcionan varios terminales de
conexión equipotencial.
− Se ha extendido la ZPR 0 en la ZPR 1 para instalar una fuente de potencia de 20 kV, debido a que no es posible, en
este caso especial, la instalación de los DPS inmediatamente a la entrada, en el lado de alta tensión.
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Figura A.5a − Sistema sin protección
Figura A.5b − Reducción del campo magnético en una ZPR interior por apantallamiento espacial
Figura A.5c − Reducción de la influencia del campo en las líneas mediante el apantallamiento de las líneas
Figura A.5d – Reducción de la superficie del borde de inducción mediante un trazado de línea apropiado
Leyenda
1
2
3
Dispositivo en envolvente metálica
Línea de potencia
Línea de datos
4
5
6
Bucle de inducción
Apantallamiento espacial externo
Pantalla metálica de la línea
Figura A.5 − Reducción de los efectos inductivos mediante medidas de trazado y apantallamiento de las líneas
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Figura A.6 − Ejemplo de un SMPI para un edificio de oficinas
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A.3 Campo magnético en las ZPR
A.3.1 Aproximación del campo magnético en las ZPR
Si no se han realizado investigaciones teóricas (véase el apartado A.3.2) o experimentales (véase el apartado A.3.3)
sobre la eficacia del apantallamiento, la atenuación debe evaluarse de la siguiente manera.
A.3.1.1 Pantalla espacial mallada de la ZPR 1 en el caso de una descarga directa del rayo
La pantalla de un edificio (pantalla que rodea la ZPR 1) puede formar parte de un SPCR externo y las corrientes directas
del rayo circularán a lo largo de él. Esta situación se representa en la figura A.7a considerando que el rayo impacta en la
estructura en un punto arbitrario del tejado.
En el interior de la ZPR 1
NOTA
H1 = kH ⋅ i0 ⋅ w1 / (dw ⋅
dr )
Las distancias dw y dr se determinan en el punto que se considera.
Figura A.7a − Campo magnético en una ZPR 1
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En el interior de la ZPR 2
NOTA
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H2 = H1 /10SF2/20
Las distancias dw y dr se determinan en la zona límite de la ZPR 2.
Figura A.7b − Campo magnético en una ZPR 2
Figura A.7 − Evaluación del campo magnético en el caso de una descarga de rayo directa
Para calcular el valor del campo magnético H1 en un punto arbitrario en el interior de la ZPR 1 se aplica la expresión
H1 = kH ⋅ i0 ⋅ w /(dw ⋅
d r ) (A/m)
(A.1)
donde
dr
es la distancia más corta, en metros, entre el punto considerado y el tejado de la pantalla de ZPR 1;
dw
es la distancia más corta, en metros, entre el punto considerado y la pared de la pantalla de ZPR 1;
i0
es la corriente del rayo en la ZPR 0A, en A;
kH
es el factor de configuración, (1/ m ), generalmente kH = 0,01(1/ m );
w
es la anchura de la malla de la pantalla espacial de ZPR 1, en m.
El resultado de esta fórmula es el valor máximo del campo magnético en la zona ZPR 1 (teniendo en cuenta la Nota
indicada más abajo):
− producido por el primer impacto: H1/f/máx. = kH ⋅ if/máx. ⋅ w / (dw ⋅
d r ) (A/m)
− producido por los impactos subsiguientes: Hl/s/máx. = kH ⋅ is/máx. ⋅ w / (dw ⋅
d r ) (A/m)
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(A.2)
(A.3)
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donde
if/máx. es el valor máximo de la corriente, en amperios, del primer impacto en función del nivel de protección;
is/máx. es el valor máximo de las corrientes, en amperios, de los impactos subsiguientes en función del nivel de
protección.
NOTA
El campo se reduce por un factor 2, si se instala una red equipotencial mallada de acuerdo con el apartado 5.2.
Estos valores de campo magnético son válidos solamente para un volumen de seguridad Vs en el interior de la pantalla
mallada con una distancia de seguridad ds/1 desde la pantalla (véase la figura A.4):
ds/1 = w (m)
(A.4)
EJEMPLOS
Como ejemplo, se consideran tres pantallas malladas de cobre con las dimensiones que se dan en la tabla A.1, con una
anchura media de la malla w = 2 m (véase la figura A.10). Esto resulta en una distancia de seguridad ds/1 = 2,0 m
definiendo el volumen de seguridad Vs. Los valores de H1/máx. en el interior de Vs se calculan para i0/máx. = 100 kA y se
indican en la tabla A.1. La distancia al tejado es la mitad de la altura dr = H/2. La distancia a la pared es la mitad de la
longitud dw = L/2 (centro) o igual a: dw = ds/1 (el peor caso cerca de la pared).
Tabla A.1 – Ejemplos para i0/máx. = 100 kA y w = 2 m
Tipo de pantalla
L×W×H
H1/máx. (centro)
H1/máx. (dw = ds/1)
(véase la figura A.10)
m
A/m
A/m
1
10 × 10 × 10
179
447
2
50 × 50 × 10
36
447
3
10 × 10 × 50
80
200
A.3.1.2 Pantalla espacial mallada de la ZPR 1 en el caso de una descarga cercana
La situación para una descarga cercana se muestra en la figura A.8. El campo magnético incidente en torno al volumen
apantallado de la ZPR 1 se puede aproximar por una onda plana.
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Sin pantalla
H0 = i0/(2πsa)
En ZPR 1
H1 = H0/10SF1/20
En ZPR 2
H2 = H1/10SF2/20
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Figura A.8 − Evaluación del campo magnético en el caso de una descarga de rayo cercana
El factor de apantallamiento SF de una pantalla espacial mallada para una onda plana está dado en la tabla A.2 a
continuación.
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Tabla A.2 − Atenuación magnética de una pantalla espacial mallada para una onda plana
SF (dB)
Materiales
(véanse las notas 1 y 2)
25 kHz (válido para el primer impacto)
1 MHz (válido para los impactos subsiguientes)
20 ⋅ log (8,5/w)
20 ⋅ log (8,5/w)
Cobre o aluminio
Acero (véase la nota 3)
20 ⋅ log ⎡⎢ ( 8, 5 w ) /
⎣
w
anchura de la malla de la pantalla (m);
r
radio de una varilla de la malla (m).
1 + 18 ⋅ 10 − 6 / r 2 ⎤⎥
⎦
20 ⋅ log (8,5/w)
NOTA 1 SF = 0 en caso de que la fórmula dé valor negativo.
NOTA 2 SF aumenta en 6 dB si se instala una red mallada equipotencial de acuerdo con el apartado 5.2.
NOTA 3 Permeabilidad µr ≈ 200.
El campo magnético incidente H0 se calcula mediante:
H0 = i0/(2π ⋅ sa) (A/m)
(A.5)
donde
i0
es la corriente del rayo en la ZPR 0A, en amperios;
sa
es la distancia entre el punto de impacto y el centro del volumen apantallado, en metros.
De esto se sigue que el valor máximo del campo magnético en ZPR 0:
•
producido por el primer impacto:
H0/f/máx. = if/máx./(2 ⋅ π ⋅ sa) (A/m)
(A.6)
•
producido por los impactos subsiguientes:
H0/s/máx. = is/máx./(2 ⋅ π ⋅ sa) (A/m)
(A.7)
donde
if/máx. es el valor máximo de la corriente, en amperios, del primer impacto en función del nivel de protección;
is/máx. es el valor máximo de las corrientes, en amperios, de los impactos subsiguientes en función del nivel de
protección.
La reducción de H0 a H1 en la ZPR 1 puede calcularse empleando los valores de SF indicados en la tabla A.2.
H1/máx. = H0/máx./10SF/20 (A/m)
(A.8)
donde
SF (dB)
es el factor de apantallamiento obtenido a partir de las fórmulas de la tabla A.2;
H0/máx.
es el campo magnético en la ZPR 0, en A/m.
En consecuencia se puede calcular el valor máximo del campo magnético en la zona ZPR 1:
producido por el primer impacto:
H1/f/máx. = H0/f/máx./10SF/20(A/m)
(A.9)
producido por los impactos subsiguientes:
H1/s/máx. = H0/s/máx./10SF/20(A/m)
(A.10)
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Estos valores de campo magnético son válidos solamente para un volumen de seguridad Vs en el interior de la pantalla
mallada con una distancia de seguridad ds/2 desde la pantalla (véase la figura A.4).
ds/2 = w ⋅ SF/10 (m) para SF ≥ 10
(A.11)
ds/2 = w ⋅ (m) para SF < 10
(A.12)
donde
SF
es el factor de apantallamiento obtenido a partir de las fórmulas de la tabla A.2, en decibelios;
w
es la anchura de la pantalla mallada, en metros.
Para información adicional referente al cálculo del campo magnético en el interior de la pantalla mallada en el caso de
impactos cercanos, véase el apartado A.3.3.
EJEMPLOS
El campo magnético H1/máx. en el interior de la ZPR 1, en el caso de una descarga cercana, depende de: la corriente
i0/máx., del factor de apantallamiento SF de la pantalla de ZPR 1 y de la distancia sa entre el canal del rayo y el centro de
la ZPR 1 (véase la figura A.8).
La corriente del rayo i0/máx., depende del nivel de protección elegido (véase la Norma IEC 62305-1). El factor de
apantallamiento SF (véase la tabla A.2) depende, principalmente, de la anchura de la pantalla mallada. La distancia sa
puede ser:
− una distancia dada entre el centro de la ZPR 1 y un objeto próximo (por ejemplo, un mástil) en el caso de una
descarga directa a este objeto; o
− la distancia mínima entre el centro de la ZPR 1 y el canal del rayo en el caso de una descarga de rayo a tierra cerca
de ZPR 1.
El caso más desfavorable es cuando se asocia la corriente mayor i0/máx., con la distancia más próxima posible sa. Como
se indica en la figura A.9, la mínima distancia sa es función de la altura H y de la longitud L (respecto de la anchura W)
de la estructura (ZPR 1), y del radio de la esfera rodante r correspondiente a i0/máx. (véase la tabla A.3), definida a partir
del modelo electro-geométrico (véase la Norma IEC 62305-1, capítulo A.4).
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Figura A.9 − Distancia sa en función del radio de la esfera rodante y de las dimensiones de la estructura
La distancia puede calcularse mediante:
NOTA
sa = 2 ⋅ r ⋅ H − H 2 + L / 2 para H < r
(A.13)
sa = r + L/2 para H ≥ r
(A.14)
Para distancias menores que estos valores mínimos, las descargas impactan directamente en la estructura.
Pueden definirse tres pantallas, con las dimensiones indicadas en la tabla A.4 se considera una pantalla tipo malla de
cobre y con una anchura media de malla de w = 2 m. Se obtiene un SF = 12,6 dB y una distancia de seguridad ds/2 = 2,5 m
que define el volumen de seguridad Vs. Los valores de H0/máx. y de H1/máx. que se consideran válidos en el interior del
volumen Vs se calculan para i0/máx. = 100 kA y se indican en la tabla A.4.
