IEC 62305 protege estructuras: en una subestación, los edificios que alojan equipos, como la casa de control, la nave GIS o la sala de celdas. Para ellos pide un sistema de captores, bajantes y tierra, zonas de protección en las salas, DPS en la acometida, cables de control blindados y bien tendidos, y una malla de tierra bajo la estructura. El patio de alta tensión, con hilos de guarda y mástiles, se diseña con IEEE 998.
Respuesta corta. IEC 62305 es la norma de protección contra el rayo de estructuras. En una subestación, eso son los edificios que alojan equipos: la casa de control con sus tableros de protección y control, la nave de una GIS o la sala de celdas. Para ellos, la norma pide un sistema de protección contra el rayo (captores, bajantes y electrodos de tierra), zonas de protección dentro de las salas, DPS en la acometida, cables de control blindados con buen trazado, y una malla de tierra de unos 5 m bajo la estructura. El patio de equipos de alta tensión se apantalla con hilos de guarda y mástiles, un tema de IEEE 998 que se trata en apantallamiento de subestaciones.
Qué parte de la subestación cae dentro de la norma
| Parte de la subestación | ¿IEC 62305? | Por qué |
|---|---|---|
| Casa de control, sala de relés, sala de comunicaciones | Sí | Es una estructura con sistemas eléctricos y electrónicos internos |
| Nave de una subestación GIS, sala de celdas de MT | Sí | Es una estructura con equipos eléctricos y su contenido |
| Líneas de potencia y de telecomunicaciones fuera del edificio | No | La parte 1 las excluye del alcance, aunque sus efectos en el edificio sí se evalúan |
| Patio de equipos de AT al aire libre | No se trata en el texto | Las partes 3 y 4 no desarrollan el apantallamiento de patios; se usan hilos de guarda, mástiles y IEEE 998 |
La cláusula 1 de IEC 62305-1:2010 protege estructuras «incluyendo sus instalaciones y contenido, y las personas», y excluye de su alcance, entre otros, las tuberías de alta presión subterráneas y las líneas de potencia, tuberías y telecomunicaciones fuera de la estructura. La Tabla 1 de esa parte recuerda el efecto que importa en el caso de una subestación: en estructuras de servicios de telecomunicación y plantas de energía, la pérdida de servicio al público es inaceptable. Una estructura que se protege puede ser parte de una mayor, de modo que un edificio dentro de la subestación puede tratarse por separado.
Sistema de protección contra el rayo del edificio
Para el edificio se aplica el sistema de protección contra el rayo (SPCR) de IEC 62305-3: captores sobre la cubierta, bajantes y electrodos de tierra. La clase del sistema (I a IV) sale de la evaluación de riesgo de IEC 62305-2 y fija los métodos de captación. La Tabla 2 de la parte 3 da, por clase, el radio máximo de la esfera rodante y el tamaño de malla:
| Clase | Esfera rodante | Malla |
|---|---|---|
| I | 20 m | 5 × 5 m |
| II | 30 m | 10 × 10 m |
| III | 45 m | 15 × 15 m |
| IV | 60 m | 20 × 20 m |
Esta captación protege el edificio contra daño físico y contra las personas, pero no protege la electrónica interior. La nota 3 de la cláusula 4.2 de la parte 4 dice que un SPCR con solo DPS de unión equipotencial no brinda protección eficaz a los sistemas sensibles. Para eso están las medidas SPM.
Zonas de protección dentro de la sala
La parte 4 divide el interior en zonas LPZ. En una sala de control, una división posible es:
- Cubierta y exterior del edificio: LPZ 0A o 0B, según el captor proteja o no contra el impacto directo.
- Interior del edificio: LPZ 1, con la corriente limitada por DPS y uniones en las acometidas. Si hay un blindaje espacial, atenúa además el campo.
- Tableros, racks o locales con los equipos más sensibles: LPZ 2, con DPS adicionales en su frontera o blindaje del local o de la carcasa.
Todos los servicios metálicos que cruzan la frontera de cada zona (tuberías, cables de potencia y de señal) se unen a barras de unión, directamente o con DPS. La norma da el ejemplo de un edificio grande de oficinas, con blindaje de acero de refuerzo y fachada metálica para la LPZ 1 y armarios blindados para los sistemas sensibles en la LPZ 2.
Acometida y transformador
Una subestación recibe alimentación de media o alta tensión y la reparte en baja tensión para sus servicios. IEC 62305-4 (Figura 4) trata así el transformador:
- Transformador fuera de la estructura (en LPZ 0): solo las líneas de baja tensión que entran al edificio necesitan DPS.
- Transformador dentro del edificio, sin DPS en el lado de alta tensión (porque el dueño del edificio a menudo no puede tomar medidas en ese lado): se extiende la LPZ 0 hacia el interior, y los DPS se instalan solo en baja tensión.
La Figura A.6 de la norma muestra un caso así: se extiende la LPZ 0B para alojar una alimentación de 20 kV porque no fue posible instalar DPS del lado de alta tensión en la entrada. Para el DPS de baja tensión, vea sobretensiones transitorias en planta. Para los pararrayos de las líneas y los transformadores de potencia, descargador de sobretensiones.
