El LEMP es el pulso electromagnético del rayo, y las medidas SPM son el conjunto de protecciones que evita que dañe los sistemas eléctricos y electrónicos de una estructura. IEC 62305-4 las organiza por zonas de protección (LPZ) y combina puesta a tierra y unión equipotencial, blindaje y trazado de cables, DPS coordinados e interfaces aislantes, bajo un plan de gestión con responsables en cada etapa.
Respuesta corta. Un rayo que cae sobre una estructura, cerca de ella o sobre una línea conectada genera un pulso electromagnético (LEMP, lightning electromagnetic impulse). Ese pulso entra a los equipos por los cables, como sobretensión conducida o inducida, o los golpea directamente como campo radiado. Las medidas de protección SPM (LEMP protection measures) de la parte 4 de IEC 62305 evitan el daño permanente de los sistemas eléctricos y electrónicos internos. Se diseñan por zonas, se escogen con un análisis de riesgo y se gestionan con un plan que va desde el diseño hasta las inspecciones.
Cómo llega el daño a los equipos
IEC 62305-4:2010 (cláusula 4.1) distingue dos caminos para una falla permanente:
- Sobretensiones conducidas e inducidas que llegan por el cableado de conexión.
- Campos electromagnéticos radiados que inciden directamente sobre el equipo.
Contra los campos radiados, la norma recomienda blindajes espaciales o líneas blindadas junto con carcasas blindadas. Contra las sobretensiones, un sistema de DPS coordinados. Si el equipo cumple las normas de producto de compatibilidad electromagnética (CEM) de emisión e inmunidad de radiofrecuencia, la falla por el campo radiado directo se considera despreciable, y un sistema de DPS coordinados suele ser suficiente. Si no las cumple, los DPS solos son inadecuados y hay que reducir el campo con blindaje. La inmunidad frente a campos magnéticos se verifica con las pruebas de IEC 61000-4-9 y 61000-4-10.
El concepto de zonas LPZ
La protección se basa en dividir el espacio en zonas de protección contra el rayo (LPZ, lightning protection zones), cada una con una severidad del LEMP compatible con lo que resisten los equipos que contiene. La frontera de una zona la define la medida de protección que se aplica. La cláusula 4.3 define:
- LPZ 0A: amenaza por el rayo directo y el campo electromagnético completo; los sistemas pueden recibir toda la corriente del rayo.
- LPZ 0B: protegida de impactos directos, pero con el campo completo; los sistemas pueden recibir corrientes parciales.
- LPZ 1: la corriente se limita por reparto de corriente, interfaces aislantes o DPS en la frontera; un blindaje espacial puede atenuar el campo.
- LPZ 2 y siguientes: una limitación adicional con DPS o blindajes más cercanos al equipo.
Las zonas pueden ser pequeñas, como la carcasa de un equipo, o grandes, como toda la estructura. Se pueden interconectar zonas del mismo orden, o extender una zona a otra con cables blindados o canalizaciones metálicas, para reducir el número de DPS. Por ejemplo, si el transformador de alimentación queda dentro de la estructura y no hay DPS en el lado de alta tensión, se extiende la LPZ 0 hacia el interior y los DPS se instalan solo en baja tensión.
Las medidas básicas
La cláusula 4.4 agrupa las SPM en cuatro familias que pueden usarse solas o combinadas:
- Puesta a tierra y unión equipotencial. El sistema de tierra dispersa la corriente del rayo y la red de unión minimiza diferencias de potencial y puede reducir el campo magnético. Debe asegurarse siempre, y cada servicio conductor se une en el punto de entrada, directamente o con un DPS de unión.
- Blindaje magnético y trazado de cables. El blindaje espacial atenúa el campo dentro de la zona. El blindaje de líneas internas y su trazado reducen las tensiones inducidas, y el blindaje de líneas externas evita que la sobretensión entre conducida.
- Sistema de DPS coordinados. Limita las sobretensiones de origen externo e interno.
- Interfaces aislantes. Reducen las sobretensiones conducidas en las líneas que entran a la zona.
La unión equipotencial de la parte 3 protege solo contra chispas peligrosas. La protección de los sistemas internos frente a sobretensiones exige un sistema de DPS coordinado, como indica la nota 2 de esa cláusula.
- ¿El equipo cumple las normas de producto de CEM (emisión e inmunidad RF)?
- Sí: ¿Se espera sobretensión por cables de potencia o de señal?
- Sí: Sistema de DPS coordinados en la entrada de cada zona
- No: Verificar la tierra, la unión equipotencial y el trazado de los cables
- No: ¿Puede blindarse la zona o el equipo?
- Sí: Blindaje espacial o líneas blindadas, más DPS coordinados
- No: Fijar el nivel de campo que resiste el equipo (IEC 61000-4-9 y 61000-4-10) y evaluar el campo en la zona según el Anexo A
- Sí: ¿Se espera sobretensión por cables de potencia o de señal?
Ejemplos de combinación de medidas
La Figura 2 de la norma muestra cuatro soluciones típicas:
- Blindajes espaciales en cascada y DPS coordinados: protegen contra campo radiado y sobretensión conducida.
- Blindaje espacial de la LPZ 1 y DPS en su entrada: protege contra campo y sobretensión, si el blindaje es efectivo y el nivel de protección del DPS es bajo.