Tabla A.3 – Radio de la esfera rodante correspondiente a la máxima corriente del rayo
Máxima corriente del rayo
Radio de la esfera rodante
i0/máx.
r
kA
m
I
200
313
II
150
260
III – IV
100
200
Nivel de protección
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Tabla A.4 − Ejemplos para i0/máx. = 100 kA y w = 2 m, correspondiente a SF = 12,6 dB
Tipo de pantalla
L×W×H
sa
H0/máx.
H1/máx.
(véase la figura A.10)
m
m
A/m
A/m
1
10 × 10 × 10
67
236
56
2
50 × 50 × 10
87
182
43
3
10 × 10 × 50
137
116
27
A.3.1.3 Pantalla espacial mallada para la ZPR 2 y superiores
En las pantallas malladas que rodean una ZPR 2 o superiores, no circulará una corriente parcial de rayo significativa.
Por tanto, en una primera aproximación la reducción de Hn a Hn+1 en el interior de la ZPR n+1 puede evaluarse tal como
se indica en el apartado A.3.1.2 para las descargas cercanas.
Hn+1 = Hn / 10SF/20 (A/m)
(A.15)
donde
SF
es el factor de apantallamiento de la tabla A.2, en decibelios;
Hn
es el campo magnético en la ZPR n, en amperios por metro.
Si Hn = H1 el valor de este campo puede evaluarse de la siguiente manera:
− en el caso de descargas directas a la pantalla tipo malla de la ZPR 1, véase el apartado A.3.1.1 y la figura A.7b,
mientras dw y dr son las distancias entre la pantalla de la ZPR 2 y la pared y el tejado, respectivamente;
− en el caso de descargas cercanas a ZPR 1, véase el apartado A.3.1.2 y la figura A.8.
Los valores de los campos magnéticos son válidos sólo en el volumen de seguridad Vs en el interior de la pantalla tipo
malla con una distancia ds/2 desde la pantalla, tal como se define en el apartado A.3.1.2 (véase la figura A.4).
A.3.2 Evaluación teórica del campo magnético debido a descargas directas
En el apartado A.3.1.1 las fórmulas para la evaluación del campo magnético H1/max están basadas en cálculos numéricos
del campo magnético en tres pantallas tipo malla, típicas, como se indica en la figura A.10. Para estos cálculos, se
considera que una descarga impacta en un filo del tejado. El canal del rayo se simula mediante una varilla conductora
vertical de 100 m de longitud encima del tejado. El plano de tierra se simula mediante una placa conductora ideal.
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Figura A.10 − Tipos de grandes volúmenes apantallados en malla
En los cálculos, se considera el campo magnético acoplado a cada varilla de la pantalla mallada incluyendo todas las
otras varillas y el canal simulado del rayo, y resulta un conjunto de ecuaciones para calcular la distribución de la
corriente en la malla. A partir de esta distribución de la corriente, se deduce el campo magnético en el interior de la
pantalla. Se considera que la resistencia de las varillas puede despreciarse. Por tanto, la distribución de la corriente en la
pantalla mallada y el campo magnético son independientes de la frecuencia. No se tienen en cuenta los efectos
capacitivos para evitar los efectos transitorios.
En las figuras A.11 y A.12 se presentan algunos resultados para el apantallamiento del tipo 1 (véase la figura A.10).
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Figura A.11 − Campo magnético H1/máx. en el interior de una pantalla mallada tipo 1
Figura A.12 − Campo magnético H1/máx. en el interior de una pantalla mallada tipo 1
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En todos los casos se considera una corriente de rayo máxima de i0/máx. = 100 kA. En ambas figuras H1/máx. es el campo
magnético máximo en un punto, deducido a partir de sus componentes Hx, Hy, Hz.
H1/máx. =
H x2 + H y2 + H z2
(A.16)
En la figura A.11 H1/máx. se calcula a lo largo de la línea recta que va desde el punto de impacto de la descarga (x = y =
0, z = 10 m) y termina en el centro del volumen (x = y = 5 m, z = 5 m). H1/máx. se representa como una función de la
coordenada x para cada punto de esta línea, donde el parámetro es la anchura de la malla w de la pantalla tipo malla.
En la figura A.12 H1/máx. se calcula para dos puntos en el interior de la pantalla (punto A: x = y = 5 m, z = 5 m; punto B:
x = y = 7 m, z = 7 m). El resultado se representa como una función de la anchura de la malla w.
Ambas figuras muestran los efectos de los principales parámetros que influyen en la distribución del campo magnético
en el interior de una pantalla tipo malla: la distancia desde la pared o tejado, y la anchura de la malla.
En la figura A.11 debería observarse que a lo largo de otras líneas a través del volumen de la pantalla, puede haber
cruces con los ejes de cero y cambios de signo en los componentes del campo magnético H1/máx. Las fórmulas del
apartado A.3.1.1 son, por tanto, aproximaciones de primer orden de la real, y más complicada, distribución del campo
magnético en el interior de una pantalla tipo malla.
A.3.3 Evaluación experimental del campo magnético producido por una descarga directa
Los campos magnéticos en el interior de las estructuras también pueden determinarse mediante medidas experimentales.
La figura A.13 muestra una propuesta de simulación de una descarga directa en un punto arbitrario de la estructura
apantallada, empleando un generador de corriente de rayo. Normalmente, estos ensayos pueden realizarse a bajos
niveles de corriente pero con una forma de onda de la corriente simulada idéntica a la de la descarga real.
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Figura A.13a − Disposición de ensayo
Leyenda
U
típico, unos 10 kV
C
típico, unos 10 nF
Figura A.13b − Generador de corriente del rayo
Figura A.13 − Ensayo de bajo nivel para evaluar el campo magnético
en el interior de una estructura apantallada
A.4 Cálculo de tensiones y corrientes inducidas
Sólo se consideran bucles rectangulares como se indican en la figura A.14. Otros bucles con distintas formas deberían
transformarse en configuraciones rectangulares con la misma área del bucle.
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Figura A.14 − Tensiones y corrientes inducidas en un bucle formado por líneas
A.4.1 Situación en el interior de una ZPR 1 en el caso de un impacto directo
El campo magnético H1 dentro del volumen Vs de una ZPR 1 se calcula mediante la expresión (véase el apartado
A.3.1.1):
H1 = kH ⋅ i0 ⋅ w / (dw ⋅
d r ) (A/m)
(A.17)
La tensión a circuito abierto uoc viene dada por:
uoc = µo ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ kH ⋅ (w /
dl/r ) ⋅ di0/dt (V)
(A.18)
dl/r ) ⋅ io/máx./T1 (V)
(A.19)
El valor de cresta uoc/máx. se produce durante el tiempo de frente T1:
uoc/máx. = µo ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ kH ⋅ (w /
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donde
µo
es igual a 4π 10-7 (Vs)/(A/m);
b
es la anchura del bucle en (m);
dl/w
es la distancia del bucle a la pared de la pantalla, siendo dl/w ≥ ds/1, en (m);
dl/r
es la distancia media del bucle al tejado de la pantalla, en (m);
i0
es la corriente del rayo en la ZPR 0A en (A);
io/máx.
es la corriente máxima del rayo en la ZPR 0A en (A);
kH (1/ m )
es el factor de configuración kH = 0,01 ⋅ (1/ m );
l
es la longitud del bucle, en (m);
T1
es el tiempo de frente de la corriente del rayo en ZPR 0A en (s);
w
es la anchura de la malla de la pantalla tipo malla en (m).
La corriente de cortocircuito Isc viene dada por:
Isc = µo ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ kH ⋅ (w /
dl/r ) ⋅ i0/L (A)
(A.20)
dl/r ) ⋅ io/máx./L (A)
(A.21)
En la que se desprecia la resistencia óhmica del cable (peor caso).
El máximo valor Isc/máx. viene dado por:
Isc/máx. = µo ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ kH ⋅ (w /
donde L es la autoinducción del bucle, en (H).
Para bucles rectangulares, la autoinducción L puede calcularse mediante:
⎡
⎛
L = {0,8 ⋅ l 2 + b 2 − 0,8 ⋅ ( l + b ) + 0, 4 ⋅ l ⋅ ln ⎢( 2 b / r ) / ⎜ 1 +
⎝
⎣
⎡
⎛
+ 0, 4 ⋅ b ⋅ ln ⎢ ( 2 l / r ) / ⎜ 1 +
⎝
⎣
2 ⎞⎤
1 + ( b / l ) ⎟⎥
⎠⎦
2 ⎞⎤
1 + ( l / b ) ⎟ ⎥ } ⋅ 10 −6 (H)
⎠⎦
(A.22)
donde r es el radio del cable, en (m).
La tensión y la corriente inducida por el campo magnético del primer impacto (T1 = 10 µs) vienen dada por:
Uoc/f/máx. = 1,26 ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ (w /
ISC/f/máx. = 12,6 ⋅ 10-6 ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ (w /
dl/r ) ⋅ ifmáx.
(V)
(A.23)
dl/r ) ⋅ if/máx./L
(A)
(A.24)
La tensión y la corriente inducida por el campo magnético de los impactos subsiguientes (T1 = 0,25 µs) vienen dada por:
Uoc/s/máx. = 50,4 ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ (w /
dl/r ) ⋅ if/máx.
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(V)
(A.25)
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Isc/s/máx. = 12,6 ⋅ 10-6 ⋅ b ⋅ ln (1 + l/dl/w) ⋅ (w /
dl/r ) ⋅ is/máx./L
(A)
(A.26)
donde
if/máx.
es el valor máximo de corriente del primer impacto en (kA);
is/máx.
es el valor máximo de corriente de los impactos subsiguientes en (kA).
A.4.2 Situación en el interior de una ZPR 1 en el caso de un impacto cercano
El campo magnético H1 en el interior del volumen Vs de la ZPR 1 se considera que es uniforme (véase el apartado
A.3.1.2).
La tensión a circuito abierto Uoc viene dada por:
Uoc = µo ⋅ b ⋅ l ⋅ dH1/dt
(V)
(A.27)
(V)
(A.28)
El valor cresta Uoc/máx. se produce en el instante T1:
Uoc/máx. = µo ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/máx./T1
donde
µo
es igual a 4π 10-7 (Vs)/(A/m);
b
es la anchura del bucle en (m);
H1
es el campo magnético en ZPR 1 en función del tiempo, en (A/m);
H1/máx.
es el campo magnético máximo en ZPR 1, en (A/m);
l
es la longitud del bucle, en (m);
T1
es el tiempo de frente del campo magnético, idéntico al tiempo de frente de la corriente del rayo, en (s);
La corriente de cortocircuito Isc viene dada por:
Isc = µo ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/L
(A)
(A.29)
(A)
(A.30)
donde se desprecia la resistencia óhmica del cable (peor caso).
el valor máximo Isc/máx. viene dado por:
Isc/máx. = µo ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/máx./L
donde L es la autoinducción del bucle, en (H) (para calcular L véase el apartado A.4.1).
La tensión y la corriente inducida por el campo magnético H1/f del primer impacto (T1 = 10 µs) vienen dada por:
Uoc/f/máx. = 0,126 ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/f/máx.
(V)
(A.31)
Isc/f/máx. = 1,26 ⋅ 10-6 ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/f/máx. /L
(A)
(A.32)
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La tensión y la corriente inducidas por el campo magnético H1/s de los impactos subsiguientes (T1 = 0,25 µs) vienen
dadas por:
Uoc/s/máx. = 5,04 ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/s/máx.