Cables de control y protección
Entre el patio y la casa de control corren cables de mando, medida y protección que forman lazos donde el rayo induce tensión. La parte 4 (cláusula 6) pide blindar y tender bien esos cables:
- Bandejas y canalizaciones metálicas unidas a la red de tierra, con pantallas conectadas por ambos extremos.
- Cables de potencia y de señal juntos, para reducir el área del lazo.
- Equipos sensibles alejados de la pared del blindaje, donde el campo es mayor.
El blindaje de las líneas externas que entran a la estructura ayuda, pero con frecuencia no lo define quien planifica las SPM, porque las líneas son del operador de la red.
Malla de tierra
La cláusula 5.2 de la parte 4 pide que el anillo de tierra alrededor de la estructura, o el anillo en el concreto del perímetro de la cimentación, se integre con una malla bajo y alrededor del edificio, con ancho típico de 5 m. En estructuras con sistemas electrónicos se recomienda el electrodo tipo B (anillo). Con varios edificios, como una subestación con casa de control, nave GIS y edificio de servicios, la parte 3 (Anexo E.5.4.3.6) indica interconectar las tierras de los edificios y de los equipos para obtener una tierra mallada. Eso baja la diferencia de potencial entre ellos y reduce la interferencia sobre los cables que los unen. Esa tierra del rayo se une a la de falla de la subestación en el diseño del conjunto: vea malla de puesta a tierra y tensión de paso y contacto.
- ¿La parte está dentro de un edificio (casa de control, nave GIS, sala de celdas)?
- Sí: ¿Protege equipos eléctricos o electrónicos?
- Sí: IEC 62305: SPCR del edificio (parte 3) y medidas SPM (parte 4)
- No: IEC 62305-3 para el SPCR y la protección de las personas
- No: ¿Es el patio de equipos de alta tensión al aire libre?
- Sí: Hilos de guarda, mástiles y métodos de IEEE 998
- No: Líneas fuera de la estructura: fuera del alcance de IEC 62305
- Sí: ¿Protege equipos eléctricos o electrónicos?
Puede estimar la resistencia de un electrodo o de una malla con nuestra herramienta gratuita de resistencia de puesta a tierra.
Inspección y mantenimiento
El SPCR y las medidas SPM del edificio se inspeccionan según la cláusula 7 de la parte 3 y la cláusula 9.3 de la parte 4: durante la obra, al terminarla, periódicamente y tras reformas, reparaciones o un impacto de rayo. La nota b de la Tabla E.2 incluye entre las «situaciones críticas» las estructuras con sistemas internos sensibles, para las que fija una inspección completa cada año. Una casa de control, con relés y sistemas de comunicaciones, responde a esa descripción.
Guías de la misma serie
El SPCR del edificio se describe en SPCR, clases I a IV y la tierra en puesta a tierra del SPCR. Las medidas interiores están en medidas SPM contra el LEMP, red de unión equipotencial y tierra en 3D, blindaje magnético y trazado de cables y DPS coordinados.
Cuándo llamarnos
La protección contra el rayo de una subestación combina el SPCR del edificio, la puesta a tierra del conjunto, la protección y el control, y los cables. Si está diseñando una subestación o ampliando una casa de control, nuestro equipo de diseño de ingeniería y estudios puede acompañarle en la parte eléctrica, y nuestras pruebas y puesta en servicio cubren las mediciones de puesta a tierra. Escríbanos por contacto.
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Referencias
- IEC 62305-1:2010, Protection against lightning, Part 1: General principles: cláusula 1 (alcance), definición de estructura a proteger y Tabla 1.
- IEC 62305-3:2010, Part 3: Physical damage to structures and life hazard: cláusulas 5 y 7, Tabla 2 y Anexo E (Tabla E.2, E.5.4.3.6).
- IEC 62305-4:2010, Part 4: Electrical and electronic systems within structures: cláusulas 4.3, 5.2 y 6, Figura 4 y Anexo A.3.
- IEEE 998: guía para el apantallamiento de subestaciones contra descargas directas.
Preguntas frecuentes
¿IEC 62305 sirve para apantallar el patio de una subestación?
No es su objeto. IEC 62305-1 protege estructuras con sus instalaciones y contenido, y deja fuera las líneas de potencia y de telecomunicaciones ubicadas fuera de la estructura. Para el patio de equipos de alta tensión, con cables de guarda y mástiles, se usan otros métodos, como IEEE 998. IEC 62305 se aplica a los edificios de la subestación.
¿Qué radio de esfera rodante se usa para el edificio de una subestación?
Depende de la clase del sistema de protección contra el rayo: 20 m para la clase I, 30 m para la II, 45 m para la III y 60 m para la IV, según la Tabla 2 de IEC 62305-3. La clase sale de la evaluación de riesgo de IEC 62305-2.
¿Dónde van los DPS cuando el transformador está dentro del edificio?
Si el transformador está fuera de la estructura, solo las líneas de baja tensión que entran necesitan DPS. Si está dentro y no hay DPS en el lado de alta tensión, porque el dueño del edificio no puede intervenir allí, IEC 62305-4 (Figura 4) extiende la zona LPZ 0 hacia el interior y los DPS se instalan solo del lado de baja tensión.