- Líneas blindadas con carcasas blindadas y DPS en la entrada: protegen sin blindar todo el espacio. Para pasar de la LPZ 0 a la LPZ 2 en un solo paso puede requerirse un DPS especial.
- Solo DPS coordinados: conviene únicamente a equipos insensibles al campo magnético radiado.
El plan de gestión
La cláusula 9.2 pide un plan de gestión cuando la estructura es nueva o cambia de forma importante. La Tabla 2 lo ordena en pasos, cada uno con su responsable:
| Paso | Objetivo | Quién actúa |
|---|---|---|
| Análisis de riesgo inicial | Comprobar la necesidad de protección contra el LEMP y escoger las SPM | Experto en protección contra el rayo y propietario |
| Análisis de riesgo final | Optimizar la relación costo/beneficio y definir el nivel de protección y las LPZ | Experto y propietario |
| Planificación de las SPM | Definir blindajes, redes de unión, sistemas de tierra, blindaje y trazado de líneas, servicios entrantes, DPS e interfaces | Experto, propietario, arquitecto, proyectistas de sistemas internos e instalaciones |
| Diseño de las SPM | Planos generales, listas para licitación, planos de detalle y cronograma | Oficina de ingeniería o equivalente |
| Instalación y supervisión | Calidad de la instalación y documentación | Experto, instalador, oficina de ingeniería y supervisor |
| Aprobación | Comprobar y documentar el estado del sistema | Experto independiente y supervisor |
| Inspecciones periódicas | Garantizar que las SPM siguen siendo adecuadas | Experto y supervisor |
El experto debe tener un amplio conocimiento de CEM y de prácticas de instalación. La norma recomienda diseñar desde la concepción del edificio y antes de la obra, porque permite aprovechar los componentes naturales de la estructura y acordar el trazado de cables y la ubicación de equipos. En una estructura existente, las SPM cuestan más, aunque se puede reducir el costo con una buena elección de zonas y con el uso o mejora de las instalaciones existentes.
Inspección y mantenimiento de las SPM
La cláusula 9.3 pide revisar la documentación técnica, hacer inspección visual y medir. Se inspecciona durante la instalación, al terminarla, de forma periódica, tras cualquier cambio de componentes relevantes y, si procede, después de un rayo en la estructura. La frecuencia depende del entorno (suelos y atmósferas corrosivos) y del tipo de medidas, y si la autoridad no exige otra cosa, se recomiendan los valores de la Tabla E.2 de IEC 62305-3.
La inspección visual verifica que no haya conexiones flojas ni cortes, corrosión (en especial a nivel del suelo), que las uniones y los blindajes de cables estén intactos e interconectados, que no haya DPS o fusibles dañados, y que se mantengan los trazados de líneas y las distancias de seguridad a los blindajes. Se mide la continuidad de las partes ocultas del sistema de tierra y unión, y los DPS sin indicador se comprueban según el fabricante. Los defectos se corrigen sin demora, y tras cambios relevantes en la estructura o en las medidas conviene repetir el análisis de riesgo.
Guías de la misma serie
Cada medida tiene su guía: red de unión equipotencial y tierra en 3D, blindaje magnético y trazado de cables, DPS coordinados y SPM en estructuras existentes. Las fronteras en que se apoyan se definen en zonas de protección LPZ.
Cuándo llamarnos
Las SPM se deciden con el análisis de riesgo, la puesta a tierra, los cables y los equipos del mismo proyecto. Si está diseñando una sala de control, una planta o una subestación, o si necesita revisar una instalación con fallas por sobretensiones, nuestro equipo de diseño de ingeniería y estudios puede acompañarle en la parte eléctrica del proyecto. Escríbanos por contacto.
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Referencias
- IEC 62305-4:2010, Protection against lightning, Part 4: Electrical and electronic systems within structures: cláusula 4 (diseño e instalación de las SPM, Figura 2), cláusula 9 (gestión de las SPM, Tabla 2) y Anexo A.
- IEC 62305-3:2010, Anexo E.7, Tabla E.2.
- IEC 61000-4-9 e IEC 61000-4-10: ensayos de inmunidad a campos magnéticos de impulso y de oscilación amortiguada.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre el SPCR y las medidas SPM?
El sistema de protección contra el rayo (SPCR, parte 3 de la norma) protege la estructura contra daño físico y a las personas contra descargas. Las medidas SPM (parte 4) protegen los sistemas eléctricos y electrónicos internos contra el pulso electromagnético del rayo. Un SPCR con solo DPS de unión equipotencial no protege eficazmente a los sistemas sensibles.
¿Un equipo que cumple las normas de compatibilidad electromagnética necesita blindaje contra el rayo?
Según IEC 62305-4, la falla por campo electromagnético radiado directamente sobre un equipo que cumple las normas de producto de emisión e inmunidad de radiofrecuencia se considera despreciable. Para esos equipos suele bastar un sistema de DPS coordinado. Si el equipo no cumple esas normas, los DPS solos no bastan y se necesita blindaje.
¿Quién interviene en cada paso del plan de gestión de las SPM?
La Tabla 2 de IEC 62305-4 asigna responsables por paso: experto en protección contra el rayo y propietario en el análisis de riesgo; además arquitecto y proyectistas de los sistemas internos en la planificación; oficina de ingeniería en el diseño; experto, instalador y supervisor en la instalación; un experto independiente en la aprobación; y experto y supervisor en las inspecciones periódicas.