(V)
(A.33)
Isc/s/máx. = 1,26 ⋅ 10-6 ⋅ b ⋅ l ⋅ H1/s/máx. /L
(A)
(A.34)
donde
H1/f/máx.
es el máximo del campo magnético en el interior de ZPR 1 debido al primer impacto en (A/m);
H1/s/máx.
es el máximo del campo magnético en el interior de ZPR 1 debido a los impactos subsiguientes en (A/m).
A.4.3 Situación en el interior de una ZPR 2 y superiores
El campo magnético Hn en el interior de la ZPR n para n ≥ 2 se considera que es uniforme (véase el apartado A.3.1.3).
De esta manera, se aplican las mismas fórmulas para el cálculo de las tensiones y de las corrientes inducidas (véase el
apartado A.3.1.2), sustituyendo H1 por Hn.
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ANEXO B (Informativo)
IMPLANTACIÓN DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA EL IEMR
EN SISTEMAS ELECTRÓNICOS EXISTENTES EN LAS ESTRUCTURAS
B.1 Lista de comprobación
Las medidas de protección adecuadas contra los efectos del rayo necesitan tomarse, en las estructuras existentes,
teniendo en cuenta la construcción, las condiciones de la estructura y los sistemas eléctricos y electrónicos existentes.
Una lista de comprobación facilita el análisis de los riesgos y la selección de las medidas de protección más adecuadas.
En particular, para estructuras existentes, deberían realizarse sistemáticamente diagramas para los conceptos de zonas,
puestas a tierra, conexión equipotencial, trazado de las líneas y apantallamiento.
Las listas de comprobación que se indican en las tablas B.1 a B.4 deberían emplearse para recoger los datos necesarios
de la estructura existente y sus instalaciones. En base a estos datos debe realizarse una evaluación del riesgo, según la
Norma IEC 62305-2, para determinar la necesidad de protección y si es así, estimar el coste de las medidas de
protección a utilizar.
NOTA 1 Para más información sobre protección contra interferencias electromagnéticas (IEM) en los edificios, véase la Norma IEC 60364-4-44.
Tabla B.1 − Características de las estructuras y de sus alrededores
Puntos
1
¿Mampostería, ladrillo, madera, hormigón armado, estructura metálica, fachada metálica?
2
¿Una estructura única o bloques interconectados con juntas de expansión?
3
¿Estructuras altas, bajas, planas? (dimensiones de la estructura)
4
¿Barras de la armadura conectadas eléctricamente a través de la estructura?
5
¿Clase, tipo y calidad de los materiales del tejado metálico?
6
¿Las fachadas metálicas están equipotencializadas?
7
¿Los marcos de las puertas y ventanas están equipotencializados?
8
¿Tamaño de las ventanas?
9
¿Está equipada la estructura con un SPCR externo?
10
¿Tipo y calidad de este SPCR?
11
¿Naturaleza del terreno (roca, arcilla)?
12
NOTA
Cuestiones
¿Altura, distancia y puesta a tierra de las estructuras adyacentes?
Para información más detallada véase la Norma IEC 62305-2.
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Tabla B.2 − Características de la instalación
Puntos
Cuestiones
1
¿Tipo de los servicios entrantes (subterráneos o aéreos)?
2
¿Tipos de aéreos (antenas u otros dispositivos externos?
3
¿Tipo de alimentación eléctrica (alta tensión, baja tensión, aérea, subterránea)?
4
¿Trazado de las líneas (número y situación de los conductos de los cables?
5
¿Utilización de conductos metálicos para los cables?
6
¿Están los equipos electrónicos integrados en la estructura?
7
¿Conexiones metálicas con otras estructuras?
NOTA
Para información más detallada véase la Norma IEC 62305-2.
Tabla B.3 − Características de los equipos
Puntos
Cuestiones
1
¿Tipo de interconexiones de los sistemas electrónicos (cables multiconductores apantallados o sin
apantallar, cables coaxiales, analógicos y/o digitales, simétricos o no, cables de fibra óptica)? (véase la
nota 1)
2
¿Están especificados los niveles soportados por el sistema electrónico? (véanse las notas 1 y 2)
NOTA 1 Para información más detallada véase la Norma IEC 62305-2.
NOTA 2 Para información más detallada véanse las Normas ITU-T K.21, IEC 61000-4-5, IEC 61000-4-9 e IEC 61000-4-10.
Tabla B.4 − Otras cuestiones a tener en cuenta para el concepto de protección
Puntos
Cuestiones
1
¿Configuraciones TN (TN-S o TN-C), TT o IT?
2
¿Situación del equipo electrónico? (véase la nota)
3
¿Interconexión de los conductores funcionales de tierra de los equipos electrónicos con la red
equipotencial?
NOTA
Para información más detallada véase el anexo A.
B.2 Integración de los sistemas electrónicos nuevos en las estructuras existentes
Cuando se añaden sistemas electrónicos nuevos a una estructura existente, la instalación existente puede restringir las
medidas de protección a emplear.
La figura B.1 muestra un ejemplo en el que una instalación existente, situada a la izquierda, se interconecta con una
instalación nueva, situada a la derecha. La instalación existente tiene restricciones en las medidas de protección que
pueden emplearse. Sin embargo, el diseño y la planificación de la instalación nueva pueden dejar lugar para adoptar las
medidas de protección necesarias.
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Leyenda
1
instalaciones existentes (TN-C, TT, IT)
E
líneas eléctricas
2
instalaciones nuevas (TN-S, TN-CS, TT, IT)
S
líneas de señal (apantalladas o no apantalladas)
3
dispositivo de protección contra sobretensiones (DPS)
ET
sistema de tomas de tierra
4
aislamiento normalizado clase I
BN
red equipotencial
5
doble aislamiento clase II sin PE
PE
conductor de tierra de protección
6
transformador de aislamiento
FE
conductor de tierra funcional (eventual)
7
opto acoplador o cable de fibra óptica
8
trazado adyacente de las líneas de señal y eléctrica
9
conductos apantallados para cables
línea de 3 conductores: L, N, PE
línea de 2 conductores: L, N
•
puntos de conexión equipotencial (PE, FE, BN)
Figura B.1 − Mejora de las medidas de protección contra el IEMR y
compatibilidad electromagnética en estructuras existentes
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B.2.1 Síntesis de las posibles medidas de protección
B.2.1.1 Alimentación de potencia
La alimentación existente en la estructura (véase la figura B.1, nº 1) frecuentemente es del tipo TN-C, que puede
producir interferencias a la frecuencia de la red. Estas interferencias pueden evitarse con interfases aislantes (véase más
abajo).
Si se instala una nueva alimentación (véase la figura B.1, nº 2), se recomienda el tipo TN-S.
B.2.1.2 Dispositivos de protección contra sobretensiones
Para controlar las ondas tipo impulso conducidas por las líneas, deben instalarse DPS a la entrada de cualquier ZPR y
posiblemente en el equipo a proteger (véase la figura B.1, nº 3 y la figura B.2).
B.2.1.3 Interfases aisladantes
Para impedir las interferencias, pueden emplearse interfases aislantes entre el equipo existente y el nuevo: equipo
aislado Clase II (véase la figura B.1, nº 5), transformadores de aislamiento (véase la figura B.1, nº 6), cables de fibra
óptica o acopladores ópticos (véase la figura B.1, nº 7).
B.2.1.4 Trazado de las líneas y apantallamiento
Grandes bucles en el trazado de las líneas podrían producir tensiones y corrientes inducidas muy grandes. Esto puede
evitarse haciendo que el trazado de las líneas eléctricas y de señales se encuentren adyacentes (véase la figura B.1, nº 8),
y disminuyendo, por tanto, el área del bucle. Se recomienda emplear cables de señales apantallados. En estructuras
extendidas también se recomienda apantallamientos adicionales, como por ejemplo mediante conductos metálicos para
cables conectados equipotencialmente (véase la figura B.1, nº 9). Todas las pantallas deben conectarse
equipotencialmente en ambos extremos.
Las medidas de trazado y apantallamiento de línea son tanto más importantes cuanto menor es la eficacia del
apantallamiento espacial de la ZPR 1, y cuanto mayor el área del bucle.
B.2.1.5 Apantallamiento espacial
El apantallamiento espacial de una ZPR contra los campos magnéticos requiere una anchura de malla inferior a 5 m.
Una ZPR 1 formada por un SPCR externo de acuerdo con la Norma IEC 62305-3 (terminal de captura, conductor de
bajada, sistema de puesta a tierra) tiene, normalmente, mallas con achuras y distancias superiores a los 5 m, por lo que
resultan inoperantes a los efectos de apantallamiento. Si se requiere una mayor efectividad en el apantallamiento, el
SPCR externo debe mejorarse (véase el capítulo B.7).
Las zonas ZPR 1 y superiores pueden necesitar apantallamiento espacial para proteger los sistemas electrónicos que no
cumplen con los requisitos de emisión en radiofrecuencia y de inmunidad.
B.2.1.6 Conexión equipotencial
La conexión equipotencial para corrientes de rayo con frecuencias de hasta varios MHz requiere una red equipotencial
mallada de baja impedancia, con un valor típico de anchura de malla de 5 m. Todos los servicios entrantes a la ZPR
deben conectarse equipotencialmente, tan cerca como sea posible del límite de la ZPR, bien directamente, o bien por
medio de un DSP.
Si en una estructura existente no se pueden cumplir estas condiciones, deben preverse otras medidas de protección
apropiadas.
B.2.2 Establecimiento de las ZPR para los sistemas eléctricos y electrónicos
En función del número, tipo y sensibilidad de los sistemas eléctricos y electrónicos, se definen las ZPR interiores
apropiadas, desde pequeñas zonas locales (la envolvente de un equipo electrónico), hasta las grandes zonas (el volumen
completo del edificio).
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La figura B.2 muestra una distribución típica de ZPR, para la protección de sistemas electrónicos con varias soluciones,
en particular, en estructuras existentes.
La figura B.2a muestra la instalación de una sola ZPR 1, creando un volumen de protección en el interior del conjunto
de la estructura, por ejemplo, para sistemas electrónicos con niveles de tensión superiores:
− Esta ZPR 1 podría ser creada por un SPCR, de acuerdo con la Norma IEC 62305-3, formado por un SPCR externo
(terminal de captura, conductor de bajada y sistema de puesta a tierra) y un SPCR interno (conexión equipotencial y
cumplimiento con las distancias de separación).
− El SPCR protege a la ZPR 1 contra las descargas sobre la estructura, pero el campo magnético en el interior de ZPR
1 permanece prácticamente sin atenuar. Esto es debido a que los terminales de captura y los cables de bajada forman
mallas cuyas anchuras y distancias son superiores a 5 m, por lo que el efecto de apantallamiento espacial es
despreciable, como se indicó anteriormente. Si el riesgo RD de descargas de rayos en la estructura es muy bajo,
puede omitirse el SPCR externo.
− El ZPR interno requiere la conexión equipotencial de todos los servicios que entran en la estructura en el límite de la
ZPR 1, lo que conlleva la instalación de los DPS ensayados con Iimp en todas las líneas de potencia y de señales. De
esta manera se asegura que las ondas tipo impulso conducidas por los servicios entrantes están limitadas a la entrada
por los DPS.
NOTA
Las interfases aislantes podrían ser útiles en la ZPR 1, con el fin de evitar las interferencias de baja frecuencia.
Figura B.2a − ZPR 1 sin apantallar con empleo de SPCR y de DPS en las entrada de las líneas en la estructura
(por ejemplo, para sistemas con niveles de tensión superiores o para bucles pequeños en la estructura)
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Figura B.2b − ZPR 1 sin apantallar con protección para los sistemas electrónicos nuevos mediante líneas de señal
apantalladas y DPS coordinados en las líneas de potencia
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Figura B.2c − ZPR 1 sin apantallar y gran ZPR 2 apantallada para los sistemas electrónicos nuevos
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Figura B.2d − ZPR 1 sin apantallar y dos ZPR 2 locales para los sistemas electrónicos nuevos
Figura B.2 − Posibilidades de establecer ZPR en estructuras existentes
La figura B.2b muestra que en una ZPR 1 sin apantallar, los aparatos nuevos también necesitan protegerse contra las
ondas tipo impulso conducidas. Como ejemplo, las líneas de señal pueden protegerse mediante cables apantallados y las
líneas de potencia mediante DPS coordinados. Esto puede requerir DPS adicionales ensayados con In y DPS ensayados
con una onda combinada, instalados cerca de los equipos, y coordinados con los DPS de la entrada del servicio.
También puede requerir en el equipo doble aislamiento Clase II adicional.
La figura B.2c muestra la instalación de una gran ZPR 2 en el interior de una ZPR 1 para acomodar los nuevos sistemas
electrónicos. El apantallamiento espacial tipo malla de la ZPR 2 proporciona una atenuación importante del campo
magnético. En el lado izquierdo, los DPS instalados en el limite de la ZPR 1 (transición ZPR 0/1) y consecuentemente
los instalados en el límite de la ZPR 2 (transición ZPR 1/2) deben coordinarse de acuerdo con el anexo C. En el lado
derecho, los DPS instalados en el límite de la ZPR 1 deben seleccionarse para una transición directa ZPR 0/1/2 (véase el
apartado C.3.4).
La figura B.2d muestra la instalación de dos pequeñas ZPR 2 en el interior de la ZPR 1. Deben instalarse DPS
adicionales tanto para las líneas de señal como para las de potencia en el límite de cada ZPR 2. Estos DPS, de acuerdo
con el anexo C, deben coordinarse con los DPS situados en el límite de la ZPR 1.
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B.3 Mejora de la alimentación y de la instalación de los cables en el interior de la estructura
En estructuras antiguas el sistema de distribución de potencia (véase la figura B.1, nº 1) con mucha frecuencia es el
TN-C. Las interferencias a 50/60 Hz que provienen de la conexión a líneas de señal conectadas a tierra con el conductor
PE, puede evitarse mediante:
− interfases aislantes empleando equipos eléctricos de Clase II o transformadores con doble aislamiento. Esta puede
ser una solución si sólo hay unos pocos equipos electrónicos (véase el capítulo B.5);
− cambiando el sistema de distribución a TN-S (véase la figura B.1, nº 2). Esta solución está recomendada en especial
para sistemas de equipos electrónicos de gran tamaño.
Deben cumplirse todos los requisitos de puesta a tierra, conexión equipotencial y trazado de las líneas.
B.4 Protección mediante dispositivos de protección contra sobretensiones
Para limitar las ondas tipo impulso producidas por el rayo y conducidas por las líneas eléctricas, los DPS deben
instalarse a la entrada de cualquier ZPR interior (véase la figura B.1, nº 3 y la figura B.2). Estos DPS deben coordinarse
tal como se indica en el anexo C.
En edificios sin coordinación de los DPS, pueden producirse daños en los equipos electrónicos si un DPS aguas abajo o
un DPS en el propio equipo impide la operación adecuada del DPS a la entrada del servicio.
Con el fin de mantener la efectividad de las medidas de protección adoptadas, es necesario documentar la situación de
todos los DPS instalados.
B.5 Protección mediante interfases aislantes
Las interferencias por corrientes a frecuencia industrial a través de los equipos y de las líneas de señales conectadas
pueden estar motivadas por grandes bucles o por la ausencia de una impedancia suficientemente baja en la red
equipotencial. Para impedir estas interferencias (principalmente en instalaciones TN-C), debe haber una separación
adecuada entre las instalaciones antiguas y las nuevas, lo que puede conseguirse mediante interfases aislantes, tales
como:
− equipos aislados de Clase II (por ejemplo, doble aislamiento sin conductor PE);
− transformadores de aislamiento;
− cables no metálicos de fibra óptica;
− acopladores ópticos.
Para las interfases aislantes empleadas para impedir las sobretensiones inducidas por el rayo se requiere una capacidad
superior de soportar tensión. Se requiere como valor típico 5 kV, forma de onda 1,2/50 µs. En caso de ser necesario, la
protección de estas interfases contra tensiones superiores puede obtenerse mediante DPS. El nivel de tensión de estos
DPS Up necesita seleccionarse con una tensión ligeramente inferior que la tensión soportada por la interfase. Una
tensión más baja Up puede violar los requisitos de seguridad.
NOTA
Debería verificarse detenidamente que las envolventes metálicas no tengan conexiones galvánicas accidentales con la red equipotencial o
con otras partes metálicas de las que deberían estar aisladas. Esta es la situación en la mayoría de los casos, ya que los equipos electrónicos
instalados en viviendas u oficinas están conectados a la tierra de referencia solamente por los cables de conexión.
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B.6 Medidas de protección mediante el trazado y el apantallamiento de las líneas
Un trazado y un apantallamiento apropiado de las líneas son medidas apropiadas para reducir las sobretensiones
inducidas. Estas medidas son especialmente importantes si la eficacia del apantallamiento espacial de la ZPR 1 es
despreciable. En este caso, los siguientes principios proporcionan una mejor protección:
− minimizar el área de los bucles de inducción;
– debería evitarse que la alimentación eléctrica de los nuevos equipos se produzca por las canalizaciones existentes, al
dar lugar a grandes superficies de inducción, lo que aumenta, de manera importante, el riesgo de fallo del
aislamiento. Además, el trazado de las líneas eléctricas y de señal adyacentes las unas a las otras puede impedir
grandes bucles (véase la figura B.1, nº 8);
− empleando cables apantallados – las pantallas de las líneas de señal deberían conectarse en sus dos extremos a la red
equipotencial;
– empleando conductos metálicos para los cables o placas metálicas conectadas equipotencialmente – las secciones
metálicas separadas deberían interconectarse eléctricamente. La conexión debería realizarse mediante pernos,
superponiendo las partes o empleando conductores equipotenciales. Con el fin de mantener baja la impedancia del
conducto de los cables, a lo largo del perímetro del conducto deberían distribuirse varios tornillos o tiras (véase la
Norma IEC 61000-5-2).
En las figuras B.3 y B.4 se dan ejemplos de una buena técnica de trazado y apantallamiento.
NOTA
Cuando la distancia entre las líneas de señal y los equipos electrónicos en las zonas generales (no designadas específicamente para
sistemas electrónicos) es superior a 10 m, se recomienda emplear líneas de señal equilibradas con puertas aisladas galvánicamente, por
ejemplo, con acopladores ópticos, transformadores de aislamiento de señal o amplificadores de aislamiento. Además, puede ser ventajoso
el empleo de cables triaxiales.
Leyenda
1
PE, sólo cuando se empleen equipos de Clase I
2
la pantalla opcional del cable necesita conectarse equipotencialmente en los dos extremos
3
placa metálica como pantalla adicional (véase la figura B.4)
4
bucle de pequeña superficie
NOTA
Al ser la superficie del bucle pequeña, también lo es la tensión inducida entre la pantalla del cable y la placa metálica.
Figura B.3 − Reducción de la superficie del bucle empleando cables apantallados próximos a una placa metálica
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Leyenda
1
fijación del cable con o sin conexión equipotencial de la pantalla del cable a la placa
2
el campo magnético es mayor en los bordes que en la mitad de la placa
E
lineas eléctricas
S
líneas de señal
Figura B.4 − Ejemplo de una placa metálica como pantalla adicional
B.7 Mejora de un SPCR existente empleando el apantallamiento espacial de la ZPR 1
Un SPCR existente (de acuerdo con la Norma IEC 62305-3) alrededor de la ZPR 1 puede mejorarse:
− integrando las fachadas y los tejados metálicos existentes en el SPCR externo;
− empleando las barras de la armadura del hormigón (que son eléctricamente continuas desde la parte superior del
tejado hasta el sistema de puesta a tierra);
− reduciendo el espacio entre los conductores de bajada y reduciendo el tamaño de la malla del sistema de captura por
debajo del valor típico de 5 m;
− instalando conductores equipotenciales flexibles en las juntas de expansión entre bloques de refuerzo adyacentes
separados estructuralmente.
B.8 Protección mediante una red equipotencial
El sistema de puesta a tierra existente para la frecuencia industrial puede no ser una superficie equipotencial
satisfactoria para las corrientes del rayo con frecuencias de hasta varios MHz, debido a que su impedancia puede ser
demasiado alta a esas frecuencias.
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Incluso un SPCR diseñado de acuerdo con la Norma IEC 62305-3, que permite anchuras de malla mayores que el valor
típico de 5 m y que incluye conexiones equipotenciales como parte obligatoria en el SPCR interno, puede no ser
suficiente para los sistemas electrónicos. Esto es debido a que la impedancia de este sistema equipotencial puede ser
todavía muy alta para esta aplicación.
Se recomienda fuertemente una red equipotencial de baja impedancia con anchura de malla típica de 5 m o menor.
En general, la red equipotencial no debería emplearse como retorno tanto de las líneas de potencia como de señales. Por
esta razón el cable PE debe integrarse en la red equipotencial, pero el PEN no.
Se permite la conexión equipotencial directa de un conductor de tierra (por ejemplo, una tierra limpia específica de un
sistema electrónico) a una red equipotencial de baja impedancia, porque en este caso el acoplamiento por interferencias
en los cables eléctricos o de señal será muy bajo. No se permite la conexión directa equipotencial al cable PEN, o a
otras partes metálicas conectadas a él, para impedir interferencias de frecuencia industrial en el sistema electrónico.
B.9 Medidas de protección para equipos instalados en el exterior
Ejemplos de estos equipos instalados exteriormente son: los sensores de cualquier tipo, incluyendo antenas, sensores
metereológicos, cámaras de TV de vigilancia, sensores expuestos en plantas de procesos (presión, temperatura, caudal,
posición de válvula, etc.) y cualquier otro equipo de radio, eléctrico o electrónico situado en el exterior sobre
estructuras, mástiles o depósitos de proceso.
B.9.1 Protección del equipo externo
Siempre que sea posible, el equipo debería ponerse bajo la protección de la ZPR 0B empleando, por ejemplo, un
terminal de captura local que lo proteja de las descargas directas (véase la figura B.5).
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Leyenda
1
varilla de captura
2
mástil metálico con antenas
3
barandilla
4
armaduras interconectadas
5
línea que viene de ZPR 0B y necesita un DPS a la entrada
6
las líneas que vienen de la ZPR 1 (interior del mástil) pueden no necesitar un DPS a la entrada
r
radio de la esfera rodante
Figura B.5 − Protección de antenas y otros equipos externos
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En estructuras altas, el método de la esfera rodante (véase la Norma IEC 62305-3) debería aplicarse para determinar si
los equipos instalados en la parte superior o en los lados del edificio son posible objeto de una descarga directa. En ese
caso, deberían emplearse captadores adicionales. En muchos casos, las barandillas, escaleras, tuberías, etc. pueden
realizar adecuadamente la función de un captador. Todos los equipos, salvo algunos tipos de antenas, pueden protegerse
de esta manera. Algunas veces las antenas tienen que colocarse en lugares expuestos para evitar que los conductores de
rayos próximos impidan su funcionamiento. Algunos diseños de antenas están autoprotegidos porque solamente algunos
elementos conductores, bien conectados a tierra, están expuestos a la descarga del rayo. Otros podrían necesitar DPS en
sus cables de alimentación para impedir la circulación de transitorios excesivos por el cable hasta los receptores o
emisores. Si hay SPCR externo los soportes aéreos deberían conectarse equipotencialmente a él.
B.9.2 Reducción de las sobretensiones en los cables
Las altas tensiones y corrientes inducidas pueden evitarse instalando los cables en conductos, canalizaciones o tuberías
metálicos, conectados equipotencialmente. Todos los cables relativos a un equipo específico deberían salir del conducto
por un solo punto. Si es posible, las propiedades de apantallamiento inherentes de la estructura deberían emplearse al
máximo haciendo que los cables vayan dentro de los componentes tubulares de la estructura. Si esto no es posible,
como en el caso de los depósitos de proceso, los cables deberían ir exteriormente pero próximos a la estructura haciendo
todo lo posible para que las tuberías metálicas, los travesaños de las escaleras de acero y cualesquiera otros materiales
metálicos conectados equipotencialmente, hagan de pantalla natural (véase la figura B.6). En los mástiles formados por
perfiles metálicos en L, los cables deberían colocarse para su máxima protección en el ángulo de la L (véase la figura
B.7).
Leyenda
1
depósito de proceso
2
escalera
3
tuberías
NOTA
A, B o C son buenas alternativas para colocar las bandejas de cables.
Figura B.6 − Pantalla natural suministrada por escaleras y tuberías equipotenciales
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Leyenda
1
posición ideal de los cables en las esquinas de las vigas en L
2
posición alternativa para bandeja equipotencial de cables dentro el mástil
Figura B.7 − Posición ideal de línea en un mástil (sección de un mástil de acero en celosía)
B.10 Mejora de la interconexión entre estructuras
Las líneas que interconectan estructuras separadas pueden ser:
− aislantes (cables de fibra óptica no metálicos); o
− metálicas (por ejemplo, pares de cable, multicables, guía de ondas, cables coaxiales o cables de fibra óptica con
componentes metálicos contínuos).
Los requisitos de protección dependen del tipo de línea, del número de líneas y de si los sistemas de puesta a tierra de
las estructuras están interconectados.
B.10.1 Líneas aisladas
Si cables de fibra óptica sin parte metálica (es decir, sin armadura metálica, sin barrera antihumedad o cable guía
interno de acero) se emplean para interconectar estructuras separadas, no se necesitan medidas de protección para este
tipo de cables.
B.10.2 Líneas metálicas
Sin una adecuada interconexión entre los sistemas de puesta a tierra de las estructuras separadas, las líneas de
interconexión forman un camino de baja impedancia para las corrientes del rayo. Esto puede dar lugar a que una parte
importante de la corriente del rayo circule por estas líneas de interconexión.
− La conexión equipotencial requerida, bien directamente o bien por medio de DPS, a la entradas de ambas ZPR 1
sólo protegerá a los equipos que se encuentran en el interior, mientras que las líneas en el exterior siguen sin estar
protegidas.
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− Las líneas pueden protegerse colocando un conductor adicional equipotencial en paralelo. Así la corriente del rayo
se distribuye entre las líneas y este conductor.
− Se recomienda que las líneas se dispongan en conductos metálicos para cables cerrados e interconectados. En este
caso están protegidos tanto las líneas como los equipos.
Donde se implementen interconexiones apropiadas ente los terminales de tierra de las estructuras separadas, también se
recomienda la protección de las líneas mediante conductos metálicos interconectados. Donde haya muchos cables entre
las estructuras interconectadas, las pantallas o las armaduras de estos cables, conectados equipotencialmente en cada
extremo, pueden utilizarse en lugar de conductos metálicos.
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ANEXO C (Informativo)
COORDINACIÓN DE LOS DPS
C.1 Generalidades
Si dos o más DPS se instalan en cascada en el mismo circuito, deben coordinarse de tal manera que se repartan entre
ellos la energía en función de su capacidad para absorber energía.
Para una coordinación efectiva, se necesita tener en cuenta las características individuales de los DPS (publicadas por el
fabricante), la amenaza en el punto de instalación y las características del equipo a proteger.
La amenaza primaria del rayo viene dada por las tres componentes de la corriente:
− el primer impacto de corta duración;
− los impactos de corta duración subsiguientes;
– el impacto de larga duración.
Las tres componentes son impactos de corrientes. Para la coordinación de los DPS aguas abajo, el primer impacto de
corta duración es el factor predominante cuando se considera el reparto de la energía (carga y amplitud). Las descargas
de corta duración subsiguientes tienen un valor más bajo de energía específica, pero una mayor pendiente en la
corriente. El impacto de larga duración es un factor de esfuerzo adicional que no se necesita considerar a los efectos de
la coordinación.
NOTA 1 Si los DPS están especificados para el primer impacto de corta duración, los impactos de corta duración subsiguientes no causan problemas
adicionales. Si se emplean inductancias como elementos de desacoplo, la gran pendiente de la corriente facilita la coordinación entre los
DPS.
Los parámetros de la corriente total para los diferentes niveles de protección están indicados en la tabla 3 de la Norma
IEC 62305-1. Sin embargo, sólo un DPS estará sometido a una parte de esta corriente total. Esto requiere la valoración
de la distribución de la corriente, bien por simulación por ordenador, utilizando software de análidis de redes, o por
aproximación, como se indica en el anexo E de la Norma IEC 62305-1.
NOTA 2 Las funciones analíticas de los impactos cortos, con fines de análisis, se indican en el anexo B de la Norma IEC 62305-1.
El primer impacto de corta duración de una descarga directa puede simularse mediante una forma de onda 10/350 µs.
Las corrientes parciales del rayo o las corrientes inducidas en el sistema pueden tener diferentes formas de onda debido
a la interacción entre la corriente del rayo y las instalaciones de baja tensión. Por tanto, a los efectos de la coordinación,
se consideran las siguientes corrientes de impulso (ondas tipo impulso).
I10/350
Una corriente de ensayo con una forma de onda 10/350 µs − especialmente empleada para ensayar la
coordinación de energía de los DPS. Para los DPS que se emplean en líneas de potencia, esta forma de onda se
usa en el ensayo de la Clase I (véase la Norma IEC 61643−1), y que está definida por su valor cresta Icresta y su
carga transferida Q.
I8/20
Una corriente de ensayo con una forma de onda 8/20 µs. Para los DPS que se emplean en líneas de potencia,
esta forma de onda se usa en el ensayo de la Clase II (véase la Norma IEC 61643−1).
ICGW
Corriente de salida de un generador de onda combinada (véase la Norma IEC 61000−4−5). La forma de la
onda depende de la carga (tensión en circuito abierto 1,2/50 µs y corriente en cortocircuito 8/20 µs). Esta
corriente de salida se emplea en el ensayo de la Clase III (véase la Norma IEC 61643−1).
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IRAMP
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Una corriente de ensayo con una pendiente de 0,1 kA/µs. Se define para simular las corrientes parciales del
rayo en el sistema con una pendiente mínima debida a la interacción entre la corriente del rayo y la instalación
de baja tensión. Esta corriente se emplea, especialmente, para ensayar el desacoplo entre los DPS conectados
en cascada.
La figura C.1 muestra un ejemplo sobre la aplicación de los DPS en los sistemas de distribución de potencia de acuerdo
con el concepto de las zonas de protección. Los DPS están instalados en cascada. Se eligen según los requisitos en su
punto de instalación particular.
Figura C.1 − Ejemplo de aplicación de los DPS en sistemas de distribución de potencia
El DPS seleccionado y su integración en el sistema eléctrico general en el interior de la estructura debe asegurar que la
corriente parcial del rayo derivará principalmente a la tierra del sistema, en la interfase ZPR 0A/ZPR 1.
Una vez que la mayor parte de la energía de la corriente parcial ha sido desviada por el primer DPS, el siguiente DPS
necesita diseñarse sólo para hacer frente a la amenaza restante de la interfase ZPR 0A/ZPR 1 más los efectos inductivos
del campo electromagnético en la ZPR 1 (en especial si la ZPR 1 no está apantallada).
NOTA 3 Cuando se elije el DPS siguiente, debe tenerse en cuenta que la tensión de corte puede no alcanzar el umbral de funcionamiento del DPS.
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Las líneas que entran de la ZPR 0A (en la que son posibles los impactos directos) llevan corrientes parciales del rayo.
Por tanto, en la interfase ZPR 0A a la ZPR 1 se necesitan DPS ensayados con Iimp (DPS ensayados de Clase I) para
desviar estas corrientes.
Las líneas que entran de la ZPR 0B (en la que están excluidos los impactos directos pero existe el campo
electromagnético completo) sólo pueden llevan ondas tipo impulsos inducidas. En la interfase ZPR 0B a la ZPR 1 los
efectos inducidos deberían simularse por medio, bien de una onda tipo impulso de corriente de forma de onda 8/20 µs
(DPS ensayados de Clase II) o bien mediante un ensayo con una onda combinada apropiada (DPS ensayados de Clase
III), de acuerdo con la Norma IEC 61643-1.
La amenaza restante en la zona de transición ZPR 0 a ZPR 1 y los efectos inductivos del campo electromagnético en la
ZPR 1 definen los requisitos de los DPS en la interfase ZPR 1 a ZPR 2. Si no es posible un análisis detallado de la
amenaza, el esfuerzo dominante debería simularse mediante otra onda de corriente tipo impulso con una forma de onda
8/20 µs (DPS ensayados de Clase II) o con un ensayo con una onda combinada (DPS ensayados de Clase III) de acuerdo
con la Norma IEC 61643-1. Si el DPS en la interfase ZPR 0 a ZPR 1 es del tipo de corte de tensión, existe el riesgo de
que el nivel de la corriente que entra no sea capaz de producir el disparo. En ese caso el DPS aguas abajo puede
someterse a una forma de onda 10/350 µs.
C.2 Objetivos generales de la coordinación de los DPS
Se necesita la coordinación de los DPS para evitar sobrecargas sobre los sistemas. Se debe determinar, por tanto, la
capacidad de cada DPS, en función de su situación y de sus características.
Tan pronto como dos o más DPS se instalan en cascada, se necesita un estudio de coordinación ente los DPS y los
equipos a proteger.
Se consigue la coordinación por energía si la porción de energía a que está sometido cada DPS es inferior, o igual, al
nivel que es capaz de soportar. Esta coordinación de energía necesita estudiarse para las cuatro formas de onda
indicadas en el capítulo C.1.
El nivel de energía que soportan debería obtenerse de:
− ensayos eléctricos según la Norma IEC 61643-1;
− información técnica facilitada por el fabricante de los DPS.
La figura C.2 muestra el modelo básico para la coordinación de energía de los DPS. Este modelo sólo es válido cuando
son despreciables la impedancia de la red equipotencial y las inductancias mutuas entre la red equipotencial y la
instalación formada por las conexiones de los DPS 1 y DPS 2.
NOTA
No se requiere elemento de desacoplo si la coordinación por energía puede asegurarse por otras medidas adecuadas (por ejemplo,
coordinación de las características tensión/corriente de los DPS, o el empleo de los DPS tipo corte de tensión especialmente diseñados para
disparar a tensiones bajas “DPS de disparo”).
Figura C.2 − Modelo básico para la coordinación por energía de los DPS
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C.2.1 Principios de la coordinación
Puede conseguirse la coordinación de los DPS en base a uno de los siguientes principios:
− Coordinación de las características tensión/corriente (sin elementos de desacoplo).
Este método se basa en la característica tensión/corriente y es aplicable a los DPS tipo limitadores de tensión (por
ejemplo, MOV o diodos supresores). Este método no es muy sensible a la forma de onda de la corriente.
NOTA 1 Este método no necesita desacoplo, incluso en el caso de que las impedancias de las líneas proporcionen un desacoplo inherente.
− Coordinación mediante elementos de desacoplo dedicados.
A efectos de coordinación, pueden emplearse como elementos de desacoplo inductancias adicionales con suficiente
resistencia a las ondas tipo impulso. En los sistemas de información se emplean principalmente, como elementos de
desacoplo, resistencias. En los sistemas de potencia se emplean principalmente, como elementos de desacoplo,
inductancias. El parámetro de la pendiente de di/dt es el fundamental para la eficacia de la coordinación de las
inductancias.
NOTA 2 Los elementos de desacoplo pueden llevarse a cabo, bien por dispositivos separados, o utilizando la propia impedancia del cable o de
los cables entre los DPS subsiguientes.
NOTA 3 La inductancia de una línea es la de dos conductores en paralelo. Si ambos conductores (conductor de fase y de tierra) están en un
mismo cable, la inductancia vale de 0,5 µH/m a 1 µH/m (en función de la sección de los cables). Si ambos conductores están
separados, deberían considerarse valores mayores (en función de la distancia de separación entre ambos conductores).
− Coordinación mediante DPS de disparo (sin elementos de desacoplo).
Puede conseguirse la coordinación también con DPS de disparo si el circuito electrónico del disparo puede asegurar
que no se sobrepasa la capacidad de soportar energía de los DPS subsiguientes.
NOTA 4 Este método no requiere elementos adicionales de desacoplo, incluso si la impedancia natural de las propias líneas lo proporciona.
C.2.2 Coordinación de dos DPS tipo limitadores de tensión
La figura C.3a muestra el diagrama básico de circuito para la coordinación de dos DPS tipo limitadores de tensión. La
figura C.3b ilustra la dispersión de energía en el circuito. La energía total que se suministra al sistema aumenta
conforme crece la corriente de impulso. En tanto que la energía disipada en cada uno de los dos DPS no exceda su
capacidad de soportar energía, se consigue la coordinación.
Leyenda
MOV
varistor de óxido metálico
Figura C.3a − Circuito con dos DPS tipo limitadores de tensión
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Figura C.3b − Principio de coordinación de energía entre MOV1 y MOV2
Figura C.3 − Combinación de dos DPS tipo limitadores de tensión
La coordinación por energía de dos DPS tipo limitadores de tensión sin elementos de desacoplo, debería realizarse por
la coordinación de sus características tensión/corriente en todo el rango de la corriente. Este método no depende mucho
de la forma de onda que se considere. Si se necesitasen como elementos de desacoplo inductancias adicionales, debe
considerarse la forma de onda de la onda tipo impulso (por ejemplo, 10/350 µs o 8/20 µs).
El empleo de inductancias como elementos de desacoplo entre las diferentes etapas de un DPS, no es muy efectiva
cuando la forma de onda tiene una pendiente de corriente muy baja (por ejemplo, 0,1 kA/µs). En los DPS empleados en
líneas de señal, la coordinación puede hacerse mejor cuando se emplean, como elementos de desacoplo, resistencias (o
las resistencias naturales de los cables).
Si dos DPS tipo limitadores de tensión están coordinados, ambos deben dimensionarse para sus respectivas ondas tipo
impulso de corriente y de energía. La duración considerada para la onda de corriente será tan larga como la de la
corriente incidente. Las figuras C.4a y C.4b muestran un ejemplo de coordinación entre dos DPS tipo limitadores de
tensión en el caso de una onda tipo impulso de 10/350 µs.
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NOTA
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Como puede verse en el ejemplo, el conocimiento de la tensión de referencia Uref de los MOV no es suficiente a los efectos de la
coordinación.
Figura C.4a − Características corriente/tensión de los MOV 1 y MOV 2
Figura C.4b − Características de corriente y de tensión de los MOV 1 y MOV 2
para una onda tipo impulso de 10/350 µs
Figura C.4 − Ejemplo con dos limitadores de tensión tipo MOV 1 y MOV 2
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C.2.3 Coordinación entre un DPS de corte de tensión y otro tipo limitador de tensión
La figura C.5a muestra el diagrama de circuito básico de este tipo de coordinación mediante un explosor (DPS 1) y un
MOV (DPS 2) como tecnologías ejemplo. La figura C.5b muestra los principios de básicos de la coordinación por
energía empleando la característica de corte de tensión del DPS 1 y la del tipo de limitación de tensión DPS 2.
Figura C.5a − Circuito con explosor y con MOV
Figura C.5b − Principio de coordinación por energía de explosor y un MOV limitador de tensión
Figura C.5 − Combinación de un explosor tipo conmutador de tensión y un MOV tipo limitador de tensión
El cebado del explosor (DPS 1) depende de la suma de la tensión residual Ures en el MOV (DPS 2) y de la caída de
tensión dinámica en el elemento de desacoplo UDE. Tan pronto como la tensión U1 excede a la tensión de cebado
dinámica UCEBADO del explosor, el explosor se cebará y se habrá conseguido la coordinación. Esto sólo depende de:
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− las características del MOV;
− la pendiente y la magnitud de la corriente de impulso incidente;
− el elemento de desacoplo (inductancia o resistencia).
Cuando se emplea como elemento de desacoplo una inductancia, debe tenerse en cuenta el tiempo de subida y el valor
cresta de la onda tipo impulso. Cuanto mayor sea la pendiente di/dt, menor es el valor de la inductancia que se necesita
para el desacoplo. Cuando se coordinan DPS ensayados con Iimp (ensayados de Clase I) y DPS ensayados con In
(ensayados de Clase II), debería emplearse una corriente de rayo con una pendiente mínima de 0,1 kA/µs (véase el
capítulo C.1 de la Norma IEC 62305-1). La coordinación de estos DPS debe asegurarse tanto para la corriente de rayo
10/350 µs como para una corriente con pendiente mínima de 0,1 kA/µs.
Deberían considerarse dos situaciones básicas:
− Sin cebado en el explosor (figura C.6a);
Si el explosor no se ceba, la onda tipo impulso completa fluye hacia el MOV. Como se indica en la figura C.5b la
coordinación no se ha conseguido, si la energía disipada por esta onda es superior a la energía que puede soportar el
MOV. Si se requiere una inductancia adicional como elemento de desacoplo, debería evaluarse la coordinación
empleando el caso más desfavorable con la pendiente de la corriente igual a 0,1 kA/µs.
− Cebado en el explosor (figura C.6b);
Si el explosor se ceba, se reduce considerablemente la duración de la corriente por el MOV. Como se muestra en la
figura C.5b se consigue la adecuada coordinación cuando el explosor se ceba antes de que se exceda la energía que
es capaz de soportar el MOV.
Figura C.6a − Corriente y tensión del explosor y del MOV para una onda tipo impulso 10/350 µs
(DPS 1 no cebado)
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Figura C.6b − Corriente y tensión del explosor y del MOV para una onda tipo impulso 10/350 µs (DPS 1 cebado)
Figura C.6 − Ejemplo con explosor y limitador de tensión tipo MOV
La figura C.7 muestra el procedimiento para determinar la inductancia de desacoplo necesaria para ambos criterios:
corriente del rayo 10/350 µs y corriente con pendiente mínima de 0,1 kA/µs. Las características dinámicas de
tensión/corriente de ambos DPS deben tenerse en cuenta para determinar el elemento de desacoplo necesario. La
condición para una coordinación satisfactoria es que el explosor de tensión se cebe antes que se sobrepase la energía
que es capaz de soportar el MOV.
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Figura C.7 − Determinación de la inductancia de desacoplo para ondas tipo impulso 10/350 µs y 0,1 kA/µs
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El cebado del explosor depende de su tensión de cebado UCEBADO y de la suma de la tensión U2 en el MOV (DPS 2) y de
la caída de tensión en el elemento de desacoplo UDE. La tensión U2 depende la corriente i (véase la característica
tensión/corriente del MOV) mientras que la tensión UDE = LDE di/dt depende de la pendiente de la corriente.
Para la onda tipo impulso 10/350 µs, la pendiente de la corriente di/dt ≈ Imáx./10 µs depende de la amplitud admisible
Imáx. en el MOV (determinada por su capacidad de soportar energía Wmáx.). Debido a que ambas tensiones, UDE y U2 son
funciones de Imáx., la tensión U1 a través del explosor también depende de Imáx. Cuanto mayor sea Imáx., mayor es la
pendiente de U1 a través del explosor. Por esta razón, la tensión del cebado UCEBADO del explosor se describe,
normalmente, por el impulso de tensión a 1 kV/µs.
Para la rampa 0,1 kA/µs, la corriente de pendiente di/dt = 0,1 kA/µs es constante. La caída de tensión UDE también es
constante, mientras que la tensión U2 es función, como antes, de Imáx. Así, la pendiente de la tensión U1 en el explosor
sigue la característica tensión/corriente del MOV y es mucho más baja que la del primer caso. Debido a la característica
dinámica de tensión de funcionamiento del explosor, su tensión de cebado decrece con una duración mayor de la caída
de tensión en el explosor. (Esta duración depende de la Imáx. derivada de la energía soportada Wmáx. por el MOV). De
aquí, que debería considerarse que la tensión de cebado UCEBADO decrece casi a 500 V/s en una tensión continua, cuando
aumenta la duración de la corriente que circula por el MOV.
Finalmente, debe aplicarse para la inductancia de desacoplo LDE el mayor de los valores de las dos inductancias
LDE-10/350 µs y de LDE-0,1 kA/µs. Como ejemplos, véanse las figuras C.8 y C.9.
NOTA
Para la determinación de un elemento de desacoplo en un sistema de potencia de baja tensión, el caso más desfavorable sería el de un corto
circuito en DPS 2 (U2 = 0), lo que hace máximo el valor de UDE. Cuando el DPS 2 es del tipo limitador de tensión, tiene una tensión
residual U2 > 0, que reducirá considerablemente la tensión UDE. Esta tensión residual es al menos superior que la tensión de cresta de la
fuente de alimentación (por ejemplo, tensión nominal en c.a. de 230 V; valor de cresta 2 230 V = 325 V). Tener en cuenta la tensión
residual del DPS 2 permite obtener la dimensión apropiada de los elementos de desacoplo. De otra forma, estarían sobredimensionadas.
Figura C.8a − Circuito de coordinación para una onda tipo impulso 10/350 µs
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Figura C.8b − Características corriente/tensión/energía para LDE = 8 µH −
Coordinación de energía no conseguida para una onda 10/350 µs (explosor no cebado)
Figura C.8c − Características corriente/tensión/energía para LDE = 10 µH −
Coordinación de energía conseguida para una onda 10/350 µs (explosor cebado)
Figura C.8 − Ejemplo con explosor y MOV para onda tipo impulso 10/350 µs
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Figura C.9a − Circuito de coordinación para una onda tipo impulso 0,1 kA/µs
Figura C.9b − Características corriente/tensión/energía para LDE = 10 µH −
Coordinación de energía no conseguida para una onda 0,1 kA/µs
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Figura C.9c − Características corriente/tensión/energía para LDE = 12 µH −
Coordinación de energía conseguida para una onda 0,1 kA/µs
Figura C.9 – Ejemplo con explosor y MOV para onda tipo impulso 0,1kA/ µs
C.2.4 Coordinación de dos DPS del tipo corte de tensión
Esta variante de coordinación se describe empleando explosores (SG) como tecnología de ejemplo. En esta
coordinación entre explosores, deben tenerse en cuenta las características dinámicas de funcionamiento.
Después del cebado del SG 2, la coordinación se realizará mediante un elemento de desacoplo. Para determinar el valor
del elemento de desacoplo, el SG 2 puede reemplazarse por un cortocircuito. Para el cebado del SG 1, la caída de
tensión dinámica en el elemento de desacoplo debe ser superior que la tensión de operación del SG 1.
Empleando inductancias como elementos de desacoplo, la tensión requerida UDE depende, fundamentalmente, de la
pendiente de la onda tipo impulso de corriente. Por lo tanto, la forma de onda y la pendiente de la onda tipo impulso
debe considerarse.
Empleando resistencias como elementos de desacoplo, la tensión requerida UDE depende, fundamentalmente, del valor
cresta de la onda tipo impulso de corriente. Este valor debe considerarse también cuando se seleccionen los parámetros
asignados del elemento de desacoplo.
Después del cebado de SG 1, la energía total se dividirá de acuerdo con las características tensión/corriente de los
elementos individuales.
NOTA
En el caso de explosores o tubos de descarga de gas, la pendiente del impulso es de primordial importancia.
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C.3 Variantes de coordinación básica para la protección de los sistemas
Hay cuatro variantes de coordinación para proteger los sistemas. Las tres primeras emplean DPS de un puerto, mientras
que la cuarta emplea DPS de dos puertos con elementos de desacoplo integrados. Deberían de considerarse estas
variantes de coordinación (teniendo en cuenta, también, los DPS integrados en los equipos a proteger).
C.3.1 Variante I
Todos los DPS tienen una característica tensión/corriente continua (por ejemplo, MOV o diodos supresores) y la misma
tensión residual URES. La coordinación de los DPS con el equipo a proteger se consigue, normalmente, con las
impedancias de las líneas entre ellos (véase la figura C.10).
URES (DPS 1) = URES (DPS 2) = URES (DPS 3) = URES (DPS 4)
Figura C.10 − Coordinación según la variante I − Los DPS son del tipo limitador de tensión
C.3.2 Variante II
Todos los DPS tienen una característica tensión/corriente continua (por ejemplo, MOV o diodos supresores). La tensión
residual URES sube uniformemente desde DPS 1 a DPS 3 (véase la figura C.11).
Esta es una variante de coordinación para los sistemas de alimentación.
NOTA
Esta variante requiere que la tensión residual del elemento protector situado en el interior del equipo a proteger (DPS 4) sea mayor que la
tensión residual del DPS instalado justo antes (DPS 3).
URES (DPS 1) < URES (DPS 2) < URES (DPS 3) < URES (DPS 4)
Figura C.11 − Coordinación según la variante II − Los DPS son del tipo limitador de tensión
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C.3.3 Variante III
El DPS 1 tienen una característica tensión/corriente discontinua (por ejemplo, explosor). Los DPS subsiguientes tienen
una característica tensión/corriente continua (por ejemplo, MOV o diodos supresores). Todos los DPS tienen la misma
tensión residual URES (véase la figura C.12).
La característica de esta variante es que se consigue, por el disparo del DPS 1, una reducción del tiempo hasta la mitad
del valor de la onda de impulso original 10/350 µs, que mitiga a los DPS subsiguientes de una manera considerable
URES (DPS 1) < URES (DPS 2) < URES (DPS 3) < URES (DPS 4)
Figura C.12 − Coordinación según la variante III − Los DPS son del tipo corte de tensión y limitador de tensión
C.3.4 Variante IV
Los DPS tienen dos puertos que pueden incorporar etapas en cascada de DPS coordinados internamente con
impedancias en serie o con filtros (véase la figura C.13). Una coordinación interna satisfactoria asegura una
transferencia mínima de energía a los DPS situados aguas abajo o a los equipos. Estos DPS deberían estar plenamente
coordinados con otros DPS en el sistema de acuerdo a la más apropiada de las variantes I, II o III.
NOTA
Las impedancias en serie o el filtro pueden omitirse si se asegura la coordinación de energía por otras medidas apropiadas (por ejemplo,
coordinación de las características tensión/corriente o empleo de DPS de disparo).
Figura C.13 − Coordinación según la variante VI − Varios DPS en un solo elemento
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C.4 Coordinación según el método de "la energía pasante"
Los impulsos de un generador de onda combinada pueden emplearse para seleccionar y coordinar los DPS. La principal
ventaja de este método es la posibilidad de poder tratar el DPS como una caja negra (véase la figura C.14). Para una
onda tipo impulso dada a la entrada del DPS 1, se determinan los valores de las tensiones de salida a circuito abierto, así
como las corrientes de cortocircuito (método de la "energía pasante"). Estas características de salida se convierten en
una onda combinada equivalente de 2 Ω (tensión a circuito abierto 1,2/50 µs, corriente de cortocircuito 8/20 µs). La
ventaja es que no hay necesidad de tener un conocimiento especial del diseño interno del DPS.
NOTA
Este diseño da buenos resultados cuando el DPS 2 no realimenta al DPS 1. Esto significa que las condiciones de las ondas tipo impulsos a
la entrada del DPS 2 son casi las de la corriente. Esto se produce cuando las características tensión/corriente de los DPS 1 y DPS 2 son
muy diferentes (por ejemplo, la coordinación de un descargador tipo explosor con un MOV).
UOC (salida) del DPS 1 ≤ UOC (entrada) del DPS 2
Conversión de UOC (salida) e ISC (salida) en una onda combinada equivalente:
UOC (forma de onda 1,2/50 µs), ISC (forma de onda 8/20 µs), Zi = 2 Ω
Figura C.14 − Coordinación según el método de "la energía pasante"
El objeto de este método de coordinación es hacer que los valores de entrada del DPS 2 (por ejemplo, descarga de
corriente) sean comparables con los valores de salida del DPS 1 (por ejemplo, nivel de protección de tensión).
Para una coordinación adecuada, la onda combinada equivalente de la salida del DPS 1 no debe exceder la onda
combinada que puede absorber el DPS 2 sin daño.
La onda combinada equivalente a la salida del DPS 1 debe determinarse para el caso más desfavorable de esfuerzo
(Imáx., Umáx., energía pasante).
NOTA
Información adicional relativa a este método de coordinación se encuentra en la Norma IEC 61643-12 [4].
C.5 Prueba de la coordinación
La energía de coordinación debería probarse mediante:
1) Ensayos de coordinación
La coordinación puede demostrarse sobre la base de caso por caso.
2) Cálculos
Los casos simples pueden aproximarse mientras que los sistemas complejos pueden necesitar de la simulación por
ordenador.
3) Aplicación de familias de DPS coordinados
El fabricante debe probar que se consigue la coordinación.
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ANEXO D (Informativo)
SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE UNA PROTECCIÓN DE DPS COORDINADA
En los sistemas complejos, tanto eléctricos como electrónicos, deben tenerse en cuenta los circuitos de potencia y de
señal para la selección y la instalación de una apropiada protección coordinada de DPS.
D.1 Selección de los DPS
D.1.1 Selección con respecto al nivel de protección contra la tensión
La tensión soportada a impulso Uw del equipo a proteger debería definirse de acuerdo a:
− la Norma IEC 60664-1 para las líneas de potencia y los terminales de los equipos;
− las Normas ITU-T K.20 y K.21 para las líneas de telecomunicación y los terminales de los equipos;
− la información obtenida del fabricante para otras líneas y los terminales de los equipos.
Los sistemas internos están protegidos si:
− la tensión soportada al impulso Uw es mayor o igual que el nivel de protección de tensión Up del DPS más un
margen necesario para tener en cuenta la caída de tensión en los conductores de conexión;
− hay coordinación de energía con los DPS aguas arriba.
NOTA 1 El nivel de protección Up de un DPS está relacionado con la tensión residual para una corriente nominal definida In. Para corrientes que
pasen por el DPS superiores o inferiores, el valor de la tensión en los bornes del DPS cambiará de manera acorde.
NOTA 2 Cuando un DPS se conecta a un equipo a proteger, la caída de tensión inductiva ∆U en los conductores de conexión se sumará al nivel de
protección Up del DPS. El nivel de protección resultante, Up/f, definido como la tensión en la salida del DPS es el resultado del nivel de
protección y de la caída de tensión en las conexiones (véase la figura D.1), puede asumirse de la manera siguiente:
Up/f = Up + ∆U
para los DPS tipo limitadores de tensión;
Up/f = máx. (Up, ∆U)
para los DPS tipo corte de tensión.
Para algunos DPS de corte de tensión puede requerirse añadir a ∆U la tensión del arco. Esta tensión de arco puede ser tan alta como
algunos cientos de voltios. Para combinaciones de DPS, pueden necesitarse fórmulas más complejas.
Cuando por el DPS circula la corriente parcial del rayo, ∆U = 1 kV por metro de longitud o al menos debería tomarse un margen de
seguridad del 20% cuando la longitud de los conductores es ≤ 0,5 m. Cuando por el DPS sólo conduce las sobretensiónes inducidas tipo
impulso, la ∆U puede despreciarse.
NOTA 3 El nivel de tensión de protección Up debería compararse con el nivel de tensión soportada Uw del equipo, ensayado en las mismas
condiciones que el DPS (forma de onda de la sobretensión y de la sobrecorriente, energía, equipo energizado, etc.). Este tema está en
estudio.
NOTA 4 Los equipos pueden contener DPS internos. Las características de estos DPS internos pueden afectar a la coordinación.
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Leyenda
I
corriente parcial del rayo
Up/f = UP + ∆U
tensión tipo impulso entre el conductor activo y la barra equipotencial
Up
tensión límite del DPS
∆U = ∆UL1+∆UL2
caída de tensión inducida en los conductores equipotenciales
H, dH/dt
campo magnético y su derivada en el tiempo
La tensión de onda tipo impulso Up/f, entre el conductor activo y la barra equipotencial es superior al nivel de protección Up del DPS, debido a la caída
de tensión inductiva ∆U en los conductores de equipotencialidad (incluso si los valores máximos de UP y de ∆U no aparecen necesariamente a la vez).
En concreto, la corriente parcial del rayo que pasa por el DPS induce tensiones adicionales en el bucle en el lado protegido, detrás del DPS. Por lo
tanto, la tensión máxima que pone en peligro a los equipos puede ser bastante más alta que el nivel de protección Up del DPS.
Figura D.1 − Ondas de tensión tipo impulso entre el conductor activo y la barra equipotencial
D.1.2 Selección en función de la localización y la corriente de descarga
Los DPS deben soportar, de acuerdo con el anexo E de la Norma IEC 62305-1, la corriente de la descarga esperada en
el lugar de la instalación. La utilización de los DPS depende de su capacidad para soportar, capacidad determinada
según la Norma IEC 61643-1 para los sistemas de potencia, y la Norma IEC 61643-21 para los sistemas de
telecomunicación.
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Los DPS deben seleccionarse, de acuerdo con el lugar de su instalación, de la siguiente manera:
a) A la entrada de la línea en la estructura (en el límite de la ZPR 1, por ejemplo, en el cuadro de distribución
principal):
•
DPS ensayados con Iimp (ensayo Clase I)
El impulso de corriente necesario Iimp del DPS debe preverse para la corriente (parcial) del rayo esperada en este
punto de instalación en base al nivel de protección seleccionado, según el capítulo E.1 y/o E.2 de la Norma
IEC 62305-1.
•
DPS ensayados con In (ensayo Clase II)
Este tipo de DPS puede emplearse cuando las líneas entrantes están totalmente en la ZPR 0B o cuando la
probabilidad de fallos de los DPS por las fuentes de daños S1 y S3 puede despreciarse. La corriente nominal de
descarga requerida In del DPS debe preverse para el nivel de la onda tipo impulso esperada en el punto de
instalación, en base al nivel de protección seleccionado según el apartado E.2.2 de la Norma IEC 62305-1.
b) Cerca del aparato a proteger (en el límite de la ZPR 2 o superior, por ejemplo, en el cuadro de distribución
secundario o en la toma de corriente):
•
DPS ensayados con In (ensayo Clase II)
La corriente de descarga nominal requerida In del DPS debe preverse para el nivel de la onda tipo impulso
esperada en el punto de instalación, en base al nivel de protección seleccionado, según al capítulo E.3 de la
Norma IEC 62305-1.
•
DPS ensayados con una onda combinada (ensayo Clase III)
La tensión requerida a circuito abierto UOC del generador de onda combinada debe seleccionarse de manera tal
que se asegure que la corriente de cortocircuito correspondiente ISC dará el nivel de la onda tipo impulso
esperado en el punto de instalación en función del nivel de protección seleccionado de acuerdo, de nuevo, con el
capítulo E.3 de la Norma IEC 62305-1.
D.2 Instalación de una protección coordinada de DPS
El rendimiento de una protección coordinada de DPS depende no sólo de una selección apropiada de los DPS, sino
también de su instalación correcta. Los aspectos a considerar incluyen:
– emplazamiento de los DPS;
– conductores de conexión;
– distancia de protección por fenómenos oscilatorios;
– distancia de protección por fenómenos inductivos.
D.2.1 Emplazamiento de los DPS
El emplazamiento de los DPS debería cumplir con el apartado D.1.2, y está afectado principalmente por:
– la fuente específica del daño [por ejemplo, descargas en la estructura (S1), en una línea (S3), en tierra cerca de una
estructura (S2), o en tierra cerca de una línea (S4)];
– la oportunidad más inmediata de desviar a tierra la onda de impulso de corriente (tan cerca como sea posible del
punto de entrada de la línea en la estructura).
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El primer criterio a considerar es: cuanto más cerca al punto de entrada de la línea en la estructura se encuentren los
DPS, mayor número de equipos están protegidos por él (ventaja económica). El segundo criterio debería comprobarse:
cuanto más cerca de los equipos a proteger se encuentren los DPS, más eficaz es la protección (ventaja técnica).
D.2.2 Conductores de conexión
La sección mínima de los conductores de conexión de los DPS debería ser la indicada en la tabla 1.
D.2.3 Distancia de protección por fenómenos oscilatorios
Durante la operación de un DPS, la tensión entre los bornes del DPS está limitada, en el emplazamiento del DPS, a Up/f.
Si la longitud del circuito entre los DPS y los equipos es muy larga, la propagación de las ondas tipo impulso puede dar
lugar a fenómenos oscilatorios. En el caso de que los bornes de los equipos estén en circuito abierto, la sobretensión
puede aumentar hasta 2 ⋅ Up/f, pudiendo haber fallos en los equipos incluso si Up/f ≤ Uw.
La distancia de protección lpo por fenómenos oscilatorios es la longitud de circuito máxima entre los DPS y los equipos
para la cual la protección del DPS es todavía adecuada (teniendo en cuenta los fenómenos oscilatorios y la carga
capacitiva).
Esto depende de la tecnología de los DPS, de las reglas de instalación y de la capacidad de carga.
Si la longitud del circuito es menor de 10 m o UP/f < Uw/2, la distancia de protección lpo puede despreciarse.
NOTA
Cuando la longitud máxima del circuito entre los DPS y los equipos es mayor de 10 m y UP/f > Uw/2, la distancia de protección contra los
fenómenos oscilatorios puede estimarse mediante la expresión
lpo = [Uw – UP/f]/k (m)
donde k = 25 V/m.
D.2.4 Distancia de protección por fenómenos inductivos, lpi
Las descargas en las estructuras o en tierra cerca de las estructuras, pueden inducir una sobretensión en el bucle
formado por el circuito entre los DPS y los equipos, la cual se añade a la Up, reduciendo la eficacia de protección de los
DPS. Las sobretensiones inducidas aumentan con las dimensiones del bucle (trazado de la línea, longitud del circuito,
distancia entre los conductores activos y el conductor PE, superficie del bucle entre las líneas de potencia y de señal) y
decrece con la atenuación del campo magnético (apantallamiento espacial y/o apantallamiento de las líneas).
La distancia de protección lpi es la longitud de circuito máxima entre los DPS y los equipos para la cual la protección
del DPS es todavía adecuada (teniendo en cuenta los fenómenos inductivos).
En general, se debería buscar minimizar el bucle entre los DPS y los equipos cuando el campo magnético generado por
el rayo es demasiado alto. Por otra parte, el campo magnético y los efectos inductivos pueden reducirse mediante:
− apantallamiento espacial del edificio (ZPR 1) o de las habitaciones (ZPR 2 y superiores);
− apantallamiento de líneas (mediante cables apantallados o conductos para cables).
Cuando se toman estas precauciones, puede despreciarse la distancia de protección lpi.
NOTA
En condiciones muy severas (grandes bucles de líneas sin apantallar y grandes corrientes inducidas de rayos) la distancia de protección lpi
por fenómenos inductivos puede estimarse mediante la expresión
lpi = [Uw – UP/f]/h (m)
donde
h = 300 × KS1 × KS2 × KS3 (V/m) para descargas cerca de la estructura; o
h = 30 000 × KS0 × KS2 × KS3 (V/m) para descargas en la estructura (caso más desfavorable).
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KS1, KS2, KS3 son los factores indicados en el capítulo B.3 de la Norma IEC 62305-2:
KS1 apantallamiento espacial debido al SPCR u otros apantallamientos en el límite ZPR 0/1;
KS2 apantallamiento espacial debido a las pantallas en el límite ZPR 1/2 o superior;
KS3 características del cableado interno.
KS0 es el factor que tiene en cuenta la eficacia del apantallamiento del SPCR en el límite ZPR 0/1, y viene dado por:
KS0 = 0,06 × w0,5 con SPCR tipo mallado con anchura de malla w (m); o
KS0 = Kc para SPCR sin malla (véase el anexo C de la Norma IEC 62305-3).
D.2.5 Coordinación de los DPS
En una protección coordinada de DPS, la cascada de los DPS debe coordinarse en energía de acuerdo con las Normas
IEC 61643-12 o IEC 61643-22. El fabricante de los DPS debe suministrar información suficiente sobre cómo conseguir
la coordinación por energía entre sus DPS.
En el anexo C se da información sobre la coordinación de los DPS.
D.2.6 Procedimiento para la instalación de una protección coordinada de DPS
Una protección coordinada de DPS debería instalarse como se indica a continuación:
1) A la entrada de la línea en la estructura (en el límite de la ZPR 1, por ejemplo en el armario principal) se instala el
DPS 1 (apartado D.1.2).
2) Determinar la tensión de impulso soportada Uw del sistema interno a proteger.
3) Seleccionar el nivel de protección de tensión Up1 del DPS 1 para asegurar que el nivel de protección efectiva
Up/f1 ≤ Uw.
4) Comprobar los requisitos para las distancias de protección lpo/1 y lpi/1 (apartados D.2.3 y D.2.4).
Si se cumplen las condiciones 3) y 4), el equipo está protegido por el DPS 1.
Si no es así, se necesita un DPS 2 adicional (o varios).
5) Lo más próximo posible al equipo (en el límite de la ZPR 2, por ejemplo, en el armario de distribución secundario o
en la toma de corriente), instalar un DPS 2 (apartado D.1.2), coordinado en energía con el DPS 1, situado aguas
arriba (apartado D.2.5).
6) Seleccionar el nivel de protección Up2 del DPS 2 para asegurar que el nivel de protección efectiva Up/f2 ≤ Uw.
7) Comprobar los requisitos para las distancias de protección lpo/2 y lpi/2 (apartados D.2.3 y D.2.4).
Si se cumplen las condiciones 6) y 7), el equipo está protegido por la coordinación del DPS 1 y del DPS 2.
Si no es así, se necesita un DPS 3 adicional, próximo al equipo (por ejemplo, en la toma de corriente del equipo) y
coordinado en energía con los DPS 1 y DPS 2 situados aguas arriba (apartado D.2.5).
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BIBLIOGRAFÍA
[1]
IEC 61000-1-1:1992 Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 1: Generalidades. Sección 1: Aplicación e
interpretación de definiciones y términos fundamentales.
[2]
IEC 61000-5-6:2002 Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 5-6: Guías de instalación y de atenuación.
Atenuación de influencias externas EM.
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ICS
29.020; 91.120.40


IEC 2006
AENOR Junio 2008
Depósito legal: M 29712:2008
Sede central
C Génova, 6
Teléfono: 91 432 60 00
Fax: 91 310 40 32
28004 MADRID, España
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